第4章 土壤孔性、结构性与耕性（1/1）

………………土壤孔性………………

一、土壤孔隙性

土壤孔隙性常简称为土壤孔性。它是土壤孔(隙)度，大小孔隙搭配比例及其在土层中分布情况的综合反映。

土壤水分与空气同时存在于土壤孔源中,并呈互为消长的关系。土壤中孔隙所占的容积越大，水和空气的容量就越大,并总是被水和空气所占有，极少有真空的时候。土壤孔隙有大有小，各自功能不同，大的可以通气,小的可以蓄水。为了同时满足作物对水分和空气的需求以及利于植物根系的伸展，在农业生产实践中，不仅要求土壤中孔隙容积要适当，而且还要求大、小孔隙的搭配比例和土层分布也要合适。

（一）土壤孔隙的数量指标

孔（隙）度: 又称总孔度，用以反映土壤总量的多少。

土壤（总）孔度 = （孔隙容积/土壤容积）* 100%

孔隙比 = 孔隙容积/土粒容积 = 孔度/（1-孔度）

（二）孔隙分级

（1）当量孔径——分级的标准

由于土壤中实际存在的孔隙形状与连通状况是无序的,异常复杂而变化多端。在研究土壤孔隙时，无法按其真实孔径来计算，则通常是采用与一定水吸力相当的孔径一称之 为“当量孔径”或“实(有)效孔径"来表示。它与孔隙的形状及均匀性无关。与水吸力的关系为:d（当量孔径,mm）= 3/T(水吸力,kPa)。由上式可知:当量孔径与水吸力呈反相关。即孔隙越小，土壤水吸力越大。每一当量孔径都与一定的土壤水吸力相对应。

(2)孔隙的类型——分级 按当量孔径大小及其作用可分为 3类:

非活性孔（无效孔）

以水吸力1 500 kPa为界,孔径约为0.002 mm以下。是土壤孔隙中最细微的部分，水分移动极慢，植物的根与根毛均难以伸入其内，供水性极差。微生物极难入侵,使该孔隙内腐殖质很难分解，可保存数百年以上而不能为植物利用。因此，又称其为无效孔。

②毛管孔（贮水孔隙）

毛管传导率大,毛管中所贮水分极易被植物利用，可保证持续供水。

③通气孔（空气孔隙或非毛管孔）

孔径 ＞ 0. 02 mm，相当于水吸力150 kPa以下。下雨或灌溉时，可以大量吸收水分,渗水性好,但供水时间短,停止降雨或灌溉后，水分不能贮存其间而让位于空气，成为空气贮存地，又称为空气孔隙。通气孔的数量和大小是决定土壤通气性和渗水性好坏的重要因素之一，反映了土壤空气的(最大)容量。

(3)各级孔度的计算

非活性孔度 = （非活性孔容积/土壤容积）X 100% = 调萎含水量（ % ）X 容重 = 最大吸湿量（ % ）X 1.5 X容重

毛管孔度 = （毛管孔隙容积/土壤容积） X 100% = [毛管持水量（ % ） - 凋菱含水量（ % ）〕X 容重 = [田间持水量（ %） X 容重〕- 非活性孔度（ % ）

通气孔度= （通气孔隙容积/土壤容积） X 100% = [全持水量（ % ） - 田间持水量（ %） 〕X 容重 = 总孔度（ %） - [ 毛管孔度（ % ） + 非活性孔度（ % ）〕

土壤总孔度 = （ 1 - 容重/相对密度） X 100% = 全持水量 X 容重 = 非活性孔度 （ % ）+ 毛管孔度（ % ）+ 通气孔度（ % ）

二、土壤相对密度（比重）和容重

（一）土壤相对密度（比重）（真比重）

土壤相对密度 = 土粒密度/水密度

单位是g/cm3，常用于计算土壤孔度及合粒级沉降速度

（二）土壤容重（假比重）

土壤容重是指田间自然状态下单位容积(含土粒及孔隙在内)干燥土壤的质量与标准状况下同体积水的质量之比。土壤容重与土壤孔度呈反相关。一般土壤的容重在1.0～1.71 g/cm3之间。旱地耕作层较利于作物生长的土壤容重为1.1～1.3 g/cm3。

（二）土壤容重在农业中的应用

目前最常见的应用可归纳为以下方面:

计算土壤(总)孔度。用以判断土壤松紧状况。

②配合水分常数计算各级孔度。用以判断土壤水分有效状况及土壤通气、保水性。

③直接用于判断土壤松紧状况。在质地相近时，可作为机耕质量指标。

④计算土壤固、液、气三相容积比率，用以反映土壤自身调节肥力因素的功能。

固相=1 - （总）孔度（ %） = 1 - （1 - 容重/相对密度）X 100%

液相 = 土壤含水量（ % ） X 容重

气相 = （ 总）孔度（ % ）- 液相[容积含水量（ % ）〕

⑤将土壤某些以重(质)量为基础的数据换算为以容积为基础,反之亦可。

土壤容积热容量 = 土壤重(质)量热容量 X 容重

土壤容积含水量 = 土壤质量含水量 X 容重

⑥计算一定面积与深(厚)度的土壤质量(土方重)。

⑦计算一定土层内各种土壤成分的储量。

三、土壤孔性的影响因素及其调控

（一）影响土壤孔性的内因及其调控

1、土壤有机质质量分数

有机物质本身疏松多孔,腐殖质亦是呈网状（蜂窝）结构,因此富含有机质的土壤其孔度大，容重小,通气孔较多,可以改善土壤的通气透水性。

2、土壤结构性

一般结构体(土团)内部较紧实，多小孔隙，而结构体间则为大孔隙。故土壤结构性的好坏可以影响土壤的总孔度、大小孔隙的分配比例及其分布状况，不同结构体类型对孔度的影响不同。

在生产中，通过施有机肥、秸秆还田，翻压绿肥，以及调节有机质转化速度与强度，均可影响以上两个因素。

3、土粒的排列方式

4、土壤质地

不同质地土壤的孔度相差很大

（二）影响土壤孔性的外因

除土壤本身的性状: 质地、土粒排列方式、结构性、有机质质量分数等影响在，还有外部因素: 降雨、灌溉、施肥、耕作等影响。

………………土壤结构性………………

土壤的结构性影响着土壤中水、肥、气、热状况，从而在很大程度上反映了土壤肥力水平。结构性和耕作性质也有密切关系，所以土壤结构性是土壤的一种重要物理性质。

（一）土壤结构体类型及其特性

1、结构单元为长 、宽、高三轴平均发展的似立方体形

（1）块状结构体

总体特征表现为边面不明显，但棱角明显，呈不规则无定形,内部较紧实。

（2）核状结构体

多棱角,边面也较明显，呈棱形，内部十分紧实，具水稳性、力稳性。

2、结构单元为垂直轴方向发达的条柱形

（1）柱状结构

棱角边面不明显，顶圆而底平,于土体中直立，干时坚硬、易龟裂。

（2）棱柱状结构

棱角边面明显，有定形,外部有铁质胶膜包被，内部紧实。

3、结构单元为水平轴发达的扁平形(或薄片形)

(1)片状结构体

水平裂开，成层排列，内部结构紧实。

（2）鳞片状结构体

厚度较薄，略呈弯曲状，内部结构坚实紧密。

4、结构单元近似球形的粒状结构体

边面不明显，也无棱角，结构内部疏松多孔，具有一定的稳定性，多为腐殖质作用下形成的小土团。

（二）土壤结构的评价

1、团粒结构对土壤肥力的调节作用

在团粒结构发达的土壤中，具有多级孔隙。团粒之间排列疏松多为通气孔隙，团粒越大，总孔度及通气孔也越大。

由于团粒结构本身的构造特点,决定了其具有恰当的大小孔隙比，而空气与水分是互为消长的关系。

土壤养分状况又与空气状况密切相关。

团粒之间接触面积减少而大大减弱了土壤的黏结性与黏着性,改善了土壤耕性。并因团粒间疏松多孔，利于根系伸展，而团粒内部，孔隙小又利于根系的固着和支撑。由此可知,团粒结构发达的土壤,水、肥、气、热比较协调，耕性及扎根条件也好，故又常将水稳性的团粒结构称之为土壤肥力“调节器”。

2、微团粒结构与土壤肥力

微团粒结构对于旱地来说，虽不如团粒结构作用大，但亦具定生产意义。 本身也具有一定保持和自动调节水 、肥、气、热和影响土壤生物活性的功能。针对我国土壤条件,对于微团粒结构的作用，今后在生产上应予以充分重视。

3、其他结构与土壤肥力

块状与核状结构

块状结构体间孔隙过大，大孔隙数量远多于小孔隙，不利于蓄水保水，易透风跑墒，出苗难;出苗后根不着土造成“吊根”现象，影响水、肥的吸收;耕层下部的暗“坷垃”因其内部紧实，还会影响扎根，而致使根系发育不良。

核状结构也具较强的水稳及力稳性,但因其坚硬紧实，小孔隙(尤为非活性孔)过多，不能改善孔性。

②片状与鳞片状结构

片状结构多在土壤表层形成板结,不仅影响耕作与播种质量，且还影响土壤与大气间的气、热交换，阻碍水分运动。鳞片状结构多见于犁底层，不利于根系下扎，限制了养分吸收面积，而使作物生长发育不良。

③柱状、棱柱状结构

此两种结构体内部甚为坚硬,孔隙小而少，通气不良，根系难以伸入,结构体间于干旱时收缩,形成较大的垂直裂缝,成为水、肥下渗的通道，造成跑水跑肥，虽其水稳性、力稳性皆好,但也于生产无益。

3、土壤结构的改善 与恢复

增施有机肥(物)料

是补充土壤中有机胶结物质的重要措施。新鲜有机物料直接还田(秸秆还田)，对水稳性团粒结构的形成和恢复效果更佳。

②扩种绿肥牧草，实行合理轮作

绿肥和牧草都具有强大的根系，能显著地增加水稳性团粒结构数量。改水田连作为水旱轮作，可减少淹水时间，能保持和恢复水田微团粒结构，改善水田孔隙状况。

③科学的农田土壤管理

喷灌、渗灌则是保持团粒结构的最佳灌水方式。

④施用土壤结构改良剂

早期多为由天然有机物和无机矿物提取、加工而成的。但所用原料多、施用量大、费工费时，且形成的团聚体稳定性较差、持续时间短。人工合成的高聚物共同的优点，是使用浓度降低0.1%～0. 01%，可快速形成稳定性好的团聚体，效果可维持3～5年。用于改良盐碱土，防止水土流失，固定沙丘、保护堤坝以及工矿废弃地复垦等效果较好。但因其价格昂贵，施用技术要求高，一般不含植物养分,在我国还处于试验研究阶段。

……………机械性与耕性……………

土壤物理机械性是多项土壤动力学性质的统称，主要包括黏结性、黏着性和可塑性等，是土壤受外力作用后产生的性质。土壤耕作是农田土壤管理的主要技术措施之一， 其目的是通过调节和改良土壤的机械物理性质，以利于作物生长，促进土壤肥力的恢复与提高。

（一）土壤的物理机械性

1、土壤黏结性

土壤黏结性是指土粒之间通过各种引力（范德华力、水膜表面张力、库伦力、氢键等）相互黏结在一起的性质。 它使土壤具有抵抗外力而不被破碎的能力，是土壤耕作时产生阻力的重要因素。

影响黏结性的因素，一是土壤的活性比表面，二是土壤含水量。

土粒之间的黏结作用是发生在土粒表面的一种现象， 必然与其比表面积的大小有关，活性比表面积越大，则其黏结性越大,反之亦然。凡是影响土壤比表面积大小即土壤固相构成的因素:土壤质地、黏土矿物种类、代换性阳离子组成以及土壤团聚化程度和土壤腐殖质质量分数等,均对黏结性有所影响。它们对黏结性影响的一般规律是:质地 黏重＞质地轻沙；2: 1型黏土矿物＞1: 1黏土矿物型、2: 1胀缩型＞2: 1非胀缩型；代换性阳离子一价＞二价＞三价；团聚化程度低＞团聚化程度高，非团粒结构＞团粒结构；腐殖质质量分数低＞腐殖质质量分数高。

在适度含水量时土壤黏结性最大，完全(绝对)干燥和分散的土粒，彼此间在常压下不表现黏结力。

2、土 壤黏着性

土壤黏着性是指土壤在一定含水量情况下,土粒黏附在外物(农具等)上的性质,是影响耕作难易程度的重要因素之一。

实质也是指土粒—水— 外物之间相互吸引的能力。影响黏着性大小的因素,主要也是活性表面及含水量，前者的影响与黏结性完全相同。就含水量而言，当含水量低时水膜很薄，主要表现为黏结性；只有当含水量增加到一定程度时，随着水膜加厚,水分子除能为土粒吸引外，尚能被各种外物(农具、木器、人体)所吸引，即表现出黏着性。

3、土壤可塑性

土壤可塑性是一定含水状态的土壤在外力作用下的形变性质。指土壤在一定含水量范围，可被外力塑成任何形状，并当外力消失或干燥后，仍能保持变化了的形状的性能。

凡是影响黏结性的因素均同样影响塑性。

土壤塑性是影响耕作质量的重要因素之一，也是确定宜耕期的重要依据。

（二）耕作对土壤的影响

1、对土壤耕作的要求

耕作的目的在于为作物创造一个理想的“温床”和根系发育的良好环境。为此,生产中对耕作提出下列基本要求。

打破犁底层,加深耕层，扩大根系伸展范围;

②使耕层具有合适的固、液、气三相比;

③恢复和改善耕层团粒结构，创造非水稳性微团粒;

④翻压绿肥及其他有机、无机肥料，使土肥相融，提高养分有效度和肥料利用率;

⑤清除杂草,掩埋虫卵，消灭病虫的“温床”;

⑥平整田面，防止水土流失。

2、水田耕作的其本作业及其作用

带水耕作

优点是可以碎土、平整田面,使土肥相融，有助于形成犁底层，防止漏水漏肥。缺点是减少通气孔，使透水性差,Eh降低。

②水田中耥，俗称耘耦

其作用主要为可消灭杂草,疏松、搅拌土壤,排除有害气体,增加溶解氧使Eh上升，并可提高土温和水温。

3、土壤压板问题

防止途径:一是增强土壤本身的抗压缩性，二是减少外力对土壤的压强。