土壤孔性結構性和耕性第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)土壤孔性一、土壤的密度和容重1、土壤密度和比重

單位容積固體土粒(不包括粒間孔隙的容積)的質量（實用上多以重量代替，克/厘米3）稱為土壤密度。土壤密度與4℃時水的密度的比值，稱為土壤比重。無量綱。土壤孔隙：指土壤固相土粒或土團之間的空隙。土壤孔性：土壤孔隙數(shù)量的多少、大小及其搭配比例情況。

通常，土壤孔隙的容積是根據(jù)土壤的密度和容重計算出來的，因此，先介紹土壤的密度和容重。

土壤密度值的大小，主要決定于土壤的礦物組成和腐殖質含量。多數(shù)土壤的密度為2.6～2.7克/厘米3，在機械分析中計算各級土粒的沉降速率時，一般采用“常用密度值”：2.65克/厘米3。第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二表51

土壤中常見組分的密度（g·cm-3）

土壤組分密度土壤組分密度蒙脫石高嶺石正常石石英斜長石2.00~2.202.60~2.652.54~2.582.65~2.662.67~2.74白云母黑云母角閃石、輝石褐鐵礦腐殖質2.76~3.002.76~3.103.00~3.403.50~4.001.20~1.80第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二

土壤容重（假比重）：單位容積原狀土壤（包括孔隙）的重量（烘干重）。單位是(克/厘米3或噸/米3），土壤容重介于1.0-1.5克/厘米3之間,夯實的土壤容重則可高達1.8-2.0克/厘米32、土壤容重影響土壤容重的因素：土壤質地：質地粘重的土壤，小孔隙發(fā)達，總孔隙量較大，容重較低；質地較輕的土壤，大孔隙發(fā)達，總孔隙量較小，容重較高。有機質含量和結構性：有機質含量高的土壤，結構性好，團粒發(fā)達，疏松多孔，容重較低。有機質含量低的土壤，結構性差，團粒較少，容重較高。第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二土壤容重的用處：（2）計算耕層土壤及其各組分的數(shù)量

容重大，土壤緊實，結構不良，通透性差、根系下扎困難，會造成Eh值下降，出現(xiàn)有毒物質和不利養(yǎng)分釋放。容重小，土壤疏松多孔，結構性好。但容重過小，大孔隙數(shù)量多，有機質會加速分解，植物扎根不牢，易倒伏。一般來說，旱田耕層容重在1.1~1.3g·cm3之間能適應多種作物生長發(fā)育要求。砂質土壤適宜的容重數(shù)值可高些，而富含腐殖質的黑土則可適當?shù)托?。?）反映土壤的松緊度案例：某土壤的耕層厚0.20m，容重為1.15t·m3

，有機質含量為1.5％，含水量為8％，試計算每畝（667m2

）地耕層土壤的重量和有機質含量。灌水含水量達28％時，每畝應灌多少立方米水？則：每畝耕層土壤重量

=面積

耕層厚度

容重

=6670.201.15=150噸（15萬公斤）每畝有機質含量：15萬（公斤）1.5%=2250（公斤）每畝應灌水量：15萬（公斤）（28％

8％）=3萬（公斤）

30（立方米）第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二二、土壤孔性(一）壤孔隙度和孔隙比土壤孔性：孔隙度大小，孔徑大小比例以及在各土層中的分布狀況。土壤孔隙度：土壤孔隙總體積占整個土壤體積的百分數(shù)。1、土壤孔隙度及其計算由于：土粒體積=土粒重量/密度，土壤體積=土粒重量/容重，故：土壤孔隙度與容重呈負相關第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二土壤孔隙比：土壤中孔隙體積與土粒體積的比值。

2、土壤孔隙比孔隙比

=

土壤孔隙度大，則表明土壤比較疏松，能容納水分和空氣的容積就大。土壤孔隙度一般在40~70％之間變動。砂土孔隙度一般為30~45％，壤土為40~50％，粘土為45~60％。結構良好的土壤，孔度一般為55~60％，甚至達到70％，而緊實的底土可低至25~30％，富含有機質的泥炭土的孔隙度可超過80％。（二）土壤孔隙的分級

孔隙度只是說明土壤孔隙的總數(shù)量，而不能說明土壤保水和通氣的性質如何。正確地評價必須進一步了解孔隙的粗細以及它們的比例關系。傳統(tǒng)上，按孔隙中水分被土壤吸持的力的大小將土壤孔隙劃分為三類：第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二1、當量孔徑的概念與一定的土壤水吸力相當?shù)目讖?，叫做當量孔徑。它與孔隙的形狀及其均勻性無關。

d=0.3/T

[d為孔隙的當量孔徑，單位為mm。T是土壤水所承受的吸力（“土壤水吸力”），單位為千帕(kPa)]。2、土壤孔隙的分級（1）非活性孔隙（無效孔隙）土壤中最微細的孔隙，當量孔徑在0.0002mm以下，根毛不能深入，土壤水吸力在1500Kpa（15bar）以上，其中的水分幾乎為吸附水，移動慢，為無效水。非活性孔隙占總孔度的百分數(shù)稱為非活性孔隙度。（2）毛管孔隙當量孔徑為0.02~0.0002mm，土壤水吸力為15~1500kPa（0.15-15bar)。具有毛管作用，水的毛管傳導率大，易于被植物吸收利用。毛管孔隙占總孔度的百分數(shù)稱為毛管孔隙度。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二（3）通氣孔隙（非毛管孔隙）當量孔徑大于0.02mm，土壤水吸力<15kPa(<0.15bar)。不具有毛管作用，其中的水分可在重力作用下排出，而為空氣通道。通氣孔隙體積占土壤體積的百分數(shù)稱為通氣孔度。土壤總孔度（%）=非活性孔度（%）+毛管孔度（%）+通氣孔度（%）

毛管孔度過大，土壤透水通氣性差。通氣孔度過小，土壤蓄水保水性差。旱地土壤，耕層總孔度為50~60％，毛管孔度與通氣孔度之比為2:1~4:1較好。中耕松土作業(yè)，破壞一部分毛細管，可使大孔隙增加，透水通氣性得到改善。3、土壤孔隙狀況的評價評價指標：土壤總孔度、毛管孔度和通氣孔度的比例情況。

土壤孔隙的層次性與植物生長有密切關系。犁底層土壤處于粘閉狀態(tài)，非活性孔隙多，通氣孔隙少，通透性不良，妨礙根系下扎。反之，剖面下部有砂層存在時，通氣孔隙偏多，容易造成漏水漏肥。上層土壤質地稍輕，有適量通氣孔隙，下層質地較粘，毛管孔隙占優(yōu)勢，有利于保水保肥，是比較理想的土體孔隙分布類型。

第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二4、影響土壤孔性的因素（1）質地：砂土孔隙度一般為30~45％，壤土為40~50％，粘土為45~60％。（2）結構：相同質地土壤，有了團粒結構后，土壤孔隙度顯著增加。

最松排列的孔度為47.46%，最緊排列的孔度為24.51％。土粒由不團聚，經(jīng)一級、二級到三級團聚，孔隙度增加的順序是：26％→45％→59％→70％。第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二吸力圖5-2壓實對土壤孔徑分布的影響含水量團聚土壤壓實對土壤圖5-3土壤的空氣孔隙度和甜菜產(chǎn)量的關系5、土壤孔性與作物生長適于作物生長的耕層孔性指標：總孔度為50~60％，通氣孔度8~10％以上，毛管孔度/通氣孔度：2:1~4:1。

小麥、玉米等根系穿透能力較強，可耐較緊實的土壤條件，而蔬菜和塊根、塊莖適于高孔度土壤?？紫抖冗^大也不利于作物生長，除水分易散失的原因外，可能是由于根土接觸密度小，阻礙了水分和養(yǎng)分向根部傳導，再有土壤過松對根系的固定效果不好。

第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二似塊狀結構

團粒結構

似板狀結構（也稱片狀結構）

似柱狀結構

圖5-4主要結構體類型第二節(jié)土壤結構的概念、類型和作用一、土壤結構性的概念

土壤結構性是指土壤中單粒和復粒（包括結構體）的數(shù)量、大小、形狀、性質及其相互排列和相應的孔隙狀況等綜合特性。二、土壤結構體的類型及特性1、土壤結構體的類型第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二表52美國農(nóng)田土壤調查局的土壤結構分類表（1951）B—級：結構體大小A—類型：結構體的形狀和排列似板狀，水平軸比垂直軸長，沿水平面排列似棱狀，水平軸比垂直軸短，沿垂線排列，有棱角。似快狀—多面體—球狀，沿一點的三軸大致相等似塊狀—多面體狀，結構體表面平滑或彎曲，與周圍結構體界面可吻合球狀—多面體狀。結構體表面平滑或彎曲，與周圍結構體界面不能吻合無圓頭有圓頭平界面，棱角明顯平界面夾圓界面，有許多圓角棱結構體孔隙較少結構體孔隙多板狀棱柱狀柱狀塊狀亞角塊狀團粒團塊1.很細或很薄2.細或薄3.中等4.粗或厚5.很粗或很厚<1mm1-~2mm2~5mm5~10mm>10mm<10mm10~20mm20~50mm50~100mm>100mm<10mm10~20mm20~50mm50~100mm>100mm<5mm5~10mm10~20mm20~50mm>50mm<5mm5~10mm10~20mm20~50mm>50mm<1mm1~2mm2~5mm5~10mm>10mm1mm1~2mm2~5mmC—度：結構體的穩(wěn)定度0：無結構無結構性或無定向的排列。1：弱結構體發(fā)育差，不穩(wěn)定，界面不清，破碎后只有少量完整的小結構體，大都為破碎的小結構體和非團聚的物質。2：中等結構體發(fā)育好，中等穩(wěn)定，原狀土界面不顯，破碎后多為完整的結構體和一些破碎的結構體，非團聚的物質少。3：強結構體發(fā)育好，穩(wěn)定，界面清，彼此間聯(lián)結弱，破碎后幾乎是完整的小結構體第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二自然土壤中的結構體類型Granular粒狀Blocky塊狀Prismatic棱柱狀Columnar柱狀Platy片狀Singlegrained單粒狀Massive大塊第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二從結構體內部和結構體間的孔隙情況考察：塊狀、片狀、柱狀、棱柱狀、板狀結構體內部致密，為非活性孔隙，根系很難穿扎，有效水分少，空氣難于流通。而結構體間的裂隙多為大孔隙，成為漏水漏肥的通道。所以，這些結構體的孔性不良。團粒結構體的內部有大量小孔隙，可蓄水，團粒間的接觸面積小，排列疏松，多為大孔隙，空氣流通快，具有理想的孔性。機械穩(wěn)定性：結構體抵御機械破碎的能力。生物穩(wěn)定性：結構體抵御生物分解的能力。水穩(wěn)定性：結構體抵御水分散的能力。2、土壤結構的評價(1)土壤結構體與孔性(2)結構體的穩(wěn)定性第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二形成途徑主要有兩個：

1、多級團聚途徑：由單粒凝聚成復粒，由復粒相互粘結形成微團粒、團粒。

2、在機械力的作用下，大塊土垡破碎成各種大小、形狀各異的粒狀或團粒狀結構體。涉及到的形成機制：

1、膠體的凝聚作用；

2、水膜的粘結作用；

3、膠結作用；

4、干濕交替，凍融交替；

5、耕作措施；

6、生物作用。三、土壤結構體的形成第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二（一）多級團聚途徑1、膠體的凝聚作用正點膠體和負電膠體通過電荷引力凝聚沉淀。是土壤結構體形成的重要途徑。土壤中的陽離子含量及價數(shù)是影響膠體凝聚的重要因素。第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二單個土粒團聚體微團粒形成階段與步驟第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二2、水膜的粘結作用

濕潤土壤中，水分子可在土壤顆粒表面定向排列形成水膜，把相鄰的土壤顆粒粘結在一起。

水分進一步增加時，可形成彎月面，在彎月面內側形成負壓，把顆粒粘結在一起。第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二3、膠結作用

土壤顆粒或團聚體間因膠結物質物理狀態(tài)和化學組成的變化而相互團聚在一起。土壤中的膠結物質主要有兩大類：

（1）無機膠體粘粒：有較大的比表面和表面能，脫水時顆粒相互接觸緊密，通過范德華力粘結在一起。也可通過：“粘?！ㄏ蚺帕械乃肿印栯x子—定向排列的水分子—粘?！钡男问铰?lián)結起來。簡單無機膠體：無定形鐵、鋁、硅氧化物，碳酸鈣，在濕潤時起粘結作用，把土粒粘結在一起，脫水后，形成不同形狀的結構體。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二（2）有機膠體主要有：腐殖質、木質素、蛋白質、菌絲體、多糖

例如腐殖質可通過多價陽離子的橋梁作用與粘粒結合成有機無機復合體。丘林稱之為膠散復合體，因為作為陽離子橋的陽離子的種類不同，其穩(wěn)定性也有很大差異。丘林把在中性鹽（NaCl）作用下分散開來的復合體稱之為鈉分散復合體用G1來表示，把鈉分散復合體分離后加研磨處理得到的復合體稱之為研磨分散復合體用G2來表示。并認為G1是Ca++結合的復合體，G2是Fe3+、Al3+結合的復合體。后來我國學者又把G1中的能在水中分散的復合體分為G0組。

多糖類物質主要是通過氫鍵與礦質顆粒結合成復合體。第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二G1組復合體G2組復合體第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二土粒土粒土粒Ca2+腐殖質G1組復合體第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二土粒土粒土粒Fe2+腐殖質Fe3+Al3+G2組復合體第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒腐殖質

第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二（二）機械破碎途徑

1、干濕交替，凍融交替

干濕交替：土壤膠體具有濕脹干縮的性質。濕土變干時，脫水速率不同，不同位點的膠結力不同，土塊會發(fā)生破裂，形成小的的結構體。

干土變濕時，各部位的吸水速率不同，不同位點的膨脹度不同，土塊會發(fā)生不均衡的擠壓和破裂，形成小的結構體。

影響因素：土壤質地、有機質含量、陽離子組成、土壤含水量；由干變濕的速率。

第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二凍融交替：孔隙結冰，體積增大，產(chǎn)生擠壓力，使土塊崩裂。（生產(chǎn)實踐）

影響因素：土壤含水量；溫度變化的快慢。

2、耕作措施

合理耕作并結合有機肥料的施用可促進團粒結構的形成。否則會破壞土壤結構。

3、生物作用

土壤動物的掘土作用；

蚯蚓糞便的排泄，及分泌物的膠結作用等；

植物根系的穿插擠壓作用；第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二1、團粒結構占優(yōu)勢的土壤大小孔隙兼?zhèn)洌畾鈪f(xié)調；2、團粒結構占優(yōu)勢的土壤保肥供肥協(xié)調

團粒之間為大孔隙，微生物活性強，有利于團粒表面養(yǎng)分的分解與釋放；內部多為小孔隙，水分存在，通氣不良，有利于養(yǎng)分貯存，增加結構的穩(wěn)定性。3、團粒結構占優(yōu)勢的土壤耕性好表現(xiàn)在適耕期長，耕作阻力小，耕后質量好。4、團粒結構占優(yōu)勢的土壤一般具有良好的耕層構造剖面在上虛下實。5、團粒結構一般具有一定的水穩(wěn)性、機械穩(wěn)性和生物穩(wěn)定性。四、團粒結構在土壤肥力上的意義第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二

1.耕作制度2.增施有機肥、合理施用化肥3.注意灌水方法4.播種綠肥或牧草5.合理耕作6.人工結構改良劑的應用五、土壤結構性的改善第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)土壤結持性和耕性土壤結持性：土壤結持性是影響耕性重要機械物理性質。是指在不同含水量（濕、潤、干）條件下，土壤內聚力（粘結性），附著力（粘著性）和可塑性的綜合表現(xiàn)。

一、土壤結持性1、土壤粘結性

在土壤中，土粒通過各種引力作用而粘結起來，就是粘結性。土壤的粘結性主要是由兩種力所促成：（1）顆粒間的分子引力，在干燥條件下它占主導作用。（2）土粒間水膜的引力，在濕潤狀態(tài)下占主要地位。土壤粘結性的強弱，可用單位面積上的粘結力（如g·cm2或kg·cm2）來表示。第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二(1)顆粒間的分子引力：土壤顆粒間的靜電吸引力土壤顆粒間的范德華力包括：極性力、誘導力、色散力

在一定的介質中，兩個帶電質點間的靜電力（F）的大小。與它們之間的距離（r）的平方和介質的介電常數(shù)D成反比，而與正、負兩個質點帶電量ea

、ec

的乘積成正比：

（2）水膜的粘結力

在一定含水量下，半徑為r的兩個球形土壤顆粒的接觸點，會形成一個具有兩種曲率的雙鏡形環(huán)狀水環(huán)，產(chǎn)生水膜引力。把兩個顆粒緊緊牽引在一起。引力的大小，取決于土粒半徑r的大小。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二

（1）土壤比表面及其影響因素

土壤質地、粘粒礦物組成、陽離子種類等。影響土壤粘結性的因素:（2）土壤含水量

土壤含水量的多少，對粘結性的強弱影響很大，在適度含水量時土壤粘結性最強。濕土變干：曲線A、B（砂土）干土變濕：曲線C(分散土粒）土壤含水量(g·kg-1)土壤團粒大小無結構土壤1~2mm0.5~1mm自然狀態(tài)壓緊狀態(tài)356701115240012000157001880245044000表54

土壤結構性對粘結力(g/cm2)的影響第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二2、土壤粘著性土壤粘著性：土壤在濕潤狀態(tài)下，粘著外物的性能。粘著力的大小以

g·cm-2表示。土?！ぁ馕?/p>

粘性土只有在一定含水量條件下才會顯現(xiàn)。當含水量很低時，水分子完全為土粒所吸收，此時主要產(chǎn)生土粒間的水膜拉力，即粘結力。當含水量繼續(xù)增加時，超過土粒水化的要求，并在土粒表面與外物之間形成水膜層時，便產(chǎn)生了土壤的粘著性。圖5-10土壤粘著力、粘結力與含水量的關系

土壤開始呈現(xiàn)粘著性時的土壤含水量，稱為該土的“粘著限”，土壤因含水量的增加，而失去粘著性時的土壤含水量，稱為該土的“脫粘點”。第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二（三）土壤可塑性土壤可塑性受含水量影響。水分過多，土壤變?yōu)榱黧w，形狀不能保持。水分過少，常會斷裂，不能獲得任意新形狀。土壤的塑性和粘粒的片狀結構有關。土壤可塑性：土壤在一定含水量下，由于外力的作用，可任意改變其形狀而不致斷裂，并在外力作用消失后，仍能繼續(xù)保持其所獲得的新形狀的性能。圖511

土壤產(chǎn)生可塑性的示意圖1.經(jīng)外力作用前的粘粒排列2．經(jīng)外力作用后的粘粒排列12

土壤呈現(xiàn)可塑性的含水量范圍，叫做塑性范圍。當土壤開始表現(xiàn)可塑性時的最小含水量，稱土壤的“下塑限”，也稱塑性下限。使土壤失去可塑性而變成流體的最大含水量，稱土壤的“上塑限”，也稱塑性上限。上、下塑限之間的差值稱“塑性值”或塑性指數(shù)。塑性值愈大，說明塑性愈強。反之，則塑性弱或無塑性。第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二

土壤塑性值與土壤粘粒含量呈正相關。土壤質地越細，其塑性值越大。表56各種質地土壤的塑性值(g·kg-1)物理性粘粒含量(%）下塑限上塑限塑性值重壤、粘土>40160~190340~400180~210中壤40~28180~200320~340120~160輕壤30~24210左右310左右100輕壤25~20220左右300左右80沙壤、砂土<20230左右280左右50

表57各種質地土壤的塑性值(g·kg-1)

有機質狀況下塑限上塑限塑性值甲土含有機質35g·kg-136541550去掉有機質19825153乙土含有機質70g·kg-1522630108去掉有機質27736891第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二二、土壤耕性土壤耕性：指在耕作過程中土壤各種土壤物理性質的綜合反映及在耕作后的土壤外在表現(xiàn)。包括耕作阻力的大小，耕作質量的好壞，適耕期的長短。1、土壤耕性與土壤結持狀態(tài)表58土壤結持性與土壤水分狀況水分含量少————————————多干燥濕潤潮濕濘濕多水極多水結持類型堅硬酥脆可塑粘韌濃漿稀漿主要性狀干硬，不能捏合成團松散，無可塑性，易成團，但不成塊有可塑性但無粘著性有可塑性和粘著性成濃漿，受重力作用可流動成懸浮體狀態(tài)，易流動耕作阻力大小大大大小耕作質量耕后呈硬土塊耕后呈小土團耕后呈大塊成浮泥漿成泥漿適耕性不宜宜不宜不宜不宜宜下塑限粘著限上塑限第三十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期二2、耕作時的土壤動力特性

（1）抗剪強度抗剪強度等于內摩擦力或粒間摩擦力加上粘結力?？捎脦靵龉奖硎荆篠＝Ptg+C

式中：S是抗剪強度，C是粘結力，P是垂直于剪切面的有效壓力，是內摩擦角，tg是內摩擦系數(shù)。

測定常采用盒形剪切法，當剪應力大于一定S值時，土樣被剪斷。水平力上盒下盒垂直荷載圖5-13土壤在剪切盒測定中受力示意圖CS3S2S1

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