第六章 土壤孔性与结构性
soil porosity and structure
第一节 土壤孔性 soil porosity
土壤孔隙状况
土壤是一个疏松多孔体，既有颗粒与颗粒之间的 粒
间孔隙,也有团聚体与团聚体之间的 结构孔隙 。孔隙
的大小、几何形状、多少以及在土壤不同层次中分配
关系都是极为复杂的。所以，土壤孔隙具有发生学特
征和意义。
土壤孔隙担负着保存水分和通气（气体交换）双重
功能。孔隙大小和多少对于协调土壤水气矛盾至关重
要。土壤孔隙是微生物活动的场所，是植物根系伸展
的主要通道。可见，孔隙性状是土壤的重要质量指标。
一,土壤孔隙数量
（一）孔隙度
1.土壤颗粒密度 (soil particle density)（ ρ s)（ PD）
概念,单位容积固体土粒 (不包括粒间孔隙的容积 )的质量称为土
壤密度。（克 /厘米 3）
Particle density will also be determined for this soil,Particle
density only takes into account the volume occupied by the solid
particles,It excludes the volume occupied by air and water
）固相容积（）固相颗粒质量（式中,3ss cmVgM
s
s
s V
M??定义式
土壤比重（真比重）（ soil specific gravity）：单位容积固体土粒
的质量与 4℃ 时同体积水重之比。已知 4℃ 时水的密度为 1。所以，
土壤比重和颗粒密度大小相等，区别在于颗粒密度有量纲，而比
重没有量纲。经常被人们当作一个概念应用。
一,土壤孔隙数量
影响土壤比重的因素,
土壤比重仅仅取决于土壤固相颗粒的物质组成。
Since a large portion of most soils is composed of particles derived
from quartz minerals,the particle density of most soils is near 2.6 g/cc,
which is the density of quartz,Variations in the particle density are due to
the presence of heavier minerals like iron oxides or lighter organic
components,
表 4 - 1 土壤中常见组分的密度 ( 克 / 厘米
3
)
石 英
正长石
斜长石
白云母
黑云母
角闪石
辉 石
纤铁矿
2, 6 0 ～ 2, 6 8
2, 5 4 ～ 2, 5 7
2, 6 2 ～ 2, 7 6
2, 7 7 ～ 2, 8 8
2, 7 0 ～ 3, 1 0
2, 8 5 ～ 3, 5 7
3, 1 5 ～ 3, 9 0
3, 6 0 ～ 4, 1 0
赤铁矿
磁铁矿
三水铝石
高岭石
蒙皂石
伊利石
腐殖质
4, 9 0 ～ 5, 3 0
5, 0 3 ～ 5, 1 8
2, 3 0 ～ 2, 4 0
2, 6 1 ～ 2, 6 8
2, 5 3 ～ 2, 7 4
2, 6 0 ～ 2, 9 0
1, 4 0 ～ 1, 8 0
一,土壤孔隙数量
土壤比重值,绝大多数矿物的比重为 2.60~2.70之间，对于
矿质土壤而言，经常取其中间值 2.65作为土壤比重近视值。
土壤比重与质地关系：砂质土壤比重值与石英接近，而粘
质土壤含铁、镁矿物较多，比重一般较大。
有机质含量高的土壤比重小。所以，耕层土壤比重比底层
土壤小。
问题,1.比重与土壤压实程度有关系吗?
2.土壤比重与土壤干湿程度有关系吗？
3.土壤比重具有诊断特性的意义何在（土壤相对稳定
的性质）
表 4 － 2 一种森林土壤表层各级土粒的密度
粒级 （粒径毫米） 腐殖质 （克 / 千克 ) 密度 ( 克 / 厘米
3
)
全土样
0, 1 0 ～ 0, 0 5
0, 0 5 ～ 0, 0 1
0, 0 1 ～ 0, 0 0 5
0, 0 0 5 ～ 0, 0 0 1
< 0, 0 0 1
2 9, 5
0
4, 3
1 4, 8
5 3, 7
6 4, 2
2, 6 2
2, 6 6
2, 6 6
2, 6 2
2, 5 9
2, 5 9
一,土壤孔隙数量
土壤比重测定方法：比重瓶法
注意！测定
比重用扰动
土
Specific gravity (Gs) is a property of the mineral or
rock material forming soil grains,
It is defined as
Method of measurement
For fine soils a 50 ml density bottle may be used; for coarse soils a 500 ml or
1000 ml jar,The jar is weighed empty (M1),A quantity of dry soil is placed in
the jar and the jar weighed (M2),The jar is filled with water,air removed by
stirring,and weighed again (M3),The jar is emptied,cleaned and refilled with
water - and weighed again (M4),
[The range of Gs for common soils is 2.64 to 2.72]
Volume-weight properties
The volume-weight properties of a soil define its state,Measures of the
amount of void space,amount of water and the weight of a unit volume of soil
are required in engineering analysis and design,
Soil comprises three constituent phases,
Solid,rock fragments,mineral grains or flakes,organic matter,
Liquid,water,with some dissolved compounds (e.g,salts),
Gas,air or water vapour,
In natural soils the three phases are intermixed,To aid analysis it is
convenient to consider a soil model in which the three phases are seen as
separate,but still in their correct proportions,
Volumes of solid,water and air,the soil model
The soil model is given dimensional values for the
solid,water and air components,Total volume,
V = Vs + Vw + Va
一,土壤孔隙数量
（二）容重（假比重） bulk density(ρ b）（ BD）
概念,田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质
量或重量 (克 /厘米 3或吨 /米 3）。曾称土壤假比重（ appare specific
gravity） 。质量以 105－ 110℃ 下烘干土计，也有人叫干容重。
间孔隙）土壤总容积（包括了粒土壤固相质量；式中,ts VM
t
s
b V
M??定义式,
The bulk density of a soil is the mass of dry soil per unit of "bulk" (total
volume of soil or soil particles & pore space),
B.D,= mass of oven dry soil (grams) ÷ total volume of soil (cm3;)=grams
/ cc
The bulk density takes into account the total soil volume (the space
occupied by the solid particles plus the space occupied by the air of the pores
or pore space),To determine the mass of the soil--since air does not have any
significant weight--we can just weigh the oven dry soil on a balance,The
volume of the soil can be determined by pouring the soil into a graduated
cylinder and measuring the volume that it occupies,
一,土壤孔隙数量
湿容重 (wet bulk density),?t=Mt/Vt=Ms+Mw/(Vs+Vw+Va)也有
文献叫土壤总容重 (total bulk density).二者差别在于分子,
一般情况下都是指干容重,
土壤干比容 (dry specific volume) ?b=1/?b,容重的倒数,直观地反
映土壤松紧度
土壤容重的影响因素,
影响土壤比重的一切因子会影响到土壤容重,但在更大程度上,
影响容重因子在于土壤松紧程度,土壤容重受到外界环境因素的影
响。如降水以及一切人为活动（耕作、施肥、灌溉、等农业技术
措施）。容重是土壤的一个动态性质。耕层以下相对稳定。
质地影响：砂土（ 1.2~1.8） >壤土 >粘土（ 1.0~1.5）
土壤结构特征：团聚良好的土壤小于结构不良的土壤
土壤松紧程度：根孔、虫孔较多的容重较小。耕层小于底土。一
般土壤耕层容重为 1.0~1.4g/cm3,
土壤容重一般是比重的一半左右。
一,土壤孔隙数量
典型土壤容重
土壤 容重（ g/cm3) 土壤 容重（ g/cm3)
泥炭
蓬松盐土
灰化层
黑钙土耕层
沼泽土
0.20~0.50
0.80~1.00
0.80~1.00
1.10~1.30
1.10~1.30
黄土
土壤碱化层
土壤龟裂层
灌溉后土壤结壳
1.35~1.50
1.50~1.70
1.70~1.90
1.60~1.90
土壤类型之间容重差异很大
The dry bulk density of most mineral soils varies from 1.00~1.80,It may also
vary due do tillage,compaction swelling,aggregation,freezing and thawing,
ect.,and is not considered a static property at or near the soil surface,It is
reasonably constant in the lower portion of the soil profile,土壤容重属于动态
性质,它的时空变异性很大,一般变化在 1.00~1.80 g/cm3之间,
BD of common surface soils=1.1 - 1.4 g/cc ?
BD of common subsoils=1.3 - 1.7 g/cc Acre Furrow Slice Acre)
一,土壤孔隙数量
容重的意义与作用,
1.是土壤松紧程度的重要判据之一
松紧程度 容重 (g/cm3) 孔度 (%)
最松
松
适合
稍紧
紧实
<1.0
1.0~1.14
1.14~1.26
1.26~1.30
>1.30
>60
60~56
56~52
52~50
<50
容重、孔隙度与土壤松紧程度关系
土壤松紧程度是土壤重要物理性质之一，它直接影响到土壤肥力
状况，植物根系的发育。过松的土壤，使之无根须难以扎稳，保水
力弱，易跑风漏墒。过紧实的土壤，通气透水性差，易产生地面径
流。微生物活性受到限制。依据作物类型适度调节很重要。 一般来
说，旱作土壤耕层的土壤容重在 1.1~1.3 g/cm3的范围内，能适应多
种作物的生长发育的要求。
一,土壤孔隙数量
2.计算土壤重量（ AFS— acre furrow slice)
（万斤）
）土层厚度（耕层面积（么）
30)(150)(105.115.1201067.6
2 0 c m
86
b
????????
???
tg
A F S ?
一亩地农田耕层土壤重约为 30万斤左右。
3.计算土壤个组分的数量
4.计算土壤储水量和灌溉定额。
5.计算土壤孔隙度
容重和比重比较
土壤容重的测量技术 （ 测定必须用原状土样 ）
(1)环刀法,进行田间 原状 土壤测定。由 Coile于 1936年首先提出的。
The method of determining bulk density is by using soil cores,
These are obtained with a probe that forces a cylinder into the
soil,The soil can be removed from this cylinder and cut into
sections and placed in another cylinder for transportation back
to the laboratory,Care needs to be taken to avoid compacting
the soil during and after obtaining the core,
(2)蜡封法 (结构体容重测定和易破裂和形状不规则的坚硬土壤 )
(3)土木工程上采用灌水法和灌砂法等,适于测定砂质土壤,
(4) 湿容重用中子仪和 γ 射线仪测定（ Beer定律）
一,土壤孔隙数量
环刀法测定土壤容重
一,土壤孔隙数量
（三）土壤孔度（ soil porosity）（ f）
概念,土壤孔隙容积占土壤总容积的百分数
Porosity is the volume of the pores divided by the bulk volume
)cmV);cmV
100
3
t
3
f 土壤总体积（孔隙占的容积（式中：
??
t
f
V
V
f
定义式
孔度既可以表示成百分数，也可以表示成纯小数。
注意！孔度是土壤孔隙的一个总量概念，他并没有反应孔隙质
量（孔径大小）；砂质土壤孔径很大，但孔隙总体积占的比例
少，粘质土壤孔径虽小，但孔隙总量占的体积较大。所以，不
能用孔度大小来描述土壤的通气、透水性强弱。
土壤孔度
土壤孔度测定,
(1)计算法 f=(1-?b/?s) 其实 ?b/?s是固相率 ; e=(?s / ?b -1) 土壤孔度
常常计算而得
(2)测定法, 水银灌注法,最初用在地质矿物鉴定方面,这种方法可以
测定 100微米 ~10毫微米的孔隙量及其分布,
(3) 显微镜镜检法, 微结构研究中常应用,
(4) The total porosity of a core of soil is determined experimentally by saturating and
weighting the core,then oven-drying and reweighing the same core.The difference in
weight between saturated and oven-dry core of represents a volume of water equal
to the volume of the pore space in the soil,
问题,
(1)土壤孔度不涉及孔隙的质量
Macropores > 100?m ； Mesopores 30~100 ?m； Micropores <30 ?m
(2)土壤质地类型与孔度的关系
(3)土壤孔隙度与作物生长关系
1 0 0)-1(
1 0 0)1(
1 0 0)
V
V
1(
1 0 0
V
VV
1 0 0
)V
)V
f
s
b
M
M
t
s
t
st
t
f
b
s
s
s
??
???
???
?
?
?
??
?
?
?
?
土壤总体积（
孔隙容积（
）土壤孔隙度（
式中,叫做固相比率。土壤孔度计算是经常性的。
s
b
?
?
土壤孔度、容重和比重的关系
孔隙度的计算公式
一,土壤孔隙数量
（四）孔隙比（ e） void ratio
概念,孔隙容积与固相容积之比
s
f
V
Ve ?定义式
111 ?????????
b
s
M
M
s
t
s
st
s
f
s
s
b
s
V
V
V
VV
V
V
e
?
?
?
?
计算式
因为比重是容重的 2倍，所以,e取值在 1左右。孔隙比主要应
用在土力学和土木工程方面。
二,土壤孔的类型及特性
（一）必要性,研究土壤孔隙功能与作用是评价土壤质量高低的
主要内容之一。
（二 )孔隙分类方法,依据土壤孔隙的直径大小进行分类。
关于土壤孔隙的几何形状，曾经有许多模式；起初把土壤毛管作
为一束毛细管，以后又假定为念珠状的管道。通过显微照相和计
算机图像分析发现，土壤孔隙断面是极端复杂的，且孔道是极不
规则的。因而，土壤孔隙没有真实的孔径。土壤孔隙分级只能用
,当量孔径,（ equivalent pore)代替了
根据毛管理论，得出茹林公式
式中,d-当量孔径（ mm） ;T— 孔隙中土壤的水吸力（ mb=kPa)
茹林公式建立为土壤孔隙分类提供了理论依据
Td
3?
土壤孔隙的持水功
能和毛管水上升情况
成为孔隙分类的主要
依据
二,土壤孔的类型及特性
（三）孔隙分级标准
1.E.W.Russell将土壤孔隙分为以下等级
（ 1）当孔径 >0.3mm时，水在其中可以自由移动，适于多种植物根系发育。
（ 2）当孔径 >60~30?m，水在其中受到重力作用而排出
（ 3） >10 ?m时,根毛能伸入的孔隙，也是较大微生物活动场所
（ 4） >1 ?m时,是较小微生物的活动场所。水分的毛管移动较强。
（ 5） < 1 ~2?m或 3 ?m时，孔隙保水力强，移动性差，属于无效孔隙。
2.W.Shumacher（德国,1840） --毛管空隙和非毛管孔隙
毛管孔隙 capillary pore：孔径细小，常被水分占据着
非毛管孔隙 non-capillary pore：孔径粗大，常充有空气，也叫通气孔隙
3.3级分法
（ 1）非活性孔隙：孔径小于 0.002毫米（有人主张小于 0.0002毫米，土壤水吸力
为 15巴以上），几乎是束缚水占据的孔道，对作物无益。微生物和根毛都伸不进
去，故叫无效孔隙。粘质物结构土壤巨多
（ 2）毛管孔隙：土壤孔径 <0.006mm时,毛管作用非常明显，当土壤当量孔径为
0.02~0.002mm时，毛管作用活动强烈，水分传导顺畅，水分对植物完全有效。
（ 3）通气孔隙 aeration pore（非毛管孔）：孔径 >0.02mm水吸力小于 150mb，
水分受重力作用明显，灌溉时是水分入渗通道，日常是气体交换通道。
二,土壤孔的类型及特性
二,土壤孔的类型及特性
（四）各种孔度的计算
%100-1 ??
???
）
比重
容重（
通气孔度毛管孔度非活性孔度总孔度
）
容重最大吸湿量容重最大吸湿量
（
土壤容积
非活性孔隙容积
非活性孔度
1, 2 5
0, 5
1, 5
%100
??
?
?
?
??
非活性孔隙）容重（田间持水量
容重萎蔫系数）毛管持水量
土壤容积
毛管孔容积
毛管孔度
-100
-(
%100
???
??
??
非活性孔度）（毛管孔度总孔隙度
土壤体积
通气孔隙容积通气孔隙
??
??
-
%1 0 0
三,影响土壤孔隙状况的因素
（一）质地, 孔度与质地关系为
砂土（ 30~45%） <壤土（ 40~50%） <粘土（ 45~60%）
颗粒形状绝非球形的，砂土中，砂粒之间没有团聚，而且,少量的粘粒填充了
砂粒间的孔隙，使得砂土孔度变小。粘土总孔度大，但孔隙比较单一和细小，无
效孔度居多。壤土孔隙居中。在工程上，不同粒径颗粒相互搭配才能够使土壤孔
隙度降低的最小值。
土壤质地与孔隙状况的关系（华北平原）
质地 比重 容重 孔度 无效 孔度 毛管 孔度 无效孔度 +毛管孔度 通气 孔度
紧砂土
砂壤土
轻壤土
中壤土
重壤土
轻粘土
中粘土
重粘土
2.69~2.73
2.69~2.72
2.70~2.74
2.70~2.74
2.70~2.74
2.73~2.78
2.73~2.78
2.73~2.78
1.45~1.46
1.37~1.54
1.40~1.52
1.40~1.55
1.38~1.54
1.35~1.44
1.30~1.45
1.32~1.40
38~46
46~50
43~49
43~49
43~49
48~52
48~52
48~52
-
4~7
5~10
6~12
7~15
15
14~19
-
-
33~42
30~41
28~40
25~39
30~37
26~36
-
36~40
40~46
40~46
40~46
40~46
45~52
45~52
48~52
2~8
2~8
2~6
3~7
2~5
1~4
2~6
0~4
三,影响土壤孔隙状况的因素
一,土壤孔隙数量
正立方体是排列是最松散的
f=47.54
三斜立方体排列是最紧密的
f=25.95
三,影响土壤孔隙状况的因素
（二）土壤颗粒的排列方式
条件：刚性的光滑等直径球体
土壤颗粒的实际排列远比此复杂
大小颗粒相互填
充是土壤孔隙度
达到了最低值
三,影响土壤孔隙状况的因素
工程上先
破坏土壤结构
体，在将砂砾、
粉砂粒、粘粒
按照一定比例
搭配才能形成
较高容重的土
层
（三）土壤结构,
团聚化作用越强，孔隙都愈大，主要增加了 结构孔隙 。
当然结构体类型不同，孔度也有很大差异。 结构良好的壤
土和粘土的孔度高达 55-65%，甚至在 70％以上。 团粒结
构土壤的孔度比非团聚化土壤增加 1/3至 1/2左右
有结构土壤孔隙意义还在于形成了多级的土壤孔度
三,影响土壤孔隙状况的因素
土壤性质 团聚体的直径
<0.5 0.5~1.0 1.0~2.0 2.0~3.0 3.0~5.0
总孔度,%
非毛管孔隙度,%
毛管孔度,%
土壤空气中 O2含量,%
土壤中 O2含量,%
硝化作用,mg/kg土
47.5
2.7
44.8
5.4
0,1
9.0
50,0
24.5
25.5
18.6
4.5
19.1
54.7
29.6
25.1
19.3
5.7
-
59.6
35.1
24.5
19.4
6.7
34.0
62.6
38.7
23.9
-
7.5
45.8
土壤孔隙和团聚体间关系 (А.Г Дояренко)
（四）土壤有机质, 有机质疏松多孔，并对形成团粒结构有良
好作用，因此有机质含量高的土壤大孔隙较多，孔隙度较高。
三,影响土壤孔隙状况的因素
土壤 有机质（ g/kg） 容重（ g/cm3）
生草灰化土
灰色森林土
栗钙土
黑钙土
25.2
29.5
39.8
91.4
1.33
1.29
1.25
1.03
土壤有机质含量与容重
土层
cm
容重
（ g/cm3)
孔度
（ %）
通气孔度
（ %）
深耕前 播种前 深耕前 播种前 深耕前 播种前
0~15
30~45
60~80
80~100
100~120
1.28
1.42
1.40
1.44
1.53
1.31
1.34
1.28
1.28
52.3
47.7
48.8
46.9
44.0
51.2
50.7
53.2
52.1
-
14.32
6.5
4.5
5.8
3.9
12.2
11.3
14.1
10.4
-
深耕 1米对土壤松紧度和孔隙状况的影响
（五）耕作措施和土层深度,土壤孔度随土层深度也有很大差异。
一般心土层可以降低到 25~30%。
三,影响土壤孔隙状况的因素
（六）外部因素, 降雨、灌溉、人畜践踏、机械压实等可使土壤
变得紧实从而孔隙度变小。深耕、增施有机肥料都能增加土壤孔隙
度。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于农业生产而言，理想的孔隙应当是多级的。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于作物生长而言，需要考虑以下 3个方面问题,
（一）对孔隙度（量）的要求
（二）对孔隙类型的要求
（三）土体内孔隙分布要求
适宜的孔隙状况,
耕层土壤（ 0~15cm）的总孔隙度为 50~60%，其中
通气孔隙度为为 8~10%，如能达到 15~20%则更好，底层
土壤（ 15~30 cm）分别为 50%和 10%。
对于大多数作物适宜的孔隙状况,
耕层土壤总孔隙度为 50 ~ 60%，其中通气孔隙度
为 8~10%以上，如能达到 15~ 20%为最好；土体内
的孔隙垂直分布为, 上虚下实, 。上部耕层
（ 0~15cm)的孔度为 55%左右，通气孔度 15~20%，
底层土壤（ 15 ~ 30 cm）孔度和通气孔度分别为
50%和 10%左右。上虚有利于通气和种子的发芽，
破土。, 下实则有利于保水和扎稳根系。, 上虚下
实, 是相对而言，下层必须保证一定孔度，有利于
根系伸展，扩大觅水觅肥空间，有利于微生物活动，
有利于土壤排水等。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于底层紧实土壤如何办？
四,土壤孔性与作物生长关系
土壤的三相比
土壤的固相、液相和气相的容积比率叫土壤三相比
先测定土壤的固相率, 液相率, 再用差减法计算其气
相率 。
1.固相率 由实测的土壤密度和土壤容重计算之,
密度
容重 固相率＝
2.液相率 （容积含水率）
干土质量
土壤水质量＝土壤含水量（质量％）
土壤含水率（容积％）＝ 土壤含水量（质量％） × 土壤容重
固相率＝实容积率－容积含水率
气相率＝ 1－实容积率
土壤三相比 ＝固相率：容积含水率：气相率
3,气相率
密度
容重－1－固相率1孔隙度 ??
气相率 =孔隙度－容积含水率 =1-固相率 -液相率
4.实容积率
适宜的土壤三相比为,
固相率 50%左右
容积含水率 25-30%
气相率 15-25%
土壤孔隙度对水分入渗能力影响
分级 渗透性（英寸 /小时
慢,
1.很慢
2.慢
中等
3.中慢
4.中等
5.中快
快
6.快
7.很快
<0.05
0.05~0.20
0.02~0.80
0.80~2.50
2.50~5.00
5.00~10.00
>10.00
易产生土壤紧实的问题情况与场所
耕作和收获机械压实
娱乐性场所和游览地区
高尔夫球场以及草场
上述问题如何解决？
草坪管理
soil porosity and structure
第一节 土壤孔性 soil porosity
土壤孔隙状况
土壤是一个疏松多孔体，既有颗粒与颗粒之间的 粒
间孔隙,也有团聚体与团聚体之间的 结构孔隙 。孔隙
的大小、几何形状、多少以及在土壤不同层次中分配
关系都是极为复杂的。所以，土壤孔隙具有发生学特
征和意义。
土壤孔隙担负着保存水分和通气（气体交换）双重
功能。孔隙大小和多少对于协调土壤水气矛盾至关重
要。土壤孔隙是微生物活动的场所，是植物根系伸展
的主要通道。可见，孔隙性状是土壤的重要质量指标。
一,土壤孔隙数量
（一）孔隙度
1.土壤颗粒密度 (soil particle density)（ ρ s)（ PD）
概念,单位容积固体土粒 (不包括粒间孔隙的容积 )的质量称为土
壤密度。（克 /厘米 3）
Particle density will also be determined for this soil,Particle
density only takes into account the volume occupied by the solid
particles,It excludes the volume occupied by air and water
）固相容积（）固相颗粒质量（式中,3ss cmVgM
s
s
s V
M??定义式
土壤比重（真比重）（ soil specific gravity）：单位容积固体土粒
的质量与 4℃ 时同体积水重之比。已知 4℃ 时水的密度为 1。所以，
土壤比重和颗粒密度大小相等，区别在于颗粒密度有量纲，而比
重没有量纲。经常被人们当作一个概念应用。
一,土壤孔隙数量
影响土壤比重的因素,
土壤比重仅仅取决于土壤固相颗粒的物质组成。
Since a large portion of most soils is composed of particles derived
from quartz minerals,the particle density of most soils is near 2.6 g/cc,
which is the density of quartz,Variations in the particle density are due to
the presence of heavier minerals like iron oxides or lighter organic
components,
表 4 - 1 土壤中常见组分的密度 ( 克 / 厘米
3
)
石 英
正长石
斜长石
白云母
黑云母
角闪石
辉 石
纤铁矿
2, 6 0 ～ 2, 6 8
2, 5 4 ～ 2, 5 7
2, 6 2 ～ 2, 7 6
2, 7 7 ～ 2, 8 8
2, 7 0 ～ 3, 1 0
2, 8 5 ～ 3, 5 7
3, 1 5 ～ 3, 9 0
3, 6 0 ～ 4, 1 0
赤铁矿
磁铁矿
三水铝石
高岭石
蒙皂石
伊利石
腐殖质
4, 9 0 ～ 5, 3 0
5, 0 3 ～ 5, 1 8
2, 3 0 ～ 2, 4 0
2, 6 1 ～ 2, 6 8
2, 5 3 ～ 2, 7 4
2, 6 0 ～ 2, 9 0
1, 4 0 ～ 1, 8 0
一,土壤孔隙数量
土壤比重值,绝大多数矿物的比重为 2.60~2.70之间，对于
矿质土壤而言，经常取其中间值 2.65作为土壤比重近视值。
土壤比重与质地关系：砂质土壤比重值与石英接近，而粘
质土壤含铁、镁矿物较多，比重一般较大。
有机质含量高的土壤比重小。所以，耕层土壤比重比底层
土壤小。
问题,1.比重与土壤压实程度有关系吗?
2.土壤比重与土壤干湿程度有关系吗？
3.土壤比重具有诊断特性的意义何在（土壤相对稳定
的性质）
表 4 － 2 一种森林土壤表层各级土粒的密度
粒级 （粒径毫米） 腐殖质 （克 / 千克 ) 密度 ( 克 / 厘米
3
)
全土样
0, 1 0 ～ 0, 0 5
0, 0 5 ～ 0, 0 1
0, 0 1 ～ 0, 0 0 5
0, 0 0 5 ～ 0, 0 0 1
< 0, 0 0 1
2 9, 5
0
4, 3
1 4, 8
5 3, 7
6 4, 2
2, 6 2
2, 6 6
2, 6 6
2, 6 2
2, 5 9
2, 5 9
一,土壤孔隙数量
土壤比重测定方法：比重瓶法
注意！测定
比重用扰动
土
Specific gravity (Gs) is a property of the mineral or
rock material forming soil grains,
It is defined as
Method of measurement
For fine soils a 50 ml density bottle may be used; for coarse soils a 500 ml or
1000 ml jar,The jar is weighed empty (M1),A quantity of dry soil is placed in
the jar and the jar weighed (M2),The jar is filled with water,air removed by
stirring,and weighed again (M3),The jar is emptied,cleaned and refilled with
water - and weighed again (M4),
[The range of Gs for common soils is 2.64 to 2.72]
Volume-weight properties
The volume-weight properties of a soil define its state,Measures of the
amount of void space,amount of water and the weight of a unit volume of soil
are required in engineering analysis and design,
Soil comprises three constituent phases,
Solid,rock fragments,mineral grains or flakes,organic matter,
Liquid,water,with some dissolved compounds (e.g,salts),
Gas,air or water vapour,
In natural soils the three phases are intermixed,To aid analysis it is
convenient to consider a soil model in which the three phases are seen as
separate,but still in their correct proportions,
Volumes of solid,water and air,the soil model
The soil model is given dimensional values for the
solid,water and air components,Total volume,
V = Vs + Vw + Va
一,土壤孔隙数量
（二）容重（假比重） bulk density(ρ b）（ BD）
概念,田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质
量或重量 (克 /厘米 3或吨 /米 3）。曾称土壤假比重（ appare specific
gravity） 。质量以 105－ 110℃ 下烘干土计，也有人叫干容重。
间孔隙）土壤总容积（包括了粒土壤固相质量；式中,ts VM
t
s
b V
M??定义式,
The bulk density of a soil is the mass of dry soil per unit of "bulk" (total
volume of soil or soil particles & pore space),
B.D,= mass of oven dry soil (grams) ÷ total volume of soil (cm3;)=grams
/ cc
The bulk density takes into account the total soil volume (the space
occupied by the solid particles plus the space occupied by the air of the pores
or pore space),To determine the mass of the soil--since air does not have any
significant weight--we can just weigh the oven dry soil on a balance,The
volume of the soil can be determined by pouring the soil into a graduated
cylinder and measuring the volume that it occupies,
一,土壤孔隙数量
湿容重 (wet bulk density),?t=Mt/Vt=Ms+Mw/(Vs+Vw+Va)也有
文献叫土壤总容重 (total bulk density).二者差别在于分子,
一般情况下都是指干容重,
土壤干比容 (dry specific volume) ?b=1/?b,容重的倒数,直观地反
映土壤松紧度
土壤容重的影响因素,
影响土壤比重的一切因子会影响到土壤容重,但在更大程度上,
影响容重因子在于土壤松紧程度,土壤容重受到外界环境因素的影
响。如降水以及一切人为活动（耕作、施肥、灌溉、等农业技术
措施）。容重是土壤的一个动态性质。耕层以下相对稳定。
质地影响：砂土（ 1.2~1.8） >壤土 >粘土（ 1.0~1.5）
土壤结构特征：团聚良好的土壤小于结构不良的土壤
土壤松紧程度：根孔、虫孔较多的容重较小。耕层小于底土。一
般土壤耕层容重为 1.0~1.4g/cm3,
土壤容重一般是比重的一半左右。
一,土壤孔隙数量
典型土壤容重
土壤 容重（ g/cm3) 土壤 容重（ g/cm3)
泥炭
蓬松盐土
灰化层
黑钙土耕层
沼泽土
0.20~0.50
0.80~1.00
0.80~1.00
1.10~1.30
1.10~1.30
黄土
土壤碱化层
土壤龟裂层
灌溉后土壤结壳
1.35~1.50
1.50~1.70
1.70~1.90
1.60~1.90
土壤类型之间容重差异很大
The dry bulk density of most mineral soils varies from 1.00~1.80,It may also
vary due do tillage,compaction swelling,aggregation,freezing and thawing,
ect.,and is not considered a static property at or near the soil surface,It is
reasonably constant in the lower portion of the soil profile,土壤容重属于动态
性质,它的时空变异性很大,一般变化在 1.00~1.80 g/cm3之间,
BD of common surface soils=1.1 - 1.4 g/cc ?
BD of common subsoils=1.3 - 1.7 g/cc Acre Furrow Slice Acre)
一,土壤孔隙数量
容重的意义与作用,
1.是土壤松紧程度的重要判据之一
松紧程度 容重 (g/cm3) 孔度 (%)
最松
松
适合
稍紧
紧实
<1.0
1.0~1.14
1.14~1.26
1.26~1.30
>1.30
>60
60~56
56~52
52~50
<50
容重、孔隙度与土壤松紧程度关系
土壤松紧程度是土壤重要物理性质之一，它直接影响到土壤肥力
状况，植物根系的发育。过松的土壤，使之无根须难以扎稳，保水
力弱，易跑风漏墒。过紧实的土壤，通气透水性差，易产生地面径
流。微生物活性受到限制。依据作物类型适度调节很重要。 一般来
说，旱作土壤耕层的土壤容重在 1.1~1.3 g/cm3的范围内，能适应多
种作物的生长发育的要求。
一,土壤孔隙数量
2.计算土壤重量（ AFS— acre furrow slice)
（万斤）
）土层厚度（耕层面积（么）
30)(150)(105.115.1201067.6
2 0 c m
86
b
????????
???
tg
A F S ?
一亩地农田耕层土壤重约为 30万斤左右。
3.计算土壤个组分的数量
4.计算土壤储水量和灌溉定额。
5.计算土壤孔隙度
容重和比重比较
土壤容重的测量技术 （ 测定必须用原状土样 ）
(1)环刀法,进行田间 原状 土壤测定。由 Coile于 1936年首先提出的。
The method of determining bulk density is by using soil cores,
These are obtained with a probe that forces a cylinder into the
soil,The soil can be removed from this cylinder and cut into
sections and placed in another cylinder for transportation back
to the laboratory,Care needs to be taken to avoid compacting
the soil during and after obtaining the core,
(2)蜡封法 (结构体容重测定和易破裂和形状不规则的坚硬土壤 )
(3)土木工程上采用灌水法和灌砂法等,适于测定砂质土壤,
(4) 湿容重用中子仪和 γ 射线仪测定（ Beer定律）
一,土壤孔隙数量
环刀法测定土壤容重
一,土壤孔隙数量
（三）土壤孔度（ soil porosity）（ f）
概念,土壤孔隙容积占土壤总容积的百分数
Porosity is the volume of the pores divided by the bulk volume
)cmV);cmV
100
3
t
3
f 土壤总体积（孔隙占的容积（式中：
??
t
f
V
V
f
定义式
孔度既可以表示成百分数，也可以表示成纯小数。
注意！孔度是土壤孔隙的一个总量概念，他并没有反应孔隙质
量（孔径大小）；砂质土壤孔径很大，但孔隙总体积占的比例
少，粘质土壤孔径虽小，但孔隙总量占的体积较大。所以，不
能用孔度大小来描述土壤的通气、透水性强弱。
土壤孔度
土壤孔度测定,
(1)计算法 f=(1-?b/?s) 其实 ?b/?s是固相率 ; e=(?s / ?b -1) 土壤孔度
常常计算而得
(2)测定法, 水银灌注法,最初用在地质矿物鉴定方面,这种方法可以
测定 100微米 ~10毫微米的孔隙量及其分布,
(3) 显微镜镜检法, 微结构研究中常应用,
(4) The total porosity of a core of soil is determined experimentally by saturating and
weighting the core,then oven-drying and reweighing the same core.The difference in
weight between saturated and oven-dry core of represents a volume of water equal
to the volume of the pore space in the soil,
问题,
(1)土壤孔度不涉及孔隙的质量
Macropores > 100?m ； Mesopores 30~100 ?m； Micropores <30 ?m
(2)土壤质地类型与孔度的关系
(3)土壤孔隙度与作物生长关系
1 0 0)-1(
1 0 0)1(
1 0 0)
V
V
1(
1 0 0
V
VV
1 0 0
)V
)V
f
s
b
M
M
t
s
t
st
t
f
b
s
s
s
??
???
???
?
?
?
??
?
?
?
?
土壤总体积（
孔隙容积（
）土壤孔隙度（
式中,叫做固相比率。土壤孔度计算是经常性的。
s
b
?
?
土壤孔度、容重和比重的关系
孔隙度的计算公式
一,土壤孔隙数量
（四）孔隙比（ e） void ratio
概念,孔隙容积与固相容积之比
s
f
V
Ve ?定义式
111 ?????????
b
s
M
M
s
t
s
st
s
f
s
s
b
s
V
V
V
VV
V
V
e
?
?
?
?
计算式
因为比重是容重的 2倍，所以,e取值在 1左右。孔隙比主要应
用在土力学和土木工程方面。
二,土壤孔的类型及特性
（一）必要性,研究土壤孔隙功能与作用是评价土壤质量高低的
主要内容之一。
（二 )孔隙分类方法,依据土壤孔隙的直径大小进行分类。
关于土壤孔隙的几何形状，曾经有许多模式；起初把土壤毛管作
为一束毛细管，以后又假定为念珠状的管道。通过显微照相和计
算机图像分析发现，土壤孔隙断面是极端复杂的，且孔道是极不
规则的。因而，土壤孔隙没有真实的孔径。土壤孔隙分级只能用
,当量孔径,（ equivalent pore)代替了
根据毛管理论，得出茹林公式
式中,d-当量孔径（ mm） ;T— 孔隙中土壤的水吸力（ mb=kPa)
茹林公式建立为土壤孔隙分类提供了理论依据
Td
3?
土壤孔隙的持水功
能和毛管水上升情况
成为孔隙分类的主要
依据
二,土壤孔的类型及特性
（三）孔隙分级标准
1.E.W.Russell将土壤孔隙分为以下等级
（ 1）当孔径 >0.3mm时，水在其中可以自由移动，适于多种植物根系发育。
（ 2）当孔径 >60~30?m，水在其中受到重力作用而排出
（ 3） >10 ?m时,根毛能伸入的孔隙，也是较大微生物活动场所
（ 4） >1 ?m时,是较小微生物的活动场所。水分的毛管移动较强。
（ 5） < 1 ~2?m或 3 ?m时，孔隙保水力强，移动性差，属于无效孔隙。
2.W.Shumacher（德国,1840） --毛管空隙和非毛管孔隙
毛管孔隙 capillary pore：孔径细小，常被水分占据着
非毛管孔隙 non-capillary pore：孔径粗大，常充有空气，也叫通气孔隙
3.3级分法
（ 1）非活性孔隙：孔径小于 0.002毫米（有人主张小于 0.0002毫米，土壤水吸力
为 15巴以上），几乎是束缚水占据的孔道，对作物无益。微生物和根毛都伸不进
去，故叫无效孔隙。粘质物结构土壤巨多
（ 2）毛管孔隙：土壤孔径 <0.006mm时,毛管作用非常明显，当土壤当量孔径为
0.02~0.002mm时，毛管作用活动强烈，水分传导顺畅，水分对植物完全有效。
（ 3）通气孔隙 aeration pore（非毛管孔）：孔径 >0.02mm水吸力小于 150mb，
水分受重力作用明显，灌溉时是水分入渗通道，日常是气体交换通道。
二,土壤孔的类型及特性
二,土壤孔的类型及特性
（四）各种孔度的计算
%100-1 ??
???
）
比重
容重（
通气孔度毛管孔度非活性孔度总孔度
）
容重最大吸湿量容重最大吸湿量
（
土壤容积
非活性孔隙容积
非活性孔度
1, 2 5
0, 5
1, 5
%100
??
?
?
?
??
非活性孔隙）容重（田间持水量
容重萎蔫系数）毛管持水量
土壤容积
毛管孔容积
毛管孔度
-100
-(
%100
???
??
??
非活性孔度）（毛管孔度总孔隙度
土壤体积
通气孔隙容积通气孔隙
??
??
-
%1 0 0
三,影响土壤孔隙状况的因素
（一）质地, 孔度与质地关系为
砂土（ 30~45%） <壤土（ 40~50%） <粘土（ 45~60%）
颗粒形状绝非球形的，砂土中，砂粒之间没有团聚，而且,少量的粘粒填充了
砂粒间的孔隙，使得砂土孔度变小。粘土总孔度大，但孔隙比较单一和细小，无
效孔度居多。壤土孔隙居中。在工程上，不同粒径颗粒相互搭配才能够使土壤孔
隙度降低的最小值。
土壤质地与孔隙状况的关系（华北平原）
质地 比重 容重 孔度 无效 孔度 毛管 孔度 无效孔度 +毛管孔度 通气 孔度
紧砂土
砂壤土
轻壤土
中壤土
重壤土
轻粘土
中粘土
重粘土
2.69~2.73
2.69~2.72
2.70~2.74
2.70~2.74
2.70~2.74
2.73~2.78
2.73~2.78
2.73~2.78
1.45~1.46
1.37~1.54
1.40~1.52
1.40~1.55
1.38~1.54
1.35~1.44
1.30~1.45
1.32~1.40
38~46
46~50
43~49
43~49
43~49
48~52
48~52
48~52
-
4~7
5~10
6~12
7~15
15
14~19
-
-
33~42
30~41
28~40
25~39
30~37
26~36
-
36~40
40~46
40~46
40~46
40~46
45~52
45~52
48~52
2~8
2~8
2~6
3~7
2~5
1~4
2~6
0~4
三,影响土壤孔隙状况的因素
一,土壤孔隙数量
正立方体是排列是最松散的
f=47.54
三斜立方体排列是最紧密的
f=25.95
三,影响土壤孔隙状况的因素
（二）土壤颗粒的排列方式
条件：刚性的光滑等直径球体
土壤颗粒的实际排列远比此复杂
大小颗粒相互填
充是土壤孔隙度
达到了最低值
三,影响土壤孔隙状况的因素
工程上先
破坏土壤结构
体，在将砂砾、
粉砂粒、粘粒
按照一定比例
搭配才能形成
较高容重的土
层
（三）土壤结构,
团聚化作用越强，孔隙都愈大，主要增加了 结构孔隙 。
当然结构体类型不同，孔度也有很大差异。 结构良好的壤
土和粘土的孔度高达 55-65%，甚至在 70％以上。 团粒结
构土壤的孔度比非团聚化土壤增加 1/3至 1/2左右
有结构土壤孔隙意义还在于形成了多级的土壤孔度
三,影响土壤孔隙状况的因素
土壤性质 团聚体的直径
<0.5 0.5~1.0 1.0~2.0 2.0~3.0 3.0~5.0
总孔度,%
非毛管孔隙度,%
毛管孔度,%
土壤空气中 O2含量,%
土壤中 O2含量,%
硝化作用,mg/kg土
47.5
2.7
44.8
5.4
0,1
9.0
50,0
24.5
25.5
18.6
4.5
19.1
54.7
29.6
25.1
19.3
5.7
-
59.6
35.1
24.5
19.4
6.7
34.0
62.6
38.7
23.9
-
7.5
45.8
土壤孔隙和团聚体间关系 (А.Г Дояренко)
（四）土壤有机质, 有机质疏松多孔，并对形成团粒结构有良
好作用，因此有机质含量高的土壤大孔隙较多，孔隙度较高。
三,影响土壤孔隙状况的因素
土壤 有机质（ g/kg） 容重（ g/cm3）
生草灰化土
灰色森林土
栗钙土
黑钙土
25.2
29.5
39.8
91.4
1.33
1.29
1.25
1.03
土壤有机质含量与容重
土层
cm
容重
（ g/cm3)
孔度
（ %）
通气孔度
（ %）
深耕前 播种前 深耕前 播种前 深耕前 播种前
0~15
30~45
60~80
80~100
100~120
1.28
1.42
1.40
1.44
1.53
1.31
1.34
1.28
1.28
52.3
47.7
48.8
46.9
44.0
51.2
50.7
53.2
52.1
-
14.32
6.5
4.5
5.8
3.9
12.2
11.3
14.1
10.4
-
深耕 1米对土壤松紧度和孔隙状况的影响
（五）耕作措施和土层深度,土壤孔度随土层深度也有很大差异。
一般心土层可以降低到 25~30%。
三,影响土壤孔隙状况的因素
（六）外部因素, 降雨、灌溉、人畜践踏、机械压实等可使土壤
变得紧实从而孔隙度变小。深耕、增施有机肥料都能增加土壤孔隙
度。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于农业生产而言，理想的孔隙应当是多级的。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于作物生长而言，需要考虑以下 3个方面问题,
（一）对孔隙度（量）的要求
（二）对孔隙类型的要求
（三）土体内孔隙分布要求
适宜的孔隙状况,
耕层土壤（ 0~15cm）的总孔隙度为 50~60%，其中
通气孔隙度为为 8~10%，如能达到 15~20%则更好，底层
土壤（ 15~30 cm）分别为 50%和 10%。
对于大多数作物适宜的孔隙状况,
耕层土壤总孔隙度为 50 ~ 60%，其中通气孔隙度
为 8~10%以上，如能达到 15~ 20%为最好；土体内
的孔隙垂直分布为, 上虚下实, 。上部耕层
（ 0~15cm)的孔度为 55%左右，通气孔度 15~20%，
底层土壤（ 15 ~ 30 cm）孔度和通气孔度分别为
50%和 10%左右。上虚有利于通气和种子的发芽，
破土。, 下实则有利于保水和扎稳根系。, 上虚下
实, 是相对而言，下层必须保证一定孔度，有利于
根系伸展，扩大觅水觅肥空间，有利于微生物活动，
有利于土壤排水等。
四,土壤孔性与作物生长关系
对于底层紧实土壤如何办？
四,土壤孔性与作物生长关系
土壤的三相比
土壤的固相、液相和气相的容积比率叫土壤三相比
先测定土壤的固相率, 液相率, 再用差减法计算其气
相率 。
1.固相率 由实测的土壤密度和土壤容重计算之,
密度
容重 固相率＝
2.液相率 （容积含水率）
干土质量
土壤水质量＝土壤含水量（质量％）
土壤含水率（容积％）＝ 土壤含水量（质量％） × 土壤容重
固相率＝实容积率－容积含水率
气相率＝ 1－实容积率
土壤三相比 ＝固相率：容积含水率：气相率
3,气相率
密度
容重－1－固相率1孔隙度 ??
气相率 =孔隙度－容积含水率 =1-固相率 -液相率
4.实容积率
适宜的土壤三相比为,
固相率 50%左右
容积含水率 25-30%
气相率 15-25%
土壤孔隙度对水分入渗能力影响
分级 渗透性（英寸 /小时
慢,
1.很慢
2.慢
中等
3.中慢
4.中等
5.中快
快
6.快
7.很快
<0.05
0.05~0.20
0.02~0.80
0.80~2.50
2.50~5.00
5.00~10.00
>10.00
易产生土壤紧实的问题情况与场所
耕作和收获机械压实
娱乐性场所和游览地区
高尔夫球场以及草场
上述问题如何解决？
草坪管理
