土壤環境的物理特性
一、土壤物理特性指標
由于土壤環境是由固、液、氣三相組成的分散體系，三相物質彼此相互影響，形成各種物理性質，這些物理性質的差異是導致土壤環境功能差異的主要原因。反映土壤物理特性的指標主要有土壤的密度、容重和孔隙度等。
1、土壤密度
單位體積土壤固相顆粒的重量和同體積水的重量之比（量綱一），就是土壤的相對密度。計算公式為d=m/M,式中m為土壤固相的重量（g/cm3), M為同體積水的重量(g/cm3) 。土壤密度是土壤礦物質和有機質顆粒的密度的平均值，其大小決定于土壤礦物的組成和腐殖質的含量。一般土壤固相密度的平均值為2.65 g/cm3左右，含鐵礦物較多的土壤密度可大于3 g/cm3，有機質含量豐富的土壤密度有的可小于2.4 g/cm3。
2、土壤容重
單位體積的原狀土體（包括固體和孔隙在內）的干土重，稱為土壤容重（g/cm3 )。土壤容重是由土壤孔隙及土壤固體的數量決定的，其大小取決于土壤礦物的組成、質地、結構以及固體顆粒排列緊密程度等。一般隨著土壤中礦物的增多，容重隨之增大。有機質含量高、疏松多孔的土壤容重就小；有機質含量低，比較緊實的土壤容重就高。土壤底土的、平均容重為1.2-1.4 g/cm3，不同之地的土壤容重差別很大，黏土、重壤土的容重約為1.0-1.6 g/cm3，砂土和砂壤土由于砂質顆粒接觸緊密，容重較高，可達1.8-2.0 g/cm3。
3、土壤孔隙度
土壤固相是由不同的顆粒和團聚體構成的分散系，它們之間形成了大小不同、外形不規則和數量不等的空間，這些空間就是土壤孔隙，通常為土壤、水和空氣所占據。單位體積土壤中孔隙所占的體積百分數就稱為土壤孔隙度。在測得土壤密度和容重后，可按此公式計算土壤的孔隙度：
P＝(1一d/d1)×100 (2-1）
式中：P——孔隙度，％；
dl——土壤密度；
d——容重。
土壤孔隙度的大小與土壤質地、結構和有機質含量有關，一般平均為40%-60%。隨著土壤質地變細，孔隙度也增加；有機質含量高的土壤孔隙度也就高，如泥炭土的孔隙度可達60%-80%；而一些緊實的心土或底土層孔隙度可低至25%-30%。
二、土壤孔性
土壤的孔性是指整個土體的孔隙度及大小孔隙的分配性狀和比例特征。孔性是土壤的重要物理性質，孔性良好的土壤有利于肥力因素的協調作用，并有利于植物根系的生長。
1、土壤孔隙分類
根據孔徑的大小可將土壤孔隙分為毛管孔隙和非毛管孔隙兩種。土壤孔隙直徑＜0.1 mm的稱為毛管孔隙，它使土壤具有持水能力，決定著土壤的蓄水性；孔隙直徑＞0.1 mm的孔隙稱為非毛管孔隙（或通氣孔隙），它不具有持水能力，但能使土壤具有透水性，決定著土壤的通透性。此外，孔徑＜0.001 mm的微小孔隙也稱無效孔隙，由于其中水分所受吸力很大，基本上不能運動，植物難以利用。
孔隙度也可分為毛管孔隙度和非毛管孔隙度兩種。通常非毛管孔隙度的大小取決于土壤團聚體的大小，團聚體越大，非毛管孔隙度也越大。毛管孔隙度則隨著土壤分散度或結構破壞程度的增加而增加。土壤總孔隙度影響著土壤水分和空氣的總含量，毛營孔隙度和非毛管孔隙度則決定著水、氣的比例關系。
2、土壤孔性評價
好的土壤孔性表現為既有較多的孔隙容量又有適當的大、小孔隙的分配。因為土壤孔隙度只說明土壤中固相容積和孔隙容積的數量比例，不能反映土壤孔性的“質”的差別。即使兩種土壤的孔隙度相同，如果大、小孔隙的數量分配不同，則它們的保水、導水、通氣等性質也會有顯著差異。實驗證明，一般作物適宜的土壤孔隙度是50%左右；毛管孔隙與非毛管孔隙之比約為1：0.5為宜，即毛管孔隙度要高于非毛管孔隙，但是無效孔隙則愈少愈好。近年的研究表明，只要有10％左右的非毛管孔隙，就能保證土壤的通氣透水性。
不同作物種類，乃至同一作物的不同生育期，對土壤孔隙度的要求亦各有不同。如水稻插秧時要求土壤浸水容重在0.6左右，以后土壤逐步沉實，至禾苗封行后，要求土壤較為緊實，容重約為1.0。黃瓜的根系生長，在土壤容重為1.45 g/cm3、孔隙度為45.5％時，即受阻礙。小麥根系的穿透力較強，在土壤容重達1.63 g/cm3、孔隙度為38.7％時，生長才受抑制，即受阻礙。
3、土壤孔性對污染物遷移的影響
土壤的孔隙性狀對土壤污染物的過濾截留、物理和化學吸附、化學分解以及微生物降解均有重要影響。在利用污水灌溉的地區，如果土壤孔隙度（主要是非毛管孔隙度）大，好氣性微生物的活動就活躍，可以加速污水中有機質的分解，使其較快地轉化為無機物。此外，通氣孔隙量大的土壤下滲強度和下滲量就大，這樣土壤上層的有機或無機污染物容易被淋溶，從而對地下水造成污染。
三、土壤質地
土壤質地是指土壤中各粒級土粒含量的相對比例或重量百分數，亦稱土壤機械組成。在自然界中，任何一種土壤，都是由很多大小不同的土粒，按不同的比例組合而成的。按土壤質地對土壤所作的分類叫做土壤質地分類，通常劃分為砂土、壤土、黏土三個質地組。不同質地組可概括地反映出土壤的某些基本特性。同屬一質地組的土壤，其質地有一定的變動范圍，故又可細分為若干質地名稱。即使同一質地名稱的土壤，其質地也只是大體相近，而不是完全相伺的。
對于土壤質地的分類標準，各國也很不統一。當前我國常用蘇聯卡慶斯基的土壤質地分類，它是將土粒分為物理性黏粒（大于0.01 mm）和物理性砂粒（小于0.01 mm)，再根據二者的相對含量劃分為三類六種質地名稱。國際制土壤質地分類在我國和歐美等國也用得較廣泛。近年來，我國土壤科學工作者在總結農民經驗的基礎上，擬出了我國土壤質地分類，將土壤質地分為三組十一種，其標準見表2.4。
土壤質地在一定程度上反映了土壤礦物組成和化學組成，同時，土壤顆粒大小與土壤物理性質有密切關系，并影響土壤孔隙狀況，從而對土壤水分、空氣、熱量的運動和養分的轉化有很大影響，因此，不同質地的土壤表現出不同的性狀
四、土壤結構
土壤固相顆粒通帶相互作用而聚積成大小不同、形狀各異的團聚體，各種團聚體的排列組合特性，就是土壤結構。根據團聚體的幾何形狀和大小，土壤結構大體上可分為以下幾種類型：粒狀一團塊結構、塊狀結構、核狀結構、柱狀結構和片狀結構。
評定土壤結構質量優劣的主要指標是團聚體的穩定性及孔隙性。穩定性包括機械穩定性、水穩定性和生物學穩定性。良好的土壤結構應是受外力積壓不易破碎，遇水不散，抗微生物破壞能力強。孔隙性就是土壤中孔隙的大小、分布和量的多少。有機膠體形成的團聚體孔隙多，孔隙度＞40%，有的可達60%；無機豁粒形成的團聚體孔隙少，孔隙度＜40%,且大部分屬于非活性孔隙，水、空氣和植物根部難以進入。各種土壤結構中，團粒狀結構的綜合性能最佳，它較好地解決了土壤透水性與蓄水性、通氣性的矛盾。其內部團粒與團粒之間有大量非毛管孔隙，可減少地面徑流的損失，有利于土壤透水性和通氣性；而團粒肉部或團粒與單粒之間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較強。
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