5.3   土壤孔性

 

土壤由固体土粒和粒间孔隙所组成，其中孔隙容纳水分和空气。但土壤孔隙有大有小，大可通气，小可蓄水。为了满足植物生长对水、气的需要，土壤应当既能保蓄足够的水分，又有适当的通气性。因此，不仅要求土壤中孔隙的容积较大，而且要求土壤大小孔隙的搭配和分布状况应当适当，即要求土壤孔性良好。所谓土壤孔性，是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性。

5.3.1土壤孔性与孔度(soil porosity)

土壤孔性──即土壤孔隙性质，指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布状况。

土壤孔度──自然状况下，单位容积的土壤中孔隙容积所占的百分数

如在1 cm3的土壤中，孔隙的容积是0.55 cm3，则孔隙度为55%，，其余45%的容积被土粒占据着。

计算公式如下：

             土壤孔度(%)=(1－土壤容重／土壤密度)×100%

推导过程如下：

 

土壤孔隙比──土壤中空隙容积与土粒容积的比值。

土壤孔隙比=孔度／（1－孔度）

如：土壤孔隙度为55%，则孔隙比为55%/（1-45%）=1.22

 

5.3.2土粒密度（土壤密度）和土壤容重

5.3.2.1 土粒密度（土壤密度）(soil density)

单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量，叫做土粒密度或土壤密度，单位用g/cm3或t/m3表示。土粒密度与水的密度（4oC时）之比，叫做土粒相对密度（旧称土壤真比重），无量纲，通常情况下，土粒密度以多数土壤的平均值2.65 g/cm3作为通用数值。

土粒密度大小取决于土壤矿物质颗粒组成和土壤有机质含量。

 

土壤中主要矿物的密度

矿物种类	密度（g/cm3）	矿物种类	密度（g/cm3）
蒙脱石 埃洛石 （多水高岭石） 正长石 高岭石 石  英 斜长石	2.00-2.20 2.00-2.20   2.54-2.58 2.60-2.65 2.65-2.66 2.67-2.74	方解石 白云母 黑云母 白云石 角闪石、辉石 褐铁矿 磁铁矿	2.71-2.72 2.76-3.00 2.76-3.10 2.80-2.90 3.00-3.40 3.50-4.00 5.16-5.18

 

土壤有机质的密度为1.2-1.4 g/cm3。土壤中有机质含量高时，土粒密度相应降低。

 

5.3.2.2土壤容重(bulk density)

土壤容重指自然状态下，单位容积土壤（包括土粒之间的孔隙）的烘干质量（105-110ºC下烘干重），单位以g/cm3或t/m3表示。

土壤密度随土壤孔隙状况而变化，多数土壤密度在1.0-1.8之间，其数值大小与土壤质地、结构、松紧和有机质含量等有关。

    土壤容重的实用意义：

    (1)计算土壤孔隙度  土壤孔隙度通常根据土粒密度和土壤容重计算而得（下述）。

    (2)计算土壤质量  如测得土壤容重为1.15 t/m3,求1hm2 0-20cm土层的质量：

ms=104 m2 × 0.2 m ×1.15 t/m3 =2 300t  (即每公顷耕层土壤质量为230万kg)

    另外，根据上述计算，可知一定面积土壤上填土或挖土的实际土方量，因此，可作为土石方工程设计及预算的依据。

    (3)计算土壤组分  根据每公顷耕层土壤质量可计算土壤水分、盐分、养分等含量，从而指导土壤灌溉与施肥。如测得土壤有机质为5%，求1hm2 0-20cm土层中有机质贮存量：

mo=104 m2 ×0.2m ×1.15 t/m3  ×5% =115t

    再如测得土壤含水量为10%，要求灌水后达到20%，计算1hm2 0-20cm土层的灌水量：

mw=104 m2 ×0.2m ×1.15 t/m3  ×(20%-10%) =230t

    (4)直接反映土壤松紧程度  在土壤质地相似和土壤有机质含量相近的条件下，土壤容重小表明土壤疏松，结构性良好; 反之，则表明土壤紧实而缺乏团粒结构。例如：林地疏松表层的土壤密度有时只有0.8g/cm左右，而坚实的土壤硬盘层可达1.8—1.9g/cm。

土壤容重和土壤松紧度的关系

松紧程度	容重（g/cm3）	孔隙度（%）	松紧程度	容重（g/cm3）	孔隙度（%）
极松 疏松 适度	<1.00 1.00—1.14 1.14—1.26	>60 60—55 55—52	稍紧 紧密	1.26—1.30 >1.30	52—50 <50

    

 

5.3.3 土壤孔隙的类型

    土壤孔隙度和土壤孔隙比只说明土壤孔隙的数量，并不能说明土壤透水、保水、通气等的性质如何。因此必需进一步了解土壤孔隙的大小及其分配状况。土壤孔隙的大小、形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说的孔隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当量孔径。当量孔径与土壤水吸力的关系为：

d=3/T

式中  d—孔隙的当量孔径，mm；

      T—土壤水吸力，100 Pa；

当量孔径与土壤水吸力呈反比，孔隙越小，土壤水吸力越大。

土壤孔隙根据其当量孔径大小和作用分为三种类型

 

①　非活性孔隙（或称无效孔隙、微孔隙）

非活性孔隙指土壤中最细小的孔隙，其直径<0.002 mm（土壤水吸力>1.5×105Pa）。由于孔隙过小，土粒表面所吸附的水膜已将其充满，其中水分的保存依靠极强的分子引力，不能移动，不能被植物吸收利用，成为无效水，因此，也称无效孔隙。

无效孔隙度%=（无效孔隙容积/土壤容积）×100

②　毛管孔隙(capillary pore)

        毛管孔隙较无效孔隙粗，直径范围为0.002 mm—0.02 mm(土壤水吸力1.5×105Pa-1.5×104Pa)之间，这种孔隙具有明显的毛管作用，所以水分能借助毛管引力保存在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，且移动速度快，易于被植物吸收利用。

毛管孔隙度%=（毛管孔隙容积/土壤容积）×100

③　空气孔隙(air space)（通气孔隙）

空气孔隙是指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔径>0.02 mm(土壤水吸力<1.5×104Pa)。这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出，因而使这部分孔隙成为空气的通道，故称之为空气孔隙或通气孔隙。

空气孔隙度%=（空气孔隙容积/土壤容积）×100

    空气孔隙度与其它孔隙度的关系如下：

空气孔隙度%=总孔隙度%－（毛管孔隙度%+无效孔隙度%）

    

5.3.4 土壤孔性的影响因素

5.3.4.1 质地

    质地重表现为孔隙小，以无效孔隙和毛管孔隙占优势，但孔隙数量多，土壤总孔隙度高;质地轻者，以空气孔隙为主，但数量少，土壤总孔隙度低;壤土的孔隙度居中，孔隙大小分配较为适当，水和气的关系比较协调。

5.3.4.2 结构

团粒结构（图5）多土壤疏松，孔隙状况好。含有其它结构体的土壤颗粒排列紧实，土壤总孔隙度相应降低，特别是空气孔隙度降低，而无效孔隙度增加。

5.3.4.3 土壤有机质含量(content of soil organic matter)

    土壤有机质是团聚体的胶结剂，本身又是多孔体，因此，含量多的土壤总孔隙度高，疏松多孔。

5.3.4.4土粒排列(arrangement of soil particle)

土粒排列对土壤孔隙度有较大影响，设土粒为球体（理想土壤），将其排列为不同的方式，则其孔隙大小不同，孔隙度也不相同。最疏松的排列方式为正方体型，其孔隙度为47.64% ;最紧密的排列方式为三斜方体型，其孔隙度为25.95%。若土壤相聚成团，团内为小孔隙、团间为大孔隙，总孔隙度明显增加。

    真实土壤中土粒排列和孔隙状况比较复杂。其中有大小不同的土粒，大土粒的孔隙中还镶嵌着小土粒，加之土团、根孔、虫孔及裂隙的存在，使土壤孔隙系统非常复杂，但其趋势与理想土壤一致。

5.3.4.5  自然因素和土壤管理对孔隙的影响

天然降水、灌溉和喷灌、地下水的升降以及土壤受重力作用，使土壤沉实，密度增大，孔隙度降低，而土壤耕作和施用有机肥是调节土壤松紧度，增加土壤孔隙度，减小土壤密度的主要措施。