土壤物理性質(zhì)課件

土壤物理性質(zhì)（一）土壤質(zhì)地（二）土壤孔性和結(jié)構(gòu)性（三）土壤水分特性（四）土壤通氣性（五）土壤力學(xué)性質(zhì)與耕性.（三）土壤水分特征1、土壤水分特征曲線Sa又稱進(jìn)氣吸力或進(jìn)氣值一般來說，粗質(zhì)地砂性土壤Sa較小，而細(xì)質(zhì)地粘性土壤Sa較大.2、影響因素1）土壤質(zhì)地一般而言，粘粒含量越高，同一吸力條件下土壤的含水量越大，或同一含水量下其吸力值越高。粘質(zhì)土壤的水分特征曲線變化平緩，砂質(zhì)土壤則變化突出。.2）土壤結(jié)構(gòu)及土溫土壤愈密實(shí)，則大孔隙數(shù)量愈少，中小孔徑的孔隙愈多。因此，在同一吸力值下，干容重愈大的土壤，相應(yīng)的含水率一般也要大。（？？？）土溫升高，水的粘滯性下降，水的粘滯性下降，土壤水吸力減少.3）土壤水分變化過程滯后現(xiàn)象：由土壤脫濕過程和土壤吸濕過程測得的水分特征曲線不同，這一現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象在砂土中比在粘土中明顯.土壤物理性質(zhì)（一）土壤質(zhì)地（二）土壤孔性和結(jié)構(gòu)性（三）土壤水分特性（四）土壤通氣性（五）土壤力學(xué)性質(zhì)與耕性.

（四）土壤通氣性1、土壤通氣性的定義及其重要性土壤通氣性是泛指土壤空氣與大氣進(jìn)行交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和通氣的能力。土壤通氣性的好壞，主要決定于土壤的總孔度，特別是空氣孔度的大小。.土壤通氣性對于保證土壤空氣的更新有重大意義。在20℃～30℃以下，每平方米0~30cm表層土壤，每小時耗氧量高達(dá)0.5～1.7L。假設(shè)土壤的平均空氣容量為33.3%，其中O2含量為20%，如果土壤不能通氣，土壤中O2將會在12～40h后被耗盡。.通氣性良好的土壤中，植物根生理活動旺盛，根分泌作用強(qiáng)，好氣性微生物數(shù)量增加，活性增強(qiáng)，土壤中溶解氧濃度高，對重金屬、農(nóng)藥等有機(jī)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化及降解過程產(chǎn)生影響。.2、土壤通氣性的度量指標(biāo)1）空氣孔度一般將非毛管孔隙度≥10%作為土壤通氣性良好的指標(biāo)；或?qū)⑼寥揽諝饪锥日伎偪锥鹊?/5～2/5，而且分布比較均勻時，作為土壤通氣性良好的標(biāo)志。.2）土壤氧擴(kuò)散率即氧被呼吸消耗或被水排出后重新恢復(fù)的速率，單位mg/(cm2·min)。一般要求在30×10-5～40×10-5mg/(cm2·min)以上，植物才可良好生長。3）Eh值一般以300mV為界.土壤物理性質(zhì)（一）土壤質(zhì)地（二）土壤孔性和結(jié)構(gòu)性（三）土壤水分特性（四）土壤通氣性（五）土壤力學(xué)性質(zhì)與耕性.（五）土壤力學(xué)性質(zhì)與耕性土壤受外力作用時顯示出一系列動力學(xué)特性，統(tǒng)稱土壤力學(xué)性質(zhì)，主要包括粘結(jié)性、粘著性和塑性等。土壤耕性是土壤在耕作時所表現(xiàn)的綜合性狀，如耕作的難易、耕作質(zhì)量的好壞、宜耕期的長短。.土壤粘結(jié)性：土粒與土粒之間由于分子引力而相互粘結(jié)在一起的性質(zhì)。土壤粘結(jié)性使土壤具有抵抗外力破碎的能力，是耕作阻力產(chǎn)生的主要原因。土壤粘結(jié)力，包括不同來源和土粒本身的內(nèi)在力，有范德華力、庫侖力、水膜表面的張力，氫鍵，化學(xué)膠結(jié)劑等作用。土壤粘著性：土壤在一定含水量范圍內(nèi)，土粒粘附在外物上的性質(zhì)。.塑性：土壤在外力作用下變形，當(dāng)外力撤銷后仍能保持這種變形的特性。土壤只有在一定含水量范圍內(nèi)以及一定的粘結(jié)性前提下才具有塑性.土壤耕性是由耕作所變現(xiàn)出來的土壤的物理性質(zhì)，它包括耕作時土壤對農(nóng)具操作的機(jī)械阻力；耕作后與植物生長有關(guān)的土壤物理性狀。土壤耕性的一般要求是：耕作阻力要??；耕作質(zhì)量高，翻耕的土壤要松碎，便于根的穿扎和有利于保溫、保墑，通氣和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化；適耕期盡可能長。.一、土壤物理性質(zhì)（一）土壤質(zhì)地（二）土壤孔性和結(jié)構(gòu)性（三）土壤水分特性（四）土壤通氣性（五）土壤力學(xué)性質(zhì)與耕性.二、土壤的化學(xué)性質(zhì)（一）土壤的膠體特性（二）土壤酸堿性（三）土壤氧化性和還原性（四）土壤中的配位反應(yīng).（一）土壤的膠體特性及吸附性1、概念：土壤膠體是指顆粒直徑小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。目前土壤膠體粒徑的大小范圍，并不是絕對的。這是因?yàn)槟z體性質(zhì)的出現(xiàn)，是隨著粒徑的減小逐漸加強(qiáng)的。沒有截然劃分的界限。Ⅰ土壤膠體的概述.2、土壤膠體的比表面和表面能

＊比表面：單位重量或單位體積物體的總表面積.很顯然顆粒越小，比表面越大。

＊表面能：產(chǎn)生于兩相介質(zhì)上分子所受各方面的分子引力不均衡，因而表面分子具有一定數(shù)量的自由能。物質(zhì)的比面愈大，表面能也愈大。由于土壤膠體有巨大的比表面，所以會產(chǎn)生巨大的表面能。.總之：2：1型粘土礦物和有機(jī)質(zhì)的含量越高，土壤的比表面積越大。表土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2·g-1）膠體成分內(nèi)表面積外表面積總表面積蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800.3、土壤膠體的電性和電位

（1）土壤電荷的起因和種類

①永久電荷(permanentcharge)***永久電荷起源于礦物晶格內(nèi)部離子的同晶置換。

②可變電荷(variablecharge)***隨pH的變化而變化的土壤電荷，這種電荷稱為可變電荷。

.可變電荷的成因主要是膠核表面分子或原子團(tuán)的解離：A.含水氧化硅的解離B.粘粒礦物的晶面上的OH和H的解離C.腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離D.含水氧化鐵、鋁表面的分子中OH的解離； 從上述四種情況來看，土壤膠體所帶的電荷數(shù)量和性質(zhì)與介質(zhì)的pH值有密切關(guān)系。.（2）土壤的電荷數(shù)量**質(zhì)地一般來說，土壤的質(zhì)地越粘，土粒越細(xì)，其電荷總量也越多。所以粘土的電荷數(shù)量要比壤土類和砂土類高得多。土壤膠體的種類土壤質(zhì)地完全相同的兩種土壤，它們所帶的電荷數(shù)量可以完全不同。這是由膠體類型不同所致。

pH值主要影響可變電荷的數(shù)量。

.（3）土壤膠體的雙電層結(jié)構(gòu)土壤膠體的膠核一般帶負(fù)電荷，形成一個負(fù)離子層（即決定電位離子層），其外部由于電性吸引，而形成一個正離子層（包括非活動新離子層和擴(kuò)散層），即合稱為雙電層。.

膠體微粒

膠粒膠核雙電層決定電位離子層（內(nèi)）補(bǔ)償離子層（外）非活性離子層擴(kuò)散層.4、土壤膠體的種類及其性質(zhì)（1）土壤無機(jī)膠體：主要是指次生礦物包括三類：⑴含水氧化硅；

⑵含水氧化鐵、鋁膠體

⑶層狀鋁硅酸鹽粘土礦物.①含水氧化硅：

＊非晶質(zhì)膠體，分子式SiO2?H2O或偏硅酸H2SiO3。＊其外層的硅酸分子SiO2?H2O發(fā)生解離，解離出H+，而在膠核上留下HSiO3-和SiO32-，而使膠體帶負(fù)電荷。

土壤ph值越大，硅酸的解離度越大，膠體所帶電荷也越多。.②含水氧化鐵、鋁膠體包括晶質(zhì)的褐鐵礦、針鐵礦、水鋁石和三水鋁石。它們均屬兩性膠體，所帶電荷隨pH值變化有很大不同，在溶液偏酸時，解離出OH-，成為Al(OH)2+帶正電。在溶液偏堿時，解離出H+，成為Al(OH)2O-帶負(fù)電。.③層狀鋁硅酸鹽粘土礦物高嶺石（kaolinite）＊帶電原因：一部分電荷是晶格破裂產(chǎn)生的；另外晶格表面的—OH和—OH2在土壤呈強(qiáng)堿性條件下，釋放出氫質(zhì)子，導(dǎo)致高嶺石帶負(fù)電荷（可變電荷）。＊帶電量的多少：高嶺石所帶電荷數(shù)量較少。.伊利石伊利石帶有的電荷是由同晶代換產(chǎn)生的（永久電荷）。其中有一部分負(fù)電荷被鉀離子中和，伊利石的帶電量比高嶺石多。.蒙脫石帶有的電荷是由同晶代換產(chǎn)生的，帶電量比伊利石多。.（2）土壤有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)，它是有機(jī)質(zhì)在土壤微生物等的作用下形成的＊帶電性：負(fù)電荷主要是由羧基和酚羥基解離的氫離子引起，與pH相關(guān)；腐殖質(zhì)膠體中的NH2可接受氫離子，導(dǎo)致腐殖質(zhì)膠體帶正電荷。.（3）土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體是土壤腐殖質(zhì)和粘土礦物通過混合和吸附結(jié)合在一起，結(jié)合過程比較復(fù)雜。有機(jī)膠體與無機(jī)膠體的連接方式是多種多樣的，但主要是通過二價、三價等多價陽離子（Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等）作為橋梁把腐殖質(zhì)與粘土礦物連在一起，或者通過腐殖質(zhì)表面的功能團(tuán)比如—COOH、—OH以氫鍵的方式與粘土礦物連在一起。

.有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的性質(zhì)表面性質(zhì)：粒徑增大，比表面積減小，陽離子交換量降低，一般帶負(fù)電荷復(fù)合體的電動電位降低，有利于形成結(jié)構(gòu)體。穩(wěn)定性：有機(jī)無機(jī)復(fù)合體有助于土粒的水穩(wěn)性和疏松多孔團(tuán)聚體的形成。.Ⅱ土壤膠體的陽離子交換吸附＊1、土壤陽離子交換過程（1）概念：土壤膠體吸附的陽離子，在一定條件下，與土壤溶液中的陽離子發(fā)生交換，這就是土壤陽離子的交換過程。能夠參與交換過程的陽離子，就成為交換性陽離子。.土壤陽離子交換過程.①陽離子交換作用是可逆反應(yīng)。②交換是等當(dāng)量進(jìn)行的。③陽離子交換受質(zhì)量作用定律的支配。（2）陽離子交換作用的特征：.(3)影響陽離子交換能力的因素**①電荷的影響

根據(jù)庫侖定律，陽離子的價數(shù)越高，交換能力也越大。②離子的半徑及水化程度

同價的離子中，離子半徑愈大，水化離子半徑就越小，因而具有較強(qiáng)的代換能力。③離子濃度和數(shù)量因子土壤中一些陽離子的代換力的大小順序Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+.2、土壤陽離子交換量（CationExchangeCapacity）CEC

（1）定義：在一定pH值時，每千克土壤中所含有的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)。單位：cmol/kg。.（2）意義：陽離子交換量是評價土壤肥力的一個指標(biāo)。它直接反應(yīng)土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小。一般認(rèn)為：<10cmol/kg，保肥力弱；10～20cmol/kg，保肥力中等；>20cmol/kg，保肥力強(qiáng)。.3、影響土壤陽離子交換量的因素（1）土壤質(zhì)地的影響土壤質(zhì)地愈粘，土壤的交換量也就愈大。土壤質(zhì)地砂土輕壤土中、重壤土粘土CEC（

cmol/kg

）1～27～815～1825～30.（2）腐殖質(zhì)含量腐殖質(zhì)含量越高，陽離子交換量越大。腐殖質(zhì)易帶負(fù)電荷，腐殖質(zhì)膠體具有極大的比表面積，交換量為200—500cmol/kg。.（3）膠體的性質(zhì)高嶺石（6cmol/kg）、伊利石（30mol/kg）、蒙脫石（100cmol/kg）.（4）土壤的酸堿性在一般情況下，隨著pH的升高，土壤的可變電荷增加，土壤的陽離子交換量也增加。.4、土壤鹽基飽和度定義：土壤膠體上的交換性鹽基離子占交換性陽離子總量的百分比。土壤交換性陽離子可分為二類：致酸離子（H+、Al3+）鹽基離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)。.研究鹽基飽和度的意義：真正反映土壤有效速效養(yǎng)分含量的大小。若陽離子總量大，而鹽基飽和度偏小，土壤中養(yǎng)分狀況？鹽基飽和度>80%的土壤，一般很肥沃；鹽基飽和度50%~80%的土壤，中等肥力水平。鹽基飽和度<50%的土壤，肥力較低。需要采取措施對土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。.Ⅲ土壤膠體對陰離子的交換吸附土壤吸收陰離子的原因1、兩性膠體帶正電荷酸性Al(OH)3+HCl=Al(OH)2++Cl--+H2O2、土壤腐殖質(zhì)中的—NH2

在酸性條件下吸收H+成為—NH3+而帶正電。.陰離子的交換吸附比較復(fù)雜，它可與膠體微粒形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈吸附，如PO43-HPO42-。但Cl-NO3-NO2-等離子不能形成難溶鹽，故它們不被或很少被土壤吸附。各種陰離子被土壤膠體吸附的順序如下：F->草酸根>檸檬酸根>PO43-〉A(chǔ)sO43->HCO3->H2BO3->CH3COO->SCN->SO42->Cl->NO3-.根據(jù)陰離子吸收的特點(diǎn)，在施肥時，應(yīng)采取相應(yīng)措施，磷肥施用時應(yīng)防止固定，硝酸態(tài)氮肥應(yīng)防止流失。.Ⅳ離子吸收代換作用的意義

1、使土壤具有保持和供應(yīng)養(yǎng)分的能力離子態(tài)的養(yǎng)分，在土壤膠體的