土壤物理学 1

土壤物理学（第一讲）SOILPHYSICS李成亮资源与环境学院土壤物理学 50学时 理论学时：33 讨论：8 实验:9参考书 土壤物理学秦耀东主编2002 土壤物理学华孟主编1993 土壤水动力学雷志栋杨诗秀谢森主编1988 SoilphysicsJuryWA1991 FundamentalofsoilphysicsHillelD1980土壤物理学 绪论（1学时） 第一章      土壤基模（4学时） 第二章土壤水（10学时） 第三章土壤水循环（9学时） 第四章土壤溶质运移（3学时） 第五章土壤空气（3学时） 第六章土壤温度和热流（3学时） 第七章土壤的空间变异（6学时） 第八章土壤磁学（2学时） 实验一土壤孔性的测定 实验二土壤持水性的测定 实验三土壤导水性测定绪论 我们要把人生变成一个科学的梦，然后用孜孜不倦的学习和艰苦卓绝的探求，来把这个梦变为现实。-------居里夫人（波兰籍法国科学家）土壤物理学－研究土壤的物理性质及土壤中的物理现象、物质迁移过程和能量转换及其农业、生态、环境效应的科学定义物理性质及物理现象： 土壤固相组成与排列（质地、结构、孔隙） 气体组成与分压 溶质组成与浓度 土壤水、热状态 土壤力学、电、磁和放射性质范畴迁移过程和能量转换： 水分运动与循环 溶质迁移与循环 气体对流扩散与交换 热传导与转换农业、生态、环境效应： 与土壤生产力、作物生长和产量的关系 与生物群落、生物多样性和系统稳定性的关系 与盐渍化、环境污染及净化的关系LeonardDBaver1901~?1931年从事土壤物理研究NorthCarolinaStateUniversitySoilPhysics1940年第一版(主编)1948年第二版(主编)1956年第三版(主编)1972年第四版(主编)1991年第五版(副主编)发展历程LorenzoA.Richards1904–1993USSalinityLaboratory，Riverside,California贡献： Capillaryconductionofliquidsthroughporousmediums,1931,PhDThesis.CornellUniversity－推导出了土壤水流的Richards方程 土壤水分能量概念 发明了张力计、压力薄膜仪HenryDarcy1803～1858法国水力工程师巴黎市工程局局长和技术总监贡献： 达西定律－反映水在多孔介质中渗流规律的实验定律 开创了地下水流在多孔介质中运动的科学－地下水动力学ChampB.Tanner1920~1990UniversityofWisconsin1981年作为第一个土壤学家入美国科学院院士贡献： 土壤物理性质测定方法 土壤能量平衡－计算蒸发 植物吸水和腾发                             WilfordRGardner1925~2011UniversityofCalifornia,Berkeley1983年入选美国科学院院士贡献： 由定性研究转入定量研究－以数理方法将土壤-植物系统水分运动理论化SoilPhysicsL.D.Baver1956年第三版土壤－一种分散体系土壤的机械成分土壤水分系统的物理性质土壤结构土壤空气土壤水分土壤灌溉的原理土壤排水的原理土壤温度土壤物理性质与耕作关系土壤物理特性与侵蚀关系SoilPhysicsL.D.Baver,W.H.Gardner,W.R.Gardner1972年第四版作为一个分散体系的土壤土壤胶体的粘度与膨胀土壤的力学特性土壤结构的形成与分类土壤机构的评价与农业意义土壤通气性土壤的热状况土壤水分保持－引进了能量概念土壤水分运动－引进了水分运动方程田间土壤水分状况－引进了水量平衡土壤水分与植物的关系土壤水分管理土壤侵蚀－水蚀土壤侵蚀－风蚀WilliamAJury1944~现在UniversityofCalifornia,Riverside2000年入选美国科学院院士贡献： 溶质迁移－革命性的进展TransferFunctionModel(TFM)很少的参数－能预报肥料、污染物在土壤中的迁移SoilPhysicsW.A.Jury,W.R.Gardner,W.H.Gardner,L.D.Baver1991年第五版土壤固相土壤水分保持土壤水分运动田间土壤水分状况土壤热状况土壤通气土壤溶质迁移－引进CDE和TFM土壤性质的空间变异分析方法SoilPhysicsW.A.Jury,R.Horton2004年第六版土壤固相土壤水分保持土壤水分运动自然条件下的土壤水流土壤热状况土壤通气土壤中化学物质迁移中国土壤物理学的发展张君常（西北农大）1965年 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 了Baver的土壤物理学（第3版）周传槐（江苏省农林厅）1983年翻译了Baver的土壤物理学（第4版）姚贤良（土壤所）土壤结构研究陈云生（土壤所）土壤空气研究赵诚斋（土壤所）土壤机械力学研究邓时琴（土壤所）土壤质地研究陈志雄（土壤所）土壤水分动力学研究华孟（中国农大）土壤水研究（校对了周传槐的翻译）叶和才（中国农大）土壤水研究杨文治（水保所）土壤水动力学研究李玉山（水保所）土壤水研究庄季平（沈阳生态所）土壤水研究俞进炎（浙江大学）土壤磁学研究土壤物理学1986版姚贤良程云生，农业出版社土壤物理学附实验1993版华孟王坚秦耀东，北京农业大学出版社土壤物理学1998版郭素珍，内蒙古文化出版社土壤物理学2003版秦耀东，高等教育出版社土壤物理学2006版邵明安王全九黄明斌，高等教育出版社土壤水动力学雷志栋(2007年当选科学院院士)，1988年版土壤水的能态-土水势土壤水动力学基本方程土壤水的入渗蒸发条件下土壤水分的运动土壤－植物－大气连续体中水流的运动土壤水分运动参数的测定土壤水分运动的数值计算方法土壤特性空间变异性与土壤水分运动问题的标定土壤物理学邵明安等，2006年版土壤基质和质地土壤水的数量和能态土壤水分运动基本原理田间土壤水分循环土壤热量状况土壤空气土壤溶质迁移土壤的空间变异性植物根系吸收土壤水分与土壤水分有效性土壤物理学秦耀东，2003年版土壤基质及基质特征土壤水的保持和运动田间水分循环土壤温度和热流土壤空气土壤溶质和溶质运移土壤的空间变异讨论与思考 你希望在这门课程中学到哪些知识？ 你的研究内容有哪些与涉及到土壤物理学知识？ 你毕业以后准备从事什么工作？土壤物理学的那些内容与方法可能会对你今后的工作有帮助？第一章      土壤基模（6学时） 第一节   土粒的粒径分布 第二节   土粒团聚 第三节   土壤的比表面积和孔隙状况 第四节   土壤的变形 第五节   土壤的三相物质比土壤基质与基模 含义相同，都是指土壤的固体部分，是一个分散和多孔的体系。 与土壤固体的不同：更强调土壤的分散和多孔的性质。 分散的土粒和团粒之间存在的孔隙大约占50%。Chart1 45 5 50Sheet1 矿物质 有机质 孔隙 45 5 50Sheet1 Sheet2 Sheet3 基质特征： 土粒和团粒的粒径分布 比表面积 孔隙的孔径分布 有机胶体的数量 粘粒矿物的种类 土壤基质特征是物质和能量在土壤中保持和运动的基础，是植物生长的介质。 土壤基质特征与土壤环境因素共同决定物质与能量在自然界循环中土壤环节的过程和植物生长状况。第一节   土粒的粒径分布 土粒的粒级 土粒的粒径分布和分析 土壤质地请回忆： 土粒的分级 分级标准 机械分析方法 各级别的性质 第一节   土粒的粒径分布请回忆： 土壤质地的分类 分类标准 各类别的性质土粒的分级---根据土粒直径的大小，加以归类。实际上，土粒的形状是不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 的，为了按大小进行土粒分级，以土粒的当量粒径和有效粒径代替之。当量粒径equivalentgrainsize——当量粒径的概念来自土壤机械分析时采用的假设。把土粒看作光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径，作为其当量粒径。（二）土壤粒级粒级---土粒的大小分级。（同一粒级的土粒大小相似，性质相似）斯托克斯定律：υ＝2（ρs－ρw）gr2/9ηυ－－－土粒沉降速率ρs－－－土粒密度ρw－－－水的密度η－－－水的粘滞系数g－－重力加速度r－－－－土粒半径机械分析方法 比重计法：1、简易比重计法2、甲种比重计法 吸管法：1、吸管法2、微吸管法3、简易吸管法研究理想土壤的意义：把各级土粒当作实心圆球，与实际情况相差甚远（尤其是对于片状粘粒来说），但在土壤学、土工学研究及应用中把这种以圆球堆积的“理想土壤”沿用以久。采用时，利用各种修正参数，使之接近土壤的实际情况，取得了不少成果。分级标准 粒级制——土粒的大小分级标准，各种粒级制都把大小颗粒分为石砾、砂粒、粉粒和粘粒。 国际制 美国制 卡庆斯基制（苏联） 中国制国际制：1930年第二届国际土壤学会提出，将颗粒分为石粒、砂粒、粉粒及粘粒，每一级都用2及2除以10、100、1000为分界，人为性强，但好记。 粒级名称 单粒直径（mm） 石砾 >2 砂粒 粗砂粒 2－0.2 细砂粒 0.2－0.02 粉砂粒 0.02－0.002 粘粒 <0.002美国制1951年在土壤局制基础上修订，把粘粒上限从5微米下降为2微米，这仪粘粒上限已为世界各国粒级制所公认和采用。近年来，在我国土壤学教本中介绍较多。 粒级名称 粒径(mm) 石块 >3.0 粗砾 3－2 砂粒 极粗砂粒 2－1 粗砂粒 1－0.5 中砂粒 0.5－0.25 细砂粒 0.25－0.1 极细砂粒 0.1－0.05 粉(砂)粒 0.05－0.002 粘粒 <0.002卡庆斯基制：前苏联及东欧国家采用，以性质作为重要依据。除分为四个粒级外还以0.01mm为界分为物理性砂粒及物理性粘粒。物理性砂粒与物理性粘粒差别：物理性砂粒：不显塑性、胀缩性，吸湿性、粘结性极弱。物理性粘粒：有明显得塑性、胀缩性，吸湿性、粘结性。 粒级名称 粒径（mm） 石砾 3－1 物理性砂粒 砂粒 粗中细 1－0.50.5－0.250.25－0.05 粉砂粒 粗中细 0.05－0.010.01－0.0050.005－0.001 物理性粘粒 粘粒 粗中胶粒 0.001－0.00050.0005－0.0001<0.0001中国制：1978年南土所从卡庆斯基制的基础上修订而来，分5级，从理化性质上看粗细粘粒的差异甚大。 粒级名称 粒径（mm） 石块 >3 石砾 3－1 砂粒 粗砂粒 1－0.25 细砂粒 0.25－0.05 粉(砂)粒 粗粉粒 0.05－0.01 中粉粒 0.01－0.005 细粉粒 0.005－0.002 粘粒 粗粘粒 0.002－0.001 细粘粒 <0.001不同粒级的肥力表现与农艺性状理化性质： 1、石块——石块（>3mm）岩石风化过程中残留的碎块，大多保留着母岩原有的矿物组成。对耕作及作物生长不利，设法去除，适合种植林果。2、石砾、（1-3mm）是直径较小的岩石碎屑。侵入土壤中的母岩碎屑。所含矿物均为原生矿物，矿物组成与母岩基本一致，山区土壤中石砾含量较高。有的地方叫石渣，石砾含量多时，土壤孔隙过大，易漏水、漏肥、跑墒、但耕作起来容易损伤犁铧。应进行改良。3、砂粒（1-0.05mm）主要是石英风化的细粒。由于颗粒较大，故比表面积（单位重量土粒的表面积）小，形成的孔隙大，颗粒之间松散，互不粘结。当它们聚集在一起时，遇水不膨胀，干燥不收缩，无可塑性、粘结性和粘着性。在冲积平原土壤中常见，如山东黄河两岸的砂质潮土。耕性较好。 粘粒（<0.002mm）颗粒细小，比表面积大，具有很强的粘结性和吸附能力。这种颗粒聚积在一起时，处于湿润状态下会膨胀而堵塞孔隙，显得非常粘滞，干燥时收缩成坚硬的块体。颗粒间孔隙多，大多数是小孔隙，透气透水困难，但有利于保水和保肥。小于0.002mm的单粒具有明显的胶体特性，是土壤颗粒中最活跃的部分，胶泥中含量高。 粉（砂）粒（0.05-0.002mm）颗粒较小，比表面积较大，具有强烈的毛管作用，其通透性较砂粒小，出现了可塑性、粘结性、粘着性和膨胀性，养分含量增加。粉粒在黄土中含量较高。我国的土粒分级与质地分类 美国制 国际制 中国制 卡庆斯基制 建议使用： 1、砂质土 以沙土为代表，也包括缺少黏粒的其他轻质土壤，它们都有一个松散的土壤固相骨架，粒间空隙大，降水和灌溉水容易渗入 蓄水力弱、养分含量少，保肥能力差，土温变化快，通气透水性好，容易耕作等。 为什么？ 粒间空隙大，降水和灌溉水容易渗入，内部排水快，蓄水量少而蒸发失水强烈，水汽由大空隙扩散至土表丢失。 毛管较粗，毛管水上升高度小，如地下水位较低，则不能靠地下水回润表土，所以抗旱力较弱。 砂质土的养分少，又因缺少粘粒和有机质而保肥性弱。速效肥料易随雨水和灌溉水流失。砂质土上施用速效废料往往肥效猛而后劲不足。农民称为“少施肥，一把草，多施肥，立即倒”。 砂质土含水量少，热容量比粘质土小，白天增温快，夜间降温快，昼夜温差大。早春时，砂质土温度上升快，称为“暖土”，在晚秋和冬季一遇寒潮则温度迅速下降。砂质土通气性好，微生物活动强烈，有机质积累难而其含量较低。管理注意事项：选择耐旱品种，保证水源供应，及时小定额灌溉，土表覆盖以减少水分蒸发。强调增施有机肥，适时施追肥，并掌握勤浇薄施的原则。2．黏质土 包括粘土和粘壤等质地粘重的土壤，此类土壤的细粒含量多而粗粒含量少，常呈紧实粘结的固相骨架。 保水、保肥能力均较强，养分含量比较丰富，土温升降比砂土缓慢，但透气、透水性差，耕作比较困难。 为什么？ 孔隙数目多但甚为狭小，有大量非活性孔阻止毛管水移动，雨水和灌溉水难以下渗而排水困难。易在犁底层或粘粒积聚层形成上层滞水，影响植物根系下伸。粘质土含矿质养分（尤其是钾、钠等盐基离子）丰富，而且有机质含量较高。它们对带负电荷等的离子态养分有强大的吸附能力，使其不被雨水和灌溉水淋洗损失。粘质土的孔隙往往为水占据，通气不畅，好气性微生物活动受到抑制，有机质分解缓慢而且容易积累。所以砂质土的保肥能力强，氮素等养分比粘质土中多的多。但“死水”容积和难效养分也多。粘质土蓄水量多，热容量大，昼夜温度变幅小。早春，水分饱和的粘质土土温上升慢，称为“冷土”，反之，受寒潮侵袭时，粘质土降温慢，作物受冻害较轻。缺少有机质的粘土，往往粘结成大土块，俗称大泥土，其中有机质特别缺乏者称为死泥土。这种土壤的耕性很差，干时硬结，湿时泥泞，对肥料反应呆滞，即所谓的“少施不应，多施勿灵”。粘质土的犁耕阻力大，所以，也叫“重土”，它干后龟裂，易损伤植物根系。粘质土的湿胀干缩剧烈，常造成土地裂缝和建筑物倒塌。管理注意事项：采用深沟、密沟、高畦，或通过深耕破坏紧实的心土层以及采用暗管、暗沟排水，以减轻涝害。对于大泥土，注意排水，选择在适宜含水量下精耕细作，以改善结构性和耕性。 3．壤质土介于黏质土和砂质土之间的一种土壤质地，土壤的颗粒组成含有适量的砂粒、粉粒和黏粒。土壤颗粒组成粗细比例适宜。在性质上兼具备砂质土和黏质土的优点.是较为理想的土壤，其耕性优良适种的种类多。水肥气热植物砂质土组保水差保肥差通气好热性土耐旱作物粘质土组保水好保水好通气差凉性土禾本科作物壤质土组兼具以上优点大部分作物第二节土壤团聚 土壤结构的类型 土壤结构的稳定性 单粒大块团粒 水稳性，力稳性，生物稳定性 土壤结构的形成团粒结构多级复合模式 单粒→复粒→二级复粒→三级复粒→四级复粒→团粒团粒形成的微观机制： 1、粘团说粘团claydomain砂粒粘粒有机胶体粘团说土壤胶体上局部的正电荷与负电荷点互相凝聚 2、等电凝聚说第三节   土壤的比表面积和孔隙状况 土壤的比表面积提供了物质保持的能量和空间 土壤孔隙提供了物质运移的通道 它们是土壤功能实现的根本土壤胶体的表面积常用比表面来表示。比表面越大，表面能越大。影响孔隙状况的因素1、土壤质地：黏土的总孔隙度大，但孔径小而均一。砂土总孔隙度小，孔隙以大孔隙居多。壤质土的孔隙度居中，孔径大小比例适当。砂土：30-45%壤土：40-50%粘土：45-60%2、有机质含量：富含有机质的土壤孔度较高3、土粒排列方式土粒排列疏松时，孔隙度高，土粒紧密排列或相互镶嵌时，孔隙度就低。土粒团聚成小土团时，土团之间为大孔隙，土团内部为小空隙。总的孔隙度也会增加。立方体排列47.46%三斜六面体排列24.51%影响因素 4、土壤结构 团粒结构的土壤具有大小不同的土壤孔隙，比非团聚化土壤孔隙度增加1/3~1/2影响因素： 5、耕作 耕层﹥下层 犁底层的孔隙度最低第四节土壤变形土壤变形是土壤在施加力下的位移现象。土壤在不同的状态（液态、固态、可塑态）下产生不同的变形性质。土壤变形的危害：对路基、堤坝、地基造成破坏。与土壤变形有关的性质 土壤结持度 土壤强度 流变特性 土壤涨缩 土壤侵蚀 土壤压实土壤的涨缩 影响土壤涨缩的原因：压力、温度与湿度 土壤干湿变化导致的涨缩幅度＞＞温度的影响 不同土壤涨缩的变幅相差很大膨胀土壤非膨胀土壤土壤涨缩的机理 粘粒的水化作用：取决于粘粒矿物的类型和代换性阳离子的数量。蒙脱石＞伊利石＞高岭石同一种粘粒矿物则阳离子代换量越大涨缩性越强。 渗透压的作用 吸附性阳离子对粘粒涨缩性的影响：Li＞Na＞Ca＞Ba＞H＞K土壤涨缩性的度量 膨胀度（cm3/g胶粒）（cm3/me阳离子） 土壤体积变化势（PVC）土壤收缩 收缩限—指土壤不再收缩的含水量 砂质土：14（重量含水量%） 砂质壤黏土：23（重量含水量%） 黏土：51（重量含水量%）土壤可塑性(Soilplasticity) 定义：土壤在外力的作用下变形，当外力撤消后仍能保持这种变形特性。 土壤含有一定量的水分时，黏粒表面被包上一层水膜，若加上外力揉搓，使片状黏粒重新改为平行排列而粘结固定，失水干燥后，由于土粒间的黏结力，仍能保持原状，这是产生可塑性的原因。重要参数 上塑限：土壤因含水量过多而失去塑性，并开始成为流体流动时的土壤含水量。 它是土壤呈现塑性的最大含水量。 下塑限：土壤呈现塑性的最小含水量，土壤半固态结持性和可塑结持性的临界含水量。 塑性值为上塑限与下塑限的差值， 塑性值越大表示土壤塑性越强。第五节   土壤的三相物质比 土壤基质---土壤的固体部分 由土壤的固体部分及多孔介质中液体和空气构成土壤三相比=固相率：容积含水率：气相率1）土壤的固相率=1-土壤孔隙度2）土壤液相率=土壤容积含水率3）土壤气相率=土壤孔隙度-土壤容积含水率(土壤液相率)三相比合理的土壤肥力高 枣粮(棉)间作的土壤管理枣树与冬小麦对土壤的要求,均以土层深厚，保水保肥力强的壤土,尤其是蒙金土为好土壤孔隙度要求在50%以上,固：液：气三相比例接近50：25：25茶园土壤蔬菜土壤思 考题 安全员b证考试题库金融学机考题库消防安全技术实务思考题答案朝花夕拾考题答案excel基本考题 1、什么是土壤的基质？基质一词有什么特别的含义？土壤基质特征指什么？2、在做土壤粒径分析实验前，需要根据土壤样品的大致质地确定筛分样本的质量，如粘质土壤，土样筛分质量大约为10g；粉质土壤，土样筛分质量约为20g；砂质土壤，土样筛分质量约为30g以上，甚至到80g。请问这样做的理由。3、为什么在改良碱土时，要加石膏？4、为什么土壤含水量这一词是不准确的？什么是饱和土壤含水量和非饱和土壤含水量？5、已知一个10cm3的土样在烘干前重15g，烘干后13g，计算：（a）土壤容重（b）土壤容积含水量（c）土壤重量含水量（d）总孔隙度（e）土样的充气孔隙度(假设土壤颗粒密度为2.65g/cm3)