泰山职业技术学院

授 课 教 案 第五章植物生长与土壤 第一节 土壤的固相组成 授课章节第二节 土壤的基本物理性质 名 称 第三节 土壤的基本化学性质 第四节 农田土壤生态与保护 学习土壤的固相组成特点，掌握不同粒级与质地类型土壤的肥力关系及 生产特性，掌握土壤孔性、结构性的概念、类型、团粒结构的肥力特征及创 造措施；学习物理机械性的概念及与耕性的关系，从而掌握土壤物理性状对教学目标 土壤肥力的影响。掌握土壤胶体构造及特性和土壤吸附保肥作用、影响土壤 酸碱性的主要因素，土壤酸度类型与土壤的缓冲作用掌握高产稳产田的培肥 措施。 粒径对矿质土粒的矿物组成与化学组成的影响及掌握不同质地土壤的肥教学重力特点和利用改良的基本原理、高产稳产田的培肥措施和中低产田的改良措点、难点 施。 教学方法 讲授与图表相结合、讲授与举例相结合 使用教具 多媒体、录像 土壤是指地球陆地上具有肥力特征，能够生长绿色植物的疏松表层。 土壤是植物生长的载体，是植物生长所需的大部分养分和水分的提供者，土壤是农业 生态系统中重要组成。 土壤肥力是土壤供应和协调植物的生长所需的养分、水分、空气和热量等生活因素的 能力。 自然肥力是指土壤在自然因素综合作用下发生和发展起来的肥力。 人为肥力是自然土壤经过开垦耕种以后，在人类生产活动影响下创造出来的肥力。 有效肥力是指在农业生产（当季生产）中能表现出来，产生经济效果的那部分肥力。 潜在肥力是指暂时不能被植物吸收利用，在当季生产中没有直接反映出来的那部分肥 力。 土壤是由固相、液相和气相三相物质组成的疏松多孔体。固相由土壤矿物质、土壤有 机质和土壤生物组成，约占土壤固相体积的50%，其中矿物质占总体积的38%以上，有机质占12％左右。土壤总体积的另外50%为土壤孔隙，气体和液体存在于固体颗粒间的孔隙中。 液相包括土壤水分以及溶解于水的矿物质和有机质，气相则包括各种气体。 土壤矿物质按质量计，一般占土粒的95%以上，有机质占5％以下。因此，矿物质成为土体的“骨架”，也是植物矿物营养的源泉，是影响土壤肥力高低的一个决定性因素。 土壤矿物质是岩石矿物风化形成的矿物颗粒的统称。包括原生矿物和次生矿物。 土壤矿物质的化学组成极为复杂，几乎包括地壳中所有的元素，但氧、硅、铝、铁、 钙、镁、钠、钾、钛、磷等 10 种元素占土壤矿物质总重的 99% 以上，其它元素不过 1% ，以氧、硅、铝、铁为最多，称之为土壤的骨干部分。 粒级：按照土粒直径 ( 粒径 ) 的大小及其性质分成的若干个等级。 相同粒级的土粒，其成分和性质基本一致。不同粒级之间,则有明显的差异。一般将土粒分为石砾、砂粒、粉粒、黏粒四个基本粒级。 常用的有三种：国际制、卡庆斯基制、中国制。 了解这三种分级标准。砂粒、粉粒、粘粒的分类标准。 1．土壤质地类型 土壤中各粒级矿物质土粒含量（质量）百分率的组合叫土壤质地，或称土壤颗粒组成、 土壤机械组成。 任何一种土壤，均是由粒径不同的各级土粒所组成的，根据土壤的机械组成划分土壤 类型称土壤质地分类。 常用的有三种：国际制、卡庆斯基制、中国制。参见书 p96 了解这三种土壤质地分类的标准。 2. 土壤质地与肥力的关系 土壤质地是土壤最基本的性状之一，它常常对土壤通气、透水、保水、保肥、供肥、保 温、导温和耕性等因素产生影响，直接影响土壤肥力状况： 砂土类： 粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，不易积累还原性有害物质。砂土的水分易 于蒸发，因此土壤容易干燥、不耐旱。（毛管水上升高度小，地下水上升湿润表土的可能性 小）。 砂质土主要矿物组成是石英，含养分少，要多施有机肥料。砂土保肥性差，施肥后因 灌水，降雨易淋失，因此，施用化肥时，要少量多次，肥效表现为 “ 猛而不足 ” ，前劲 大而后劲不足，易产生 “ 发小苗而不发老苗 ” 的现象。 由于砂土通气性好，有助于好气性微生物的活动，土壤中有机质易于分解，释放有效 养分，促使作物早发，但有机质不易积累，其含量比粘土类少。 砂质土因含水量少，热容量小，易增温也易降温，所以昼夜温差大，作物易受冷害。 （如小麦返青后），但对薯类及其它块根块茎类作物，有利于其淀粉的累积。 粘土类 ： 粘质土粒间孔隙大，多为毛管孔隙，故通气不良，透水性差，易受渍害和积累还原性 物质。 粘土一般矿质养分丰富，特别是 K 、 Ca 、 Mg 含量较多，保肥能力强，表现为肥效迟缓，肥劲稳长。 “ 发老苗，不发小苗 ” 。 粘土保水力强，含水量大，热容量较大，增温、降温慢，属于冷性土。 粘土耕性差，种子不易发芽出苗，容易产生缺苗断垄现象，后期可能出现贪青晚熟。 壤质土： 这类土壤砂粘适中，兼备砂土和粘土的优点，消除了砂土类和粘土类的缺点，是农业生 产上质地比较理想的土壤。既有一定数量的大孔隙，又有相当多的毛管孔隙，故有较好的通 气透水性，又有一定的保水保肥性能。 壤土含水量适宜，土温比较稳定，粘性不大，耕性较好，宜耕期较长，适宜种植各种作 物， “ 即发小苗也发老苗 ” 。 我国土壤质地的地理分布特点，在水平方向上，自西向东，从北向南有由粗变细的趋势。 在垂直方向上，从高到低也有相同的变化规律。 3. 不同质地土壤的利用和改良 （1）增施有机肥料。增施有机肥料，提高土壤有机质含量，既可改良砂土，也可改良 粘土，这是改良土壤质地最有效和最简便的方法。 （2）掺砂掺粘、客土调剂。如果砂土地（本土）附近有粘土、河沟淤泥（客土），可 搬来掺混；粘土地（本土）附近有砂土（客土）可搬来掺混，以改良本土质地。逐年客土改 良方可使土壤质地得到全面改良。 （3）翻淤压砂、翻砂压淤。有的地区砂土下面有淤粘土，或粘土下面有砂土，这样可 以采取表土“大揭盖”翻到一边，然后使底土“大翻身”，把下层的砂土或粘淤土翻到表层 来使砂粘混合，改良土性。 （4）引洪放淤、引洪漫沙。在面积大、有条件放淤或漫沙的地区，可利用洪水中的泥 沙改良砂土和粘土。所谓“一年洪三年肥”，可见这是行之有效的办法。 （5）根据不同质地采用不同的耕作管理措施。如砂土整地时畦可低一些，垄可放宽一 些，播种宜深一些，播种后要镇压接墒，施肥要多次少量，注意勤施。粘土整地时要深沟、 高畦、窄垄，以利排水、通气、增温；要注意掌握适宜含水量及时耕作，提高耕作质量，要 精耕、细耙、勤锄。 土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质，是土壤肥力的重要物质基础。 耕层土壤有机质含量通常在1%～6%，土壤有机质含量虽然很少，但在土壤肥力上的作 用却很大，它不仅含有各种营养元素，而且还是土壤微生物生命活动的能源。此外，它对土 壤水、气、热等肥力因素的调节，对土壤理化性质及耕性的改善都有明显的作用。 农业土壤有机质的重要来源是每年施用的有机肥料和每年作物的残茬和根系以及根系 分泌物。通过各种途径进入土壤中的有机物质，不断被土壤微生物分解，所以土壤有机质一 般呈三种形态。 （1）新鲜有机质 指土壤中未分解的动、植物残体。 （2）半分解的有机质 有机质已被微生物分解，多呈分散的暗黑色小块。 （3）腐殖质 指有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有 机化合物。腐殖质与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法分离。它是土壤有机质中最主要 的一种形态，占有机质总量的85%～90%，对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。 通常把土壤腐殖质含量高低作为衡量土壤肥力水平的主要标志之一。 土壤有机质一般分为两类。一类是非特异性物质（非腐殖质）。主要包括 (1)糖类化合 物(2)纤维素和半纤维素(3)木质素(4)含氮化合物(5)脂肪、树脂、蜡质和单宁等，这类物质约占土壤有机质的10%～20%。另一类特异性物质为土壤中特有的腐殖物质（即腐殖质）， 是由酚类和醌类物质聚合、由芳环结构和含氮化合物、碳水化合物组成的复杂的多聚体，性 质稳定。 此外，有机质中还含有一些灰分元素，如Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn等， 还少量的I、Zn、B、F等。 土壤有机质的转化过程是指土壤有机质在微生物的作用下，向着两个方向转化，即有机 质矿质化和有机质腐殖质化。这两个过程既是相互对立的，又是相互联系的，随着土壤中环 境条件的改变而相互转化。 （1）有机质的矿化过程 土壤有机质的矿质化过程是指有机质在微生物作用下，分解为简单无机化合物的过程， 其最终产物为CO、HO等，而N、P、S等以矿质盐类释放出来，同时放出热量，为植物和微22 生物提供养分和能量。该过程也为形成土壤腐殖质提供物质来源。 ?糖类化合物的转化 多糖类化合物首先通过酶的作用，水解成为单糖，单糖再进一步 分解成为更简单的物质。 ?含氮有机质的转化 土壤中含氮有机物只有一小部分是水溶性的，绝大部分是呈复杂 的蛋白质、腐殖质以及生物碱等形态存在。一般经过水解作用、氨化作用转化为铵态氮 (NH-N)。 3 在通气良好条件下，铵态氮通过亚硝化细菌和硝化细菌的相继作用，逐级转化成亚硝酸 态氮(NO-N)和硝酸态氮(NO-N)。在某些条件下，还可通过反硝化细菌的作用，将土壤中NO-N233 变成NO、NO或游离N而逸散于气中，这一过程称为反硝化过程。 22 ?含磷、含硫有机化合物的转化 磷主要存在于核蛋白、核酸、磷酯和植素等有机化合物中，它们在土壤酶的作用下，逐 渐把磷释放出来，以磷酸形态被植物吸收利用。在厌气条件下，常常引起磷酸还原，产生亚 磷酸和次磷酸。在有机质丰富和通气不良的情况下，将进一步被还原成磷化氢，而危害作物 生长。 硫主要存在于蛋白质类物质中，在土壤酶的作用下，含硫的有机化合物先分解成含硫的 氨基酸，然后再以硫化氢的形态分离出来，硫化氢在硫细菌作用下，氧化成硫酸，后者再与 土壤中的盐作用形成硫酸盐类，并为植物所吸收利用。在通气不良情况下，发生反硫化作用， 将硫酸转化为硫化氢，使硫损失。 存在于土壤有机质中的微量元素，也随着上述相似的转化过程被释放出来。 总之，存在于复杂有机质中的植物营养元素，必须经过上述的生物化学过程才能得到释 放，被植物吸收利用。 （2）土壤有机质的腐殖化过程 有机质腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程。它是一系列极其复杂过程的总称。一般认 为腐殖化过程分两个阶段： 第一阶段是在有机残体分解中形成腐殖质分子的基本成分，如多元酚、含氮有机化合物 (如氨基酸)等； 第二阶段是在各种微生物群(细菌、霉菌、链霉菌等)分泌的酚氧化酶作用下，把多元酚氧化成醌，醌与其它含氮化合物合成腐殖质。在不同条件下这些简单的产物再进一步缩合， 形成分子大小不等的腐殖质。 （3） 影响土壤有机质转化的因素 土壤有机质在不同条件下，转化方向、速度、产物都不一样。对养分和能量利用以及对 土壤性质的作用截然不同。因此，掌握影响有机质转化的因素十分重要。 ?有机残体的碳氮比（ C/N ） 禾本科秸秆 C/N 比 =50-80 ：1 ，故分解慢。 豆科植物 C/N=20-30 ： 1 ，故分解快，对硝化作用的阻碍小。 ? 土壤通气状况 土壤良好的通气状况，有利于好气微生物的活动，使有机质进行好气分解。 ?土壤水分和温度状况 有机质的分解强度与土壤含水量有关，土壤处于风干状态（只含吸湿水），微生物因缺 水而活动能力降低，分解缓慢；当土壤湿润时，微生物活动旺盛，分解作用加强，但若水分 含量过多，影响土壤通气，降低其分解速率。 有机质分解的速率与温度有关。在一定的范围内，有机质分解随温度的升高而加快。 ?土壤酸碱度 各种微生物都有最适宜的环境反应。酸性环境适宜真菌活动，易产生酸性的富里酸型的 腐殖质。中性环境适宜细菌繁殖，在适量水分和钙的作用下，易形成胡敏酸型的腐殖质。在 微碱性环境中，空气流通时，宜于硝化细菌活动，有利于硝化作用。 （1）腐殖质的组成 根据腐殖质的颜色和在不同溶剂中的溶解性，可把腐殖质分为胡敏酸、富里酸和胡敏素 三组，由于胡敏素与土粒结合紧密，不易提取出来。胡敏酸和富里酸称为腐殖酸，占腐殖质 的60%，所以常用腐殖酸代替腐殖质这一概念。 腐殖质在土壤中主要是和矿物质胶体结合，并形成土壤无机有机复合胶体。这对于土壤 团粒结构的形成及其保持具有重要作用。 （2）腐殖质分子结构和性质 一般认为腐殖质分子包括芳香族化合物的核、含氮有机化合物和碳水化合物三部分。在)等能与外界3其分子上含有若干个羧基(-COOH)、酚羟基(-OH)、醇羟基(-OH)、甲氧基(-OCH进行反应的官能团，使腐殖质具有多种活性，如离子吸附性，对金属离子的络合能力，氧化 -还原性及生理活性等。 土壤腐殖质具有带电性。由于腐殖质是两性胶体，通常以带负电为主。 腐殖酸的凝聚：腐殖质是带电荷的有机胶体，根据电荷同性相斥的原理，所形成的腐殖 质胶体在水中是分散的溶胶状态，增加的电解质浓度或高价离子，则电性增加而相互凝聚， 形成凝胶，腐殖质在凝聚过程中可使土粒胶结起来形成结构体。 土壤有机质对土壤物理、化学和生物化学等各方面都有良好的作用。 （1）土壤养分的主要来源 有机质经过微生物的矿质化作用，释放植物营养元素，供给植物和微生物生活的需要。 （2）改善土壤物理性质 有机质在改善土壤物理性质方面具有多种功能，首先是促进土壤团粒结构的形成；土壤 有机质还可以降低粘土的粘结力，增加砂土的粘结力，改善不良质地的耕作性能。此外，有 机质对改善土壤的渗水性，减少水分蒸发等都有明显的作用。 （3）提高土壤的保肥性和缓冲性 腐殖质属胶体物质，具有巨大的比表面和表面能，同时带有大量负电荷，能提高土壤吸 附分子态和离子态物质的能力，增强其保肥能力。 腐殖质又属两性胶体，是弱酸，具有较强的缓冲作用。 （4）促进作物生长发育 极低浓度的腐殖质(胡敏酸)分子溶液，对植物有刺激作用。如提高植物的抗旱性；能提 高氧化酶的活性，加速种子发芽和对养分的吸收，促进作物生长；还可增强植物的呼吸作用， 提高细胞膜的透性和对养分的吸收，促进根系的发育。 （5）有助于消除土壤的污染 腐殖质能吸附和溶解某些农药，并能与重金属形成溶于水的络合物，随水排出土壤，减 少对作物的毒害和对土壤的污染。 （1）土壤有机质的转化速率： 土壤有机质的腐殖质含量的多少，是土壤肥力高低的一项重要标志，在一定的有机质含 量范围内，土壤肥力随有机质含量的增加而提高。作物产量也随有机质含量的增加而增加， 但有机质不是愈多愈好，当超过一定范围时，这种关系就不明显。 土壤有机质的含量决定于年生成量和年矿化量的相对大小，当生成量大于矿化量时，有机质含量将逐渐增加，反之 则逐渐降低，年生成量与施用有机物质的腐殖化系数有关。 （2）增加土壤有机质的措施 要增加土壤中的有机质，一方面要增加有机质的来源，合理安排耕作，实施粮、绿 轮作，增施各种有机肥料。如采取?种植绿肥作物 ?发展畜牧业，增施有机肥料 ?秸秆还 田。另一方面则需要了解影响有机质积累和分解的因素，以便对其积累和分解过程起调节作 用，使有机质的积累和消耗达到动态平衡。通过控制影响微生物活动的因素，来达到调节土 壤有机质分解速率的目的。这些因素包括：?调节土壤水、气、热状况，控制有机质的转化 ?合理的耕作和轮作?调节碳氮比和土壤酸碱度 土壤生物是指生活在土壤中的巨大的生物类群，是土壤具有生命活动的主要成分。他们 在土壤形成、发育、土壤结构和肥力保持以及高等植物生长等方面均起着重要作用；同时土 壤微生物对环境起着天然的过滤和净化作用。 土壤微生物个体小，数量大，在总生物量中占优势。通过它们的代谢活动，转化土壤中 各种物质的状态，改变土壤的理化性质，是构成土壤肥力的重要因素。 土壤微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等五个类群。其中，细菌数量最 多，放线菌、真菌次之，藻类和原生动物数量最少。 (1)细菌：土壤细菌占土壤微生物总数量的70%～90%，它们个体小，数量大，生物量仅占土壤重的1/10000左右，与土壤接触的表面积特别大，是土壤中最活跃的生活因素，时刻 不停地与周围进行着物质交换。 (2)放线菌：土壤中放线菌的数量也很大，仅次于细菌，一克土壤中放线菌的孢子量有 几千万至几亿个，约占土壤中微生物总数的5%～30%，在有机质含量高的偏碱性土壤中占的 比例更高。它们数量虽较少，但在土壤中的生物量相近于细菌。 (3)真菌：真菌是土壤微生物中的第三大类，广泛分布于耕作层中。 (4)藻类：土壤中存在着许多藻类，大多数是单细胞的硅藻或呈丝状的绿藻和裸藻。藻 合成为有机物。 2类细胞内含有叶绿素能利用光能，将CO 土壤动物也是土壤中的一个重要的生物类群，包括土壤原生动物和土壤后生动物。 通常土壤动物的发育需要有良好的通气条件、适宜的湿度和温度。施肥对动物的发育具有良 好的影响。 土壤的孔性、结构性和耕性是土壤重要的物理性质。它们是植物生长的重要土壤条件， 亦是土壤肥力的重要指标，关系到土壤中水、气、热状况和养分的调节，以及植物根系的伸 展和植物的生长发育。 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。 土壤孔隙度是指单位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。 土壤孔隙度（ % ）＝ 孔隙容积?土壤容积×100 ＝（1－容重/密度）×100 1、土壤密度： 土壤密度是指单位容积土粒（不包括粒间孔隙）的质量。 2、土壤容重：土壤容重是指单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的干重。相同体 积的土壤容重的数值小于比重。它的大小受土壤内部性状如土粒排列、质地、结构、松紧的 影响外，还经常受到外界因素如降水和人为生产活动的影响，尤其是耕层变幅较大。 土壤容重是一个十分重要的基本数据，其重要性表现在以下几个方面： ? 反映土壤松紧度 在土壤质地相似的条件下,容重的大小可以反映土壤的松紧度。容 重小，表示土壤疏松多孔，结构性良好；容重大则表明土壤紧实板硬而缺少结构。 ? 计算土壤重量 如已知土壤容重为1.15t/m3,求每亩耕层0-20cm的土重？ 土重＝667×0.2×1.15＝150t 所以，我们通常按每亩耕层土重150t即150000kg计算。 ? 计算土壤各种组分的数量 例如，已知土壤容重为1.15t/m3，有机质含量为1%，则每亩耕层土壤有机质含量为： 150000kg×1/100＝1500kg 3、土壤孔隙比 土壤孔隙的数量，也可用土壤孔隙比来表示，它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。 土壤孔隙比 = 孔度 / （ 1 — 孔度） 1、土壤孔隙的分级 土壤孔度与孔隙比只能说明土壤 “ 量 ” 的问题，并不能说明土壤孔隙 “ 质 ” 的差别，即使两种土壤孔隙（度）与孔隙比相同，如果大小孔隙的数量分配不同， 则它们的保水、透水、通气以及其它性质会有差异，因此，应将孔隙按其大小和 作用分为若干级。 通常根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级：非活性孔隙、毛管孔隙和通气 孔隙。 ?非活性孔，又叫束缚水孔。这是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般小于0.002mm，土壤水吸力＞1.5×105Pa。这种孔隙几乎总是被土粒表面的吸附水所充满，土粒对这些水有 强烈吸附作用，故保持在这种孔隙中的水分不易运动，也不能被植物吸收利用。因此属于无 效孔。 非活性孔度＝凋萎含水量×容重 ? 毛管孔隙 当量孔径约为0.02～0.002mm，土壤水吸力约1.5×104Pa～1.5×105Pa，具有毛管作用。水分可借助毛管弯月面力保持贮存在该类孔隙中。植物细根、原生动物和真 菌等难以进入毛管孔隙中，但植物根毛和一些细菌可在其中活动，其中保贮的水分可被植物 吸收利用。 毛管孔度（%）＝（田间持水量－凋萎含水量）×容重 ? 通气孔隙 当量孔径＞0.02mm，相应的土壤水吸力小于1.5×104Pa，毛管作用明显减弱。这种孔隙中的水分，主要受重力支配而排出，是水分和空气的通道，经常为空气所占 据，故又称空气孔隙。 通气孔隙度＝总孔隙度－田间持水量 1.土壤质地：黏土的总孔隙度大，一般为45％～60％，但孔径小而均一。砂土总孔隙 度小，一般为33％～45％，孔隙以大孔隙居多。壤土孔隙度居中，孔径大小比例适当。 2.土粒的排列：土粒排列疏松时，孔隙度高，土粒排列紧密或相互镶嵌时，孔隙度则低。 3.有机物质：由于有机物质本身疏松多孔，又能促进土壤结构的形成，所以富含有机物 质的土壤孔度较高。 另外，降雨、施肥、灌溉及耕作等外界条件也是影响土壤孔性的因素。 1、土壤孔隙状况与土壤肥力 土壤孔隙大小和数量影响着土壤的松紧状况，而土壤松紧状况的变化又反过来影响土壤 孔隙的大小和数量，二者密切相关。 土壤孔隙状况，密切影响土壤保水通气能力。土壤疏松时保水与透水能力强，而紧实的 土壤蓄水少、渗水慢，在多雨季节易产生地面积水与地表径流，但在干旱季节，由于土壤疏 松则易通风跑墒，不利于水分保蓄，故群众多采用耙、耱与镇压等办法，以保蓄土壤水分。 由于松紧和孔隙状况影响水、气含量，也就影响养分的有效化和保肥供肥性能，还影响土壤 的增温与稳温，因此，土壤松紧和孔隙状况对土壤肥力的影响是巨大的。 2、土壤孔隙状况与作物生长 从农业生产需要来看，旱作土壤耕层的土壤总孔度为50～56%，通气孔度不低于10%，大小孔隙之比在1:2～4，较为合适。土壤孔隙为“上松下紧”构型，上部有利于通气、透 水和种子发芽、出土；下部则有利于保水和根系深扎。 各种作物对土壤松紧和孔隙状况的要求也略有不同，因为各种作物、蔬菜、果树等的生 物学特性不同，根系的穿插能力不同。同一种作物，在不同的地区，由于自然条件的悬殊， 故对土壤的松紧和孔隙状况要求也是不同的。 土壤中大小不同的土粒很少以单粒状态存在，通常在内外因素的综合作用下，土粒相互 团聚成大小，形状和性质不同的团聚体，称为土壤结构（或土壤结构体）。土壤结构性是指 土壤中结构体的形状、大小及其排列情况。 土壤结构主要影响孔隙性质、土壤的松紧状况，进而影响着土壤水、肥、气、热的供应 能力及土壤耕性和作物根系的伸长，在很大程度上反映了土壤的肥力水平，是土壤的一种重 要物理性质。 土壤结构类型的划分，主要根据结构体的大小、外形以及与土壤肥力的关系划分的。常 见有以下几种类型： 1、块状结构：土粒胶结成块，近立方体型，纵轴与横轴大致相等，边面与棱角不明显， 群众称之为“坷垃”。块状结构按其大小分：大块状结构（轴长大于 5cm ）、块状结构（轴长 3-5cm ）和碎块状结构（轴长 0.5-3cm ）。 块状结构在土壤粘重，缺乏有机质的表土中常见之，特别是土壤过湿或过干，最易形成。 表层多见大块状结构，心土和底土多见块状和碎块状结构。 2、核状结构 ：结构体近立方体，边面和棱角较为明显，轴长 0.5-1.5 cm ，群众称之为“蒜瓣土“，一般多分布于缺乏有机质的心、底土层中。 3、柱状结构：结构体纵轴远大于横轴，在土体中呈直立状态。按棱角明显程度分为（ 1 ） 柱状结构：棱角不明显（ 2 ）棱柱状结构：棱角明显。 这类结构往往存在于心、底土层中，是在干湿交替的作用下形成的。有柱状结构的土壤， 土体紧实，结构体内孔隙小，但结构体之间有明显的裂隙。 4、片状结构：结构体横轴远大于纵轴呈薄片状，老耕地的犁底层中常见到，此外，在 雨后或灌水后所形成的地表结壳和板结层，属于片状结构。 片状结构不利于通气、透水。会影响种子发芽和幼苗出土，还加大土壤水分蒸 发，因此生产上要进行雨后中耕松土，以消除地表结壳。 5、团粒结构：结构体呈近似球形，为疏松多孔的小团聚体，其直径约为 0.25-10mm 。 粒径 <0.25mm 以下的,称微团粒。 在生产中最理想的团粒结构粒径为 2-3mm ，是一种较好的土壤结构类型。团粒结构分 (1) 水稳性团粒结构 : 经水浸泡较长时间不散的叫水稳型团粒结构 (2) 非水稳性团粒结构 : 经水浸泡立即松散的叫非水稳性团粒结构 ( 粒状结构 )。 我国东北地区黑土含大量的水稳性团粒结构，粒径 >0.25mm 的水稳性团粒结构可高达 80% 以上，而我国绝大多数旱地土壤耕作层则多为非水稳性团粒结构。 1、协调土壤水、气矛盾：团粒结构的土壤，大小孔隙比例适当，在团粒内部为小孔隙， 而在团粒之间是大孔隙，能同时供给植物以水分和空气，水、肥、气、热协调，能同时满足 作物的需要。具体来讲：在水分方面，当降雨或灌水时，水分很快通过大孔隙进入土层，又 能较快的进入团粒内部的小孔隙内，使团粒结构充满水分，减少了地表径流和侵蚀，由于通 气孔隙占有一定的比例，不致因水分过多排挤空气而造成通气不良。 当土壤干燥时，表土层团粒结构的水分蒸发，慢慢变干，干燥后，团粒的体积收缩，与 下面团粒间空隙加大，毛管联系点减少，破坏了与上层的联系，形成隔离层，水分不能源源 不断地自下层土壤上升蒸发，使下层团粒内的水分仍被保存着。因此，对于团粒结构多的土 壤而言，无论是多雨还是干旱，土壤下层团粒内总保持有一定的水分，可以满足根系的需要， 所以，每个团粒就是一个 “ 小水体 ” ，有团粒结构的土壤，水和空气是协调的。 2、协调土壤有机养分消耗与积累矛盾：在养分方面，由于团粒结构大孔隙内有空气存 在，故团粒结构表面的有机质能被微生物进行好气分解，成为植物可以利用的养分。团粒内 部则一方面因为由水分充塞，另一方面，因为外部进行的好气分解消耗了 O2 ，而造成嫌气环境，腐殖质得以累积，养分可以得到保存，因此，有团粒结构的土壤，能源不断地供给作 物需要的养分，有 “ 小肥料库 ” 的作用。 3、能稳定土壤温度，使温度状况适宜：有团粒结构的土壤，团粒内部非活性孔隙、毛 管孔隙数量多，保持水分较多，使土温变幅减小，不易升温或降温，相对来说起到了调节土 壤温度的作用，有利于作物根系生长。 4、改良土壤耕性，有利于根系伸展：有团粒结构的土壤疏松多孔，作物根系伸展阻力 较小，同时其粘结性、粘着性也小，大大减少了耕作阻力，提高耕作效率和质量。 因此，团粒结构是改进土壤固、液、气三相比的一个重要因素。有团粒结构的土壤中， 水、肥、气热比较相互协调，被称为土壤肥力调节器。 1、土壤团粒结构的形成过程： 土壤结构的形成大体可分为两个阶段。第一阶段是单粒在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结 作用下形成初级复粒或致密的小土团。第二阶段则是初级复粒进一步逐级粘合、胶结、团聚， 依次形成第二级、第三级及微团聚体的过程。 块状、核状、柱状和片状结构体通常是由单粒直接粘结而成，而团粒结构则是经过多次 复合和团聚而成。 2、团粒结构形成的必备条件 ?胶结物质：主要包括有机胶体、无机胶体及胶体凝聚物质。 有机胶体，主要包括腐殖质、多糖类和微生物的菌丝体及其分泌物等，其中腐殖质最为 重要。腐殖质胶结土粒的机理主要有二种：一是通过Ca2+为键桥联结， 另一种是通过粘粒表面的铁、铝氧化物胶膜与腐殖质联结。腐殖质的胶结具有不可逆性 无机胶体，包括铝硅酸盐粘粒、铁铝氢氧化物、硅酸胶体和二氧化锰的水合物等简单的 无机胶体。 粘粒表面的胶膜，如蒙脱石、水云母类等，具有较大的表面积和较强的粘结力。 钙及其他阳离子 ?成型动力：在土壤粘聚的基础上还需要一定的作用力才能形成稳定的独立结构体。主 要成型动力包括：土壤生物的作用、干湿交替、冻融交替和适宜土壤含水量下的耕作等。 1、精耕细作，增施有机肥料 精耕细作结合施用有机肥料是我国目前大多数地区创造良好结构的主要方法。 采用深耕，加深耕层，结合施用有机肥料，加速土壤熟化。同时施用有机肥料必须与精 耕细作相结合，使土粒与有机质混合均匀，做到土肥相融，才能充分发挥腐殖质的胶结作用， 我国各地的高产肥沃土壤也都是通过这种措施来创造优良结构的。 2、合理轮作倒茬、扩大绿肥及牧草的种植面积 各种作物本身的生物学特点和相应的耕作管理制度对土壤团粒结构的形成具有很大的 影响。秸秆还田、种植绿肥作物、粮食作物与绿肥作物轮作、水旱轮作等都有利于土壤团粒 结构的形成。如小麦、谷子等密植作物，根系密集，本可以创造较多的团粒结构，但因中耕 次数少，非水稳性团粒结构不多，土壤易板结，形成坷拉。而棉花、玉米等中耕作物，由于 植株密度小，根系数量少，形成水稳性团粒结构少，但由于中耕次数多，能创造较多的非水 稳性团粒结构。豆科和（禾本科绿肥作物）不仅根系密集，而且还能够吸收大量钙质（前者）， 留耕层，这对创造水稳性团粒结构优良好的作用，因此，世界各国非常重视绿肥和牧草在轮 作中的地位。 3、科学的土壤管理：采用喷、滴灌、地下灌溉措施，灌溉后适时中耕松土，可防治板 结，并充分发挥干湿交替与冻融交替的作用，有利于形成水不稳定的团粒，调节土壤结构性。 酸性土施用石灰，碱性土施用石膏，不仅降低土壤的酸碱度，而且有利于土壤团聚体的形成。 4、土壤结构改良剂的应用： 土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒，提高土壤肥力和固定表土、保护耕层、防止 水土冲刷的矿物质制剂、腐殖质制剂和人工合成聚合物制剂，它是根据土壤中团粒结构形成 的客观规律，提取腐殖质、木质素等物质作为团粒的胶结剂。 土壤耕性指是土壤耕作时或耕作后一系列土壤物理性质及物理机械性的综合反映。耕性 的好坏，密切影响到土壤耕作质量及土壤肥力。 土壤耕性的内容一般归纳为三个方面： 1、耕作难易程度：指土壤对机具的阻力大小。 2、耕作质量：是指耕作后的土壤性状，对植物生长发育的影响。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。 3、宜耕期长短：是指土壤含水量适宜耕作的时段。即土壤处于耕作易进行，耕后质量 好的时期。砂质和壤质土适耕期长，而粘质土适耕期短。 土壤的物理机械性是土壤多项动力学性质的统称，它包括粘结性、粘着性、可塑性、胀 缩性以及其它受外力作用（如农机具的切割、穿插、压板等作用）而发生形变的性质。 1、土壤粘结性和土壤粘着性 粘结性：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。由于 土壤具有粘结性，是其具有抵抗外力破碎的能力，也是土壤有耕作时产生阻力的主要原因之 一。土壤干燥时，主要由于土粒本身的分子引力所引起的，而在湿润时，则土粒间的分子引 力要通过粒间水膜的媒介，即水膜的引力作用，所以实际上是土粒 - 水 - 土粒之间相互吸 引而表现的粘结力。 粘着性：是指土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着外物表面的性能。如土壤过湿时进 土壤粘结性与含水量关系示意图 土壤粘着性与含水量关系示意图 行耕作，土壤粘着农具，增加土壤与金属的摩擦力；使耕作困难，土粒粘着性是水分子和土 粒之间的分子引力，以及水分和外物接触表面所产生的分子引力所引起。 影响土壤粘结性和粘着行的因素主要决定于土壤质地和土壤含水量。土壤质地越细，接 触面愈大，粘结性和粘着性愈强；水分含量愈低，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈 强，水分增加则粘结性降低；而对粘着性的影响则为干燥时无粘着性，一般土壤含水量达到 全持水量的40％～50％时，粘着性开始出现，后随水分含量增加，粘着性增强，但水分过 多（超过全持水量80%）时，由于水膜太厚而粘着性也会降低。另外，土壤结构、腐殖质含 量、土壤代换性阳离子种类等对其也有影响。 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，当外力解除和 土壤干燥后，仍能保持其变形的性能，称土壤的可塑性。 影响土壤可塑性的因素：? 水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增加时，土 壤才表现出可塑性。土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称下塑限（塑限）；土壤失去可塑 性而开始流动时的土壤含水量称上塑限（流限）；上塑限与下塑限含水量之差称为塑性值（塑 性指数）塑性值大，可塑性强。? 土壤质地：土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈强。 ? 代换性阳离子 ：代换性钠离子增加土壤可塑性，钙离子可减少可塑性。? 土壤有机质：可 提高土壤的上、下塑限，但一般不改变其塑性值。 土壤在塑性范围内不宜进行耕作，因为不仅阻力大，而且耕后易形成坷垃，不易耙耢破 碎，达不到松土的目的。因此土壤在水分接近下塑限时耕作，是最为有利的时机，此时土壤 粘结性、粘着性小，可塑性尚未出现，耕作阻力小，不粘着农具，不易形成坷垃，故可达到 易耕、高效、优质的要求。 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。防止土壤压板，除应改进农机具外，应特别注意田间作业。首先必 须避免在土壤过湿时进行耕作；其次应尽量减少不必要的作业项目，三是根据条件，试行免 耕或少耕法，减少机械压板，保持土壤疏松。 2、注意土壤宜耕状态和宜耕期：耕地应选择在土壤宜耕状态时进行，这样才能达到省 力、省时和质量好的目的。确定宜耕状态的方法主要有，取一把土壤握之成团有湿润感而土 不沾手，平伸手臂让土团自由落地后能散碎，为宜耕状态；或试耕，犁起后的土垡能自然散 开，即为宜耕状态。 3、改良土壤耕性： 影响土壤耕性的最主要因素是土壤质地、土壤含水量和土壤有机质 含量，所以应当通过增施有机肥料；通过掺砂掺粘，改良土壤质地；合理灌溉，掌握宜耕期 适时耕作等措施改良土壤耕性。 土壤水分是土壤的重要组成物质，也是土壤肥力诸因素中最重要、最活跃的因素。土壤 水实质上是极稀的土壤溶液，它除了供作物直接吸收外，还影响着土壤的其它肥力性状，如 矿质养分的溶解、土壤有机质的分解与合成、土壤的氧化还原状况、土壤热特性、土壤的物 理机械性与耕性等。 土壤水分是自然界水分循环的一个组成部分，它来源于降雨或灌溉水。土壤水的收支平 衡受自然界的降水循环制约，气候条件起主导作用。由于大气降水时空分布不均和降水与蒸 发不平衡，经常导致旱涝灾害的发生。掌握土壤的水分状况及其变化规律，可以通过增强土 壤的自调能力和技术，调控克服旱涝带来的不利影响。 由于土壤是一个多孔的多相体，当水分进入土体时，就同时受到三种引力即土粒表面分 子和水分子之间的吸附力、土体的毛管引力和重力的作用。水分沿土粒表面和土粒之间的孔 隙移动、渗透，并使部分水分保留在土壤孔隙内，主要是借毛管力而被保持的。当水分含量 过多时，土壤孔隙不能保持的多余水分，将在重力的作用下向下移动而迁移出土体。 吸附力主要指土粒表面分子和水分子之间的吸附力，产生于土粒表面的表面能，称为土 粒分子引力；以及胶体表面电荷对水分子的极性引力。土壤吸附力的大小以及由吸附力保持 的水量，主要取决于该土壤的比表面积、胶粒及其吸附离子的种类。通常质地愈细、有机胶 体和2:1型粘粒矿物愈多，吸附力也愈强，保持的水量也愈多。 毛管力是指毛管内水汽界面产生的弯月面力，完全具备液态水的性质，可以自由移动， 是土壤水中最为活跃的部分，对农业生产极为重要。 1.土壤水分的类型和性质 由于水分在土壤中的存在形态不同，可将土壤水分划分为气态水、固态水和液态水。与 植物生长有关系的主要是液态水，其次是气态水。气态水主要以水蒸气的形式存在于土壤孔 隙中，成为土壤空气的组成部分。液态水根据受力的不同所表现的形态也不同，一般分为四 种类型：吸湿水、膜状水、毛管水和重力水。 （1）吸湿水 固相土粒及其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水，附着于土粒 表面成单分子或多分子层，称为吸湿水。因对溶质无溶解能力，不能以液态水形式自由移动， 也不能被植物吸收。因此，它是一种无效水。 土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度。当空气相对湿度为 94%～98%时，吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量或吸湿系数。 （2）膜状水 吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，在吸湿水的外围形成一层水膜， 这种水分称为膜状水。膜状水的外层部分对作物的有效性高。当土壤水分受到的引力超过 1.5 MPa时，作物便无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量就称为凋萎 系数。 （3）毛管水 当土壤水分含量超过最大分子持水量后，水分不再受土粒引力的作用，成为可以移动的 自由水。靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为毛管水。毛管水所受的毛管引力在0.625～ 0.01 MPa范围内，远小于作物根系的平均吸水力（1.5 MPa），因此它既能保持在土壤中，又可被作物吸收利用，属于有效水。毛管水在土壤中可上下左右移动，并且具有溶解养分的 能力，所以毛管水的数量对作物的生长发育具有重要意义。 毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和土壤结构状况。通常有机质含量低的 砂土，大孔隙多，毛管孔隙少，仅土粒接触处能保持少部分毛管水；而质地过于粘重，结构 不良的土壤中，细小的孔隙中吸附的水分几乎全是膜状水；只有砂、粘比例适当，有机质含 量丰富，具有良好团粒结构的土壤，其内部发达的毛管孔隙才能保持大量的水分。 根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为毛管支持水和毛管悬着水。 毛管支持水：是指土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水，即地下水沿着 土壤毛管系统上升并保持在土壤中的那部分水分。当毛管支持水达到最大时的土壤含水量称 为毛管持水量，它实质上是吸湿水、膜状水和毛管上升水的总和。当地下水位适当时，毛管 支持水可达根系分布层，是作物所需水分的重要来源之一。 毛管悬着水：是指当地下水较深时，降雨或灌溉后，靠毛管力保持在土壤上层未能下渗 的水分。它与地下水无联系，因此不受地下水位升降的影响。毛管悬着水是作物所需水分的 重要来源，尤其在地下水位较深的地区，这种水分更加重要。 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量。它是农田土壤所能保持的最大水 量，也是旱地作物灌溉水量的上限，超过的水分就会受重力的作用流失到下层。 通常田间 持水量的大小主要取决于土壤孔隙的大小和数量，而孔隙的大小和数量又依赖于土壤质地、 腐殖质含量、结构状况和土壤耕耙整地的状况。因此，不同土壤的田间持水量变化范围很大， 砂土一般为160～220g/kg，壤土为220～300g/kg，粘土为280～350g/kg。 （4）重力水 土壤重力水是指当土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而 在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水。当重力水达到饱和，即土壤所有孔隙都 充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。 2.土壤水分的有效性 土壤水分的有效性是指土壤水分能够被植物吸收利用的难易程度，不能被植物吸收利用 的称无效水，能被植物吸收利用的称为有效水。 通常把土壤的凋萎系数看成土壤有效水分的下限。植物根系要丛土壤中吸收水分，根系 的水吸力必须要大于土壤的水吸力，而一般植物根系的水吸力平均在1.5Mpa，所以当土壤 水吸力超过1.5Mpa时，植物根系就不能从土壤中吸收水分，而发生永久萎蔫，所以通常是 把土壤水吸力达到1.5Mpa时的土壤含水量当作凋萎系数。通常把田间持水量看作旱地土壤 有效水分的上限，所以 土壤有效水分范围=田间持水量—凋萎系数 土壤有效水分含量=土壤含水量—凋萎系数 凋 萎 系 数 土壤水分类型及其有效性 土壤有效水范围与土壤质地、土壤结构、土壤有机质含量和土壤层位有关，一般来讲， 壤土的有效水含范围大，而粘土和砂土的有效水范围则较小（见表）。具有团粒状结构的土 壤，由于田间持水量增大，从而扩大土壤的有效水范围。有机质在一定程度上通过改善土壤 结构和增大渗透性的作用，使土壤有效水范围扩大。 自然条件下土壤保持的水分称为土壤含水量，俗称墒。一般以一定质量或容积土壤中的 水分含量表示，常用的表示方法有以下几种： 1 土壤质量含水量：是指一定质量土壤中保持的水分重量占1千克干土重（指105?烘 干下土壤样品达到恒重）的分数，单位用g/kg 表示（也可用百分数表示）。这是使用最普遍的一种方法，其计算公式如下： 水分质量土壤质量含水量（g/Kg),，1000烘干土质量 用百分数含量表示： 水分质量土壤质量含水量（％）＝，100烘干土质量 2 土壤容积含水量：是指土壤水分容积与土壤容积之比。用百分率表示时，称为容积百 分率。 水分容积土壤容积含水量（％）,，100 土壤容积 ,土壤质量含水量（％），容重 3 土壤相对含水量 在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数作为相对含水量 来表示土壤水分的多少。 相对含水量可以衡量各种土壤持水性能，能更好地反映土壤水分的有效性和土壤水气状 况，是评价不同土壤供给作物水分的统一尺度。通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间 持水量的70%～80%，而成熟期则宜保持在60%左右。 4 水层厚度 这是指一定深度（mm）土层中水分总量相当于若干水层厚度（mm）。 水层厚度=（土壤质量含水量×土壤容重×土层深度）/1000 1.土壤水分对作物生长对作用 （1）水分是作物的重要组成部分。 （2）土壤水分是影响作物出苗率的重要因素。 2.土壤水分对作物吸收养分的影响 土壤水分状况直接影响作物对养分的吸收，土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施 入土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分离子向根系表面迁移，以及作物根系对养分 的吸收都必须通过水分介质来实现。。 3.土壤水分的调节 土壤水分是植物需水的主要来源。农业用水占社会总用水量的80%，农业节水潜力巨大。生产上一般采取如下措施。 （1）发展节水灌溉 （2）控制地表径流，增加土壤水分入渗。实行坡地等高耕作，沟、垄间套种植。 （3）加强栽培措施，减少土壤水分蒸发。 （4）提高土壤水分有效性：通过合理耕作和施用有机肥料，提高田间持水量，降低凋 萎系数。改良土壤质地、结构，增加孔隙度，减少无效孔隙，提高土温。 土壤空气是土壤的重要组成之一，也是土壤的肥力因素之一。土壤空气源自大气，它存 在于未被土壤水分所占据的孔隙中，其含量与土壤水分互为消长。因此凡影响土壤孔隙和土 壤水分的因素，都影响土壤的空气状况。肥力水平高的土壤，其空气数量及不同气体组成的 比例情况，均应满足作物正常生长发育的需要。 土壤空气与近地表大气不断的进行着交换，其组成与大气相似，但在各组成分的含量上 存在差异（表5-11）。 表5-11 土壤空气与大气组成（容积 %） 气 体 O CO N 水汽 还原性气体 222 4218.00～0.15～78.8～有时含CH、HS、H2土壤空气 饱和 20.03 0.65 80.24 等 多数不饱大 气 20.99 0.03 78.05 无 和 1 土壤空气中的二氧化碳含量比大气高十至数百倍。 这是由于土壤有机质在其分解过程中释放大量的二氧化碳、作物根系和土壤微生物的呼 吸作用以及土壤中碳酸盐类的溶解释放等使得土壤空气中的二氧化碳浓度较高。 2 土壤空气中氧的含量低。 这是由于植物根系及土壤微生物的呼吸消耗使土壤空气中氧气含量下降。 3 土壤空气中的相对湿度比大气高 这是因为土壤含水量通常都高于最大吸湿量，汽态水的蒸发使水气不断产生，所以土壤 中经常保持着水气饱和状态；而大气只有在多雨季节才接近饱和。 4 土壤空气中有时含有还原性气体 在通气不良时土壤常会产生CH4 、H2S、H2等还原性气体，影响作物根系的正常生长。 5土壤空气数量和组成经常处于变化之中 大气成分相对稳定，而土壤空气数量和成分常随时间和空间变化而异。这些变化与土壤 通气性条件有着密切关系。 土壤通气性又称土壤透气性，是指土壤空气与近地层大气进行气体交换以及土体内部允 许气体扩散和流动的性能。它使得土壤空气能够得到不断地更新，从而使得土体内部各部位 的气体组成趋于一致。土壤维持适当的通气性，也是保证土壤空气质量、提高土壤肥力、使 植物根系正常生长所必需的。 （1） 土壤空气扩散：是指某种气体成分由于其分压梯度与大气不同而产生的移动。它 是土壤空气与大气之间进行交换的主要因素，其原理服从气体扩散公式： F= - D?dc/ dx 式中：F是单位时间气体扩散通过单位面积的数量； dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度； D是扩散系数，负号表示其从气体分压高处向低处扩散。 由上式可知，气体分压梯度是引起土壤空气扩散的主要动力。由于植物根系的呼吸及土 壤微生物对有机残体的好气分解，使土壤中氧不断被消耗，二氧化碳浓度不断增加，从而产 生了与大气的不平衡，使得土壤中二氧化碳的分压比大气中二氧化碳的分压高，而氧的分压 则低于大气。即使在土壤空气与大气的总压力完全相等时，由于大气中氧的分压较高，使这 种气体向土壤扩散；而二氧化碳在土壤空气中的分压较大，使得其不断从土壤向大气逸出。 土壤空气与大气间通过气体扩散作用不断地进行着气体交换，使土壤空气得到更新，此过程 也称为土壤呼吸。 （2）土壤空气整体交换 也称土壤气体的整体流动，是指由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起的气 体交换，是土体内外部分气体的整体相互流动。 土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降雨或灌溉水的影响。 2. （1）土壤通气状况对种子萌发的影响 通常作物种子萌发需要氧气的浓度大于10%，若土壤通气不良（O含量低于5%），土2壤中因缺氧进行嫌气呼吸而产生醛类、有机酸类等物质抑制种子发芽。 （2）土壤通气性对作物根系生长的影响 在通气良好的土壤中，作物根系生长健壮，根系长、根毛多；通气不良则根系短而粗， 色暗，根毛稀少，根系吸收面积减少。通常当土壤空气中氧的浓度低于9%～10%时，作物根系的发育就会受到影响，若降低到5%以下，则绝大多数作物根系停止发育。 （3）土壤通气性对吸收水肥功能的影响 作物根系对水肥的吸收受根系呼吸作用的影响，缺氧时根系呼吸作用受阻，其吸收水分 和养分的功能也因而降低，严重时甚至停止。研究结果表明，在低氧条件下，各种作物第一 天的相对蒸腾减少量为：烤烟70%、番茄10%、玉米40%。此外，土壤通气性对根系吸收 养分的影响还因养分的种类而异。据研究，玉米在缺氧时对各种养分吸收能力依下列顺序递 减：K>Ca>Mg>N>P。可见通气不良对作物吸收氮和磷的影响较大。 （4）影响土壤微生物的活动和养分状况 的含量显著影响到微生物的活性。O 供应充足时，微生物活动旺2 2盛，有机质分解速度快，分解彻底，氨化过程加快，也有利于硝化过程的进行，故土壤中有土壤空气的数量和O 效氮丰富。 土壤缺 O 时，则有利于反硝化作用的进行，造成氮素的损失或导致亚硝酸态2 氮的累积而毒害根系；正磷酸盐被还原为亚磷酸和磷化氢，使磷素营养恶化。 3.土壤通气性的调节 调节和改善土壤的通气状况，可以采用如下一些措施，如建立合理的排灌系统，排除渍 水，保持合适的土壤水分；适当深耕，结合增施有机肥；适时中耕松土，对水田宜勤灌浅灌， 适时露田晒田；质地粘重的土壤，通过掺砂或施用秸秆、土杂粪等有机肥料，使形成较好的 土壤结构，增加非毛管孔隙，可改善其通气性。 （1）太阳辐射能 这是土壤热量最主要的来源。 （2）生物热 微生物分解有机质释放的热量。 （3）地热 由地球内部的岩浆通过传导作用至土壤表面的热量。 土壤热量平衡是指土壤热量的收支情况。土壤表面吸收的太阳辐射能，部分以土壤辐射 形式返回大气，部分用于土壤水分蒸发的消耗，还有部分用于向下层土壤的传导，剩余的热 量用于土壤升温。土壤热量平衡可用下式表示： W = S -W1 - W2 - W3 式中： W 为用于土壤增温的热量 S 为土壤表面获得的太阳辐射能 W1 为地表辐射所损失的热量 W2 为土壤水分蒸发所消耗的热量 W3为其它方面消耗的热量 在一定的地区S值一般是固定的，若W1、W2、W3 等方面的支出减少，土壤温度将增加；反之，土壤温度则下降。因此，在生产实际中可采用塑料大棚、遮阳网覆盖、中耕松 土等措施来调节土壤温度。 同一地区的不同土壤，获得的太阳辐射能几乎相同，但土壤温度却差异较大，这是因为 土壤温度的变化除了与土壤热量平衡有关外，还取决于土壤的热特性。 1 土壤热容量 3土壤热容量是指单位容积或单位质量的土壤在温度升高或降低1?时所吸收或放出的土壤增、降温1?时所需 3热量。可分为容积热容量和质量热容量。容积热容量是指每1cm要吸收或释放的热量，用Cv表示，单位为J/cm?K；质量热容量也称比热，是指每克土壤 增、降温1?时所需吸收或释放的热量，用Ci表示, 单位为J/g?K。两者之间的关系式为： Cv = Ci×d（式中d为土壤容重）。土壤热容量愈大，土壤温度变化愈缓慢；反之，土壤热 容量愈小，则土温变化频繁。 土壤热容量的大小主要受土壤的三相组成影响。由表5-12 可见土壤水分的热容量最大， 土壤空气的热容量最小，矿质土粒和土壤有机质的热容量介于两者之间。由土壤组成可知， 土壤固相相对稳定，因此土壤热容量的大小主要取决于土壤水分和土壤空气的含量。土壤愈 潮湿（水多气少），热容量愈大，增温和降温均较慢，土壤温度变化小；反之，土壤愈干（水 少气多），热容量愈小，升温快，降温也快，土壤温度变化大。例如，质地粘重的土壤，水 分含量较高，在早春季节解冻迟，土温回升慢，故有冷性土之称；而质地较轻的砂土，水分 含量较低，早春土温回升快，所以称为热性土。 2 土壤导热率 土壤导热率是评价土壤传导热量快慢的指标，是指单位温度梯度下，单位时间通过单位 面积土壤传导的热量。它是指在面积为1m2、相距1m的两截面上温度相差1K度时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。其单位为：J/m?K?s。 表 5-12 土壤组成与土壤的热特性 容积热容量 重量热容量 导热率 导温率 土壤组成成分 32J/ cm?? J/ g?? J/ cm?s?? cm/s 0.00021～0.1615～土壤空气 0.0013 1.00 0.00025 0.1923 0.0054～0.0013～土壤水分 4.187 4.187 0.0059 0.0014 0.0167～0.0087～矿质土粒 1.930 0.712 0.0209 0.0108 0.0084～0.0033～土壤有机质 2.512 1.930 0.0126 0.0050 土壤的三相组成中，空气的导热率最小，矿物质的导热率最大，为土壤空气的100倍，水的导热率介于两者之间（表5-12）。因此，土壤导热率的大小，主要与土壤矿物质和土 壤空气有关。在单位体积土壤内，矿物质含量愈高，空气含量愈少，导热性愈强；反之，矿 物质含量少，空气含量愈高，导热性则差。可见，土壤导热率与土壤容重呈正相关，而与土 壤孔隙度呈负相关。所以，冬季麦田镇压后导热率增加，白天易于热量向下层土壤传导，夜 里则利于热量由底土向表土传导，从而可以有效的防止冻害。 此外，增加土壤水分含量，也可提高土壤的导热性。例如，干、湿砂土（含水400g/kg）的导热率分别为0.293 和2.18 J/m?K?s；干、湿粘土（含水400g/kg）为0.25 和1.59 J/m?K?s。这是因为一方面水的导热率比空气大25倍，另一方面干土中导热仅仅依靠土粒间的接触点， 而湿土中土粒间还因水膜增加了联系。 3 土壤导温率 又称土壤导热系数或热扩散率。它是指单位时间流入（流出）单位容积土壤的一定热量， 导致土壤温度的变化。在标准状况下，当土层在垂直方向上每厘米距离内有1焦耳的温度梯度，每秒钟流入断面面积为1m 23的热量，使单位体积（1m）土壤所发生的温度变化。显然， 流入热量的多少与导热率的高低有关，流入热量能使土壤温度升高多少则受热容量制约。土 壤导温率的计算公式为： K =λ/Cv 式中：K为土壤导温率； λ为导热率； Cv为土壤容积热容量。 可见，土壤导温率与导热率呈正相关，与热容量呈负相关。土壤空气的导温率比土壤水 分要大得多（表5-12），因此，干土比湿土容易增温。例如，干砂土的导温率为35 m2/s， 湿砂土为70 m2/s；干粘土为12 m2/s，湿粘土为110 m2/s。 在土壤湿度较小的情况下，湿度增加，导温率也增加；当湿度超过一定数值后，导温率 随湿度增大的速率变慢，甚至下降。土壤导温率直接决定土壤中温度传播的速度，因此影响 着土壤温度的垂直分布和最高最低温度的出现时间。 1 土壤温度与种子萌发 任何作物种子的萌发必须有一个适宜的土壤温度范围，在这个范围内土壤温度愈高，种 子萌发就愈快；反之，土温愈低就愈慢。当土温低于此范围，种子就不萌发。 2 土壤温度与作物根系生长 一般作物根系在2～4?时开始微弱生长，土温高于10?以上时，根系生长比较活跃，超过30～35?，根系生长受阻。冬季根系可在土层深处生长，但土温过低易产生冻害；而 夏季土温过高也常使根系组织加速退化，甚至发生“烧根”或“烧茎”现象。 3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长 春小麦苗期地上部生长最适的土壤温度范围为20～24?，后期以12～16?为好，8?以 下或32?以上则很少抽穗。冬小麦生长最为适宜的土温较春小麦低4?左右，土温在24? 以上虽能抽穗，但不能成熟。 4 土壤温度影响养分转化与吸收 土温的高低对微生物活动的影响更为明显，如硝化细菌与铵化细菌最适的土温范围为 28～30?，土温过低导致土壤缺氮。旱作遇低温时显著减少作物对钾的吸收，因此施用钾肥 对旱作抵御低温有良好的作用，而水稻遇低温时对磷的吸收下降，因此在冷性土上应注意补 充磷肥。 此外，土壤有机质的转化、养分的释放以及土壤中水、气的运动等也都受到土壤温度的 影响。 农业上常通过调节土壤固、气、液三相的比例，特别是土壤水分和空气的比例，达到调 节土壤温度的目的。常用的方法有：设置风障和防风林，修造阳畦及大棚，用地膜、作物秸 秆、草席等覆盖地面，土面增温剂、耕作、排灌、改土等。 土壤胶体是指土壤中最细微的固体颗粒，胶粒直径一般在 1-100nm 。实际上土壤中有效粒径 <1000nm 的粘粒都具有胶体的性质。直径为 1-1000nm 之间的土粒均属于土壤胶体的范围。 土壤胶体的成分比较复杂，按化学成分和来源，可分无机胶体、有机胶体和有机无机复 合胶体三类。土壤胶体的一系列性质的表现都是由于具有巨大的比表面和带有电荷的原因。 1. 无机胶体 无机胶体包括成分简单的晶质和非晶质的 Si 、 Fe 、 AI 的氧化物及其含水氧化物、成分复杂的各种类型的层状硅酸盐（主要是铝硅酸盐）矿物，这二者常称为土 壤粘土矿物。二者均为岩石风化和成土过程的产物，影响着土壤的肥力性质。 2.有机胶体 有机胶体主要是各种腐殖质，还包括少量的木质素、蛋白质、纤维素等。腐殖质胶体含 有多种官能团（羧基、羟基和酚羟基），属两性胶体，所以在土壤中一般带负电，腐殖质所 带的负电荷量比粘土矿物大，因此，腐殖质在耕作土壤中含量虽不多，但对土壤的保肥与供 肥性影响较大。但有机胶体的稳定性低于无机胶体，容易被微生物所分解，要通过施用有机 肥等措施加以补充。 3.有机 - 无机复合体 在农业土壤上，有机胶体一般很少单独存在，绝大部分与无机胶体结合，形成有机无机 复合体（又称吸收性复合体）。有机胶体和无机胶体可以通过多种方式结合。 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（胶核）：它是胶体的核心和 基本物质。主要由腐殖质、无定形的氧化硅、 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。 胶体微粒的构造图示 ?决定电位离子层：这是固定在胶核表 面决定其电荷和电位的一层离子。由于其决定着胶粒的电荷符号和电位的大小，所以称决定 电位离子层或双电层内层。 ?补偿离子层：由于胶粒的表面带电荷，能借静电引力吸引土壤溶液中相反的电荷离子， 形成补偿离子层，又称双电层外层。 1.土壤胶体具有巨大的比表面和表面能 ：比表面是指单位重量或单位体积物体的总表 面积。因为土壤胶体有巨大的比表面，所以能产生巨大的表面能。胶体数量愈多，比表面愈 大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。不同土壤胶体的比表面差异较大。 2.土壤胶体电荷：土壤胶体多数情况下是带负电的。但由于土壤胶体的组成成分的特性 不同，所产生电荷的机制也各异，据此，把土壤胶体电荷分为永久电荷和可变电荷。 永久电荷：由于粘土矿物晶层内的同晶置换所产生的电荷。由于同晶替代作用是在粘土 矿物形成时产生于粘土晶层内部，这些电荷一旦产生即为该矿物永久所有，不受外界条件 （ pH 、电解质浓度等）的影响，因此称为永久电荷，又称内电荷。它主要发生在2：1型粘粒矿物中。 可变电荷：电荷的数量和性质随介质 pH 而改变的电荷，称可变电荷。产生可变电荷的 主要原因是土壤胶体表面分子解离。此外，粘土矿物晶层上的断键及胶体表面从介质中吸附 离子也可形成可变电荷。 表面分子解离：由于土壤胶体上的一些基团可解离出 H + ，使胶核表面带负电荷，如 腐殖质胶体上的羧基、酚羟基等基团解离出 H + ， 硅酸盐粘土矿物的晶层表面暴露的 OH 原子团解离出 H + 等，这些作用使腐殖质胶体与粘土矿物带负电荷。表面分子解离受介质 pH 的影响，当介质 pH 值升高时，粘土矿物解离 H + 的能力强，产生负电荷的量也多。 3.土壤胶体的分散性和凝聚性：土壤胶体有两种不同的状态，一种是胶体微粒均匀分散 在土壤溶液中，由于胶粒有一定的电动电位，有一定厚度的扩散层相隔，而使之均匀分散称 溶胶态，这种现象称土壤胶体的分散性。另一种状态是胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮 状的凝胶状态。当土壤溶液中加入电解质时，胶体的电动电位降低趋近于零，扩散层的厚度 降低进而消失，使胶体相聚成团，此时由溶胶转变为凝胶，这种作用称胶体的凝聚性。胶体 的凝聚作用有助于土壤结构的形成。 在土壤中，胶体处于凝胶状态，可以形成水稳性团粒，对土壤理化性质有良好的作用。 而土壤胶体成为溶胶状态时不仅不能形成团粒，而且土壤粘结性、粘着性、可塑性都增大， 缩短宜耕期，降低耕作质量。 影响胶体分散与凝聚的因素主要是电解质的种类和浓度。不同的电解质使胶体呈现不同 的电动电位，一般是一价离子 > 二价离子 > 三价离子。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+。增加电解质浓度，可降低电动电位，使扩散层变薄，有利于转化为凝胶（胶体的凝聚），有利于 土壤胶体的凝聚作用。 土壤能否满足作物对养分的需要，不仅取决于养分数量的多少，转化速度的高低，而且 还取决于养分在土壤中保持的时间长短。所谓土壤的吸收性能就是指土壤吸收保持离子、分 子、化合物等的性质。对于养分来说，也就是土壤的保肥性。而保肥性能的大小与土壤胶体 密切相关。 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。土壤是一个多孔体，同时在土 壤表面具有大的表面能及电荷，使土壤具有明显的吸附性能，因此土壤起到“库” 的作用， 避免了土壤养分的淋失，从而达到保蓄养分的能力，这对于植物营养、土壤肥力以及污染土 壤的自净能力等方面起极其重要的作用。 按照土壤吸收性能产生的机制，分为以下五种类型： 1.机械吸收性：是指土壤对固体物质的机械阻留作用。这种吸收作用取决于土壤的孔隙 状况，孔隙过粗，阻留物少，过细又造成下渗困难，易于形成地面径流和土壤冲刷。故土壤 吸收性能与土壤质地、结构、松紧度等情况有关。 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。有机胶体愈多，表面积愈大，物理吸收性能就越强烈。 此外，土壤吸附气态物质（水气、CO2、NH3等）和细菌也是物理吸附。 3.化学吸附性：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。这 种作用虽然可将一些可溶性养分保存下来，但却降低了养分对植物的有效性，因此，生产上 应尽量避免有效养分的固定作用发生。 4.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。这种吸收是以物 理吸收为基础，又呈现出化学反应相似的特性。由于土壤胶体的带电性，能吸附土壤溶液中 的离子，这些被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。土壤 中的胶体物质愈多，电性愈强，物理化学吸附性能也愈强，则土壤的保肥性和供肥性就愈好。 5.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。只有生物吸收性可以吸收硝酸盐。 总之，上述五种吸收性不是孤立的，而是相互联系、相互影响的，都具有重要的意义。 土壤离子交换作用是指土壤中带电胶体所吸附的阳（阴）离子与溶液中的阳（阴）离子 进行交换，分别称为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用。 土壤离子交换作用对土壤中养分的保持和供应起着重要作用。当土壤溶液中离子吸附在 胶体上时，表示离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时， 表示养分的释放，即供肥过程。 1.土壤阳离子交换作用：土壤胶体通常带有大量负电荷，因而能从土壤溶液中吸附阳离 子，以中和电荷，被吸附的阳离子在一定条件下有可被土壤溶液中其他阳离子从胶体表面上 交换出来，此即阳离子交换作用。 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： 可逆反应：当溶液中的离子被土壤胶体吸附到它的表面并与溶液达成平衡后，如果溶液 的组成或浓度改变，胶体上的交换性离子就要与溶液中的离子产生逆向交换，建立新的平衡。 反应迅速：在土壤水分能使补偿离子充分水化的情况下，一般的交换反映只需几秒就可 完成。 等量交换: 它是等量电荷对等量电荷的反应。如一个二价的阳离子可以交换两个一价 的阳离子等。 （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3+3++2+2++ ++ > Al > H > Ca > Mg > NH > K> Na 4来有能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为： Fe影响阳离子交换能力的因素： 离子电荷数量的影响：在离子浓度相同的情况下，溶液中离子的电荷价越高，阳离子受 胶体的吸附能力越大。 离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径越大，水化半径趋于减小，则交换能力越 强。所以一价阳离子交换能力大小为 Rb+ >NH4 + > K+ > Na+ >Li+ 。 离子浓度：由于阳离子交换作用受质量作用定律的支配，所以能力较弱的离子，如果有 较高的浓度，如 NH 4+ 、 K+ 等，也可将交换能力强的 Ca2+ 、 Mg2+ 离子从土壤中交换下来。所以根据这一原理，酸性土壤通过试用石灰，从而改良土壤酸性的目的。 （3）土壤的阳离子交换量 ：是指 pH 值为 7 时每 kg 干土所吸收的全部交换性阳离 子的厘摩尔数，以 cmol （ + ） /kg 表示。一般用 CEC 表示。它直接反映了土壤的保肥 性、供肥性能和缓冲能力，它可以作为土壤保肥力的指标，。 影响土壤阳离子交换量（CEC）的大小的因素主要有胶体数量、胶体类型以及土壤pH值。一般胶体物质越多，则CEC越大，有机胶体和2：1型蒙脱石类矿物CEC较大，PH值越高，CEC越大。 （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% 盐基饱和度与土壤的酸碱性关系密切，盐基饱和度大的土壤呈中性或碱性，饱和度小的 土壤呈酸性。从土壤肥力角度来看，以盐基饱和度70%～90%的土壤较好。 (5)影响阳离子有效度的因素： 交换性阳离子的饱和度：土壤胶体上吸附的该离子量大，即盐基饱和度大，其被溶液中 其他离子代换下来的机会愈多，有效性就愈高。即依此道理，在施肥技术上采用集中施肥的 原则，如农谚“施肥一大片，不如一条线”。 陪补离子效应：土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某种离子来说，其余的各种 离子都称为它的陪补离子。这些交换性离子的有效度与陪补离子种类有关。凡是与土壤胶体 结合强度大的离子，其本身有效性低，但对共存的其他离子的有效性愈有利；反之，若某一 离子与胶体结合强度较共存的其它离子弱，则将抑制其它离子的有效性。这种现象称为陪补 离子效应。 阳离子的非交换性吸附（专性吸附）：主要包括阳离子与氧化铁、铝及其水合物胶体表 面氧的结合作用和矿物固定、晶穴固定。如NH4+、K+离子被固定在硅氧四面体联成的六边型晶穴中，不能被交换出来，致使NH4+、K+离子对植物的有效性降低。 2.土壤阴离子交换作用： 土壤中的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换作用。这种交换作用与阳离子交换作用 一样，服从质量作用定律，但土壤中的阴离子往往与化学固定等交织在一起，很难分开。 (1) 阴离子吸附类型 易于被土壤吸附的阴离子：磷酸根、H2PO4-、HPO42-、PO43-，硅酸根HSiO3-、SiO32-， 这些离子也易与阳离子反应产生难溶性化合物。 很少或根本不被吸附的阴离子：Cl-、NO3-、NO2-，这些离子常常出现负吸附，与土壤中大部分阳离子作用生成溶于水的盐随水淋失； 介于上述两者之间的阴离子：SO42-、CO32-、HCO3-，这些离子通常与部分阳离子生成可溶性化合物，部分与另一写阳离子生成难溶性化合物。 (2)影响土壤对阴离子吸收的因素 阴离子的价数：一般价数愈大，吸收力愈强。土壤对一些常见阴离子的吸收力的大小顺 序如下：Cl- 、NO3- < SO4-