第七章土壤孔性、结构性与耕性第一节、土壤孔隙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。
一、土壤的比重和容重
土壤比重是指单位体积土粒（不包括孔隙）的烘干重与同体积水重之比。
土壤比重主要取决于土壤矿物质，不同矿物的比重不同（见表）。
通常可以取 2.65g/cm3作为土壤比重的近似值。
土壤容重指自然状态下，单位体积土壤
（包括孔隙）的烘干重,g/cm3。
是一个很重要的物理指标。容重小，表明土壤疏松多孔；容重大则表明土壤紧实板结。
各种作物对土壤容重的要求不太一样，
对大部分旱作来说,1.1-1.3g/cm3比较合适。
土壤容重与质地、有机质含量、结构性以及耕作管理有关。
砂土的容重一般大于粘土；有机质含量高的土壤的容重较低；耕作过的土壤的容重较低。
二、土壤孔性
（一）土壤的空隙度和孔隙比
1、土壤孔隙度（孔度）
土壤中孔隙容积占整个土壤容积的百分数。
土壤孔度可以从比重和容重计算而得：
土壤孔度（ %） =（ 1-容重 /比重） *100%
土壤孔度大，表明土壤比较疏松；粘质土壤总孔度比砂质土壤大；富含有机质的土壤的孔度也比较高。
土壤总孔度一般以 50-60%为宜。
2、土壤孔隙比
土壤孔隙容积与土粒容积之比，称为土壤孔隙比。
例如：某土壤孔度为 55%，土粒占 45%，
则其孔隙比 =0.55/0.45=1.12
(二 ) 土壤孔隙分级
1、当量孔径与一定的土壤水吸力相当的孔径，也称有效孔径。计算公式如下：
d=3/h
D,当量孔径（ mm）
H,土壤水吸力（毫巴）
每一当量孔径与一定的水吸力相对应。
例如：当水吸力为 10毫巴时，当量孔径为 0.3毫米。
也就是说，此时土壤中的水份保持在小于 0.3毫米以下的孔隙中,大于 0.3毫米的孔隙中没有水。
反过来说，此时凡持水的孔隙，其当量孔隙都小于 0.3毫米。
2、孔隙的分级
（ 1）非活性孔隙当量孔径小于 0.03mm,孔隙总是充满水份，这些水份难运动，对植物无效，不能通气
（ 2） 毛管孔隙当量孔径 0.1-0.03mm,孔隙内毛管作用明显，
毛管水移动迅速，对植物有效，是对植物最有效的水份。
(3)通气孔隙当量孔径大于 0.1mm,是土壤中的粗孔隙，没有毛管作用，大部分时间孔隙内充满空气，灌溉或雨后孔隙内充水，但在重力作用下会迅速排走。
三、影响土壤孔性的因素
1、土壤质地粘土的总孔度大，以毛管和非活性孔隙为主。
砂土总孔度小，以通气孔隙为主。
壤土总孔度居中，大小比例协调，水气关系较协调。
2、土壤松紧度：
土壤疏松，总孔度高；
土壤紧实，总孔度低。
3、有机质含量：
富含有机质的土壤的总孔度高；
一般说来。土壤的非活性孔隙越少越好。
水占孔隙和通气孔隙的比例 1,1为宜。
从剖面看，较好的孔隙分布剖面应该是上层较疏松，下层较紧实。
第二节、土壤结构一、土壤结构体土壤中的土粒或其中的一部分，通过不同的机制相互团聚成大小、形状和性质不同的土团、土块或土片，这就是土壤的 结构体 。
结构体分为如下几种类型：
1、块状或核状结构体
块状：
纵轴和横轴大体相等，边面一般不明显，
但不呈球性。
核状：
在粘重的心土、底土层，常见多棱角的碎块，这种碎块系由石灰质、氢氧化铁胶体胶结而成，内部十分紧实。
2、柱状或棱柱状
纵轴远大于横轴，在土体中直立。
棱角不明显的称为柱状结构体，常出现于半干旱地带的心土和底土中，以碱土中最为典型。
棱角明显的称为棱柱状结构体。常出现于干湿交替的心土层中（如水稻土）
此类结构体内部紧实，孔隙少，通气不良，但结构体之间的裂隙会漏水漏肥。
3、片状结构体
横轴大于纵轴，呈扁平状，常出现与森林土壤的灰化层和水稻土的犁底层中。
地表结壳也属于此类。
4、团粒结构体
指近似球形的较疏松的多孔的土团。直径约为 0.25-10mm,其中小于 0.25mm的称为微团粒。
团粒出现在表土中，具有良好的物理性能，是肥沃土壤的结构体。有机质和钙离子含量高的土壤，有利于团粒结构的形成。
团粒结构在土壤肥力上的意义
1、孔隙大小兼备，分布合理：
团粒结构体内具有多级孔隙，大小兼备，
总孔隙度大，通气和透水性能都较好。
2、能较好地协调水、气的矛盾：
团粒与团粒结构之间的大孔隙可以通气透水，结构内部的大量的毛管孔隙可以保存水份。
3、协调的保肥与供肥能力：
团粒结构表面中微生物活动强烈，土壤养分供应较足。团粒结构内部微生物活动较弱，有利于养分的储藏。
4、耕性较好：
团粒结构丰富的土壤，粘结性弱，耕作阻力小，宜耕期长。
土壤结构体示意图二、土壤结构的管理
1、增施有机肥：
---有机质是形成团粒的良好的胶结剂，可以明显改善土壤结构性。
---有机质用量大时效果较好，秸杆直接回田比沤制的效果好。
2、实行合理轮作：
---作物根系的活动及耕作活动对土壤结构有重要影响。不管什么作物，只要根系发达，都能促进团粒的形成。
---不同的轮做制对土壤结构有不同影响。冬季种植一季豆科绿肥有利于团粒的形成，其中以紫云英为最好。
3、合理耕作：
---选择合适的含水量时期进行耕作，避免烂耕烂耙。
---水田实行水旱轮作，有利于土壤结构的改善。
---酸性土壤施用石灰，有利于结构的改善。
4、土壤结构改良剂的应用：
---土壤结构改良剂指能改善并稳定结构的制剂。可分为天然结构改良剂、人工合成高分子聚合物和无机制剂等三类。
（ 1）人工合成高分子聚合物：
上世纪五十年代在美国问世。主要种类有四类。特点是用量少，形成的结构体稳定。
（ 2）天然有机制剂：由自然有机物料加工而成。与合成制剂比较，用量较大，稳定性较差，稳定时间较短。
（ 3）无机制剂：如硅酸钠、澎润土、沸石、
氧化铁（铝）硅酸盐等。利用他们某一方面的特性来改良土壤结构。如澎润土的膨胀性强，可以减少水份滲漏。氧化铁（铝）制剂的孔隙多，可以改善土壤的通透性。
第三节土壤耕作和管理一、土壤耕作的概念
耕作是在作物种植以前，或在作物生长期间，为了改善植物生长条件而对土壤进行的机械操作。
耕作的基本目的有三：
（ 1）改良土壤结构；
（ 2）把作物残茬和有机肥料掩埋并混合到土壤中去；
（ 3）控制杂草或其它不需要的植株。
二、土壤力学性质
土壤耕作中的诸多问题，如耕作难易、
耕作质量、“土壤压板”等都与土壤力学性质（又称土壤物理机械性质）密切相关。
土壤力学性质包括土壤结持特性（粘结性、粘着性、塑性）、胀缩性、压板和阻力等。
（一）土壤粘结性
指土粒之间通过各种引力互相连接起来的性能。
土壤的粘结力，主要有范德华力、氢键、
库伦力、水膜的表面张力等。
粘结力使土壤具有抵抗外力破碎的能力，
同时由产生耕作阻力。
影响粘结力的主要因素有：
（ 1）土壤含水量：当水膜均匀分布并在所有土粒接触点上都出现水弯月面时，粘结力最大。
质地：质地粘重，粘结力大。
腐植质含量：增强砂粒的粘结力，降低粘粒的粘结力。
结构性：团聚化降低了粘质土的粘结性。
（二）土壤粘着性
指土壤粘附在外物（如农具）上的性质。
粘着性使耕作时土壤粘附农具，增加耕作阻力。
影响粘着性的因素：
（ 1）土壤含水量：完全干燥的土壤，没有粘着性。当土粒表面的水膜达到一定厚度时，才出现粘着性。当水膜进一步加厚，粘着性降低。
（ 2）质地：粘重的土壤，粘着性强。
（三）土壤塑性
当土壤湿润到一定程度时，在外力的作用下可以任意变形，而且在外力解除后和土壤干燥后仍然能保持这种变化了的形态，这种性能就称为土壤塑性。
与塑性有关的因素
1、土壤含水量：
---当片状的矿物表面都形成一层水膜时，
在外力作用下，矿物会发生滑动。由于有水膜的拉力，这种变形可以保存下来。
---当水分进一步增多，矿物之间的水膜太厚，变形不能保存。
---土壤呈现塑性的含水量范围，就称为 塑性范围 。它的上下限分别称为 上塑限 和下塑限 。二者之差称为 塑性指数 。
2、质地：质地越粘，可塑性越大；
3、腐植质：可以提高土壤的上、下塑限，
但塑性指数无明显变化。
（四）土壤胀缩性
指土壤湿胀干缩的现象。
这种现象往往导致土壤物理性质的恶化和作物根系的撕断。
影响胀缩性的因素：
（ 1）粘土矿物种类：以蒙脱石为主要粘土矿物的土壤，胀缩性最强。以高岭石为主的土壤，胀缩性差。
（ 2）交换性阳离子种类：如果交换性阳离子中，水化能力很强的阳离子 (如,Na+)
很多，土壤的胀缩性就较强。
（ 3）质地：质地粘重的土壤，胀缩性较强。
三、土壤耕性及其调节三、土壤耕性及其调节
指土壤耕作时表现出来的土壤物理性质。
包括：
（ 1）耕作时土壤对农具操作的机械阻力，
即耕作的难易问题；
（ 2）耕作后与植物生长有关的土壤物理性状，即耕作质量问题；
耕作对土壤的要求
1、耕作阻力尽可能小；
2、耕作质量好；
3、适耕期尽可能长。
（一）
土壤力学性质与宜耕期的关系改善土壤耕性有两个途径：
（ 1）改良耕作方法；
（ 2）调节土壤力学性质。
调节土壤力学性质最现实的办法就是调节土壤含水量，因为所有的土壤力学性质都和土壤含水量有关。
宜耕期
指适合于耕作的土壤含水量范围。
在 宜耕期 内，耕作质量好，消耗的能量少。
过于潮湿时，粘质土泥泞粘糊，粘着性强，耕作阻力大，耕后易产生大块。应该选在粘结性、粘着性和塑性均较弱或没有时进行耕作。此时耕作省力，不破坏土壤结构，耕作后任其风干或收缩，
就会崩散为适当的土块和土团。
二、土壤压板问题
机械在田面上行走对土壤有压实作用。
过度的压实会影响耕作质量，对作物生长不利。这种过度的压实又称为 土壤压板问题。
比较干燥的土壤承受荷载时，主要是垂直方向上的正应力使孔隙变少、小，容重增大。
在含水量较高时（如在塑性范围）承受荷载，除正应力外，还要产生剪力。在正应力和剪力的共同作用下，土壤颗粒趋向与极紧密的排列，通气孔隙大大减少，细孔隙急剧增多。土壤的通气 -透水性强烈减弱甚至消失。这种现象称为粘闭。
土壤在塑性范围内最容易压缩。
土壤压板的防止
避免在过湿时进行机械作业；
改进农机具；
划出固定车道，减少压板面积；
适当提高耕作速度以减轻压板；
尽可能减少耕作次数（少耕法，免耕法）
一、土壤的比重和容重
土壤比重是指单位体积土粒（不包括孔隙）的烘干重与同体积水重之比。
土壤比重主要取决于土壤矿物质，不同矿物的比重不同（见表）。
通常可以取 2.65g/cm3作为土壤比重的近似值。
土壤容重指自然状态下，单位体积土壤
（包括孔隙）的烘干重,g/cm3。
是一个很重要的物理指标。容重小，表明土壤疏松多孔；容重大则表明土壤紧实板结。
各种作物对土壤容重的要求不太一样，
对大部分旱作来说,1.1-1.3g/cm3比较合适。
土壤容重与质地、有机质含量、结构性以及耕作管理有关。
砂土的容重一般大于粘土；有机质含量高的土壤的容重较低；耕作过的土壤的容重较低。
二、土壤孔性
（一）土壤的空隙度和孔隙比
1、土壤孔隙度（孔度）
土壤中孔隙容积占整个土壤容积的百分数。
土壤孔度可以从比重和容重计算而得：
土壤孔度（ %） =（ 1-容重 /比重） *100%
土壤孔度大，表明土壤比较疏松；粘质土壤总孔度比砂质土壤大；富含有机质的土壤的孔度也比较高。
土壤总孔度一般以 50-60%为宜。
2、土壤孔隙比
土壤孔隙容积与土粒容积之比，称为土壤孔隙比。
例如：某土壤孔度为 55%，土粒占 45%，
则其孔隙比 =0.55/0.45=1.12
(二 ) 土壤孔隙分级
1、当量孔径与一定的土壤水吸力相当的孔径，也称有效孔径。计算公式如下：
d=3/h
D,当量孔径（ mm）
H,土壤水吸力（毫巴）
每一当量孔径与一定的水吸力相对应。
例如：当水吸力为 10毫巴时，当量孔径为 0.3毫米。
也就是说，此时土壤中的水份保持在小于 0.3毫米以下的孔隙中,大于 0.3毫米的孔隙中没有水。
反过来说，此时凡持水的孔隙，其当量孔隙都小于 0.3毫米。
2、孔隙的分级
（ 1）非活性孔隙当量孔径小于 0.03mm,孔隙总是充满水份，这些水份难运动，对植物无效，不能通气
（ 2） 毛管孔隙当量孔径 0.1-0.03mm,孔隙内毛管作用明显，
毛管水移动迅速，对植物有效，是对植物最有效的水份。
(3)通气孔隙当量孔径大于 0.1mm,是土壤中的粗孔隙，没有毛管作用，大部分时间孔隙内充满空气，灌溉或雨后孔隙内充水，但在重力作用下会迅速排走。
三、影响土壤孔性的因素
1、土壤质地粘土的总孔度大，以毛管和非活性孔隙为主。
砂土总孔度小，以通气孔隙为主。
壤土总孔度居中，大小比例协调，水气关系较协调。
2、土壤松紧度：
土壤疏松，总孔度高；
土壤紧实，总孔度低。
3、有机质含量：
富含有机质的土壤的总孔度高；
一般说来。土壤的非活性孔隙越少越好。
水占孔隙和通气孔隙的比例 1,1为宜。
从剖面看，较好的孔隙分布剖面应该是上层较疏松，下层较紧实。
第二节、土壤结构一、土壤结构体土壤中的土粒或其中的一部分，通过不同的机制相互团聚成大小、形状和性质不同的土团、土块或土片，这就是土壤的 结构体 。
结构体分为如下几种类型：
1、块状或核状结构体
块状：
纵轴和横轴大体相等，边面一般不明显，
但不呈球性。
核状：
在粘重的心土、底土层，常见多棱角的碎块，这种碎块系由石灰质、氢氧化铁胶体胶结而成，内部十分紧实。
2、柱状或棱柱状
纵轴远大于横轴，在土体中直立。
棱角不明显的称为柱状结构体，常出现于半干旱地带的心土和底土中，以碱土中最为典型。
棱角明显的称为棱柱状结构体。常出现于干湿交替的心土层中（如水稻土）
此类结构体内部紧实，孔隙少，通气不良，但结构体之间的裂隙会漏水漏肥。
3、片状结构体
横轴大于纵轴，呈扁平状，常出现与森林土壤的灰化层和水稻土的犁底层中。
地表结壳也属于此类。
4、团粒结构体
指近似球形的较疏松的多孔的土团。直径约为 0.25-10mm,其中小于 0.25mm的称为微团粒。
团粒出现在表土中，具有良好的物理性能，是肥沃土壤的结构体。有机质和钙离子含量高的土壤，有利于团粒结构的形成。
团粒结构在土壤肥力上的意义
1、孔隙大小兼备，分布合理：
团粒结构体内具有多级孔隙，大小兼备，
总孔隙度大，通气和透水性能都较好。
2、能较好地协调水、气的矛盾：
团粒与团粒结构之间的大孔隙可以通气透水，结构内部的大量的毛管孔隙可以保存水份。
3、协调的保肥与供肥能力：
团粒结构表面中微生物活动强烈，土壤养分供应较足。团粒结构内部微生物活动较弱，有利于养分的储藏。
4、耕性较好：
团粒结构丰富的土壤，粘结性弱，耕作阻力小，宜耕期长。
土壤结构体示意图二、土壤结构的管理
1、增施有机肥：
---有机质是形成团粒的良好的胶结剂，可以明显改善土壤结构性。
---有机质用量大时效果较好，秸杆直接回田比沤制的效果好。
2、实行合理轮作：
---作物根系的活动及耕作活动对土壤结构有重要影响。不管什么作物，只要根系发达，都能促进团粒的形成。
---不同的轮做制对土壤结构有不同影响。冬季种植一季豆科绿肥有利于团粒的形成，其中以紫云英为最好。
3、合理耕作：
---选择合适的含水量时期进行耕作，避免烂耕烂耙。
---水田实行水旱轮作，有利于土壤结构的改善。
---酸性土壤施用石灰，有利于结构的改善。
4、土壤结构改良剂的应用：
---土壤结构改良剂指能改善并稳定结构的制剂。可分为天然结构改良剂、人工合成高分子聚合物和无机制剂等三类。
（ 1）人工合成高分子聚合物：
上世纪五十年代在美国问世。主要种类有四类。特点是用量少，形成的结构体稳定。
（ 2）天然有机制剂：由自然有机物料加工而成。与合成制剂比较，用量较大，稳定性较差，稳定时间较短。
（ 3）无机制剂：如硅酸钠、澎润土、沸石、
氧化铁（铝）硅酸盐等。利用他们某一方面的特性来改良土壤结构。如澎润土的膨胀性强，可以减少水份滲漏。氧化铁（铝）制剂的孔隙多，可以改善土壤的通透性。
第三节土壤耕作和管理一、土壤耕作的概念
耕作是在作物种植以前，或在作物生长期间，为了改善植物生长条件而对土壤进行的机械操作。
耕作的基本目的有三：
（ 1）改良土壤结构；
（ 2）把作物残茬和有机肥料掩埋并混合到土壤中去；
（ 3）控制杂草或其它不需要的植株。
二、土壤力学性质
土壤耕作中的诸多问题，如耕作难易、
耕作质量、“土壤压板”等都与土壤力学性质（又称土壤物理机械性质）密切相关。
土壤力学性质包括土壤结持特性（粘结性、粘着性、塑性）、胀缩性、压板和阻力等。
（一）土壤粘结性
指土粒之间通过各种引力互相连接起来的性能。
土壤的粘结力，主要有范德华力、氢键、
库伦力、水膜的表面张力等。
粘结力使土壤具有抵抗外力破碎的能力，
同时由产生耕作阻力。
影响粘结力的主要因素有：
（ 1）土壤含水量：当水膜均匀分布并在所有土粒接触点上都出现水弯月面时，粘结力最大。
质地：质地粘重，粘结力大。
腐植质含量：增强砂粒的粘结力，降低粘粒的粘结力。
结构性：团聚化降低了粘质土的粘结性。
（二）土壤粘着性
指土壤粘附在外物（如农具）上的性质。
粘着性使耕作时土壤粘附农具，增加耕作阻力。
影响粘着性的因素：
（ 1）土壤含水量：完全干燥的土壤，没有粘着性。当土粒表面的水膜达到一定厚度时，才出现粘着性。当水膜进一步加厚，粘着性降低。
（ 2）质地：粘重的土壤，粘着性强。
（三）土壤塑性
当土壤湿润到一定程度时，在外力的作用下可以任意变形，而且在外力解除后和土壤干燥后仍然能保持这种变化了的形态，这种性能就称为土壤塑性。
与塑性有关的因素
1、土壤含水量：
---当片状的矿物表面都形成一层水膜时，
在外力作用下，矿物会发生滑动。由于有水膜的拉力，这种变形可以保存下来。
---当水分进一步增多，矿物之间的水膜太厚，变形不能保存。
---土壤呈现塑性的含水量范围，就称为 塑性范围 。它的上下限分别称为 上塑限 和下塑限 。二者之差称为 塑性指数 。
2、质地：质地越粘，可塑性越大；
3、腐植质：可以提高土壤的上、下塑限，
但塑性指数无明显变化。
（四）土壤胀缩性
指土壤湿胀干缩的现象。
这种现象往往导致土壤物理性质的恶化和作物根系的撕断。
影响胀缩性的因素：
（ 1）粘土矿物种类：以蒙脱石为主要粘土矿物的土壤，胀缩性最强。以高岭石为主的土壤，胀缩性差。
（ 2）交换性阳离子种类：如果交换性阳离子中，水化能力很强的阳离子 (如,Na+)
很多，土壤的胀缩性就较强。
（ 3）质地：质地粘重的土壤，胀缩性较强。
三、土壤耕性及其调节三、土壤耕性及其调节
指土壤耕作时表现出来的土壤物理性质。
包括：
（ 1）耕作时土壤对农具操作的机械阻力，
即耕作的难易问题；
（ 2）耕作后与植物生长有关的土壤物理性状，即耕作质量问题；
耕作对土壤的要求
1、耕作阻力尽可能小；
2、耕作质量好；
3、适耕期尽可能长。
（一）
土壤力学性质与宜耕期的关系改善土壤耕性有两个途径：
（ 1）改良耕作方法；
（ 2）调节土壤力学性质。
调节土壤力学性质最现实的办法就是调节土壤含水量，因为所有的土壤力学性质都和土壤含水量有关。
宜耕期
指适合于耕作的土壤含水量范围。
在 宜耕期 内，耕作质量好，消耗的能量少。
过于潮湿时，粘质土泥泞粘糊，粘着性强，耕作阻力大，耕后易产生大块。应该选在粘结性、粘着性和塑性均较弱或没有时进行耕作。此时耕作省力，不破坏土壤结构，耕作后任其风干或收缩，
就会崩散为适当的土块和土团。
二、土壤压板问题
机械在田面上行走对土壤有压实作用。
过度的压实会影响耕作质量，对作物生长不利。这种过度的压实又称为 土壤压板问题。
比较干燥的土壤承受荷载时，主要是垂直方向上的正应力使孔隙变少、小，容重增大。
在含水量较高时（如在塑性范围）承受荷载，除正应力外，还要产生剪力。在正应力和剪力的共同作用下，土壤颗粒趋向与极紧密的排列，通气孔隙大大减少，细孔隙急剧增多。土壤的通气 -透水性强烈减弱甚至消失。这种现象称为粘闭。
土壤在塑性范围内最容易压缩。
土壤压板的防止
避免在过湿时进行机械作业；
改进农机具；
划出固定车道，减少压板面积；
适当提高耕作速度以减轻压板；
尽可能减少耕作次数（少耕法，免耕法）
