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土壤孔隙

土壤中固相部分所占容积以外的空间。它包括固相颗粒或团聚体之间的间隙和生物穴道,由水、气所占据(图1)。土壤孔隙状况受质地、结构和有机质含量等性质的影响。粘质土壤中水占孔隙较多,而砂质土壤中的气占孔隙较多;结构好的土壤中水占孔隙和气占孔隙的б例较为协调。有机质,特别是粗有机质较多的土壤中孔隙较多;耕作、施肥、灌溉、排水等人为措施对土壤孔隙的影响很大

土壤中固相部分所占容积以外的空间。它包括固相颗粒或团聚体之间的间隙和生物穴道,由水、气所占据(图1)。土壤孔隙状况受质地、结构和有机质含量等性质的影响。粘质土壤中水占孔隙较多,而砂质土壤中的气占孔隙较多;结构好的土壤中水占孔隙和气占孔隙的б例较为协调。有机质,特别是粗有机质较多的土壤中孔隙较多;耕作、施肥、灌溉、排水等人为措施对土壤孔隙的影响很大,所以它是一项极易变化的土壤物理性质

图1 土壤孔隙分布示意图

土壤孔隙分类

土壤孔隙大小不同,形状各异,长短和连续性也不一样。为了便于鉴别,进行定量,不少研究者根据孔径大小和特性进行土壤孔隙分类。常见有下列几种分类。

土壤总孔隙度分类

即从总孔隙度中再区分出毛管孔隙度和非毛管孔隙度。总孔隙度为单位土壤体积中所有孔隙体积所占的比率,可按×100%式计算;也可用规定体积的环刀采集原状土直接测定。毛管孔隙度系饱和水分的土壤中,当重力水排尽后由毛管弯月面力吸持水分所占的孔隙度,重力水排出后由空气占据的孔隙量称为非毛管孔隙度;由总孔隙度减去毛管孔隙度而得。这个分类法早在19世纪下半叶由德国学者舒马赫(W.Schumacher,1864)提出,而至20世纪90年代仍在应用,因其测定较方便。但按此法区分出的毛管孔隙度和非毛管孔隙度在概念上不确切,因为毛管孔度中还包括了由束缚水所占有的孔隙。因此,苏联学者卡钦斯基(Н.А.Качинский,1947)提出分级孔隙度分类。

当量孔隙度分类

见土壤当量孔隙

分级孔隙度分类

土壤孔隙度分成9级。均用占土壤容积的%或小数表示之。

①总孔隙度(P)。

土壤孔隙

②单个团聚体孔隙度(P单团

土壤孔隙

③团聚体总孔隙度(P团总)。

土壤孔隙

当存在各种大小团聚体孔隙度时,取其加权平均值作为P单团

④团聚体间孔隙度(P团间)。

P团间=P—P团总

⑤紧束缚水(最大吸湿水量时)占有的孔隙度(P紧束)。

土壤孔隙

式中:1.50为紧束缚水平均密度。

⑥松束缚水占有的孔隙度(P松束)。

土壤孔隙

式中:1.25为松束缚水的平均密度。

毛管水占有的孔隙度(P)。

P=(田间持水量—凋萎含水量)×土壤容重

⑧水占孔隙度(P)。

P水=P紧束+P松束+P

⑨气占孔隙度(P)。

P=P—P

上述计算团聚体内和团聚体间孔隙度的公式,仅适用于结构发育良好的土壤。这个分类有一定优点,它区分了团聚体内和团聚体间两类性质不同的孔隙度,明确了毛管孔隙度的概念。以江西省发育于第四纪红色粘土的旱地红壤及其母质的对比测定为例,按常规法测定的上述两种土壤的毛管孔隙度分别为28.3%和22.4%,差异不大;但如扣除由束缚水所占有的孔隙度,则它们分别为23.3%和9.0%。显然,前者的孔隙状况对保水和供水都比后者要好,这符合田间实际情况。但因该分类的测定技术较繁琐,在应用上受到一定限制。

此外,从土壤薄片的微形态观察,也可了解团聚体(或微团聚体)内外的孔隙状况(见彩图115、116、117、118)。

意义

植物生长所需的水分和养分大多是通过土壤孔隙系统贮存、移动及向根部供应。孔隙还直接影响植物体的定植和根系在土体中的穿插和延伸。而且,土壤中大小孔隙分配左右着土壤通气、透水以及上界面与大气和下界面与地下水进行的水、气、热交换。所以,土壤孔隙在农林、水利及环境科学等方面均是一项十分重要的物理参数。一般说,适于作物生长发育的土壤孔隙状况,耕层总孔隙度约为50%~60%;通气孔隙度宜在8%~10%以上,如能达到15%~20%则更好。通气孔隙度过多会影响持水性能。土壤孔隙在剖面内的分布宜“上虚下实”。“虚”即总孔隙度和通气孔隙度较多些;“实”则是少些。前者有利于土壤通气透水和种子发芽破土;后者则有利于保水和根系扎稳。但不能“虚”到不能立苗;而“实”不能“实”到无通气孔隙。通气孔隙度和持水孔隙度应有一定比例,并随不同气候条件和作物喜湿程度而异。在潮湿多雨地区,土壤中通气孔隙度宜多些,有利于及时排除过多的渍水;而在干燥少雨地区,则土壤中的持水孔隙度宜多些,有利于持水、保水。喜湿植物要求土壤有较多的持水孔隙度;相反,旱生植物则要求较多的通气孔隙度。

调节

如土壤中的通气孔隙度和持水孔隙度比例失调,阻碍植物生长,此时应采取改良措施调节之。常用措施如下:

调节土壤质地

即在粘质土壤中掺砂土和砂质土壤中掺粘土,以分别增加粘质土中的通气孔隙度和砂质土壤中的持水孔隙度。但大面积采用这项措施,投资较大,难于推广应用。因此,在生产上通常采用改善土壤结构来调节质地的缺陷。

改善土壤结构

通过种植绿肥、牧草或秸秆还田、施用厩肥等农家肥料,改善土壤结构。这是调节孔隙状况的有效措施(图2)。粘质土壤施用有机物料后,通气孔隙度成倍增加。同样,砂质土壤结构改善后亦能明显增加其持水孔隙度。

图2 粘质土施用有机物料后土壤孔隙度的变化

合理耕作

耕作是改变土壤孔隙度的最直接的机械方法。如紧实土可通过机具耕翻而使其疏松,藉以增加通气透水;疏松土可通过镇压而使土体密实,以使种子和土壤紧密接触,有利于它的发芽和出苗;在一些干旱和半干旱地区,雨后松土可切断毛管孔隙,防止水分由下而上的蒸发耗损;由耕作所形成的土壤孔隙,很不稳定,当雨水多次打击或灌溉水经常浸润后,往往会恢复到耕作前的孔隙水平。