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1、 土壤固相组成的物理诊断特性主要包括土壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和土壤质地，它们是土壤发生的重要标志，也是影响土壤与环境间热量、水分、养分和气体交换，以及土壤中物质迁移转化的重要因素，因此，成为土壤分类和土壤资源开发利用的重要依据。土壤固相颗粒很少呈单粒存在，它们经常是相互作用而聚积形成大小不同、形状各异的团聚体(aggregate)，这些团聚体的组合排列称为土壤结构(soil structure)。土壤结构是成土过程的产物，故不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构，如图2-22所示。图2-22 土壤结构类型图解Platy 图2-22 土壤结构类型图解(续)图2-22 土壤结构类型图解(
2、续)图2-22 土壤结构类型图解(续)图2-22 土壤结构类型图解(续)柱状结构柱状结构Columnar块状结构块状结构Blocky 大块状结构大块状结构 Massive棱柱状结构棱柱状结构Prismatic图2-22 土壤结构类型图解(续)土壤结构的形成土壤结构的形成(一一一一)阶阶阶阶段性段性段性段性第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段：分分分分散散散散的的的的单单单单粒粒粒粒（矿矿矿矿物物物物质质质质颗颗颗颗粒粒粒粒和和和和有有有有机机机机质质质质颗颗颗颗粒粒粒粒）通通通通过过过过凝凝凝凝聚聚聚聚、胶结等作用，形成微团聚体（复粒）胶结等作用，形成微团聚体（复粒）胶结等作用，形成微团聚体（复粒
3、）胶结等作用，形成微团聚体（复粒）；第第第第二二二二阶阶阶阶段段段段：微微微微团团团团聚聚聚聚体体体体进进进进一一一一步步步步胶胶胶胶结结结结，同同同同时时时时受受受受到到到到各各各各种种种种成成成成型型型型力力力力的的的的作作作作用用用用，形成团聚体。形成团聚体。形成团聚体。形成团聚体。(二二二二)基本条件基本条件基本条件基本条件具有胶结物质和促使土壤颗粒胶结的力具有胶结物质和促使土壤颗粒胶结的力具有胶结物质和促使土壤颗粒胶结的力具有胶结物质和促使土壤颗粒胶结的力 有有有有机机机机胶胶胶胶体体体体主主主主要要要要是是是是土土土土壤壤壤壤腐腐腐腐殖殖殖殖质质质质、土土土土壤壤壤壤微微微微生生生
4、生物物物物的的的的菌菌菌菌丝丝丝丝体体体体和和和和粘粘粘粘液液液液等等等等 ；无机胶体无机胶体无机胶体无机胶体主要有粘粒、铁铝氢氧化物，硅酸等。主要有粘粒、铁铝氢氧化物，硅酸等。主要有粘粒、铁铝氢氧化物，硅酸等。主要有粘粒、铁铝氢氧化物，硅酸等。由胶体的凝聚来实现。由胶体的凝聚来实现。由胶体的凝聚来实现。由胶体的凝聚来实现。胶胶胶胶结结结结物物物物质质质质生物的作用生物的作用生物的作用生物的作用植物根系分割和挤压，根系分泌物的胶结；植物根系分割和挤压，根系分泌物的胶结；植物根系分割和挤压，根系分泌物的胶结；植物根系分割和挤压，根系分泌物的胶结；土壤动物挤压、破碎土壤动物挤压、破碎土壤动物挤压、
5、破碎土壤动物挤压、破碎 。干湿交替作用干湿交替作用干湿交替作用干湿交替作用湿胀挤压，干缩开裂。湿胀挤压，干缩开裂。湿胀挤压，干缩开裂。湿胀挤压，干缩开裂。冻融交替作用冻融交替作用冻融交替作用冻融交替作用冻挤压，融散碎。冻挤压，融散碎。冻挤压，融散碎。冻挤压，融散碎。耕作的作用耕作的作用耕作的作用耕作的作用适宜的耕作有利于土壤结构的形成。适宜的耕作有利于土壤结构的形成。适宜的耕作有利于土壤结构的形成。适宜的耕作有利于土壤结构的形成。促促促促使使使使胶胶胶胶结结结结的的的的力力力力 三、土壤结构的肥力意义三、土壤结构的肥力意义土壤结构是土壤肥力的调节器土壤结构是土壤肥力的调节器土壤结构是土壤肥力的
6、调节器土壤结构是土壤肥力的调节器:水稻土水稻土水稻土水稻土犁底层犁底层犁底层犁底层的形成的形成的形成的形成有利于阻止水分的下渗有利于阻止水分的下渗有利于阻止水分的下渗有利于阻止水分的下渗;心土层块状结构心土层块状结构心土层块状结构心土层块状结构的形成的形成的形成的形成有利于土壤水分和养分的保蓄有利于土壤水分和养分的保蓄有利于土壤水分和养分的保蓄有利于土壤水分和养分的保蓄;团粒结构对土壤水、肥、气、热状况具有显著调节作用团粒结构对土壤水、肥、气、热状况具有显著调节作用团粒结构对土壤水、肥、气、热状况具有显著调节作用团粒结构对土壤水、肥、气、热状况具有显著调节作用。具具具具有有有有团团团团粒粒粒粒
7、结结结结构构构构的的的的土土土土壤壤壤壤，总总总总孔孔孔孔隙隙隙隙度度度度大大大大（约约约约55555555），其其其其中中中中，毛毛毛毛管管管管孔孔孔孔隙隙隙隙40404040(团团团团粒粒粒粒内内内内部部部部)，非非非非毛毛毛毛管管管管孔孔孔孔隙隙隙隙60606060(团团团团粒粒粒粒之之之之间间间间)，孔孔孔孔隙隙隙隙比比比比例例例例适适适适宜宜宜宜，分布均匀，大小相间。分布均匀，大小相间。分布均匀，大小相间。分布均匀，大小相间。结结结结构构构构特特特特征征征征 解决了土壤透水性与蓄水性的矛盾解决了土壤透水性与蓄水性的矛盾解决了土壤透水性与蓄水性的矛盾解决了土壤透水性与蓄水性的矛盾 解决
8、了土壤蓄水性与通气性的矛盾解决了土壤蓄水性与通气性的矛盾解决了土壤蓄水性与通气性的矛盾解决了土壤蓄水性与通气性的矛盾 解决了土壤导热率与热容量的矛盾解决了土壤导热率与热容量的矛盾解决了土壤导热率与热容量的矛盾解决了土壤导热率与热容量的矛盾 解决了土壤保肥与供肥的矛盾解决了土壤保肥与供肥的矛盾解决了土壤保肥与供肥的矛盾解决了土壤保肥与供肥的矛盾 水、肥、气、热协调水、肥、气、热协调水、肥、气、热协调水、肥、气、热协调 团粒之间接触点小，粘结性较弱。团粒之间接触点小，粘结性较弱。团粒之间接触点小，粘结性较弱。团粒之间接触点小，粘结性较弱。耕作性能较好耕作性能较好耕作性能较好耕作性能较好优优优优越越
9、越越性性性性团粒结构的优越性团粒结构的优越性团粒结构的优越性团粒结构的优越性土壤的物理特性土壤的物理特性土壤比重、土壤容重、土壤孔隙度、土壤颜色土壤比重、土壤容重、土壤孔隙度、土壤颜色土壤比重、土壤容重、土壤孔隙度、土壤颜色土壤比重、土壤容重、土壤孔隙度、土壤颜色反映土壤物质组成反映土壤物质组成反映土壤物质组成反映土壤物质组成和土壤发生条件的重要定量指标。和土壤发生条件的重要定量指标。和土壤发生条件的重要定量指标。和土壤发生条件的重要定量指标。(一一一一)土壤比重土壤比重土壤比重土壤比重单单单单位体位体位体位体积积积积固体的重量与同体固体的重量与同体固体的重量与同体固体的重量与同体积积积积水的
10、重量比水的重量比水的重量比水的重量比 取决于土壤固相取决于土壤固相取决于土壤固相取决于土壤固相组组组组成物成物成物成物质质质质的种的种的种的种类类类类和数量。和数量。和数量。和数量。有机有机有机有机质质质质含量高的土壤比重含量高的土壤比重含量高的土壤比重含量高的土壤比重较较较较小。小。小。小。(二二二二)土壤容重土壤容重土壤容重土壤容重单单单单位体位体位体位体积积积积原状土体（包含孔隙）的干重量与同体原状土体（包含孔隙）的干重量与同体原状土体（包含孔隙）的干重量与同体原状土体（包含孔隙）的干重量与同体积积积积水水水水的重量比的重量比的重量比的重量比 取决于土壤孔隙和土壤固体的数量。取决于土壤孔
11、隙和土壤固体的数量。取决于土壤孔隙和土壤固体的数量。取决于土壤孔隙和土壤固体的数量。有机有机有机有机质质质质含量高的土壤容重含量高的土壤容重含量高的土壤容重含量高的土壤容重较较较较小。小。小。小。(三三三三)土壤孔隙度土壤孔隙度土壤孔隙度土壤孔隙度单位体积土壤内孔隙所占的体积百分比单位体积土壤内孔隙所占的体积百分比单位体积土壤内孔隙所占的体积百分比单位体积土壤内孔隙所占的体积百分比 取决于土壤质地、结构和有机质含量。取决于土壤质地、结构和有机质含量。取决于土壤质地、结构和有机质含量。取决于土壤质地、结构和有机质含量。影响土壤的水、气、热状况。影响土壤的水、气、热状况。影响土壤的水、气、热状况。
12、影响土壤的水、气、热状况。(四四四四)土壤土壤土壤土壤颜颜颜颜色色色色取决于土壤化学组成与矿物组成，反映土壤物质取决于土壤化学组成与矿物组成，反映土壤物质取决于土壤化学组成与矿物组成，反映土壤物质取决于土壤化学组成与矿物组成，反映土壤物质的组成和变化，是成土过程的结果和外在表现。的组成和变化，是成土过程的结果和外在表现。的组成和变化，是成土过程的结果和外在表现。的组成和变化，是成土过程的结果和外在表现。黑色黑色黑色黑色腐殖质腐殖质腐殖质腐殖质 白色白色白色白色石英、高岭土、石灰和水溶性盐类石英、高岭土、石灰和水溶性盐类石英、高岭土、石灰和水溶性盐类石英、高岭土、石灰和水溶性盐类 红色红色红色红
13、色赤铁矿赤铁矿赤铁矿赤铁矿 黄色黄色黄色黄色水化氧化铁水化氧化铁水化氧化铁水化氧化铁 棕色棕色棕色棕色次生粘土矿物次生粘土矿物次生粘土矿物次生粘土矿物 紫色紫色紫色紫色游离锰氧化物游离锰氧化物游离锰氧化物游离锰氧化物 灰蓝色灰蓝色灰蓝色灰蓝色亚铁矿物亚铁矿物亚铁矿物亚铁矿物 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。土壤颜色采用国际通用的蒙氏颜色卡来表示，如图2-23、2-24、2-25所示。图2-23 土壤颜色三维图解 图 2-24 蒙氏土壤颜色卡图式图2-2
14、5 蒙氏土壤颜色卡图式土壤结构性的评价（一）土壤结构的孔隙状况（一）土壤结构的孔隙状况（一）土壤结构的孔隙状况（一）土壤结构的孔隙状况 1.1.1.1.块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体 总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。体之间大的通气孔隙，往
15、往成为漏水漏肥的通道。体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。2.团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。（二）土壤结构的稳定性（二）土壤结构的稳定性 机械稳定性：抵抗机械压碎的能力；如耕 作；可通过人工结构改良剂增加稳定性。生物稳定性：抵抗微生物分解的能力。水稳定性：结构体浸水后不易分散的性能。土壤结构的改良土壤结构的改良1、合理的耕作与灌溉。、合理的耕作与灌溉。喷灌、滴灌好
16、、避免大水漫灌、太急喷灌、滴灌好、避免大水漫灌、太急的喷灌等不良方式。的喷灌等不良方式。2、种植绿肥和牧草，合理轮作。、种植绿肥和牧草，合理轮作。3、围栏保护，避免人为的践踏，通过生物、围栏保护，避免人为的践踏，通过生物措施改良。措施改良。4、深翻，施用有机肥。、深翻，施用有机肥。5 5、施用结构改良剂、施用结构改良剂（1）人工土壤结构改良剂：人工提取或人工）人工土壤结构改良剂：人工提取或人工合成的高分子有机化合物。合成的高分子有机化合物。聚丙烯酰胺除改良土壤结构，还可蓄水保墒。聚丙烯酰胺除改良土壤结构，还可蓄水保墒。（2）天然土壤结构改良剂：从有机物中提取）天然土壤结构改良剂：从有机物中提取
17、出的腐殖酸盐、树脂胶、多糖醛类。出的腐殖酸盐、树脂胶、多糖醛类。缺点是：易被微生物分解，用量大。缺点是：易被微生物分解，用量大。优点：可刺激植物的生长。优点：可刺激植物的生长。土壤物理机械性与耕性土壤物理机械性与耕性一、土壤的物理机械性一、土壤的物理机械性1、粘结性：、粘结性：指土粒之间由于分子引力而相互粘结在一指土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。起的性质。这种性质使土壤具有抵抗外力（机械这种性质使土壤具有抵抗外力（机械破坏和根系穿插时）而不被破坏的能力。破坏和根系穿插时）而不被破坏的能力。粘粒含量高、含水量大、有机质缺乏的土粘粒含量高、含水量大、有机质缺乏的土壤，粘结性强。壤，粘结
18、性强。2、粘着性：、粘着性：是土壤在一定含水量的情况下，粘附是土壤在一定含水量的情况下，粘附其它物质的性能。其它物质的性能。是土粒分子与外物之间通过水分子是土粒分子与外物之间通过水分子吸引力而产生的性质。吸引力而产生的性质。在土壤湿润时产生粘着性（土壤含在土壤湿润时产生粘着性（土壤含水量达到全蓄水量的水量达到全蓄水量的45%左右）；水分左右）；水分过多时（超过全蓄水量过多时（超过全蓄水量80%左右）粘着左右）粘着性下降。性下降。3 3、可塑性：、可塑性：、可塑性：、可塑性：土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各土壤在适
19、宜水分范围内，可被外力揉捏成各种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形状的性能。状的性能。状的性能。状的性能。原因：粘粒成薄片状，在有水存在的条件下，粘粒原因：粘粒成薄片状，在有水存在的条件下，粘粒原因：粘粒成薄片状，在有水存在的条件下，粘粒原因：粘粒成薄片状，在有水存在的条件下，粘粒表面被包一层水膜，外力揉搓时，片状的粘粒重表面被包一层水膜，外力揉搓时，片状的粘粒重表面被包一层水膜，外力揉搓时，片状的粘粒重表面被包一层水膜，外力揉搓时，片状的粘粒重新排列且粘结固定，
20、由于粘结力的存在，失水后新排列且粘结固定，由于粘结力的存在，失水后新排列且粘结固定，由于粘结力的存在，失水后新排列且粘结固定，由于粘结力的存在，失水后能保持原状。能保持原状。能保持原状。能保持原状。塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数值随着粘粒含量的增加而增大。值随着粘粒含量的增加而增大。值随着粘粒含量的增加而增大。值随着粘粒含量
21、的增加而增大。4、土壤胀缩性土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。影响因素v（1）阳离子当土壤胶体被强烈解离的阳离子（如钠）饱和时，膨胀性最强，如交换性Na+被Ca2+置换则膨胀性变弱。各种阳离子对膨胀的作用次序如下。v（2）土壤质地土壤质地愈粘重，即粘粒含量愈高，尤其是扩展型粘粒矿物（蒙脱石、蛭石等）含量愈高，则胀缩性愈强。5、土壤松紧性：、土壤松紧性：是由人畜、机具在土壤上通过时，引是由人畜、机具在土壤上通过时，引起土壤孔隙减少、土壤变紧的现象。起土壤孔隙减少、土壤变紧的现象。土壤松紧度的表示方法：土壤松紧度的表示方法：（1）以穿透土壤所产生的阻力大小来表）以穿透土壤所产生的阻力大小来表示；示；（
22、2）以容重大小表示。）以容重大小表示。二、土壤耕性二、土壤耕性 土壤耕性：由耕作所表现出来的土壤物理性质。土壤耕性：由耕作所表现出来的土壤物理性质。1、耕作的难易程度：、耕作的难易程度：指土壤对机具的阻力大指土壤对机具的阻力大小。小。2、耕作质量：、耕作质量：是指耕作后的土壤性状，对植是指耕作后的土壤性状，对植物生长发育的影响。物生长发育的影响。土壤疏松、细碎、平整、松紧适中有土壤疏松、细碎、平整、松紧适中有利于植物的生长，称为耕作质量好。利于植物的生长，称为耕作质量好。土壤结构性与土壤耕性的关系如下：土壤结构性与土壤耕性的关系如下：三、土壤耕性的调节三、土壤耕性的调节调节土壤的耕性可从以下几
23、个方面进行：调节土壤的耕性可从以下几个方面进行：(一一)增施有机肥增施有机肥 (二二)客土改良质地客土改良质地 (三三)合理灌排，适时耕作合理灌排，适时耕作根根据据同同学学们们的的实实际际观观察察，并并结结合合图图3-15试试简简述土壤的生态环境功能。述土壤的生态环境功能。土壤生态系统是指自然界特定地域的土壤与生活在其中的生物群落之间相互作用、相互制约的动态平衡的综合体。土壤生物主要是指土壤中的植物、动物和微生物，以及地上部分的动植物，它们以最紧密的方式和各种生物的生命活动联系在一起，如图2-15所示。图2-15 土壤生态系统组分主要土壤生物图式 土壤肥力是指土壤为植物正常生长发育提供并协调营
24、养物质和环境条件的能力。它是土壤的综合属性和基本功能。土壤中植物养分、水热的输入、输出与储存之间的相互作用，是土壤肥力的核心所在，如图3-163-18所示。图3-16 土壤-植物系统养分循环模型 图3-17 植物-土壤系统离子平衡一般模型 图3-18 土壤系统的水分运移模型 土壤肥力包括土壤营养因素和土壤环境条件两个方面。由于土壤环境条件范围相当广泛，这两者之间并无严格区别。土壤肥力因素状态都是与土壤的组成成分、土体构型、土壤结构，以及土壤生态系统紧密联系的，如图3-19所示。土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球其他圈层之间的物质交换过程。其中土壤营养元素(如N、C、P、S等)循环是当今研究的重点，土壤中的营养元素是维持生物体生理代谢过程所必需的化学元素，如图2-17、2-18、2-19、2-20、2-21所示。图2-17 土壤圈中的物质能量循环过程图式（据Miller Tyler，1996）图2-18 土壤中氮素循环过程图式（据Miller Tyler，1996）图2-19 地球表层碳素循环过程图式（据Enger E D，1998）图2-20 土壤生态系统中磷素的循环图式（据Miller Tyler，1996）图2-21 土壤生态系统中硫素循环图式