? 第 3章 土壤的基本性质
? 3.1 土壤的孔性、结构性和耕性
? 3.1.1 土壤孔性
? 土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫
做 土壤孔隙 。
? 土壤孔性包括孔隙度 （孔隙数量）和 孔隙类型
（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液
两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。
? 3.1.1.1 土壤孔隙度 (soil porosity)
? 容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。
它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过
土壤容重和土壤相对密度来计算。
? 土壤孔隙度 = [1- （容重） /相对密度 ] × 100%
? 土壤孔隙度 =[孔隙容积 /土壤容积 ] × 100%
? =[（土壤容积 -土粒容积） /土壤容积 ] × 100%
? =[1-（土粒容积 /土壤容积） ] × 100%
? = [1-（ 土壤重量 /相对密度） /（ 土壤重量 /容
重 ） ] × 100%
? = （ 1-容重 /相对密度） × 100%
? （ 1） 土壤相对密度 (soil relative density),是指单
位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与 4℃
时同体积水重之比。单位为 g/cm3。
? （ 2） 土壤容重 (soil bulk density)：是指单位容积土
体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为 g/cm3
或 t/m3。一般旱地土壤容重大体在 1.00~1.80 g/cm3
之间。
? 土壤容重的用途主要有以下几个方面,
? ①反映土壤松紧度
? 对于大多数植物来说，土壤容重在 1.14~1.26 g/cm3
之间比较适宜。
? ②计算土壤的重量
? ms = s · h · ρ 式中,ms为土重； s为面积；
h为土层深度； ρ 为容重。
? 如：已知土壤容重为 1.15 t/m3,求每公倾耕层 0-20
cm 的土重？
ms = 100× 100 × 0.2 × 1.15 = 2300 t
? ③ 计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分
和盐分等）的含量
? 如：已知土壤容重为 1.15 t/m3,有机质含量为 1%，则
每公倾耕层土壤有机质含量为,
? 2300 t × 1% = 23 t
? （ 3） 土壤孔隙比,是土壤中孔隙容积与土粒容积的
比值，结构良好的耕层土壤的孔隙比应 ≥ 1。
? 孔隙比 = [孔隙度 /（ 1-孔隙度） ] = 孔隙容积 /土粒
容积
? 3.1.1.2 土壤孔隙类型
? 当量孔径, 是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它
与孔隙的开形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量
孔径的关系式为,
? d = 3/T 式中,d为孔隙的当量孔径（ mm）、
T为土壤水吸力（ 100Pa）
? 当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，
则当量孔径愈小。
? （ 1）土壤孔隙类型
? ① 非活性孔，又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中
最细微的孔隙，当量孔径一般 <0.002mm,土壤水吸力
>1.5 × 106Pa。
? ② 毛管孔隙 当量孔径约为 0.02-0.002mm,土壤水
吸力 1.5× 104Pa- 1.5 × 106Pa,具有毛管作用。
? ③ 通气孔隙 当量孔径 >0.2mm,相应的土壤水吸力
小于 1.5× 104Pa,毛管作用明显减弱。
? （ 2） 土壤各种孔隙度计算,
? 总孔隙度 = 非活性孔度 + 毛管孔度 + 通气孔度
? 非活性孔度 = （非活性孔容积 /土壤容积） × 100%
? 毛管孔度 = （毛管孔容积 /土壤容积） × 100%
? 通气孔度 = （通气孔容积 /土壤容积） × 100%
? 如果已知土壤田间持水量和凋萎含水量，则土壤毛
管孔度可按下式计算,
? 毛管孔度 = （ 田间持水量 - 凋萎含水量） ÷ 容重
× 100%
? 3.1.1.3 土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关
系
? （ 1）土壤孔隙状况与土壤肥力
? （ 2）土壤孔隙状况与作物生长
? 旱作土壤耕层的土壤总孔隙度为 50%-56%,通气孔度
不低于 10%,大小孔隙之比在 1:2-4，较为合适。
? 3.1.2 土壤结构性
? 土粒在内外因素的综合作用下,相互团聚成大小、形
态和性质不同的团聚体，这种团聚体称为 土壤结构
(soil structure)，或叫 土壤结构体 。
? 3.1.2.1 土壤结构的类型
? (1) 块状结构 (blocky structure),土粒胶结成块,近
立方体形,其长、宽、高三轴大体近似，边面不明显，
大的直径大于 10cm，小的直径为 5-10cm。
? （ 2）核状结构 (subangular structure),结构体长、
宽、高三轴大体近似，边面梭角明显，较块状结构
小，大的直径为 10-20mm稍大，小的直径为 5-10mm。
? （ 3）柱状结构 (columnar structure)：结构体的垂
直轴特别发达，呈立柱状，棱角明显有定形者，称
为 棱柱状结构,棱角不明显无定形者，称为圆 柱状结构 。
? （ 4）片状结构 (platy structure),结构体的水平轴
特别发达，即沿长、宽方向发展呈薄片状，厚度稍
薄，且结构体间较为弯曲者称为鳞片状结构，片状
结构的厚度可小于 1cm与大于 5cm 不等。
? （ 5）团粒结构 (spheroidal structure), 通常是指
土壤中近于圆状小团聚体，其粒径为 0.25-10mm。
农业生产上最理想的团粒结构粒径为 2-3mm。团粒
结构经水浸泡较长时间不松散者，称为 水稳性团粒
结构 。
? 3.1.2.2 土壤团粒结构与土壤肥力
? (1)良好团粒结构具备的条件
? ①有一定的结构形态和大小；② 有多级孔隙；③
有一定的稳定性；④有抵抗微生物分解破碎的能力。
? （ 2） 团粒结构对土壤肥力的作用
? ① 能协调水分和空气的矛盾；②能协调土壤有机质
中养分的消耗和积累的矛盾；③ 能稳定土壤温度，
调节土热状况；④ 改良耕性和有利于作物根系伸展。
? 3.1.2.3 团粒结构的形成
? (1) 土粒的粘聚,① 胶体的凝聚作用,② 水膜的粘
结作用,③ 胶结作用（简单的无机胶体、粘粒、有
机物质等）
? （ 2）成型动力,① 生物作用,② 干湿交替作用
(alternation of drying and wetting),③ 冻融交替作
用 (alternation of freezing and thawing),④ 土壤耕
作的作用等。
? 3.1.2.4 创造团粒结构的措施
? (1) 农业措施, ① 深耕与施肥,② 正确的土壤耕作,
③ 合理的轮作制度,④ 调节土壤阳离子组成,⑤ 合
理灌溉、晒垡和冻垡。
? （ 2）土壤结构改良剂的应用
? 3.1.3 土壤耕性 (soil tilth)
? 土壤耕性 是指土壤在耕作时所表现的特性,也是一系列
土壤物理性质和物理机械性的综合反映。
? 3.1.3.1 土壤耕性的含义
? (1) 耕作难易程度 ; (2) 耕作质量的好坏 ; (3) 宜耕期长
短。
? 3.1.3.2 土壤物理机械性
? (1) 粘结性和粘着性
? 土壤粘结性 是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互
粘结在一起的性质。
? 土壤粘着性 是土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着
外物表面的性能。
? 影响土壤粘结性和粘着性的因素有,
? ①土壤质地：土壤愈细，接触面愈大,粘结性和粘着
性愈强。
? ② 土壤含水量,含水量愈少，土粒距离愈近，分子
引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。
? ③ 土壤结构：团粒结构可使土团接触面减少，因而
其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。
? ④土壤腐殖质含量：腐殖质含量增加可减弱粘土的
粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了
粘粒接触面的性质。
? ⑤土壤代换性阳离子的组成：不同的阳离子种类可
影响土粒的分散和团聚。
? （ 2）可塑性：土壤在一定含水量范围内，可被外力
任意改变成各种形状，当在外力解除和土壤干燥后，
仍能保持其变形的性能称为 可塑性 。
? 影响土壤可塑性的因素,
? ① 水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增
加时，土壤才表现可塑性。
? 土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为 下塑限 （塑
限）；
? 土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量，称为 上
塑限 （流限）。上塑限与下塑限含水量之差称为 塑性
值,也叫 塑性指数 。塑性值大，土壤的可塑性强。
? ② 土壤质地, 土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈
强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的
增加而增大，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘
土） >17,塑性土（壤土） 17-7，弱塑性土（砂壤）
>7，无塑性土（砂土） 0。
?
? ③ 代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土
壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝
聚作用可减少土壤的可塑性。
? ④ 土壤有机质,有机质能提高土壤上、下塑限，
但一般不改变其塑性值。
? （ 3）土壤胀缩性：土壤吸水后体积膨胀，干燥后体
积收缩称为 土壤胀缩性 。
? 3.1.3.3 注意土壤耕作、改良土壤耕性
? （ 1）防止压板土壤,耕作土壤在降雨、灌溉、人、
畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为 土壤
压板过程 。
? （ 2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期,土壤的宜耕期
是指保持适宜耕作的土壤含水量的时间。
? （ 3）改良土壤耕性,可通过增施有机肥料、合理排
灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。
? 3.2 土壤胶体与土壤吸收性能
? 3.2.1 土壤胶体 (soil colloid)
? 土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的
直径一般在 1-100nm之间，实际上土壤中小于
1000nm的粘粒都具有胶体的性质，所以直径在 1-
1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。
? 3.2.1.1 土壤胶体的种类
? （ 1） 无机胶体 (inorganic colloid)
? ① 含水氧化硅胶体
? H2SiO3 = H+ + HSiO3-
? ‖
? H+ + SiO32-
? ② 含水氧化铁、氧化铝胶体
? Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2O
? Al(OH)3 + OH- Al(OH)2O- + H2O
? ③ 层状硅酸盐矿物
? a、硅氧片和硅四面体
? 硅氧片是由硅四面体连接而成，一个 硅四面体 是由
四个氧原子和一个硅原子所组成。
? 许多硅四面体可以共用氧原子而形成一层。氧原子
排列成为中间有空的六角形，称为 硅氧片或硅氧层 。
? b、铝氧片和铝八面体
? 铝八面体 为 6个氧原子围绕一个铝原子而构成铝八面
体。
? 许多个铝八面体相互连接成片称为 铝氧片 。
? 晶层是由一层硅氧片、一层铝氧片重叠组成的，
称为 1∶1 型矿物，如高岭石类。这类矿物在我
国南方酸性土壤中含量较多。
? 蒙脱石类由两个硅氧片间夹一个铝氧片组合而
成，称为 2∶1 型矿物。而这类粘粒矿物多出现
在我国北方土壤中。
? 水云母类其结晶构造同蒙脱石类，亦为 2∶1 型
粘粒矿物，其不同点为水云母的晶层间夹含钾
离子，晶格距离较为稳定。
? （ 2）有机胶体 (organic colloid)
? 有机胶体中最主要的成分是腐殖质（胡敏酸、
富啡酸和胡敏素等），还有少量的木质素、蛋白质、
纤维素等。它的特点为：颗粒极小、具有巨大的比
面和带有电荷、有高度的亲水性、并含有多种功能
团，如：羧基、羟基、酚羟基等。这些基团解离出
氢离子后的 -COO-, -O- 等离子留 在胶粒上而使胶体
带负电。胺基（ -NH2）吸收 H+后，成为 -NH3+则带正
电，一般有机胶体带负电。
? （ 3）有机无机复合体 (organo-mineral complex)
? 土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行
结合，但大多数是通过二、三价阳离子（如钙、镁、
铁、铝等）或功能团（如羧基、醇羟基等）将带负
电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来。这种结合可形
成良好的团粒结构，改善土壤保肥性能和多种理化
性质。
? 3.2.1.2 土壤胶体的构造
? 土壤胶体分散系 包括胶体微粒（为分散相）和微粒
间溶液（为分散介质）两大部分。 胶体微粒 在构造
上可分为 微粒核, 决定电位离子层和补偿离子层 三
部分组成。
? （ 1）微粒核,主要由腐殖质、无定形的 SiO2、氧化
铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有
机无机胶体的分子群所构成。
? （ 2）双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离
子，形成符号相反而电量相等的两层电荷，所以称之
为 双电层 。双电层由决定电位离子层和补偿离子层组
成。
? 3.2.1.3 土壤胶体的特性
? （ 1）土壤胶体比表面和表面能
? 比表面（比面） 是指单位重量或单位体积的总表面积
（ cm2/g,cm2/cm3）。表 3-4。
? 由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，因
而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能
相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生
于物体表面，故称为 表面能 。胶体数量愈多，比面
愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。
? （ 2）土壤胶体电荷
? 永久电荷,它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所
产生的电荷。这种电荷不受介质的 pH值的影响，主
要发生在 2,1型粘粒矿物中，在 1,1型矿物中极少。
? 可变电荷, 电荷的的数量和性质随介质 pH而改变的
电荷。
? 土壤的 pH0值 是表征其可变电荷特点的一个重要指标，
它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的 pH
值，或称为 可变电荷零点、等电点 。
? 产生可变电荷可的主要原因有,
? ①粘粒矿物晶面上 -OH 基的解离
? ②含水铁、铝氧化物的解离
? ③腐殖质上某些原子团的解离
? ④含水氧化硅的解离
? ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。
? （ 3）土壤胶体有凝聚和分散作用
? 土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微粒下
沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做 胶体的凝聚作用 ；
反之，由凝胶分散成溶胶，叫做 胶体的分散作用 。
? 促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的
高低。
? 凡电荷数量少而水化度大的离子（如 Na+），形成的扩散层厚，
电动电位高。使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子
（如 Ca2+），形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶
体即可凝聚。
? 按照凝聚力的大小，土壤溶液中最常见的阳离子的排列顺序
为,
? Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+
? 3.2.2 土壤吸收性能
? 土壤吸收性能 是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的
分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物
的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。
? 3.2.2.1 土壤吸收性能类型
? （ 1）机械吸收性 机械吸收性 是指土壤对物体的机
械阻留，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，
均可被保留在土壤中。
? （ 2）物理吸收性 这种吸收性能 是指土壤对分子态
物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，
其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附
较少而溶液中浓度较大，前者称为 正吸附,后者称为
负吸附 。
? （ 3）化学吸附性 化学吸收性 是指易溶性盐在土壤
中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。
? （ 4）物理化学吸收性 物理化学吸收性 是指土壤对
可溶性物质中离子态养分的保持能力。
? （ 5）生物吸收性 生物吸收性 是指土壤中植物根系
和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是
选择性和创造性，并且具有累积和集中养分的作用。
? 3.2.2.2 土壤物理化学吸收性能
? 土壤物理化学吸收性能 即是土壤离子交换作用。
? （ 1）土壤阳离子交换作用
? K+
? Ca2+ + 2KCl = K+ +
CaCl2
? 离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的 吸
附过程 ；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的
过程，称为离子的 解吸过程 。
? ① 阳离子交换作用特点,
? a、可逆反应 b、反应迅速 c、等量交换, 它是等
量电荷对等量电荷的反应。
? ② 阳离子交换能力 阳离子交换能力 是指一种阳离
子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳
离子交换能力大小的顺序为,
? Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > Na+
土壤胶体 土壤胶体
? 影响阳离子交换能力的因素有,
? a、电荷的数量
? b、离子半径和离子水化半径
? c、离子浓度
? ③ 土壤阳离子交换量 (cation exchange capacity,CEC）
阳离子交换量（或吸收容量） 是指在一定 pH值条件下
每 1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔
数（ cmol/kg）。
? 土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标,CEC
的大小，受下述因素的影响,
? a、胶体数量
? b、胶体类型
? c、土壤 pH值
? ④ 土壤的盐基饱和度
? 土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是 盐基离子,
包括 Ca2+,Mg2+,K+,Na+,NH4+等；另一类是 致酸
离子,即 H+,Al3+。土壤中交换性盐基离子总量
cmol/kg占阳离子交换量 cmol/kg 的百分数称为土壤
的盐基饱和度，即,
? 盐基饱和度 = [交换性盐基总量 /阳离子交换量 ] × 100%
? 影响交换性阳离子有效度的因素
? a,交换性阳离子的饱和度
? b、陪伴离子效应
? c、阳离子的非交换性吸收
? （ 2）土壤阴离子交换作用
? ① 阴离子吸附类型
? a、易于被土壤吸附的阴离子
? b、很少或根本不被吸附的阴离子
? c、介于上述两者之间的阴离子
? ② 影响土壤对阴离子吸收的因素
? a,阴离子的价数
? Cl-, NO3- < SO42- <PO43- < OH-
? b、胶体组成成分
? c、土壤 pH值
? 3.3 土壤的酸碱性
? 土壤酸碱性是指土壤溶液的反应 (soil reaction)。
? 3.3.1 土壤酸性 (soil acidity)
? 土壤中酸性的主要来源是：胶体上吸附的 H+或
Al3+,CO2溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的
有机酸、氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的
酸性物质等。
? 3.3.1.1 活性酸度 (active acidity)
? 活性酸度 是指土壤溶液中游离的 H+所直接显示的酸度。
? 我国土壤反应大多数 pH值在 4-9之间，在地理分布上有, 东南
酸而西北碱, 的规律性，即由北向南,pH值逐渐减小。
? 3.3.1.2 潜性酸度 (potential acidity)
? 潜性酸度 是指土壤胶体上吸附的 H+,Al3+所引起的酸
度。它们只有在转移到土壤溶液中，形成溶液中的
H+时，才会显示酸性，故称为潜性酸。通常用
1000g烘干土中氢离子的厘摩尔数来表示。
? 土壤潜性酸要比活性酸多得多，相差 3-4个数量级。
土壤中潜性酸的大小常用土壤交换性酸度和水解性
酸度表示之。
? （ 1）交换性酸度 (exchangeable acidity),用过量的
中性盐溶液（ 1mol/L的 KCl,NaCl或 BaCl2）与土壤作
用，将胶体表面上的大部分 H+或 Al3+交换出来，再以
标准碱滴定溶液中的 H+，这样测得的酸度称为 交换
性酸度 或 代换性酸度
? （ 2）水解性酸度 (hydrolytic acidity)：用弱酸强碱盐
溶液（ 1mol/L醋酸钠）从土壤中交换出来的氢、铝
离子所产生的酸度称为 水解性酸度 。
? 水解性酸度一般要比交换性酸度大得多。
? 酸性土壤通常通过施用石灰，人为地调节土壤酸度。
酸性土改良中常用水解性酸度的数值作为计算石灰施
用量的依据。
? 3.3.2 土壤碱性 (soil alkalinity)
? 土壤碱性主要来源于土壤中交换性钠的水解所产
生的 OH-以及弱酸强碱盐类（如 Na2CO3和 NaHCO3）
的水解。土壤中碱性盐类（特别是 Na2CO3和 NaHCO3）
多少，有时叫做 土壤碱度 （ cmol/kg）。
? 对于土壤溶液或灌溉水、地下水来说，其 Na2CO3
和 NaHCO3含量也叫做 碱度 （ mmol/L或 g/L）
? 通常把钠饱和度 [交换性钠离子占阳离子交换量
（ cmol/kg）的百分率 ]叫做碱化度。
? 碱化度 = （交换性钠 /阳离子交换量） ×
100%
? 当土壤交换性钠饱和度为 5%-20%时称之为碱化土，
而钠饱和度大于 20%时称为碱土。
? 3.3.3 土壤缓冲性 (soil buffer power)
? 土壤溶液抵抗酸碱度变化的能力叫 土壤缓冲性 。
? 3.3.3.1 土壤缓冲作用的机制
? （ 1）土壤胶粒上的交换性阳离子
? M + H+ = H + M+
? H + MOH = M + H2O
土壤胶粒 土壤胶粒
土壤胶粒 土壤胶粒
? 土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量的关，交换
量愈大，缓冲性能愈强。
? 不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能力是不同的。
? （ 2）土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
? H2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2H2O
? Na2CO3 + 2HCl + H2CO3 + 2NaCl
? (3) 土壤中两性物质的存在
? R-CH-COOH + HCl = R-CH-COOH
? NH2 NH3Cl
? R-CH-COOH + NaOH = R-CH-COONa + H2O
? NH3 NH2
? (4) 酸性土壤中铝离子的缓冲作用
? 2Al(H2O)63+ + 2OH- [Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O
? 3.3.3.2 土壤缓冲作用的重要性
? （ 1） 缓冲性和适宜的植物生活环境
? （ 2）缓冲性和酸碱度改良
? 3.3.4 土壤的酸碱反应与植物生长
? （ 1）影响土壤养分的转化和供应
? ① 影响土壤中微生物活性
? ② 影响养分的固定、释放与淋失
? （ 2）影响粘粒矿物的形成
? （ 3）影响土壤理化性质
? （ 4）影响作物生长
? 3.1 土壤的孔性、结构性和耕性
? 3.1.1 土壤孔性
? 土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫
做 土壤孔隙 。
? 土壤孔性包括孔隙度 （孔隙数量）和 孔隙类型
（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液
两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。
? 3.1.1.1 土壤孔隙度 (soil porosity)
? 容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。
它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过
土壤容重和土壤相对密度来计算。
? 土壤孔隙度 = [1- （容重） /相对密度 ] × 100%
? 土壤孔隙度 =[孔隙容积 /土壤容积 ] × 100%
? =[（土壤容积 -土粒容积） /土壤容积 ] × 100%
? =[1-（土粒容积 /土壤容积） ] × 100%
? = [1-（ 土壤重量 /相对密度） /（ 土壤重量 /容
重 ） ] × 100%
? = （ 1-容重 /相对密度） × 100%
? （ 1） 土壤相对密度 (soil relative density),是指单
位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与 4℃
时同体积水重之比。单位为 g/cm3。
? （ 2） 土壤容重 (soil bulk density)：是指单位容积土
体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为 g/cm3
或 t/m3。一般旱地土壤容重大体在 1.00~1.80 g/cm3
之间。
? 土壤容重的用途主要有以下几个方面,
? ①反映土壤松紧度
? 对于大多数植物来说，土壤容重在 1.14~1.26 g/cm3
之间比较适宜。
? ②计算土壤的重量
? ms = s · h · ρ 式中,ms为土重； s为面积；
h为土层深度； ρ 为容重。
? 如：已知土壤容重为 1.15 t/m3,求每公倾耕层 0-20
cm 的土重？
ms = 100× 100 × 0.2 × 1.15 = 2300 t
? ③ 计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分
和盐分等）的含量
? 如：已知土壤容重为 1.15 t/m3,有机质含量为 1%，则
每公倾耕层土壤有机质含量为,
? 2300 t × 1% = 23 t
? （ 3） 土壤孔隙比,是土壤中孔隙容积与土粒容积的
比值，结构良好的耕层土壤的孔隙比应 ≥ 1。
? 孔隙比 = [孔隙度 /（ 1-孔隙度） ] = 孔隙容积 /土粒
容积
? 3.1.1.2 土壤孔隙类型
? 当量孔径, 是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它
与孔隙的开形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量
孔径的关系式为,
? d = 3/T 式中,d为孔隙的当量孔径（ mm）、
T为土壤水吸力（ 100Pa）
? 当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，
则当量孔径愈小。
? （ 1）土壤孔隙类型
? ① 非活性孔，又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中
最细微的孔隙，当量孔径一般 <0.002mm,土壤水吸力
>1.5 × 106Pa。
? ② 毛管孔隙 当量孔径约为 0.02-0.002mm,土壤水
吸力 1.5× 104Pa- 1.5 × 106Pa,具有毛管作用。
? ③ 通气孔隙 当量孔径 >0.2mm,相应的土壤水吸力
小于 1.5× 104Pa,毛管作用明显减弱。
? （ 2） 土壤各种孔隙度计算,
? 总孔隙度 = 非活性孔度 + 毛管孔度 + 通气孔度
? 非活性孔度 = （非活性孔容积 /土壤容积） × 100%
? 毛管孔度 = （毛管孔容积 /土壤容积） × 100%
? 通气孔度 = （通气孔容积 /土壤容积） × 100%
? 如果已知土壤田间持水量和凋萎含水量，则土壤毛
管孔度可按下式计算,
? 毛管孔度 = （ 田间持水量 - 凋萎含水量） ÷ 容重
× 100%
? 3.1.1.3 土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关
系
? （ 1）土壤孔隙状况与土壤肥力
? （ 2）土壤孔隙状况与作物生长
? 旱作土壤耕层的土壤总孔隙度为 50%-56%,通气孔度
不低于 10%,大小孔隙之比在 1:2-4，较为合适。
? 3.1.2 土壤结构性
? 土粒在内外因素的综合作用下,相互团聚成大小、形
态和性质不同的团聚体，这种团聚体称为 土壤结构
(soil structure)，或叫 土壤结构体 。
? 3.1.2.1 土壤结构的类型
? (1) 块状结构 (blocky structure),土粒胶结成块,近
立方体形,其长、宽、高三轴大体近似，边面不明显，
大的直径大于 10cm，小的直径为 5-10cm。
? （ 2）核状结构 (subangular structure),结构体长、
宽、高三轴大体近似，边面梭角明显，较块状结构
小，大的直径为 10-20mm稍大，小的直径为 5-10mm。
? （ 3）柱状结构 (columnar structure)：结构体的垂
直轴特别发达，呈立柱状，棱角明显有定形者，称
为 棱柱状结构,棱角不明显无定形者，称为圆 柱状结构 。
? （ 4）片状结构 (platy structure),结构体的水平轴
特别发达，即沿长、宽方向发展呈薄片状，厚度稍
薄，且结构体间较为弯曲者称为鳞片状结构，片状
结构的厚度可小于 1cm与大于 5cm 不等。
? （ 5）团粒结构 (spheroidal structure), 通常是指
土壤中近于圆状小团聚体，其粒径为 0.25-10mm。
农业生产上最理想的团粒结构粒径为 2-3mm。团粒
结构经水浸泡较长时间不松散者，称为 水稳性团粒
结构 。
? 3.1.2.2 土壤团粒结构与土壤肥力
? (1)良好团粒结构具备的条件
? ①有一定的结构形态和大小；② 有多级孔隙；③
有一定的稳定性；④有抵抗微生物分解破碎的能力。
? （ 2） 团粒结构对土壤肥力的作用
? ① 能协调水分和空气的矛盾；②能协调土壤有机质
中养分的消耗和积累的矛盾；③ 能稳定土壤温度，
调节土热状况；④ 改良耕性和有利于作物根系伸展。
? 3.1.2.3 团粒结构的形成
? (1) 土粒的粘聚,① 胶体的凝聚作用,② 水膜的粘
结作用,③ 胶结作用（简单的无机胶体、粘粒、有
机物质等）
? （ 2）成型动力,① 生物作用,② 干湿交替作用
(alternation of drying and wetting),③ 冻融交替作
用 (alternation of freezing and thawing),④ 土壤耕
作的作用等。
? 3.1.2.4 创造团粒结构的措施
? (1) 农业措施, ① 深耕与施肥,② 正确的土壤耕作,
③ 合理的轮作制度,④ 调节土壤阳离子组成,⑤ 合
理灌溉、晒垡和冻垡。
? （ 2）土壤结构改良剂的应用
? 3.1.3 土壤耕性 (soil tilth)
? 土壤耕性 是指土壤在耕作时所表现的特性,也是一系列
土壤物理性质和物理机械性的综合反映。
? 3.1.3.1 土壤耕性的含义
? (1) 耕作难易程度 ; (2) 耕作质量的好坏 ; (3) 宜耕期长
短。
? 3.1.3.2 土壤物理机械性
? (1) 粘结性和粘着性
? 土壤粘结性 是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互
粘结在一起的性质。
? 土壤粘着性 是土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着
外物表面的性能。
? 影响土壤粘结性和粘着性的因素有,
? ①土壤质地：土壤愈细，接触面愈大,粘结性和粘着
性愈强。
? ② 土壤含水量,含水量愈少，土粒距离愈近，分子
引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。
? ③ 土壤结构：团粒结构可使土团接触面减少，因而
其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。
? ④土壤腐殖质含量：腐殖质含量增加可减弱粘土的
粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了
粘粒接触面的性质。
? ⑤土壤代换性阳离子的组成：不同的阳离子种类可
影响土粒的分散和团聚。
? （ 2）可塑性：土壤在一定含水量范围内，可被外力
任意改变成各种形状，当在外力解除和土壤干燥后，
仍能保持其变形的性能称为 可塑性 。
? 影响土壤可塑性的因素,
? ① 水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增
加时，土壤才表现可塑性。
? 土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为 下塑限 （塑
限）；
? 土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量，称为 上
塑限 （流限）。上塑限与下塑限含水量之差称为 塑性
值,也叫 塑性指数 。塑性值大，土壤的可塑性强。
? ② 土壤质地, 土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈
强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的
增加而增大，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘
土） >17,塑性土（壤土） 17-7，弱塑性土（砂壤）
>7，无塑性土（砂土） 0。
?
? ③ 代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土
壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝
聚作用可减少土壤的可塑性。
? ④ 土壤有机质,有机质能提高土壤上、下塑限，
但一般不改变其塑性值。
? （ 3）土壤胀缩性：土壤吸水后体积膨胀，干燥后体
积收缩称为 土壤胀缩性 。
? 3.1.3.3 注意土壤耕作、改良土壤耕性
? （ 1）防止压板土壤,耕作土壤在降雨、灌溉、人、
畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为 土壤
压板过程 。
? （ 2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期,土壤的宜耕期
是指保持适宜耕作的土壤含水量的时间。
? （ 3）改良土壤耕性,可通过增施有机肥料、合理排
灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。
? 3.2 土壤胶体与土壤吸收性能
? 3.2.1 土壤胶体 (soil colloid)
? 土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的
直径一般在 1-100nm之间，实际上土壤中小于
1000nm的粘粒都具有胶体的性质，所以直径在 1-
1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。
? 3.2.1.1 土壤胶体的种类
? （ 1） 无机胶体 (inorganic colloid)
? ① 含水氧化硅胶体
? H2SiO3 = H+ + HSiO3-
? ‖
? H+ + SiO32-
? ② 含水氧化铁、氧化铝胶体
? Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2O
? Al(OH)3 + OH- Al(OH)2O- + H2O
? ③ 层状硅酸盐矿物
? a、硅氧片和硅四面体
? 硅氧片是由硅四面体连接而成，一个 硅四面体 是由
四个氧原子和一个硅原子所组成。
? 许多硅四面体可以共用氧原子而形成一层。氧原子
排列成为中间有空的六角形，称为 硅氧片或硅氧层 。
? b、铝氧片和铝八面体
? 铝八面体 为 6个氧原子围绕一个铝原子而构成铝八面
体。
? 许多个铝八面体相互连接成片称为 铝氧片 。
? 晶层是由一层硅氧片、一层铝氧片重叠组成的，
称为 1∶1 型矿物，如高岭石类。这类矿物在我
国南方酸性土壤中含量较多。
? 蒙脱石类由两个硅氧片间夹一个铝氧片组合而
成，称为 2∶1 型矿物。而这类粘粒矿物多出现
在我国北方土壤中。
? 水云母类其结晶构造同蒙脱石类，亦为 2∶1 型
粘粒矿物，其不同点为水云母的晶层间夹含钾
离子，晶格距离较为稳定。
? （ 2）有机胶体 (organic colloid)
? 有机胶体中最主要的成分是腐殖质（胡敏酸、
富啡酸和胡敏素等），还有少量的木质素、蛋白质、
纤维素等。它的特点为：颗粒极小、具有巨大的比
面和带有电荷、有高度的亲水性、并含有多种功能
团，如：羧基、羟基、酚羟基等。这些基团解离出
氢离子后的 -COO-, -O- 等离子留 在胶粒上而使胶体
带负电。胺基（ -NH2）吸收 H+后，成为 -NH3+则带正
电，一般有机胶体带负电。
? （ 3）有机无机复合体 (organo-mineral complex)
? 土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行
结合，但大多数是通过二、三价阳离子（如钙、镁、
铁、铝等）或功能团（如羧基、醇羟基等）将带负
电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来。这种结合可形
成良好的团粒结构，改善土壤保肥性能和多种理化
性质。
? 3.2.1.2 土壤胶体的构造
? 土壤胶体分散系 包括胶体微粒（为分散相）和微粒
间溶液（为分散介质）两大部分。 胶体微粒 在构造
上可分为 微粒核, 决定电位离子层和补偿离子层 三
部分组成。
? （ 1）微粒核,主要由腐殖质、无定形的 SiO2、氧化
铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有
机无机胶体的分子群所构成。
? （ 2）双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离
子，形成符号相反而电量相等的两层电荷，所以称之
为 双电层 。双电层由决定电位离子层和补偿离子层组
成。
? 3.2.1.3 土壤胶体的特性
? （ 1）土壤胶体比表面和表面能
? 比表面（比面） 是指单位重量或单位体积的总表面积
（ cm2/g,cm2/cm3）。表 3-4。
? 由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，因
而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能
相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生
于物体表面，故称为 表面能 。胶体数量愈多，比面
愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。
? （ 2）土壤胶体电荷
? 永久电荷,它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所
产生的电荷。这种电荷不受介质的 pH值的影响，主
要发生在 2,1型粘粒矿物中，在 1,1型矿物中极少。
? 可变电荷, 电荷的的数量和性质随介质 pH而改变的
电荷。
? 土壤的 pH0值 是表征其可变电荷特点的一个重要指标，
它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的 pH
值，或称为 可变电荷零点、等电点 。
? 产生可变电荷可的主要原因有,
? ①粘粒矿物晶面上 -OH 基的解离
? ②含水铁、铝氧化物的解离
? ③腐殖质上某些原子团的解离
? ④含水氧化硅的解离
? ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。
? （ 3）土壤胶体有凝聚和分散作用
? 土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微粒下
沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做 胶体的凝聚作用 ；
反之，由凝胶分散成溶胶，叫做 胶体的分散作用 。
? 促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的
高低。
? 凡电荷数量少而水化度大的离子（如 Na+），形成的扩散层厚，
电动电位高。使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子
（如 Ca2+），形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶
体即可凝聚。
? 按照凝聚力的大小，土壤溶液中最常见的阳离子的排列顺序
为,
? Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+
? 3.2.2 土壤吸收性能
? 土壤吸收性能 是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的
分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物
的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。
? 3.2.2.1 土壤吸收性能类型
? （ 1）机械吸收性 机械吸收性 是指土壤对物体的机
械阻留，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，
均可被保留在土壤中。
? （ 2）物理吸收性 这种吸收性能 是指土壤对分子态
物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，
其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附
较少而溶液中浓度较大，前者称为 正吸附,后者称为
负吸附 。
? （ 3）化学吸附性 化学吸收性 是指易溶性盐在土壤
中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。
? （ 4）物理化学吸收性 物理化学吸收性 是指土壤对
可溶性物质中离子态养分的保持能力。
? （ 5）生物吸收性 生物吸收性 是指土壤中植物根系
和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是
选择性和创造性，并且具有累积和集中养分的作用。
? 3.2.2.2 土壤物理化学吸收性能
? 土壤物理化学吸收性能 即是土壤离子交换作用。
? （ 1）土壤阳离子交换作用
? K+
? Ca2+ + 2KCl = K+ +
CaCl2
? 离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的 吸
附过程 ；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的
过程，称为离子的 解吸过程 。
? ① 阳离子交换作用特点,
? a、可逆反应 b、反应迅速 c、等量交换, 它是等
量电荷对等量电荷的反应。
? ② 阳离子交换能力 阳离子交换能力 是指一种阳离
子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳
离子交换能力大小的顺序为,
? Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > Na+
土壤胶体 土壤胶体
? 影响阳离子交换能力的因素有,
? a、电荷的数量
? b、离子半径和离子水化半径
? c、离子浓度
? ③ 土壤阳离子交换量 (cation exchange capacity,CEC）
阳离子交换量（或吸收容量） 是指在一定 pH值条件下
每 1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔
数（ cmol/kg）。
? 土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标,CEC
的大小，受下述因素的影响,
? a、胶体数量
? b、胶体类型
? c、土壤 pH值
? ④ 土壤的盐基饱和度
? 土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是 盐基离子,
包括 Ca2+,Mg2+,K+,Na+,NH4+等；另一类是 致酸
离子,即 H+,Al3+。土壤中交换性盐基离子总量
cmol/kg占阳离子交换量 cmol/kg 的百分数称为土壤
的盐基饱和度，即,
? 盐基饱和度 = [交换性盐基总量 /阳离子交换量 ] × 100%
? 影响交换性阳离子有效度的因素
? a,交换性阳离子的饱和度
? b、陪伴离子效应
? c、阳离子的非交换性吸收
? （ 2）土壤阴离子交换作用
? ① 阴离子吸附类型
? a、易于被土壤吸附的阴离子
? b、很少或根本不被吸附的阴离子
? c、介于上述两者之间的阴离子
? ② 影响土壤对阴离子吸收的因素
? a,阴离子的价数
? Cl-, NO3- < SO42- <PO43- < OH-
? b、胶体组成成分
? c、土壤 pH值
? 3.3 土壤的酸碱性
? 土壤酸碱性是指土壤溶液的反应 (soil reaction)。
? 3.3.1 土壤酸性 (soil acidity)
? 土壤中酸性的主要来源是：胶体上吸附的 H+或
Al3+,CO2溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的
有机酸、氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的
酸性物质等。
? 3.3.1.1 活性酸度 (active acidity)
? 活性酸度 是指土壤溶液中游离的 H+所直接显示的酸度。
? 我国土壤反应大多数 pH值在 4-9之间，在地理分布上有, 东南
酸而西北碱, 的规律性，即由北向南,pH值逐渐减小。
? 3.3.1.2 潜性酸度 (potential acidity)
? 潜性酸度 是指土壤胶体上吸附的 H+,Al3+所引起的酸
度。它们只有在转移到土壤溶液中，形成溶液中的
H+时，才会显示酸性，故称为潜性酸。通常用
1000g烘干土中氢离子的厘摩尔数来表示。
? 土壤潜性酸要比活性酸多得多，相差 3-4个数量级。
土壤中潜性酸的大小常用土壤交换性酸度和水解性
酸度表示之。
? （ 1）交换性酸度 (exchangeable acidity),用过量的
中性盐溶液（ 1mol/L的 KCl,NaCl或 BaCl2）与土壤作
用，将胶体表面上的大部分 H+或 Al3+交换出来，再以
标准碱滴定溶液中的 H+，这样测得的酸度称为 交换
性酸度 或 代换性酸度
? （ 2）水解性酸度 (hydrolytic acidity)：用弱酸强碱盐
溶液（ 1mol/L醋酸钠）从土壤中交换出来的氢、铝
离子所产生的酸度称为 水解性酸度 。
? 水解性酸度一般要比交换性酸度大得多。
? 酸性土壤通常通过施用石灰，人为地调节土壤酸度。
酸性土改良中常用水解性酸度的数值作为计算石灰施
用量的依据。
? 3.3.2 土壤碱性 (soil alkalinity)
? 土壤碱性主要来源于土壤中交换性钠的水解所产
生的 OH-以及弱酸强碱盐类（如 Na2CO3和 NaHCO3）
的水解。土壤中碱性盐类（特别是 Na2CO3和 NaHCO3）
多少，有时叫做 土壤碱度 （ cmol/kg）。
? 对于土壤溶液或灌溉水、地下水来说，其 Na2CO3
和 NaHCO3含量也叫做 碱度 （ mmol/L或 g/L）
? 通常把钠饱和度 [交换性钠离子占阳离子交换量
（ cmol/kg）的百分率 ]叫做碱化度。
? 碱化度 = （交换性钠 /阳离子交换量） ×
100%
? 当土壤交换性钠饱和度为 5%-20%时称之为碱化土，
而钠饱和度大于 20%时称为碱土。
? 3.3.3 土壤缓冲性 (soil buffer power)
? 土壤溶液抵抗酸碱度变化的能力叫 土壤缓冲性 。
? 3.3.3.1 土壤缓冲作用的机制
? （ 1）土壤胶粒上的交换性阳离子
? M + H+ = H + M+
? H + MOH = M + H2O
土壤胶粒 土壤胶粒
土壤胶粒 土壤胶粒
? 土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量的关，交换
量愈大，缓冲性能愈强。
? 不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能力是不同的。
? （ 2）土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
? H2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2H2O
? Na2CO3 + 2HCl + H2CO3 + 2NaCl
? (3) 土壤中两性物质的存在
? R-CH-COOH + HCl = R-CH-COOH
? NH2 NH3Cl
? R-CH-COOH + NaOH = R-CH-COONa + H2O
? NH3 NH2
? (4) 酸性土壤中铝离子的缓冲作用
? 2Al(H2O)63+ + 2OH- [Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O
? 3.3.3.2 土壤缓冲作用的重要性
? （ 1） 缓冲性和适宜的植物生活环境
? （ 2）缓冲性和酸碱度改良
? 3.3.4 土壤的酸碱反应与植物生长
? （ 1）影响土壤养分的转化和供应
? ① 影响土壤中微生物活性
? ② 影响养分的固定、释放与淋失
? （ 2）影响粘粒矿物的形成
? （ 3）影响土壤理化性质
? （ 4）影响作物生长
