第一節(jié)土壤物理性質(zhì)定

10第一節(jié) 土壤的物理性質(zhì)土壤物理性質(zhì)與植物的生態(tài)關系格外親熱。土壤的物理性質(zhì)是指土壤孔性、土壤耕性、土壤熱性質(zhì)的變化狀況，并由此引起的土壤水分、土壤空氣和土壤施肥、澆灌、排水等措施供給理論依據(jù)。一、土壤孔性土壤孔性是土壤的一項重要物理性質(zhì)，對土壤肥力有多方面的影響。土壤孔性反映在土壤的孔度、大小孔隙的安排及其在各土層中的分布狀況等方面。土壤的孔性如何，打算于土壤的質(zhì)地、有機質(zhì)含量、松緊度和構(gòu)造性。調(diào)整土壤的孔性，極其有利于土壤肥力的發(fā)揮和作物的生長發(fā)育，是土壤耕作治理的重要任務之一。(一)土壤密度、容重的概念土壤密度單位體積的固體土g／cm3土壤密度的數(shù)值大小，主要打算于土壤礦物質(zhì)顆粒組成和腐殖質(zhì)含量的多少。一般土壤的密度在范圍內(nèi)，通常取其平均值，度愈小。土壤容重概念土壤容重即自然狀態(tài)下單位體積枯燥土壤(包括土壤孔隙在內(nèi))的質(zhì)量。單位。其數(shù)值大小隨孔隙而變化，不是常數(shù)，大體為。它與土壤內(nèi)部性狀如土壤構(gòu)造、腐殖質(zhì)含量及土壤松緊狀況有關。水田土壤水分飽和時的單位體積土壤(折成烘干土)質(zhì)量稱浸水容重。浸特點①土壤容重的數(shù)值小于土粒密度②土壤容重可反映土壤的孔隙狀況和松緊程度。砂土孔隙粗大，但數(shù)目較壤土的狀況介于兩者之間。土壤愈疏松，或是土壤中有大量的根孔、小動物穴或裂隙，則孔度大而容重??；反之，土壤愈緊實則容重愈大。③土壤容重值常常變化。由于常常受外部因素，如降雨、灌水、耕作活動的影響，因此土壤容重值常常發(fā)生變化。一般說來，砂質(zhì)土壤的容重變化于／之間，黏質(zhì)土壤的容重變化于.～.。之間?？隙l件下，土壤容重值的大小是土壤肥力凹凸的重要標志之一。應用土壤容重是一個格外重要的根本數(shù)據(jù)。生產(chǎn)實踐中有多種用途。以反映土壤的松緊度。容重小，說明土壤疏松多孔，構(gòu)造性良好；反之，說明土壤緊實板結(jié)而缺少團粒構(gòu)造。各種作物對土壤松緊度有肯定的要求，過松過緊均不適宜。適宜于作物生長發(fā)育的土壤松緊度，因氣候條件、土壤類型、質(zhì)地和作物種類而異( 2表3-1)。適宜于作物生長發(fā)育的土壤孔性：總隙度50-60%，容重1.14～1.26。②計算土壤重量，則它的總重量為：100×100×0.2×106×1.15=2.3×109〔g〕=2.3×106kg表3-1 土壤容重、土壤孔隙度和土壤松緊狀況的關系)孔隙度/%<1.00>601.00～1.1460～561.14～1.261.2～1.3056～5252～50>1.30<50松緊程度最松松適當稍緊緊容重我國對土壤疏松程度上用容重用做肥力指標標準容重容重分級〔g/cm3〕過松<1.00一級適宜1.00-1.25二級偏緊1.25-1.35三級緊實1.35-1.45過緊實1.45-1.55堅實>1.55③計算土壤中肯定土層內(nèi)各種組分的數(shù)量含量和鹽分含量等，作為澆灌排水、養(yǎng)分和鹽分平衡計算以及施肥的依據(jù)。5%，要求灌水后到達25%，則每公頃的灌水定額應為：④計算土壤孔隙度土壤孔隙度是土壤孔隙的數(shù)量標度，是指單位體積自然狀態(tài)的土壤中全部孔隙容積占土壤總?cè)莘e的百分數(shù)。土壤孔隙度=〔1-土壤容重/土粒密度〕100%30%～60%，適宜的孔隙度為50%～60%。(二)孔隙的類型和性質(zhì)1．土壤孔隙的分級非活性孔隙非活性孔隙是指土壤當量孔徑<樣的孔隙中布滿著土粒吸附水(束縛水水分移動極慢且極難被植物利用，通氣性差，所以稱 非活性孔或無效孔。毛管孔隙 毛管孔隙是指土壤中毛管水所占據(jù)的孔隙。土壤當量孔徑為種孔隙中的水分可在重力作用下排出氣孔隙或非毛管孔隙。2．土壤的分級孔隙度非毛管孔隙度毛管孔隙度通氣孔隙度土壤總孔隙度=非活性孔隙度+毛管孔隙度+通氣孔隙度3、土壤松緊和孔隙狀況與土壤肥力、作物生長的關系(1)土壤松緊和孔隙狀況與土壤肥力的關系土壤孔隙的大小和數(shù)量影響著土壤的松緊狀況，土壤松緊狀況的變化反過來又影響土壤孔隙的大小和數(shù)量。土壤緊實時總孔隙度小，其中小孔隙多，大孔隙少，土壤容重增加；土壤疏松時，土壤孔 增大，容重下降。土壤的松緊、孔隙狀況，親熱影響著土壤保水透水力量、影響水氣含量、養(yǎng)分的有效化和保肥供肥性能，還影響土壤的增溫與穩(wěn)溫，因此土壤松緊狀況對土壤肥力的影響是巨大的。(2)土壤松緊和孔隙狀況與作物生長的關系 各種植物對土壤松緊和孔隙狀況的 要求是不同的，由于各種作物的生物學特性不同，根系的穿透力量不同，如小麥為須根系，其穿透力量較強，當土壤孔隙度為不易透過；蔬菜中的黃瓜，其根系穿透力量較弱，當土壤容重為1.45g／cm3，孔隙度為45.5%時，即對土壤的松緊和孔隙狀況要求也不同。緊實黏重的土壤，種子發(fā)芽與幼苗出土均較困難，出苗比一般較疏松土壤遲1～2d，特別是播種后遇雨，幼苗出土更為困難，易造成缺苗斷壟，因此黏重土壤 播種量要適當加大。耕層“坷垃”較多、土壤孔隙過大的土壤，植物根系往往不能 土壤嚴密接觸，吸取水分均感困難，作物幼苗往往因下層土壤沉陷將根拉斷消滅“吊死”現(xiàn)象。有時由于土質(zhì)過松，植物扎根不穩(wěn)，簡潔倒伏，因此在干旱季節(jié)，在過松與孔隙過大的土壤上播種，往往實行深播淺蓋鎮(zhèn)壓措施，保墑、提墑，以利 于作物苗齊苗壯。(三)土壤孔性的調(diào)整影響土壤孔性的因素多種多樣，概括起來有兩個方面。土壤本身性狀及其調(diào)整土壤構(gòu)造有良好團粒構(gòu)造的土壤，大小孔隙比例適當〔毛：非為1：0.5〕?？紫抖瓤蛇_50%～60隙都過大或過小，而且大小孔隙比例失調(diào)，對植物生長不利。土壤有機物質(zhì)有機物質(zhì)能促進土壤構(gòu)造的形成。所以，有機質(zhì)多的土壤孔 隙度較高，大孔隙也較多并對形成土壤團粒構(gòu)造有良好作用在生產(chǎn)中通過施有機肥、秸稈還田翻壓綠肥以及調(diào)整有機質(zhì)轉(zhuǎn)化速度與強度，均可影響以上兩因素。土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地親熱影響著土壤孔隙狀況，土質(zhì)細，土壤總孔隙度大而土壤容重小；土質(zhì)粗，土壤總孔隙度小而土壤容重大。土粒排列狀況 肯定容積土壤中由于土粒排列的松緊不同，孔度有很大差 異。土粒排列緊的孔度低，排列疏松的孔度高。一般耕翻、耙、鋤、澆灌、降雨、鎮(zhèn)壓都可影響土粒排列的松緊。外部因素及其調(diào)整土壤孔性除受土壤本身性狀影響外，還受諸多外部因素如降雨、澆灌、施肥、耕作等影響。對于某一特定地塊，由于其本身性狀相對穩(wěn)定，該土壤孔性則因氣象變化、農(nóng)田土壤治理措施的影響而時刻發(fā)生著轉(zhuǎn)變，并在水平和垂直分布上都有較大的差異。人們可以依據(jù)生產(chǎn)實際的需要，實行相應措施對土壤孔性進展調(diào)控。二、土壤構(gòu)造性(一)土壤構(gòu)造體自然界中，土壤固體顆粒在內(nèi)外因素的綜合作用下，相互團聚成大小、外形和性質(zhì)不同的土團、土塊、土片等團聚體，稱為土壤構(gòu)造，或土壤構(gòu)造體。土壤構(gòu)造性是指土壤中單粒和復粒(包括構(gòu)造體)的數(shù)量、大小、外形、性質(zhì)及其相互排列和 相應的孔隙狀況等的綜合特性。它是一項重要的土壤物理性質(zhì)。通常依據(jù)土壤構(gòu)造體的大小和外形劃分土壤構(gòu)造體類型。常見的構(gòu)造體有以下幾種。塊狀構(gòu)造塊狀構(gòu)造體屬立方體形，縱軸與橫軸大體相等，邊、面一般不明 顯，但和碎塊狀(0.5～3cm)。此類構(gòu)造體多消滅在有機質(zhì)缺乏而耕性不良的黏質(zhì)土壤中，一般表土中多為大塊和塊狀構(gòu)造體，心土和底土中多為塊狀和碎塊狀構(gòu)造體。核狀構(gòu)造構(gòu)造體長、寬、高三軸大體近似，邊、面棱角明顯，較塊狀小，～m在黏重而缺乏有機質(zhì)的底土層中較多。柱狀和棱柱狀構(gòu)造縱軸遠大于橫軸，在土體中直立，棱角不明顯的叫做柱 狀構(gòu)造體，棱角明顯的叫棱柱狀構(gòu)造體。柱狀構(gòu)造體常消滅于半干旱地帶的心土和底土中，以堿土和堿化層中的最為典型。棱柱狀構(gòu)造體常見于黏重且有干濕交替的心土和底土中。片狀構(gòu)造橫軸遠大于縱軸，呈扁平薄片狀，常消滅于森林土壤的灰化層和老耕地的犁底層中。此外，在雨后或灌水后所形成的地表結(jié)殼和板結(jié)層，也屬片狀構(gòu)造體。這種構(gòu)造體不利于通氣透水，會阻礙種子發(fā)芽和幼苗出土。因此，生產(chǎn)上要進展雨后中耕松土，以破除地表結(jié)殼。團粒構(gòu)造包括團粒和微團粒。團粒指的是近似球形、疏松多孔的小團聚體，直徑為。粒徑在以下的稱為微團粒。上述五種構(gòu)造比較，從協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱方面進展。結(jié)論：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最為抱負的構(gòu)造：團粒構(gòu)造。粒徑為2～3mm。團粒和微團粒是構(gòu)造體中比較好的類型，尤其是團粒。改進土壤結(jié)構(gòu)性就是指促進團粒構(gòu)造的形成。土壤構(gòu)造是成土過程的產(chǎn)物，不同的土壤及其發(fā)生層都具有肯定的土壤構(gòu)造，如圖3-1所示。(二)團粒構(gòu)造是一種優(yōu)良的土壤構(gòu)造其主要特點和肥力特征如下。良好的孔隙性質(zhì)團粒構(gòu)造體之間主要為通氣孔隙，起到通氣透水的作用。構(gòu)造體內(nèi)部以毛管孔隙為主，這種狀況為土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)制造了條件(表3-2)。P30良好的土壤水氣狀況有團粒構(gòu)造的土壤中，水和空氣能同時并存。水能保存在團粒內(nèi)部的小孔隙中，空氣存在于團粒間的大孔隙中，所以能同時供給植物水分和空氣。每一個團粒就是一個“小水庫”。因此，具有團粒構(gòu)造的土壤其通透性和保蓄性適當，有利于土壤中微生物的活動和作物的生長。養(yǎng)分供給和貯藏比例適當由于團粒間的大孔隙內(nèi)有空氣存在，故團粒外表的有機質(zhì)能夠被微生物進展好氧分解，成為植物可以利用的養(yǎng)分；團粒內(nèi)部由于有水分充塞，又由于外部進展的好氧分解作用消耗了氧氣而造成厭氣環(huán)境，則腐殖質(zhì)得以累積，養(yǎng)分可以得到保存。團粒構(gòu)造起到“小肥料庫”的作用。(三)生產(chǎn)上制造土壤團粒構(gòu)造的措施有效而切實可行的恢復和制造團粒構(gòu)造有以下措施：精耕細作、增施有機肥料要方法。施用有機肥料必需與精耕細作相結(jié)合，使土粒與有機質(zhì)混合均勻，做到土肥相融，才能充分發(fā)揮腐殖質(zhì)的膠結(jié)作用。散碎，促進團粒構(gòu)造的形成。留意灌水方法大水漫灌或畦灌都易引起團粒構(gòu)造破壞，使土壤板結(jié)龜裂；細流溝灌、地下澆灌等對團粒構(gòu)造的破壞作用最??；進展噴灌，要留意掌握水滴大小和噴水強度，盡量減輕對團粒構(gòu)造的破壞。在尚無地下澆灌和噴灌條件的地區(qū)，對于密植作物只能承受畦灌，宜改大畦為小畦，以減輕破壞作用，并盡量在灌后準時松土。擴種綠肥或牧草，實行合理輪作好的影響。一般說來，不管禾本科或豆科作物，一年生作物或多年生牧草，只要生長強健、根系興旺，都能促進土壤團粒形成，只是它們的具體作用仍有很大區(qū)分。種植綠肥、實行牧草與作物輪作、水旱輪作，對于改進土壤構(gòu)造，培育3-4)。石灰、石膏等的施用膏，均有改進土壤構(gòu)造性的效果。土壤構(gòu)造改進劑的應用 土壤構(gòu)造改進劑有兩種類型，一是以料土 植物殘體、泥炭、褐煤等為原料，從中提取腐殖酸、纖維素、木質(zhì)素壤肥 等物質(zhì)，作為團聚土粒的膠結(jié)劑；二是模擬自然團粒膠結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)合成的高分子聚合物，如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺及其衍生物0.01%～0.1%物理性，且效果可維持2～3年，對改進鹽堿土理化性狀及防止水土流失均有很大作用。但是，改進劑不能代替有機、無機肥料。改進劑的使用方法有干施和液施兩種，施后需要耕耙土壤，使其與土壤充分混勻。三、土壤耕性(一)土壤的物理機械性1．土壤黏結(jié)性質(zhì)使土壤具有抵抗外力不被裂開的力量，是耕作時產(chǎn)生阻力的重要緣由之一。黏結(jié)性的大小因土壤質(zhì)地與水分含量而不同黏性土壤土粒黏結(jié)力強，潮濕土壤水膜愈薄，黏結(jié)力愈強；水分增加，水膜增厚，分子引力減弱，黏結(jié)性較?。簧靶酝烈蛲亮ｉg分子引力弱，故黏結(jié)性小，但水分增加時，由于水膜拉力而產(chǎn)生微弱 的黏結(jié)性。土壤黏著性此土壤過濕時進展耕作，土壤黏著性大，增加耕作阻力。黏著性是由壤含水量低、水膜很薄時，土壤主要表現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象；當含水量增加、水膜農(nóng)具、木器或人體)所吸引，表現(xiàn)出黏著性；隨著含水量的增加黏著性增加，到達最高后又漸漸降低。所以，土壤黏著性是在肯定含水量范圍內(nèi)表現(xiàn)出來的性質(zhì)。土壤可塑性土壤枯燥后仍能保持其外形，這種性質(zhì)稱為可塑性。開頭表現(xiàn)可塑性的最低含水量稱為下塑限；隨著土壤含水量增加，使土壤可塑性消逝時的土壤含水量稱為上塑限，二者間的含水范圍稱為塑性范圍。二者的差數(shù)稱為塑性值，塑性值大的土壤則可塑性強。親熱相關。如表3-5所示。表3-5 土壤質(zhì)地與可塑性的關系%土壤質(zhì)地物理黏粒下塑限上塑限塑性值中壤偏重>4016～1934～4018～21中 壤28～4018～2032～3412～16輕壤偏重24~3021±31±10輕壤偏砂20~2522±30±8砂 壤<2023±28±5土壤脹縮性土壤吸水后體積膨脹、枯燥后體積收縮的性質(zhì)稱為土壤脹縮性。影響脹縮性的主要因素是土壤質(zhì)地、黏土礦物類型、土壤有機質(zhì)含量、土壤膠體上交換性陽離子種類以及土壤構(gòu)造等。一般具有脹縮性的土壤均是黏重而貧瘠的土壤。土壤透水困難，通氣性較差；土壤干旱時，體積收縮，土表發(fā)生龜裂，造成漏風跑墑，扯斷植物根系。(二)土壤耕性1、土壤耕性概念理性質(zhì)和物理機械性的綜合反映，它是土壤的物理性與物理機械性的綜合表現(xiàn)。2、土壤耕性的評價耕作難易耕作難易常作為推斷土壤耕性好壞的首要條件。但凡耕作時省工、省勁、易耕的土壤，群眾稱之為“土輕”、“口松”、“綿軟”；耕硬”等。通常黏質(zhì)土、有機質(zhì)含量少及構(gòu)造不良的土壤耕作較難。耕作質(zhì)量好壞耙碎，不成坷垃，土壤松緊、孔隙狀況適中，有利于種子發(fā)芽、出土及幼苗生長的，謂之耕作質(zhì)量好，相反即稱為耕作質(zhì)量差。適耕期長短耕性良好的土壤，適宜耕作時間長，表現(xiàn)為“干好耕，濕好耕，不干不濕更好耕“；耕性不良的土壤則適耕期短，一般只有一兩天，錯過適耕期不僅耕作困難，費工費力，而且耕作質(zhì)量差，表現(xiàn)為“早上軟，晌午硬，到了下午鋤不動”，群眾 稱為“時辰土”。適耕期長短與土壤質(zhì)地及土壤含水量親熱相關(表3-6)。水分狀項 目水分狀項 目土壤結(jié)持性干濕潮濘多極多水堅酥可黏濃泥漿薄漿主要性狀具有固體的性松散，無可塑有可塑性，但有可塑性黏著成濃泥漿， 成懸浮體，質(zhì)，不能捏成性，黏結(jié)性無黏著性性可受重力影響如液體一團，強黏結(jié)性低，不成性塊而流淌樣歇易流淌耕作阻力大小大大大小耕作質(zhì)量成硬土塊成小土塊成大土塊成大土塊成浮泥狀成泥漿宜耕性不宜宜不宜不宜不宜宜稻田耕(三)土壤耕性的改進土壤耕性改進應當從以下幾方面進展：增施有機肥料有機肥料能夠提高土壤有機質(zhì)含量，利于形成良好的土壤團 構(gòu)造，從而降低黏質(zhì)土的黏結(jié)性、黏著性與可塑性，而對砂質(zhì)土則略有增加，因此增施有機肥料，對砂、黏、壤土的耕性均有改善。客土法過砂過黏的土壤，均可通過客土摻砂或摻黏改善其耕(3以調(diào)整與掌握土壤水作質(zhì)量的目的。四、土壤的熱特性(一)土壤的熱容和導熱性1．土壤熱容m 土壤熱容是指單位質(zhì)量或體積的土壤，溫度每上升或降低1℃所吸取或放出的熱量?？煞譃橘|(zhì)量熱容(c)和容積熱容(c)兩種，單位分別是Jg℃)和J／(cmm 在枯燥土壤中，土壤容積熱容等于土壤質(zhì)量熱容與土壤容重之積：cv=cm×土壤容重土壤是一個多相混合體，不同組分的熱容不同(表3-7)。但土壤熱容的大小，主要打算于土壤含水量的多少。在得到同等熱量的條件下，土壤熱容大的升溫慢，熱容小的升溫快。反之，降溫時，失掉同等熱量，熱容大的降溫慢，熱容小的降溫快。生產(chǎn)上，對園林植物育苗，考慮土壤熱容量。選土壤熱容量小的土壤。沙土、壤土為宜。表3-7 土壤不同組分的密度和熱容土壤組土壤組礦物質(zhì)密度／(g2．60～質(zhì)量熱容／[J／容積熱容／[J／1有機質(zhì)112土壤固相202土壤水分144土壤空氣0．010．土壤導熱率土壤吸取肯定熱量后，一局部用于它本身升溫，一局部傳送給鄰近其他土層。土壤傳導熱量的性質(zhì)稱為導熱性。導熱性的大小用導熱率來衡量。導熱率是指在單位厚度(1cm)土層，溫差為1℃時，每秒經(jīng)單／(打算于土壤固、液、氣三相組成比例。干土疏松、土壤含水分少、空氣多時，熱量傳導慢；緊實土壤、潮濕土壤，含水多、空氣少時，傳熱快。土壤導溫率導溫率是指在標準狀況下，在單位厚度(1cm)土層，溫差為1℃時，每秒經(jīng)單位 斷面(1cm2)進入的熱量使單位體積(1cm3)土壤發(fā)生的溫度變化。它與導熱率的關 系為：由此可知，導溫率與導熱率成正比，與容積熱容成反比。當土壤熱容不變時，導溫率與導熱率的增加是全都的，如由于土壤含水量變化而影響熱容，則導溫率與導熱率的變化就不全都。土壤吸熱性和散熱性(1)土壤吸熱性吸熱性就愈強。對于低溫地區(qū)，留意用有機肥加深土壤顏色。育苗有利。(2)土壤散熱性土壤散熱性是指土壤向大氣散失熱量的性能。土壤散熱性主要與土壤水分蒸發(fā)和土壤的熱輻射有關。土壤水分蒸發(fā)愈猛烈，土壤散失的熱量也愈多。當天氣晴朗無遮擋物時，土壤輻射強，散熱多，降溫快；假設天氣有云霧或煙霧，則輻射弱，散熱少。(二)土壤溫度1．土壤溫度對土壤肥力的影響土溫上升，土壤養(yǎng)分的溶解度增大，有效性提高，微生物對有機質(zhì)的礦化速率提高，養(yǎng)分釋放量增加。所以，作物吸取養(yǎng)分的力量增加。土溫過低，可導致缺乏氮素，旱地作物顯著削減對磷的吸取，水稻對磷的吸取力下降。2．土壤溫度對作物生長的影響土壤溫度與種子萌發(fā)任何作物種子的萌發(fā)必需有一個適宜的土壤溫度范圍。在這個范圍內(nèi)土壤溫度愈高，種子萌發(fā)就愈快；反之，土溫愈低就愈慢。當土溫低于此范圍時，種子就不萌發(fā)。土壤溫度與作物根系生長 一般作物根系在2～4℃時開頭微弱生長，土溫 高于10℃以上時，根系生長比較活潑，超過30～35℃，根系生長受阻。冬季根系可在土層深處生長，但土溫過低易產(chǎn)生凍害；而夏季土溫過高也常使根系組織加速退 化，甚至發(fā)生“燒根”或“燒莖”現(xiàn)象。(三)土壤溫度變化規(guī)律與調(diào)整1．土壤溫度的變化規(guī)律土壤溫度的日變。土壤表層溫度變幅最大，而底層變幅小以至根本穩(wěn)定。土壤溫度的年變化土壤溫度隨一年四季發(fā)生周期變化稱為土溫的年變化。土壤溫度和四季氣候變化類似，通常全年表土層最低溫消滅在1～2月，最高溫度消滅在7～8月。設施農(nóng)業(yè)土壤溫度的變化規(guī)律設施農(nóng)業(yè)保護地中最高溫度與最低溫度出 現(xiàn)的時間與露地相近由于設施農(nóng)業(yè)容積小與外界空氣熱量交換微弱所以增溫快，最高溫度比露地高得多；夜間有掩蓋物設施，室內(nèi)氣溫下降緩慢，最低溫度比陸地高2～4℃。2．土壤溫度的調(diào)整非設施農(nóng)業(yè)土壤溫度的調(diào)整①澆灌排水 土壤水分對土溫的影響很大。實踐中常依據(jù)氣溫變化，分別實行排灌措施，到達增溫