土壤检测--土壤物理特性指标介绍

1.土壤物理特性指标

由于土壤环境是由固、液、气三相组成的分散体系,三相物质彼此相互影响,形成各种物理性质,这些物理性质的差异是导致土壤环境功能差异的主要原因。反映土壤物理特性的指标主要有土壤的密度、容重和孔隙度等。

1.1土壤密度

单位体积土壤固相颗粒的重量和同体积水的重量之比(量纲一),就是土壤的相对密度。计算公式为d=m/M,式中m为土壤固相的重量(g/cm³),M为同体积水的重量(g/cm³)土壤密度是土壤矿物质和有机质颗粒的密度的平均值,其大小决定于土壤矿物的组成和腐殖质的含量。一般土壤固相密度的平均值为2.65g/cm³左右,含铁矿物较多的土壤密度可大于3g/cm³,有机质含量丰富的土壤密度有的可小于2.4g/cm³。

1.2土壤容重

单位体积的原状土体(包括固体和孔隙在内)的干土重,称为土壤容重(g/cm³)土壤容重是由土壤孔隙及土壤固体的数量决定的,其大小取决于土壤矿物的组成、质地、结构以及固体颗粒排列紧密程度等。一般随着土壤中矿物的增多,容重随之增大。有机质含量高、疏松多孔的土壤容重就小;有机质含量低,比较紧实的土壤容重就高。土壤底土的平均容重为1.2~1.4g/cm³,不同之地的土壤容重差别很大,黏土、重壤土的容重约为1.0~1.6g/cm³,砂土和砂壤土由于砂质颗粒接触紧密,容重较高,可达1.8~2.0g/cm^3。

1.3土壤孔隙度

土壤固相是由不同的颗粒和团聚体构成的分散系,它们之间形成了大小不同、外形不规则和数量不等的空间,这些空间就是土壤孔隙,通常为土壤、水和空气所占据。单位体积土壤中孔隙所占的体积百分数就称为土壤孔隙度。在测得土壤密度和容重后,可按此公式计算土壤的孔隙度:

P=(1-d/d₁)×100

土壤孔隙度的大小与土壤质地、结构和有机质含量有关,一般平均为40%~60%。随着土壤质地变细,孔隙度也增加;有机质含量高的土壤孔隙度也就高,如泥炭土的孔隙度可达60%~80%;而一些紧实的心土或底土层孔隙度可低至25%~30%。

2.土壤孔性

土壤的孔性是指整个土体的孔隙度及大小孔隙的分配性状和比例特征。孔性是土壤的重要物理性质,孔性良好的土壤有利于肥力因素的协调作用,并有利于植物根系的生长。

2.1土壤孔隙分类

根据孔径的大小可将土壤孔隙分为毛管孔隙和非毛管孔隙两种。土壤孔隙直径<0.1mm的称为毛管孔隙,它使土壤具有持水能力决定着土壤的蓄水性;孔隙直径>0.1mm的孔隙称为非毛管孔隙(或通气孔隙),它不具有持水能力,但能使土壤具有透水性,决定着土壤的通透性。此外,孔径<0.001mm的微小孔隙也称无效孔隙,由于其中水分所受吸力很大,基本上不能运动,植物难以利用。

孔隙度也可分为毛管孔隙度和非毛管孔隙度两种。通常非毛管孔隙度的大小取决于土壤团聚体的大小,团聚体越大,非毛管孔隙度也越大。毛管孔隙度则随着土壤分散度或结构破坏程度的增加而增加。土壤总孔隙度影响着土壤水分和空气的总含量,毛管孔隙度和非毛管孔隙度则决定着水、气的比例关系。

2.2土壤孔性评价

好的土壤孔性表现为既有较多的孔隙容量又有适当的大、小孔隙的分配。因为土壤孔隙度只说明土壤中固相容积和孔隙容积的数量比例,不能反映土壤孔性的“质”的差别。即使两种土壤的孔隙度相同,如果大、小孔隙的数量分配不同,则它们的保水、导水、通气等性质也会有显著差异。实验证明,一般作物适宜的土壤孔隙度是50%左右;毛管孔隙与非毛管孔隙之比约为1:0.5为宜,即毛管孔隙度要高于非毛管孔隙,但是无效孔隙则愈少愈好。近年的研究表明,只要有10%左右的非毛管孔隙,就能保证土壤的通气透水性。不同作物种类,乃至同一作物的不同生育期,对土壤孔隙度的要求亦各有不同。如水稻插秧时要求土壤浸水容重在0.6左右,以后土壤逐步沉实,至禾苗封行后,要求土壤较为紧实,容重约为1.0。黄瓜的根系生长,在土壤容重为1.45g/cm³、孔隙度为45.5%时,即受阻碍。小麦根系的穿透力较强,在土壤容重达1.63g/cm³、孔隙度为38.7%时,生长才受抑制,即受阻碍。

2.3土壤孔性对污染物迁移的影响

土壤的孔隙性状对土壤污染物的过滤截留、物理和化学吸附、化学分解以及微生物降解均有重要影响。在利用污水灌溉的地区,如果土壤孔隙度(主要是非毛管孔隙度)大,好气性微生物的活动就活跃,可以加速污水中有机质的分解,使其较快地转化为无机物。此外,通气孔隙量大的土壤下渗强度和下渗量就大,这样土壤上层的有机或无机污染物容易被淋溶,从而对地下水造成污染。

3.土壤质地

土壤质地是指土壤中各粒级土粒含量的相对比例或重量百分数,亦称土壤机械组成。在自然界中,任何一种土壤,都是由很多大小不同的土粒,按不同的比例组合而成的。按土壤质地对土壤所作的分类叫做土壤质地分类,通常划分为砂土、壤土、黏土三个质地组。不同质地组可概括地反映出土壤的某些基本特性。同属一质地组的土壤,其质地有一定的变动范围,故又可细分为若干质地名称。即使同一质地名称的土壤,其质地也只是大体相近,而不是完全相同的。

对于土壤质地的分类标准,各国也很不统一当前我国常用苏联卡庆斯基的土壤质地分类,它是将土粒分为物理性黏粒(大于0.01mm)和物理性砂粒(小于0.01mm),再根据二者的相对含量划分为三类六种质地名称。国际制土壤质地分类在我国和欧美等国也用得较广泛。近年来,我国土壤科学工作者在总结农民经验的基础上,拟出了我国土壤质地分类,将土壤质地分为三组十一种,其标准见表。

土壤质地在一定程度上反映了土壤矿物组成和化学组成,同时,土壤颗粒大小与土壤物理性质有密切关系,并影响土壤孔隙状况,从而对土壤水分、空气、热量的运动和养分的转化有很大影响,因此,不同质地的土壤表现出不同的性状。详细见表。

4.土壤结构

土壤固相颗粒通常相互作用而聚积成大小不同、形状各异的团聚体,各种团聚体的排列组合特性,就是土壤结构。根据团聚体的几何形状和大小,土壤结构大体上可分为以下几种类型:粒状-团块结构、块状结构、核状结构、柱状结构和片状结构。

评定土壤结构质量优劣的主要指标是团聚体的稳定性及孔隙性。稳定性包括机械稳定性、水稳定性和生物学稳定性。良好的土壤结构应是受外力积压不易破碎,遇水不散,抗微生物破坏能力强。孔隙性就是土壤中孔隙的大小、分布和量的多少。有机胶体形成的团聚体孔隙多,孔隙度>40%,有的可达60%;无机黏粒形成的团聚体孔隙少,孔隙度<40%,且大部分属于非活性孔隙,水、空气和植物根部难以进入。各种土壤结构中,团粒状结构的综合性能最佳,它较好地解决了土壤透水性与蓄水性、通气性的矛盾。其内部团粒与团粒之间有大量非毛管孔隙,可减少地面径流的损失,有利于土壤透水性和通气性;而团粒内部或团粒与单粒之间存在大量的毛管孔隙,由于毛管力的作用,使其吸水和蓄水能力较强。