第2章-土壤物理性质
土壤学第二章 土壤性质(水文)
Ca使土壤颗粒凝聚，形成水稳性结构体
2. 影响土壤养分有效性
养分离子从土壤胶体上被交换到土壤溶液中， 易被作物吸收（有效性提高），但也易流失
提问
土壤 A
阳离子组成 [cmol(+)/Kg]
K+ Ca2+ Mg2+ Fe3+ Al3+ H+ NH4+
6.6
6.4
3.8
0.4
成分的淋失，使土壤逐渐酸化；干旱地区，降雨量远远低于蒸发量
第二章 土壤的基本性质
（Soil basic characteristics）
§2-1 土壤孔隙性与结构性 §2-2 土壤胶体与离子交换作用 §2-3 土壤酸碱性 §2-4 土壤通气性与氧化还原性 §2-5 土壤热性质 §2-6 土壤养分状况
§2-1 土壤孔隙性与结构性
§ 2-1 soil porosity 、structure
度”）
旱地土壤在1.14～1.26g/cm3之间最适宜。 （2）影响因素：
土壤的矿物组成和含量 土壤有机质含量 土壤质地 土壤结构 土壤松紧度 人类活动
3. 土壤孔隙度：土壤孔隙的数量指标，即单位体
积土壤中孔隙体积占整个土壤体积的百分数。
孔隙体积 土壤孔隙度 100% 土壤体积
土壤体积-土粒体积 100% 土壤体积
土壤中带正电荷胶体吸附的阴离子与土壤溶液中阴 离子相互交换的作用。 类型： （1）易被土壤吸附的阴离子：磷酸根（H2PO4HPO42- 、PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）、某 些有机酸根（C2O42-）； （2）很少或不被吸附的离子：Cl-、NO3- NO2-，易 随水流失； （3）中间类型的阴离子：SO42-、CO32-、HCO3-、 某些有机酸（CH3COO-）。
土壤物理性质
中質地壤性土
例題 1
有一濕土壤質量為1000克，體積為640立方公 分，置於烘箱中乾燥後，質量為800克，假 設其固體密度(s)為2.65克/立方公分。
試計算其總體密度(b)、孔隙率()、空孔比 (e)、含水率()、飽和度(s) 、質量濕度(w) 。
M t 1000g ; Vt 640cm3 ; s 2.65 g cm3
質地分量(texture fraction)
國際土壤學會(International Soil Science Society, ISSS)
土壤(<2mm)，石礫(>2mm) 砂粒(sand) (20μm ～2mm) 坋粒(silt)(2μm ～20μm) 黏粒(clay)(<2μm)
質地分量(texture fraction)
Sandy clay loam （砂質黏壤土）
練習
例二：
25 % sand， 60 % silt ， 15 % clay
Silt loam （坋 質壤土）
練習
例三：
20 % sand， 30 % silt ，50 % clay
Clay （黏土）
黏
細質地黏性土
粗質地砂性土
體積濕度與飽和度之關係
s
f when s 100%
then f 1 b s
土壤質地(soil texture)
係指土壤中顆粒粒徑範圍而言 組成特定土壤之顆粒是大、是小，或是
中等，或其粒徑範圍 土壤中各粒徑範圍間質量的比例，為土
壤的永久屬性，用以表示其物質組成之 特徵
飽和度(degree of saturation)
土壤中水分體積與孔隙體積之相對值 乾燥土壤為0，完全飽和時為100% 完全飽和很少能達到，縱使在極濕之土
第二章土壤理化性质
库布其沙漠治理
二、土壤孔隙性（比重，容重，孔隙度 ）
（一）土壤的比重与容重
土壤比重：单位体积土壤固相物质的重量（不包括土壤孔隙体积 ）和同体积水的重量之比，无单位。一般土壤比重为2.65， 测 定方法：比重计法；
土壤容重：单位体积原状土体（包括固体和孔隙在内）的干土重
。单位为g/cm3, 一般为1.325 g/cm3。（环刀法）
土壤所获得的的辐射能与地理纬度 、地形条件、地表物质、季节变化 和植被覆盖有关系
（二）土壤的热平衡
土壤所获得的太阳能转化为热能 以后，主要部分消耗于土壤水分 的蒸发及与大气层间的湍流交换 上，一部分被生物活动所消耗， 很少一部分通过热交换传导至土 壤底层。
土壤固相物质组成、土壤质地和土壤结构 是决定土壤许多重要物理特性的物质基础，而 土壤颗粒密度、土壤密度、孔隙度、土壤磁性 和土壤颜色则是反映土壤物质组成和土壤发生 条件的重要定量指标。
第一节 土壤物理性质
一、土壤结构及意义
（一）土壤结构以其形态类型
1.土壤结构体：土粒（单粒和复粒）因胶结、凝聚等作用形成大小、形 状不同的团聚体。 2.土壤结构：土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。按形状可分为块状 、片状和柱状三大类型；按其大小、发育程度和稳定性等，再分为团（粒 ）状、块状、棱柱或柱状、片状等结构。
土壤容重是土壤发生学重要参数、是计算土壤孔隙度、水分和养 分含量、和土层重量的必须指标，是评价土壤物理性质和肥力水 平的重要依据。
（二）土壤的孔隙性
土壤的多孔性称为孔隙性， 孔隙所占体积的百分比，称
为孔隙度
土壤孔隙度%=（1-容重/比重）×100%
•土壤孔隙包括毛管孔隙（直径小于0.1 mm）和非毛管孔隙（ 直径大于0.1mm），毛管孔隙使土壤具有持水能力；非毛管 孔隙使土壤具有透水性和通气性。
土壤的物理性质
2、卡庆斯基土壤质地分类标准
这是一种2级分类法。按物理性砂粒和物理性粘 粒含量，将土壤划分为9级。详见表。
5
3、我国土壤质地分类标准
中国科学院南京土壤研究所，针对我国南、北 方土壤质地名称和差异，综合划分为3类12种， 质地名称详见表。
6
沙性土 壤性土 黏性土
7
（三）不同质地土壤的肥力特点 1、砂质土：
教学要求
1、掌握土壤质地概念和不同质地土壤的肥力特点。 2、掌握土壤孔隙度、比重、容重、土壤黏结性、 黏着性、可塑性和耕性等有关概念。 3、掌握土壤容重在农业中的应用。 4、掌握耕作对土壤的影响。 5、了解改善土壤质地和土壤结构的相关措施。 6、了解土壤团粒结构的形成和所需的条件。 7、熟悉土壤结构的类型及基特性。
大小孔隙的相对比率（以土壤孔隙度为100计）
持水隙度 85～90 70～80 60～70 50～60 40～50 25～40 重壤土 中壤土 轻壤土 砂壤土 砂 土
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4、孔隙在土壤中的分布
一般土壤耕层（0-15cm）的总孔隙度为50-60%， 其中通气孔隙度为15-20%。底层（15-30cm）分 别为50%（总）和10%（气）为宜。
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不同质地的土壤孔隙状况％
土壤质地 土壤孔隙度 粘 土 50～60 45～50 45～50 45～50 40～45 30～35
在干燥状态下，以手掌中研磨时的感觉来初步 判断土壤属于那一类质地。
砂土：松散易碎，砂粒可辨，搓揉时发出沙沙声，即 土粒分散不成团。 粗砂土：很粗糙，沙声强，主要是粗砂粒。
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土壤基本特点
土壤基本特点土壤是地球表面由岩石风化形成的一种自然资源，它是生物生存和发展的基础。
土壤基本特点主要包括物理性质、化学性质和生物学性质。
一、物理性质：1.质地：土壤的质地是指土壤中颗粒的大小和组成。
根据颗粒大小，土壤可分为砂壤、壤土和粉砂壤三种类型。
砂壤颗粒较大，通气性好，但保水能力较差；壤土颗粒适中，保水性和肥力较好；粉砂壤颗粒较小，保水性好，但通气性较差。
2.结构：土壤的结构是指土壤颗粒的排列方式和组合形式。
土壤结构对土壤的透水性、透气性、保水性和肥力等有着重要影响。
常见的土壤结构有块状结构、柱状结构、板状结构等。
3.密度：土壤的密度是指单位体积土壤的质量。
土壤密度越大，说明土壤颗粒之间的空隙越小，通气性和透水性越差。
土壤密度的大小对作物的根系发育和生长有直接影响。
4.湿度：土壤湿度是指土壤中水分的含量。
土壤湿度对植物生长和发育具有重要影响，过多的湿度会导致土壤缺氧，过少的湿度则会造成干旱。
二、化学性质：1.酸碱性：土壤的酸碱性是指土壤中酸性或碱性物质的含量。
酸性土壤一般含有较多的酸性离子，如氢离子、铝离子等；碱性土壤则含有较多的碱性离子，如氢氧根离子、钙离子等。
土壤的酸碱性对植物的吸收和利用养分有重要影响。
2.肥力：土壤的肥力是指土壤中养分的含量和可利用性。
肥沃的土壤富含有机质和各种养分，适宜植物生长。
贫瘠的土壤养分含量较低，不利于植物的生长发育。
3.氧化还原性：土壤的氧化还原性是指土壤中氧气和水的存在状态。
氧化还原性对土壤中微生物的生长和活动有重要影响，也能影响土壤中有机物和无机物的转化过程。
三、生物学性质：1.土壤微生物：土壤中存在着大量的微生物，如细菌、真菌、放线菌等。
这些微生物对土壤有机物的分解和养分的循环有重要作用，也能促进土壤的结构形成和改良。
2.土壤动物：土壤中常见的动物有蚯蚓、蚂蚁、蜈蚣、蟹类等。
土壤动物通过活动和排泄物可以改善土壤结构和通气性，促进土壤的肥力和养分循环。
3.植物：土壤是植物生长和发育的基质，植物的根系通过土壤吸收水分和养分。
土壤的物理化学性质
土壤的物理化学性质壤是发育于地球陆地表面具有生物活性和孔隙结构的介质，是地球陆地表面的脆弱薄层土壤是各种陆地地形条件下的岩石风化物经过生物、气候诸自然要素的综合作用以及人类生产活动的影响而发生发展起来的。
接下来店铺为你整理了土壤的物理化学性质，一起来看看吧。
土壤的物理性质(1)土壤质地和结构土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固体颗粒是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85%以上。
根据固体颗粒的大小，可以把土粒分为以下几级：粗砂(直径2.0~0.2mm)、细砂(0.2~0.02mm)、粉砂(0.02~0.002mm)和粘粒(0.002mm以下)。
这些大小不同的固体颗粒的组合百分比称为土壤质地。
土壤质地可分为砂土、壤土和粘土三大类。
砂土类土壤以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒比重小，土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥性能差，易干旱。
粘土类土壤以粉砂和粘粒为主，质地粘重，结构致密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘、干时硬。
壤土类土壤质地比较均匀，其中砂粒、粉砂和粘粒所占比重大致相等，既不松又不粘，通气透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。
土壤结构是指固体颗粒的排列方式、孔隙和团聚体的数量、大小及其稳定度。
它可分为微团粒结构(直径小于0.25mm)、团粒结构(0.25~10mm)和比团粒结构更大的各种结构。
团粒结构是土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成0.25~10mm直径的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。
具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，它能协调土壤中水分、空气和营养物质之间的关系，统一保肥和供肥的矛盾，有利于根系活动及吸取水分和养分，为植物的生长发育提供良好的条件。
无结构或结构不良的土壤，土体坚实，通气透水性差，土壤中微生物和动物的活动受抑制，土壤肥力差，不利于植物根系扎根和生长。
土壤质地和结构与土壤的水分、空气和温度状况有密切的关系。
(2)土壤水分土壤水分能直接被植物根系所吸收。
土壤的物理性质
土壤的物理性质1、 土壤的温度：土壤的温度在土壤中的分布于变化时是土壤热量状况的反映。
土壤温度状况也是土壤系统分类中的重要诊断特性。
2、 土壤的孔隙（1） 土壤孔隙度： 土壤的孔隙状况取决于土壤的质地和土壤的结构，土壤的孔隙度在不同类型的土壤和同一类型土壤不同发生层中都是不相同的。
土壤孔隙度通常不直接测定，而是通过土壤相对密度和容量的数据来计算获取的。
%100-1⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=土壤相对密度土壤容量土壤孔隙度 （2） 影响土壤孔隙的因素土壤孔隙度、孔径大小和大小孔隙的比例，决定与土粒的粗细以及土粒排列和团聚的形式。
影响土壤孔隙状况的因素主要有以下几种。
a. 土壤质地b. 土粒排列松紧与土壤结构c. 有机物质（3） 土壤相对密度和容重以动态观点及非线性动力学理论和方法来探索地质环境演化在自然因素与人为因素双重的作用下环境产生变化, 而这些因素的变化在许多情况下是无序的,是一个非线性问题。
非线性动力学理论和方法研究,在国际上已成为热点问题。
要了解和掌握这些因素变化, 就要通过长期的连续的对环境各要素进行监测, 取得必要的资料,从而来认识它。
因此, 国际上非常重视建立不同级别的(即全球性的、国家级的、地区性的) 长期的环境监测网站。
收集环境变化记录资料, 作为全球环境变化研究的科学依据,也是地球系统科学的重要组成部分。
这种以研究环境和生态系统为目的的不同级别的长期监测网站的建立已成为国际性趋势。
例如美国的长期生态研究网络、亚洲—太平洋地区的全球变化网络、中国生态系统研究网络、欧洲全球变化研究网络等等(方精云等, 2000) [10 ] 。
以各类环境监测数据为基础, 采用动态观点及非线性动力学理论和方法, 综合性地来探索地质环境演化的特点和地质环境灾变预报的可能性。
212 从不同空间尺度研究地球环境演化着眼于地球是个复杂系统, 是个多层次结构,以及通过各圈层相互作用的演化过程, 来研究全球性环境变化。
既研究现代的, 也研究过去地质历史时期(如晚更新世以来, 尤其是全新世时期的古环境变迁) , 同时对21 世纪内全球变化趋势进行预测。
土壤物理性质
2、土壤通气性的度量指标
1）空气孔度 一般将非毛管孔隙度≥10%作为土壤通气性良好 而且分布比较均匀时，作为土壤通气性良好的 标志。
的指标；或将土壤空气孔度占总孔度的1/5～2/5，
2）土壤氧扩散率
即氧被呼吸消耗或被水排出后重新恢复的速率， 单位mg/(cm2 ·min)。一般要求在30×10-5 ～ 40 ×10-5mg/(cm2 ·min)以上，植物才可良好 生长。
②
含水氧化铁、铝胶体
包括晶质的褐铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石。 它们均属两性胶体，所带电荷随pH值变化有很大 不同，在溶液偏酸时，解离出OH-，成为 Al(OH)2+带正电。 在溶液偏碱时，解离出H+，成为Al(OH)2O-带负电。
③ 层状铝硅酸盐粘土矿物
高岭石（kaolinite）
＊带电原因： 一部分电荷是晶格破裂产生的； 另外晶格表面的—OH和—OH2在土壤呈强碱性条 件下，释放出氢质子，导致高岭石带负电荷（可 变电荷）。 ＊带电量的多少：高岭石所带电荷数量较少。
各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下： F->草酸根>柠檬酸根>PO43-〉AsO43->HCO3>H2BO3->CH3COO->SCN->SO42->Cl->NO3-
根据阴离子吸收的特点，在施肥时，应采取相应措施， 磷肥施用时应防止固定，硝酸态氮肥应防止流失。
Ⅳ 离子吸收代换作用的意义
1、使土壤具有保持和供应养分的能力
（2）意义： 阳离子交换量是评价土壤肥力的一 个指标。它直接反应土壤可以提供速效养分的 数量，也能表示土壤保肥能力、缓冲能力的大 小。
一般认为：<10 cmol/kg，保肥力弱；
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主要内容包括：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.1 土壤孔性 2.2 土壤结构性
2.3 土壤物理机械性质与耕性
2.1土壤孔（隙）性
土壤是极为复杂的多孔体，土壤孔隙的类型 及其分布变化多端。不同的孔隙在土壤肥力上的 意义不同。 重点:掌握土壤密度的应用；土壤孔隙度的概念、 土壤孔隙类型 难点：土壤密度和土粒密度的区别；当量孔径
土壤孔隙是土壤固相部分所占容积以外的空间，也就是液相 和气相在土壤中所占的空间。
土壤孔 (% 隙 )土 孔 度壤 隙容 容 10积 积 % 0
由于土壤孔隙容积很难直接测定出来，所以孔隙度需要根据 土壤密度（土壤容重）和土粒密度（土壤比重）来计算。
土壤孔 (% 隙 )1度 土 土粒 壤密 密 10% 度 度 0
程度（紧实度）等，主要通过影响孔隙而影响容重。比较沙质 土、粘质土的土壤密度大小----- 。 （4）、大小：土壤密度的范围一般在1.0---1.6 g/cm3之间 ，耕 层土壤多在1.2---1.3 g/cm3左右。
（5）、土壤密度的用途
①计算土土壤质量=密度*体积
举例计算------一亩耕层土壤质量等。一般按15万公斤，实际质 量为多少？
2.1.1土粒密度（土壤比重）和土壤密度（土壤容重）
1、土粒密度（土壤比重）
（1）概念：土粒密度是指单位体积的固体土粒（固体部分）的质量。 （单位体积不包括粒间孔隙）
（2）单位：克/立方厘米(g/cm3)；百万克/立方米(Mg/m3)；吨/立方米。 （ 3 ）.影响大小的因素：影响土粒密度大小的因素是固体部分的组成--矿物 质和有机质。土壤矿物质的种类、有机质含量 ，（ 有机质含量的多少对土 粒密度的影响-----）
1、影响土壤孔隙状况的因素 土壤孔隙状况的影响因素主要有土壤质地、土壤有机质含量、土壤结构状
况等。 2土壤孔隙状况与土壤肥力 土壤孔隙状况直接影响土壤水、气、热状况，影响养分转化和有效性。 3土壤孔隙状况与作物生长 从农业生产需要来看，旱作土壤耕层的土壤总孔度为50%~56%，通气孔度
不低于10%，大小孔隙之比在1:2~4，较为合适。但是，各种作物对土壤松 紧和孔隙状况的要求也略有不同，因为各种作物、蔬菜、果树等的生物学
③通气孔隙(空气孔隙 或大孔隙) 当量孔径大于0.02mm，相应的土壤水吸力
小于150KPa。通气孔隙的水分主要受重力支配 而排出，不具有毛管作用，成为空气成为空气流 动的通道，所以叫通气孔或非毛管孔。
通气孔隙(空气孔隙 或大孔隙)的数量和大小 决定土壤的通气性和透水性能的重要因素之一. 旱地土壤通气孔在10—20%之间为佳。
非活性孔隙
①非活性孔：土壤孔隙中最细微的部分, 当量孔隙在
0.002mm以下，土壤水吸力为1500KPa以上。这种孔 隙中，几乎是被土粒表面的吸附水所充满。土粒对这 些水有较强的分子引力，使它们不易运动，也不易损 失，无效孔径中植物的根与根毛难以伸入，供水性差， 这部分水不能为植物所利用，故称为无效孔隙。
②计算土壤各组分质量：如土壤养分量，土壤中水分量。
举例计算------计算有机质、氮、磷和钾等的质量。
③依据土壤密度的大小判断土壤的松紧程度。
密度小的土壤疏松，而密度大的土壤坚实 。
④计算土壤的固体、液体和气体的百分比（%） ⑤计算土壤的孔隙度
2.1.2、土壤孔度与孔隙比 1.土壤孔隙度
1.概念：土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分数称为土 壤孔度，又称总孔度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。
（4）.土壤密度常用值：通常取2.65克/立方厘米(g/cm3) 为土粒密度的常用值。
多数土壤矿物的密度在2.6-2.7克/立方厘米(g/cm3)左右，平均为2.65克/
立方厘米(g/cm3) ; 有机质的密度为1.25-1.40克/立方厘米(g/cm3) ，
2、土壤密度（又叫土壤容重）： （1）、概念：单位体积原状土壤干土的质量。 （2）、单位：克/立方厘米(g/cm3)； 百万克/立方厘米(Mg/m3) （3）、影响土壤密度的因素：质地、结构、有机质含量、松紧
②毛管孔隙
（2）毛管孔隙(capillary pore) 当量孔径约 为0.02~0.0002 mm，土壤水吸力约150K pa ~1500K pa，具有毛管作用。水分可借助毛管弯 月面力保持贮存在该类孔隙中。植物细根、原 生动物和真菌等难以进入毛管孔隙中，但植物 根毛和一些细菌可在其中活动，其中保贮的水 分可被植物吸收利用。
各级孔隙的孔度
土壤孔隙度（%）=（1—土壤密度/土粒密度）×100 非活孔度（%）＝凋萎含水量%×土壤密度（容重） 毛管孔度（%）＝（田间持水量%－凋萎含水量%）×土壤密度
（容重） 通气孔度（%）＝总孔隙度%－毛管孔度（%）－非活孔度（%）
2.1.3土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关系
孔隙比＝孔隙容积/土粒容积＝孔隙度/（1－孔隙度） 例如土壤土壤孔隙度（%）为55%，则土壤孔隙比为55%/
（1-55%）=1.22。 对植物生长而言，土壤孔隙比为稍大于1为好
3.孔隙的类型
土壤孔隙度和孔隙比只能说明孔隙容积与 固相容积在数量上的比例，它并不能反应土壤 孔隙性质的差别，即使两种土壤的孔隙度与孔 隙比完全相同，如果两种土壤大小孔隙的数量 和分配不同，那么它们在保水、导水、通气及 其它的性质也会有差异。
土壤孔 土 孔 隙壤 隙 度 容 容 10% 积 积 0土壤 土容 壤 土积 容 粒 积 容 10% 积 01土 土壤 粒容 容 10% 积 积 0 1土 土 土 土壤 壤 壤 粒质 质 密 密 10量 量 度 度 % 01土 土粒 壤密 密 10% 度 度 0
2.孔隙比
土壤孔隙的数量，也可以用孔隙比表示，它是指土壤中孔隙 容积和固相土粒容积的比值。
（1）.当量孔径
土壤孔隙的形状和连通情况非常复杂，孔 径的大小也变化多端，它们并非有规则的形状， 在土壤学上所说的孔隙直径是指与一定的土壤 水吸力相当的孔径，称当量孔径或有效孔径。
d 3 由毛管水的运动导 公而 式来 推
d：当量T孔径㎜，T：土壤水吸力 100Pa
（2）孔隙的分级
通常根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级： 非活性孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。