2．2 土壤的物理性质
土壤的物理性质在很大程度上决定着土壤的其他性质，例如土壤养分的保持、土壤生物的数量等。因此，物理性质是土壤最基本的性质，它包括土壤的质地、结构、比重、容重、孔隙度、颜色、温度等方面。本节择其主要的性质予以介绍。
（1）土壤质地
质地表示土壤颗粒的粗细程度，也即砂、粉砂和粘粒的相对比例。植物生长中许多物理、化学反应的程度都受到质地的制约，这是因为它决定着这些反应得以进行的表面积。按照土壤颗粒的大小，可以划分出不同的土壤粒级，表9-4列出了美国制和国际制土壤粒级的划分标准及其有关性质。
砂粒的矿物组成主要是石英，它的直径和体积较大，颗粒间的孔隙也大，有利于排水和通气，使得保持养分的能力很低。由于其表面积小于粉砂和粘粒，所以砂粒在土壤化学和物理的活动性方面所起的作用较小。
粉砂的矿物组成以石英为主，但其他原生和次生矿物的比例大于砂粒，其直径和体积介于砂粒和粘粒之间，孔隙相对较小，具有很高的持水能力，能抵抗重力对水的作用。粉砂比砂粒具有更大的表面积，风化速度较快，能为植物生长释放出较多的可溶性养分。
粘粒的矿物组成通常分为硅酸盐粘土和铁铝氢氧化物粘土两类，二者分别是中纬度和热带风化过程的典型产物。由于粘粒的直径和体积异常细小，所以每克粘粒的表面积极大，可以达到粉砂的上万倍和极粗砂的数十万倍，而表面是化学反应最活跃的地方，因此，大部分水分和某些有效养分都被吸持在粘粒的表面，使粘粒在土壤中起着水分和养分储存库的作用。
根据砂、粉砂和粘粒在土壤中按不同比例的组合情况，便可以进行土壤质地的分类。图9-4中给出了粘土、壤土、粉砂土和砂土4种基本土壤类型和12种不同土壤类别的粒级比例。例如A点代表一个土壤样本含有15％的粘粒，65％的砂和20％的粉砂，其质地类别名称是砂质壤土；B点代表一个含有等量的砂、粉砂和粘粒的土壤样本，其质地类别名称是粘壤土。实际上不同土壤的质地是渐变的。
（2）土壤结构
土壤结构 就是指土壤颗粒（砂、粉砂和粘粒）相互胶结在一起而形成的团聚体，也称土壤自然结构体。团聚体内部胶结较强，而团聚体之间则沿胶结的弱面相互分开。土壤结构是土壤形成过程中产生的新性质，不同的土壤和同一土壤的不同土层中，土壤结构往往各不相同。土壤团聚体按形态分为球状、板状、块状和棱柱状四种（表9-5）。
由于多数土壤团聚体的体积较单个土粒为大，所以它们之间的孔隙往往也比砂、粉砂和粘粒之间的孔隙大得多，从而可以促进空气和水分的运动，并为植物根系的伸展提供空间，为土壤动物的活动提供通道。由此可见，土壤结构的重要性在于它能够改变土壤的质地。
在各种土壤结构中，球状团粒结构对土壤肥力的形成具有最重要的意义，表现为：
·团粒内部存在大量的毛管孔隙，吸水力强，能储存很多水分；团粒之间则为非毛管孔隙，易于排水且经常充满空气。因此，具有团粒结构的士壤既能蓄水，又能通气，可协调土壤水分和空气的关系。
·团粒内部属嫌气环境，有机质分解缓慢，有利于养分的保存；团粒之间为好气环境，有机质分解迅速，能保证养分的供应。因此，具有团粒结构的土壤兼具好气和嫌气的条件，能较好地解决养分供给与保存的矛盾。
·当降雨或灌溉时，水分可通过团粒间的非毛管孔隙渗入土壤内部，既可减少地面径流的损失，又可增加深部土层的湿润度；雨后或停止灌溉时，表层团粒因蒸发而失水收缩，使之与下层团粒间毛管的联系被割断，形成一隔离层，下层团粒中保存的水分便不易被蒸发掉。因此，具有团粒结构土壤的抗旱与防涝性能均较好。总之，团粒结构是肥沃土壤的重要标志之一。
（3）土壤孔隙
按照体积百分比，理想的土壤含有大约45%的矿物质、5％的有机质和50％的孔隙。在孔隙中，水分和空气各占约25％的体积。
土壤的质地与结构对土壤孔隙、土壤容重和土壤密度有很大影响。当容重和密度增加时，孔隙的体积便减小；反之，孔隙的体积则增大。可见，要测定土壤的孔隙，必须考察土壤的容重和密度。
土壤容重指单位体积（包括孔隙）烘干土壤的重量，一般用每立方厘米的克数表示。容重的计算公式为
如充满400cm3土芯的烘干土重量为600g，则该土样的容重是1.5g/cm3。容重从一个侧面反映了土壤的松紧程度。不同土壤和同一土壤不同土层的容重存在着明显的差异。通常含腐殖质较多且结构良好的粘土、粘壤上和壤土，容重为1.0～1.6g/cm3；含腐殖质较少且结构不良的砂壤土和砂土等，容重为1.2～1.8g/cm3；紧实的底土层容重可达2.0g/cm3以上。
土壤密度指单位体积（不包括孔隙）土壤固体物质的重量，也用每立方厘米的克数表示。但它不随颗粒间土壤孔隙的数量而变化，对于许多土壤来说，颗粒密度的平均值约为2.6g/cm3，近似为一个常数。
土壤的总体积包括固体和孔隙两部分，知道了其中一部分，便可测定另一部分的值。由于土壤的容重和土壤密度都是以g/cm3表示的，根据二者的数值就可以计算出单位体积土壤中孔隙体积所占的百分数，即土壤孔隙度。先计算土壤固体颗粒体积所占的百分数，由总体积减去这一百分数即可得到土壤孔隙度。
土壤的孔隙度受到土壤质地和土壤结构的影响。就表土来说，砂质土壤的孔隙度一般为35％～50％，壤土和粘性土则为40％～60％，有机质含量高，且团粒结构好的土壤的孔隙度甚至可以高于60％。但紧实的淀积层的孔隙度可低至25％～30％。
土壤孔隙的大小不同，粗大的土壤颗粒之间形成大孔隙（孔径大于0.1mm），细小的土壤颗粒如粘粒之间则形成小孔隙（孔径小于0.1mm）。一般来说，砂土的容重大，总孔隙度较小，但大部分是大孔隙，由于大孔隙易于通风透水，所以砂质土的保水性差。与此相反，粘土的容重小，总孔隙度较大，且大部分是小孔隙，由于小孔隙中空气流动不畅，水分运动主要为缓慢的毛管运动，所以粘土的保水性好。由此可见，土壤孔隙的大小和孔隙的数量是同样重要的。
（4）土壤湿度
温度既是土壤肥力的因素之一，也是土壤的重要物理性质，它直接影响土壤动物、植物和微生物的活动，以及粘土矿物形成的化学过程的强度等。例如，在0℃以下，几乎没有生物的活动，影响矿物质和有机质分解与合成的生物、化学过程是很微弱的；在0～5℃之间，大多数植物的根系不能生长，种子难以发芽。
土壤吸收的热量主要来源于地面吸收的太阳辐射能，后者大约占进入大气圈顶的太阳辐射能的50％。被吸收的辐射能转化为热能，并以水分蒸发、长波辐射、加热土壤以上的空气和加热土壤层等途径散失。从长期平均来看，土壤的热量收支是大致平衡的。但从短期来看，白天和夏季的热量收入显著超过热量的支出，使土温上升；夜晚和冬季则相反，热量的支出显著超过热量的收入，使土温下降。
土壤湿度的状况受到土壤质地、孔隙度和含水量的影响，主要表现为不同土壤的比热和导热率的差异。
土壤比热指单位质量（g）土壤的温度增减IK所吸收或放出的热量（J/g·K），它仅相当于水的比热的1/5。因此，水分含量多的土壤在春季增温慢，在秋季降温也慢；相反，水分含量少的土壤在春季增温快，在秋季降温也快。此外，不同质地和孔隙度的土壤，其比热也不同，砂土的孔隙度小，比热亦小，土温易于升高和降低，粘土则相反。
土壤导热率指单位截面（1cm2）、单位距离（1cm）相差1K时，单位时间内传导通过的热量，单位是J/（cm·s·K）。土壤三相组成中以固体的导热率最大，其次是土壤水分，土壤空气的导热率最小。因此，土壤颗粒愈大，孔隙度愈小，则导热率愈大；反之，土壤颗粒愈小，孔隙度愈大，则导热率愈小。例如砂土的导热率比粘土要大，其升温和降温都比粘土迅速。
本文标题：土壤的性质-土壤圈(2)
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