2016 第三章1 土壤孔隙与结构

华 中 农 业 大 学 上 节 回 顾I. 土 壤 胶 体II. 土 壤 溶 液 华 中 农 业 大 学 土 壤 胶 体 分 类 水 散 微 团 聚 体Na分 散 微 团 聚 体 Na质 机 械 分 散 团 聚 体 华 中 农 业 大 学 土 壤 胶 体 构 造土 壤 胶 体 分 散 系 土 壤 溶 液 胶 粒 核双 电 层 决 定 电 位 离 子 层补 偿 离 子 层土 壤 微 粒 非 活 性 补 偿 离 子 层扩 散 层补 偿 离 子 层 华 中 农 业 大 学土 壤 胶 体 电 荷 可 变 电 荷永 久 电 荷 粘 土 矿 物 形 成 过 程 中 ， 晶 架 内 的 组 成离 子 常 被 另 一 种 电 性 相 同 且 大 小 相 近的 离 子 所 替 代 ， 产 生 的 电 荷 称 为 永 久电 荷 。 不 受 介 质 pH 值 的 影 响由 胶 体 表 面 分 子 或 原 子 团 解 离 所 产生 的 电 荷 土 壤 胶 体 电 荷同 晶替 代表 面 分子 离 解 结 构断 裂 华 中 农 业 大 学 土 壤 溶 液土 壤 溶 液 ： 含 有 溶 质 和 溶 解 性 气 体 的 土 壤 间 隙 水1、 是 养 分 的 转 化 剂2、 是 养 分 的 运 输 载 体3、 是 养 分 消 耗 过 程 的 调 节 剂土 壤 溶 液 在 土 壤 -植 物 系 统 中 的 作 用土 体 的 血 液 华 中 农 业 大 学 第 三 章 土 壤 的 基 本 性 状 华 中 农 业 大 学第 一 节 土 壤 的 孔 隙 性第 二 节 土 壤 的 结 构 性第 三 节 土 壤 的 耕 性第 四 节 土 壤 的 酸 碱 性第 五 节 土 壤 的 电 性 与 离 子 交 换第 六 节 土 壤 的 氧 化 还 原 状 况 华 中 农 业 大 学 本 章 重 点 土 壤 的 容 重 及 孔 隙 度 的 计 算 团 粒 结 构 的 特 点 （ 优 点 ） 土 壤 酸 度 的 种 类 、 来 源 、 与 养 分 的 关 系 土 壤 离 子 交 换 特 点 、 意 义 土 壤 氧 化 还 原 状 况 与 土 壤 管 理 的 关 系 华 中 农 业 大 学 华 中 农 业 大 学1. 土 壤 相 对 密 度 和 容 重2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算3. 土 壤 孔 隙 类 型4. 土 壤 孔 性 与 作 物 生 长 华 中 农 业 大 学土 壤 的 相 对 密 度 ： 单 位 体 积 土 壤 固 体 颗 粒 (不 含 孔 隙 )的 烘 干 重 与 同 体 积 水 重 之 比 。 1. 土 壤 相 对 密 度 和 容 重名 称 密 度 名 称 密 度正 长 石 2.542.58 黑 云 母 2.803.20斜 长 石 2.622.76 白 云 母 2.763.10石 英 2.602.70 角 闪 石 、 辉 石 2.903.60方 解 石 2.712.90 磷 灰 石 3.163.22白 云 石 2.802.90 赤 铁 矿 4.905.30高 岭 石 2.602.65 褐 铁 矿 3.604.00蒙 脱 石 2.532.74 腐 殖 质 1.201.80 华 中 农 业 大 学 注 意 同 一 土 壤 中 ， 不 同 大 小 土 粒 的 腐 殖 质 含 量 和 矿 物 组 成 不 同 ，因 而 其 密 度 也 不 同 。 多 数 土 壤 的 密 度 为 2.62.7g/cm3， 因 此 计 算 中 往 往 采 用 “ 常用 密 度 值 2.65 g/cm3 。 华 中 农 业 大 学土 壤 容 重 （ Bulk Density） *： 自 然 状 态 下单 位 体 积 土 壤 （ 包 括 孔 隙 体 积 ） 的 烘 干 重土 壤 容 重 值 多 介 于 1.0-1.5g/cm3范 围 内夯 实 的 土 壤 容 重 则 可 高 达 1.8-2.0g/cm3 1. 土 壤 相 对 密 度 和 容 重 华 中 农 业 大 学 华 中 农 业 大 学 环 刀 法测 定 土 壤 容 重 华 中 农 业 大 学 影 响 容 重 值 的 因 素p质 地 （ 砂 质 土 、 黏 土 ）p结 构p有 机 质 含 量p各 种 自 然 因 素 和 人 工 管 理 措 施 (灌 溉 、 排 水 、 耕 作 、 施 肥 )耕 层 土 壤 容 重 一 般 以1.01.3 g/cm3为 宜 。 华 中 农 业 大 学 宁 乡 土 壤 容 重0.600.801.001.201.40 60%有 机 30%有 机 秸 秆 还 田 习 惯 施 肥 化 肥 无 肥b (g/cm3 ) 0-10cm 10-20cm 试验一：不同施肥措施 华 中 农 业 大 学层次(cm)翻耕旋耕深松0-10 1.20a 1.22a 1.13b10-20 1.29a 1.28a 1.13b20-30 1.30a 1.30a 1.23b试 验 二 ： 不 同 耕 作 方 式 土 壤 容 重 （ g/cm3） 华 中 农 业 大 学 土 壤 容 重 的 用 处 *计 算 工 程 土 方 量估 算 各 种 土 壤 成 分 储 量计 算 土 壤 孔 隙 度计 算 土 壤 储 水 量 及 灌 水 （ 或 排 水 ） 定 额 1. 土 壤 相 对 密 度 和 容 重 华 中 农 业 大 学土 壤 重 量 =土 壤 体 积 土 壤 容 重 p计 算 工 程 土 方 量例：1公顷耕层土壤重量（耕层以20 cm计算，容重为1.25 g/cm3 ） = 10000m20.20m1250kg/m3 = 2500000 kg=2500 t 华 中 农 业 大 学 p估 算 各 种 土 壤 成 分 储 量例 ： 耕 层 土 壤 （ 20 cm计 算 ， 容 重 为 1.25 g/cm3 ） ，有 机 质 含 量 为 15 g/kg， 全 氮 含 量 0.75g/kg。 求 每 公 顷土 壤 中 有 机 质 和 全 氮 的 储 量 ？ 有 机 质 储 量 = 10000m20.20m1.25g/cm315g/kg = 37500000 g = 37500 kg=37.5 t 全 氮 储 量 = 10000m20.20m1.25g/cm30.75g/kg = 1875000 g = 1875 kg=1.88 t 华 中 农 业 大 学 土 壤 孔 隙 2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算 华 中 农 业 大 学 2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算土 壤 孔 隙 ： 土 壤 中 土 粒 与 土 粒 、 土 团 与 土 团 之 间 相互 支 撑 ， 构 成 许 多 弯 弯 曲 曲 、 粗 细 不 同 和 形 状 各 异的 孔 隙 华 中 农 业 大 学土 壤 孔 隙 度 (孔 度 )*： 指 一 定 体 积 的 土 壤 中 ， 孔 隙 的体 积 占 整 个 土 壤 体 积 的 比 例 （ %） ， 也 叫 总 孔 隙 度 2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算 华 中 农 业 大 学 疏 松 排 列 紧 密 排 列47.46% 24.51%孔隙度 华 中 农 业 大 学 土 壤 的 三 相 2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算固 相 率 固 相 容 积 /土 体 容 积 容 重 /密 度液 相 率 液 相 容 积 /土 体 容 积土 壤 容 积 含 水 率 土 壤 质 量 含 水 量 (%)*土 壤 容 重气 相 率 气 相 容 积 /土 体 容 积 孔 隙 度 -液 相 率 孔 隙 度 -容 积 含 水 率 华 中 农 业 大 学土 壤 三 相 比 固 相 率 ： 容 积 含 水 率 ： 气 相 率适 宜 的 土 壤 三 相 比 为 ：固 相 率 50%左 右 ，容 积 含 水 率 25-30%，气 相 率 15-25% 2. 土 壤 孔 隙 度 的 概 念 及 计 算 华 中 农 业 大 学 p计 算 土 壤 孔 隙 度例 ： 求 某 土 壤 孔 隙 度 （ 容 重 为 1.25 g/cm3 ） = （ 1-1.25/2.65） 100% = 52.8% 华 中 农 业 大 学 p计 算 土 壤 储 水 量1hm2的 1m土 层 储 水 量 ： =10000m2 1m 1.3 g/cm3 25% = 10000m 2 1m 1.3 t/m3 25% = 3250 t/hm2 = 3250m3/hm2 =325mm 设 土 壤 田 间 持 水 量 为 25%， 容 重 为 1.3 g/cm3。 求 1公 顷的 1m深 土 层 的 储 水 量 ？ 公式 华 中 农 业 大 学 3. 土 壤 孔 隙 类 型小孔隙 大孔隙 华 中 农 业 大 学 非 活 性 孔 隙 0.02mm孔 隙 类 型 3. 土 壤 孔 隙 类 型 （ 无 效 孔 隙 ）（ 水 分 借 毛 管 引 力 ）（ 空 气 通 道 、 漏 水 漏 肥 ）土 壤 适 宜 通 气 状 况 总 孔 隙 50%非 活 性 孔 隙 尽 量 少通 气 孔 隙 10%+通 气 孔 隙 ： 毛 管 孔 隙 =1： 1 or 1:2 华 中 农 业 大 学 4 土 壤 孔 隙 状 况 与 土 壤 肥 力“ 上 虚 下 实 ” u 上 层 土 壤 质 地 疏 松 ， 有 适 量 的 通 气 孔 隙 ， 透 水 透 气u 下 层 质 地 比 较 紧 实 ， 毛 管 孔 隙 多 ， 保 水 保 肥增 施 有 机 肥 能 够 改 善 土 壤 孔隙 状 况 华 中 农 业 大 学 4 土 壤 孔 隙 状 况 与 作 物 生 长小 麦 根 系 黄 瓜 根 系 马 铃 薯 根 系 华 中 农 业 大 学 华 中 农 业 大 学1. 土 壤 结 构 体 的 类 型2. 团 粒 结 构 与 土 壤 肥 力3. 土 壤 结 构 体 的 形 成4. 土 壤 结 构 性 评 价 与 管 理 华 中 农 业 大 学两 个 概 念1、 结 构 体 （ 团 聚 体 ） 土 粒 相 互 胶 结 成 各 种 形 状 和 大 小 不 一 的 土 团2、 结 构 性 土 壤 中 单 粒 、 次 生 单 粒 或 团 聚 体 的 数 量 、 相 应 的 孔 隙状 况 等 综 合 特 性 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型 华 中 农 业 大 学 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型 华 中 农 业 大 学 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型u块 状 和 核 状 结 构 p 形 状 ： 立 方 体 型 ， 边 面 棱 角 不 明 显 ， 内 部 紧 实 。p 出 现 部 位 及 原 因 ： 出 现 部 位 ： 表 土 层 、 耕 作 层 出 现 原 因 ： 有 机 质 少 ， 质 地 粘 重 。p 大 小 划 分 （ 轴 长 ） ： 10 cm 大 块 状 结 构 ； 510 cm 块 状 结 构 ； 15 cm 碎 块 状 结构 。 “土坷垃” 华 中 农 业 大 学 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型u块 状 和 核 状 结 构 p 形 状 ： 立 方 体 型 ， 边 面 棱 角 明 显 ， 结 构 表 面 往 往 有 铁 锰 胶膜 出 现 ， 泡 水 以 后 不 易 散 开 。p 出 现 部 位 及 原 因 ： 出 现 部 位 ： 淀 积 层 （ 心 土 、 底 土 层 耕 作 层 ） 出 现 原 因 ： 有 机 质 极 缺 ， 质 地 粘 重 ， 干 湿 冻 融 交 替 作 用 下形 成 。p 大 小 划 分 （ 轴 长 ） ： 13 cm 华 中 农 业 大 学 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型u柱 状 和 棱 柱 状 结 构 （ 立 土 ） p 形 状 ： 侧 面 ， 横 断 面 形 状 不 规 则 。p 出 现 部 位 及 原 因 ： 出 现 部 位 ： 常 在 干 旱 半 干 旱 地 带 的 底 土 出 现 ， 是 碱 化 土 壤的 标 志 特 征 ， 出 现 原 因 ： 质 地 粘 重 ， 干 湿 交 替 作 用 下 形 成 。p 大 小 划 分 （ 轴 长 ） ： 大 柱 状 结 构 ， 5cm； 柱 状 结 构 ， 3 5cm； 小 柱 状 结 构 ， 3mm者 为 板 状 ， 3mm者 为 片 状 。 华 中 农 业 大 学 这 些 类 土 壤 结构 体 有 利 于 植物 生 长 么 ？WHY?孔 隙 少 ， 水 气 不 通 ， 微 生 物 活 动弱 ， 养 分 无 法 释 放 ， 拉 断 根 系土 粒 排 列 紧 凑 ， 基 本 是 毛 管 孔 隙 ，几 乎 无 大 孔 隙 ， 不 利 于 根 系 发 育和 透 水 通 气 保 水 华 中 农 业 大 学 1. 土 壤 结 构 体 的 类 型u团 粒 状 和 粒 状 结 构 p 形 状 ： 圆 球 形 （ “ 蚂 蚁 蛋 ” ， “ 米 糁 子 ” ）p 出 现 部 位 ： 表 层 ， 有 机 质 肥 沃 土 壤 。 p 大 小 划 分 （ 轴 长 ） ： 0.2510 mm者 为 团 粒 结 构 ； Al3+ Ca2+ Mg2+ H + NH 4+ K + Na+阳 离 子 凝 聚 作 用 (cation coagulation) 土 壤 胶 粒 通 常 带 有 负 电荷 ， 带 负 电 荷 的 土 壤 胶 粒在 阳 离 子 作 用 下 ， 发 生 相互 凝 聚 。 华 中 农 业 大 学 水 膜 (water film)的 粘 结 作 用 土 粒 在 水 膜 的 作 用 下 ， 在土 粒 接 触 处 形 成 弯 月 面 ， 由 于弯 月 面 内 侧 的 负 压 ， 把 相 邻 的土 粒 团 聚 在 一 起 ， 形 成 土 团 。 Soil particle Soil particle水 膜 华 中 农 业 大 学 土 壤 胶 体 的 胶 结 作 用 (cementation) 华 中 农 业 大 学 有 机 矿 质 复 合 体 的 胶 结 作 用 华 中 农 业 大 学干 湿 交 替 和 冻 融交 替 作 用 生 物 的 作 用 土 壤 耕 作v干 湿 交 替 胶 体 物质 的 干 缩 湿 胀 导 致 ， 破碎 土 团v冻 融 交 替 冰 的 挤压 ， 破 碎 土 团 ； 胶 体 脱水 凝 聚 （ 北 方 秋 耕 、 冬灌 和 冬 犁 晒 垡 ） v分 割 和 挤 压 作 用v分 泌 物 和 死 亡 后 产生 的 多 糖 和 腐 殖 质 的团 聚 作 用v真 菌 、 放 线 菌 菌 丝的 缠 绕v蚯 蚓 的 加 工 作 用 v疏 松 土 壤 ， 破 除 结皮 和 板 结v结 合 施 肥 ， 特 别 是有 机 肥 ， 利 于 发 挥 胶结 剂 作 用v耕 作 要 掌 握 好 宜 耕期 切 割 造 型 过 程 华 中 农 业 大 学1） 合 理 耕 作p在 最 佳 土 壤 水 分 含 量 期 耕 作p耕 作 方 法 （ 深 耕 、 中 耕 、 少 耕 、 免 耕 等 ）2） 轮 作 与 间 套 种p水 旱 轮 作p禾 本 科 与 豆 科 间 作 轮 作 、 套 作3） 施 肥 、 改 良 化 学 性 质p有 机 肥 、 稻 草 直 接 还 田 、 石 灰 、 化 肥 4. 土 壤 结 构 性 评 价 与 管 理 华 中 农 业 大 学4） 结 构 改 良 剂 （ soil conditioner）天 然 ： 从 天 然 有 机 物 提 取 多 糖 、 多 糖 醛 、 纤 维 素 、 木 质 素 、 树 脂 和 腐 殖 酸人 工 合 成 ： 聚 丙 烯 酸 类 、 醋 酸 乙 烯 马 来 酸 类 、 聚 丙 烯 醇 类 、四 基 铵 盐 化 合 物 等 4. 土 壤 结 构 性 评 价 与 管 理用 量 仅 为 土 重 的 0.01%-0.1%， 效 果 可 维 持 23年 华 中 农 业 大 学 土 壤 改 良 剂 的 应 用 华 中 农 业 大 学 本 节 思 考 题1、 名 词 解 释 ： 密 度 、 容 重 、 孔 隙 度 、 团 粒 结 构 ；2、 计 算 ： 容 重 、 孔 隙 度 相 关 计 算 ；3、 土 壤 孔 隙 的 类 型 及 其 作 用 ；4、 土 壤 结 构 体 的 类 型 ？5、 团 粒 结 构 在 维 持 土 壤 肥 力 方 面 的 作 用 ？ THANKS 华 中 农 业 大 学