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Chap. 11 土壤孔性

Chap. 11 土壤孔性. §1 土壤孔性的概念 土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做 土壤孔隙 。 土壤孔性 包括 孔隙度 （孔隙的数量）和 孔隙类型 （孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。. Chap. 11 土壤孔性. §2 土壤孔隙度 土壤孔隙度 是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。 土壤孔隙度 = [1- （容重） / 相对密度 ] ×100%. Chap. 11 土壤孔性.

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Chap. 11 土壤孔性

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  1. Chap. 11 土壤孔性 §1 土壤孔性的概念 • 土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。 • 土壤孔性包括孔隙度（孔隙的数量）和孔隙类型（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。

  2. Chap. 11 土壤孔性 §2 土壤孔隙度 • 土壤孔隙度是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。 • 土壤孔隙度= [1- （容重）/相对密度] ×100%

  3. Chap. 11 土壤孔性 土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积] ×100% =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积] ×100% =[1-（土粒容积/土壤容积）] ×100% = [1-（土粒重量/土粒密度）/（土壤重量/容重 ）] ×100% = （1-容重/土粒密度）×100%

  4. Chap. 11 土壤孔性 • 土粒密度：单位容积（无粒间孔隙）的固体土粒的干重。单位为： g/cm3 • 土粒相对密度：与4 ℃时水的密度的比值。 • 土粒密度的大小主要决定于土壤矿物的密度和有机质的密度。有机质的密度为 1.25-1.40 g/cm3；矿物密度大多在2.6-2.7之间；一般取土粒（土壤）密度为2.65g/cm3

  5. Chap. 11 土壤孔性

  6. Chap. 11 土壤孔性 • 土壤容重：是指单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大体在1.00~1.80 g/cm3之间。 • 土壤容重是一个重要的参数： • 反映土壤松紧度 • 计算土壤的重量 • 计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分和盐分等）的含量 • 土壤孔隙比

  7. Chap. 11 土壤孔性 §3 土壤孔隙类型 • 当量孔径:是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为： d = 3/T d为孔隙的当量孔径（mm）、 T为土壤水吸力（100Pa） • 当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，则当量孔径愈小。

  8. Chap. 11 土壤孔性 §3 土壤孔隙类型 ①非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般<0.02mm, 土壤水吸力>1.5×105Pa。 ②毛管孔隙：当量孔径约为0.2-0.02mm, 土壤水吸力1.5×104Pa-1.5×105Pa,具有毛管作用。 ③通气孔隙：当量孔径>0.2mm,相应的土壤水吸力<1.5×104Pa,毛管作用明显减弱。

  9. Chap. 11 土壤孔性 §4 土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关系 （1）土壤孔隙状况与土壤肥力 （2）土壤孔隙状况与作物生长 • 旱作土壤耕层的土壤总孔隙度为50%-56%，通气孔度不低于10%，大小孔隙之比在1:2-4，较为合适。

  10. Chap. 12 土壤结构性 §1 土壤结构体和土壤结构性的概念 • 土壤结构体：又称土壤结构，是指原生土粒（单粒）和次生土粒（复粒）的排列与组合状况。 • 土壤结构性：土壤结构体的大小、形状、力稳性、水稳性及孔隙状况的综合特征。

  11. Chap. 12 土壤结构性 §2 土壤结构（体）的类型 • 块状结构：其长、宽、高三轴大体近似，边面不明显； • 核状结构：长、宽、高三轴大体近似，边面梭角明显，较块状结构小； • 团粒结构： 通常是指土壤中近于圆状小团聚体，其粒径为0.25-10mm。农业生产上最理想的团粒结构粒径为2-3mm;

  12. Chap. 12 土壤结构性 §2 土壤结构（体）的类型 • 片状结构：结构体的水平轴特别发达，即沿长、宽方向发展呈薄片状，厚度稍薄，且结构体间较为弯曲者称为鳞片状结构，片状结构的厚度可小于1cm与大于5cm 不等; • 柱状结构：结构体的垂直轴特别发达，呈立柱状； • 棱柱状结构：棱角明显；

  13. Chap. 12 土壤结构性

  14. Chap. 12 土壤结构性 §3 土壤团粒结构与土壤肥力 • 良好团粒结构具备的条件 ①有一定的结构形态和大小； ② 有多级孔隙； ③ 有一定的稳定性； ④有抵抗微生物分解破碎的能力。

  15. Chap. 12 土壤结构性 §3 土壤团粒结构与土壤肥力 • 团粒结构对土壤肥力的作用 ① 能协调水分和空气的矛盾； ② 能协调土壤有机质中养分的消耗和积累 的矛盾； ③ 能稳定土壤温度，调节土热状况； ④ 改良耕性和有利于作物根系伸展。

  16. Chap. 12 土壤结构性 §4 土壤团粒结构的形成 • 土粒的粘聚： ①胶体的凝聚作用； ②水膜的粘结作用； ③胶结作用（简单的无机胶体、粘粒、有机物质） • 成型动力： ①生物作用； ②干湿交替作用； ③冻融交替作用；④土壤耕作的作用等。

  17. Chap. 12 土壤结构性 §5 形成土壤团粒结构的措施 • 农业措施: ①深耕与施肥、 ②正确的土壤耕作、 ③合理的轮作制度、 ④调节土壤阳离子组成、 ⑤合理灌溉、晒垡和冻垡。 • 土壤结构改良剂的应用

  18. Chap. 13 土壤耕性 §1 土壤耕性的概念 • 土壤耕性：是指土壤在耕作时所表现的特性，包括： （1）耕作的难易程度：耕作阻力的大小； （2）耕作质量的好坏：耕后土垡松散、容易耙碎、不成坷垃，土壤松紧孔隙状况适中； （3）适耕期的长短：适宜耕作时间的长短。

  19. Chap. 13 土壤耕性 §2 土壤物理机械性 1. 粘结性和粘着性 土壤粘结性: 指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。 土壤粘着性: 是土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着外物表面的性能。

  20. Chap. 13 土壤耕性 影响土壤粘结性和粘着性的因素有： ①土壤质地：土壤愈细，接触面愈大，粘结性和粘着性愈强。 ②土壤含水量：含水量愈少，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。

  21. Chap. 13 土壤耕性 影响土壤粘结性和粘着性的因素有： ③土壤结构：团粒结构可使土团接触面减少，因而其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。 ④土壤腐殖质含量：腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了粘粒接触面的性质。 ⑤土壤代换性阳离子的组成：不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。

  22. Chap. 13 土壤耕性 §2 土壤物理机械性 2.可塑性 • 土壤在一定含水量范围内，可被外力任意改变成各种形状，当在外力解除和土壤干燥后，仍能保持其变形的性能称为可塑性。

  23. Chap. 13 土壤耕性 • 影响土壤可塑性的因素： ①水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增加时，土壤才表现可塑性。 • 土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为下塑限（塑限）；土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量，称为上塑限（流限）。上塑限与下塑限含水量之差称为塑性值，也叫塑性指数。塑性值大，土壤的可塑性强。

  24. Chap. 13 土壤耕性 影响土壤可塑性的因素： ②土壤质地:土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的增加而增大，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘土）>17, 塑性土（壤土）17-7，弱塑性土（砂壤）>7，无塑性土（砂土）0。

  25. Chap. 13 土壤耕性 影响土壤可塑性的因素： ③代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。 ④土壤有机质：有机质能提高土壤上、下塑限，但一般不改变其塑性值。

  26. Chap. 13 土壤耕性 3.胀缩性 • 土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩的特性称为土壤胀缩性。 • 土壤胀缩性强会对植物根系产生机械损伤，易拉断植物根系。 • 影响土壤胀缩性的主要因素是土壤胶体，蒙脱石由于晶层间结合不紧，水分容易进入而使晶层间距拉开，其胀缩性远较晶层结合紧密的高岭石大。

  27. Chap. 13 土壤耕性 §3 注意土壤耕作、改良土壤耕性 （1）防止压板土壤： 耕作土壤在降雨，灌溉，人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。 （2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期： （3）改良土壤耕性： 可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。 （4）少、免耕技术

  28. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §1 土壤胶体的概念 • 土壤胶体：土壤中粒径<1µ m或2µ m的矿物质颗粒和腐殖质（分散相）分散在土壤溶液（分散介质）中的分散体系。 粗分散体系 胶体分散体系 分子、离子分散体系

  29. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §2 土壤胶体的类型 无机胶体； 有机胶体； 有机无机复合体 含水氧化物 无机胶体 层状硅酸盐矿物

  30. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 • 硅氧片和硅四面体： 硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。 许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子 排列成为中间有空的六角形，称为硅氧片。

  31. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 Oxygens Oxygens Al Al Si Si SiliconTetrahedron AluminumOctahedron

  32. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 Share1 oxygen

  33. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 • 铝氧片和铝八面体 铝八面体为6个氧原子围绕一个铝原子而构成。 许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧片。

  34. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 Oxygens Oxygens Al Al Si Si SiliconTetrahedron AluminumOctahedron

  35. Octahedral Sheet Share2 oxygens

  36. Kaolinite Non-Expanding 10 cmol(+)/kg Aluminum Octahedral Sheet 1:1 Clay Silica Tetrahedral Sheet

  37. Si Tetra. Al Oct. Si Tetra. H2O Montmorillonite 2:1 Clay H2O Expanding 100 cmol(+)/kg H2O H2O H2O

  38. Illite 40 cmol(+)/kg 2:1 Clay K K K K K K Interlayer K+ Non-expanding

  39. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §3 土壤胶体的构造 • 土壤胶体分散系包括胶体微粒（为分散 相）和微粒间溶液（为分散介质）两大部 分。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决 定电位离子层和补偿离子层三部分组成。 （1）微粒核： 主要由腐殖质、无定形的SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。

  40. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §3 土壤胶体的构造 （2）双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离子，形成一层离子层（决定电位离子层）；通过静电引力，在其外围形成一层符号相反而电量相等的离子层（补偿离子层）。又称之为双电层。

  41. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能

  42. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 （1）土壤胶体比表面和表面能 • 比表面（比面）是指单位重量或单位体积的总表面积（cm2/g， cm3/cm3）。 • 由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为表面能。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。

  43. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性

  44. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 （2）土壤胶体带有电荷 • 永久电荷：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷不受介质的pH值的影响，主要发生在2：1型粘粒矿物中，在1：1型矿物中极少。 • 可变电荷： 电荷的的数量和性质随介质pH而改变的电荷。 • 土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的一个重要指标，它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电荷零点、等电点。

  45. Examples of Isomorphic Substitution Produces a Net Negative Charge Mg2+ for Al3+ Al3+ for Si4+ Mg Al SiliconTetrahedron AluminumOctahedron

  46. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 • 产生可变电荷可的主要原因有： ①粘粒矿物晶面上-OH 基的解离 ②含水铁、铝氧化物的解离 ③腐殖质上某些原子团的解离 ④含水氧化硅的解离 ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。

  47. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 可变电荷土壤：指含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH变化而变化的土壤。（主要是酸性土壤） 如：三水铝石 pH低于pH0时，Al2O3•3H2O 2Al(OH)2++2OH- pH高于pH0时，Al2O3•3H2O 2Al(OH)2O-+2H+

  48. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 • 产生可变电荷可的主要原因有： 腐殖质上某些原子团的解离 COOH COO- OH O- NH3+ NH2

  49. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 （3）土壤胶体有凝聚和分散作用 • 土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做胶体的凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做胶体的分散作用。 • 促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的高低。而电动电位的高低又取决于扩散层的厚度.

  50. Chap. 14 土壤胶体与土壤吸收性能 §4 土壤胶体的特性 • 凡电荷数量少而水化度大的离子(如Na+)，形成的扩散层厚，电动电位高。使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子(如Ca2+)，形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。 • 电解质种类对胶体的凝聚作用有影响：一般是一价离子<二价离子<三价离子。 Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+ • 电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响:浓度大,可促使凝胶形成。

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