土壤的物理性质

胡东方

今天【中农富源】胡东方

土壤可以用3个基本性质来描述，即物理性质、化学性质和生物性质。本次文章首先分享一点有关物理性质的相关知识。

土壤的物理性质是指土壤的硬度、易耕性、透水性、保水性、排水性和通气性等物理特征，直接影响作物根系的伸展难易程度以及根系对水分、养分和氧气的吸收，对于作物的生长极为重要。

当然土壤物理性质受到土壤化学性质和生物形状以及其他因素的影响，其中的关系非常复杂，而本文由简入手，简要地单独介绍一点土壤物理性质的基础知识及其与作物生长之间的关系。

土壤的形成过程简图：

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1 从物质形态上的理解---土壤的三相

土壤三相包括固相、液相和气相。三者之间的消长与平衡对土壤物理性质有着直接的影响。固相即土壤颗粒，液相即土壤溶液（或称土壤水），气相即土壤空气。

土壤固相

固相由土壤颗粒构成。土壤颗粒大致分为由地表岩石层风化生成的砾状或砂状的原生矿物以及进一步变质生成的次生矿物。换句话说，原生矿物是岩石崩解形成的碎片，次生矿物则是初生矿物经过分解或变质作用生成的细小粘土矿物。

土壤液相

土壤颗粒之间往往形成许多孔隙，并被水和空气所填充，从而构成土壤液相和气相。土壤溶液的主要成分是水，其中溶解了无机盐类和有机物等。无机盐种类和多寡受到原本土壤矿物中的盐类含量、历史上的成土过程和人为施肥的影响。比如在优质的黑土地区，土壤溶液里的有机质就较为丰富，在本就为盐碱地的地方，钠、钙等盐类浓度就较高，而大量施肥的农田里，残留的氮、磷和钾等成分则较高。

土壤气相

气相是指填充在土壤孔隙中的空气，主要包括氧气、二氧化碳、氮气和水蒸气，其中土壤里的氧气浓度相对于外界大气要低得多。土壤气相即代表着土壤的通气性，不仅关系到作物根系的生长，也影响到土壤微生物和土壤动物的繁衍生息与多样性。

2 在农田中从直观上来理解土壤物理性质

农田中直观上的土壤物理性质，是指土壤的硬度（易耕性）、容重、排水性、保水性、透气性等物理特征。直接影响农事作业效率，并在很大程度上影响根系的发育。是有机栽培中育土的第一要务。

土壤硬度

这个概念很好理解。如果土壤过硬，耕作变得困难，作物出芽困难，根系难以下扎，土壤排水性变差。土壤硬度一是与粘土的含量有关，次生矿物中的粘土含量越多，干燥后的土壤通常会越硬；二是农业机械的反复碾压也会使得土壤变硬。理想的土壤应当是原生矿物与次生矿物含量平衡，硬度适中，便于根系伸展。但土壤硬度的形成在很大程度上是自然长期作用的结果，人为改良时需要耐心和长期坚持。

透水性（排水性）与保水性

尽管透水性和保水性看似矛盾，但透水性和保水性平衡的土壤在多雨时能排出多余的水分，在少雨时能够保存水分并供给根系。

透水性和保水性的影响因素主要有：

①次生矿物中的粘土含量越多，则土壤粘性越大，孔隙越小，透水性越差，但由于毛细现象，保水性会较好。

②地下水位的高低。比如有些地区雨水特别丰富，地下水位过高，则会使得田间湿度过大，排水不畅。生产上可通过在大田四周及田内开挖排水沟的方法来改善田间排水。

③浅层耕地时，机械的碾压会导致耕作层以下的心土层透水性恶化，出现排水不良以及地下水也难以上升的情况。生产上一般可每隔几年进行一次打破犁底层的深耕，以改善透水和保水性（旱地深耕之后地下水更易通过毛细作用上升到耕作层）。

通气性（透气性）

一般来说，通气性与透水性呈正相关，透水性好的土壤通气性也较好。

影响通气性的因素：

①原生矿物和次生矿物的比例，尤其与次生矿物中的粘土含量，这方面主要受土壤原本性质的影响；

②土壤团粒结构的多寡。这方面受人为影响极大。

原生矿物含量较多且团粒结构丰富的土壤通常具有较大的孔隙，空气流通性好，与大气间的气体交换顺畅，有助于根系吸收水分和养分。

通气性过强也会导致保水性降低，土壤更容易受到干旱影响，比如一些沙地。

土壤容重（假比重bulk density）

一定容积的土壤（包括土粒及粒间的孔隙）烘干后质量与烘干前体积的比值。也可理解为自然状态的单位体积土壤干重。有时候直接用手也可以掂量出来土壤的轻重。一般来说，疏松多孔的土壤容重小，紧实黏重的土壤容重大。腐殖质含量高的土壤容重较轻，粘土矿物含量高的土壤较重。液相和气相比例较高的土壤容重也较轻。容重较轻的土壤一般硬度较低，易于耕作，透水性和通气性良好，适合农作物栽培。但过轻的土壤则容易受到风蚀（被风吹走）和水蚀（被雨水冲走）。

改变土壤容重的方法包括通过耕作增加气相率，或通过压实去除多余空气等物理方法，以及通过施用堆肥或其他添加物进行调节等。

土壤物理性质～土壤黏性与团粒

土壤颗粒大小与土壤黏度

土壤颗粒可以根据其粒径进行分类。关于粒径的分类方法众多。本文采用较老的一种说法，如下图，仅作参考。组成土壤的矿物粒子有砾、砂、粉砂、粘土等，大小不同的粒子以一定的比例混合，形成土壤的不同黏性（黏/砂性）。

土壤的各种黏/砂类型

按照土壤颗粒从大到小、从粗到细的程度，可大致分为如下类型。由于土壤学上的分类标准版本众多，说法不一，下文的一些数据仅做参考。

① 砾石土

粒径大于2mm的砾石含量在50%以上，其余为粒径0.02～2mm的砂，而不含更小的黏土矿物。质地粗糙。三相分布大约为固相55%以上，液相几乎为0%，气相40～45%。

易耕性、保水性和保肥性均较差，不适合作物栽培。但一些砾石土可以作为某些花卉的固体基质，或在配土时作为添加物。

② 砂土

粒径为0.02～2mm的砂含量85%以上，黏土含量0～15%。较粗糙，几乎无黏土质感。有良好的易耕性、透水性和通气性，而保水和保肥较差。三相分布约为固相50%、液相10%、气相40%。适合花生和西瓜等少数旱地作物，但经改良后也可栽培小麦等作物。

对砂地施肥时，采用少量多次的策略，可使用缓释性肥料。为改善砂土的保水和保肥性，可添加富含黏土的客土，或加入沸石、膨润土等黏土矿物材料，或施入堆肥和有机质肥料、种植绿肥等。

③ 砂壤土

介于砂土和壤土之间，含砂65～85%、黏土12.5～25%。略有砂质的粗糙，并带有一些黏土质感。三相分布约为固相45%、液相15%、气相40%。已经不像沙土那样容易干燥。易耕性、透水性和通气性好，但保水和保肥略差，适合多数旱地作物。

施肥方面，宜采用少量多次的方式。通过添加黏土矿物材料和有机肥，能进一步改善其保水和保肥性。

④ 壤土

一种中间性土壤，砂含量40～65%，黏土含量25〜37.5%。砂的粗糙感与黏土质感大致各占一半。三相分布约为固相40%、液相20%、气相40%。具有良好的透水性、保水性和通气性，易耕性和保肥性也佳，适合多种作物。

壤土改良代价很低，平时可使用堆肥、绿肥或其它有机材料来维持地力。

⑤ 粘壤土

含有37.5%-50%的粘土成分。手感上，含有较多的粘土质感，略带一些砂质的粗糙感。可以搓成细长的绳状，且具有一定的可弯曲性。非常适合水稻栽培。也适合相当一部分蔬菜栽培，如大蒜、韭菜、洋葱、豌豆、青菜、白菜等，但要注意土壤改良。

⑥ 黏土

砂含量40～45%，黏土含量大于50%。主要由细微的黏土颗粒构成，几乎感觉不到砂粒，黏性较强，触感较滑，捏在指尖可以揉成细条。三相分布约为固相40%、液相30%、气相30%。有良好的保水和保肥性，但透水和通气较差，干燥后易板结且难以粉碎。不是旱地作物的最佳土壤，较适合用作水稻田。

粘土壤需要改良。添加植物性堆肥（秸秆、落叶等）、木炭、稻壳炭、蛭石、珍珠岩等材料能起到较好的改良效果。

⑦ 重粘土

黏土含量超过55%。具有良好的可塑性和黏着性，触感很黏且滑，几乎感觉不到砂粒，可以用手指捏成直径约2mm的细条。三相分布约为固相40～70%、液相30%以上、气相15%以下。土壤的下层会形成致密且难以透水的土层，容易积水。由于透水性差，有时土壤下层的还原状态和氧化状态交替出现，铁元素的还原反应会导致灰色部分的形成，而氧化反应则使其呈现黄橙色，从而形成了类似大理石纹路的结构。保水和保肥力高，透水和通气性极差。干燥后会板结且坚硬难以粉碎。重粘土的排水不良还会使有机物分解困难，不利于根系发育。另外，黏性太高也会导致农业机械的作业困难。

改良时，须进行排水措施，如明渠、暗渠等，如有条件，可施用木炭、蛭石、珍珠岩、河砂、植物性堆肥，并栽培深根型绿肥来进行改良。

沙土、壤土、黏土在物理性能上的简要区分图：↓

土壤黏度的手感判断

在生产现场，可以直接用手感受并判断土壤的黏度，多次练习，逐渐形成经验判断。如下图所示。↓

参考案例

下表来源于网络，是生产上针对不同黏度土壤的耕作方案一例，仅做参考。↓

土壤团粒

土壤三相的比例与作物生长直接相关。影响三相比例的因素，除了上述的原生矿物与次生矿物的比例之外，还有土壤团粒结构。团粒是由黏土矿物和土壤腐殖质组成的大大小小的颗粒，颗粒之间有许多孔隙，孔隙有大有小。小孔隙通过毛细管作用保持水分，大孔隙可使水分快速流过，空气更容易进入其中。团粒好的土壤孔隙较多，质地松软，具有较好的保水性和通气性，其中的土壤微生物更加丰富，易耕性好，作物根系伸展顺畅。

施用堆肥、有机质肥料、腐殖酸材料等对土壤团粒形成都有促进作用。对于黏土和部分重粘土，必要时可采取深耕来破碎心土层、设立暗渠和明渠、种植深根型绿肥等措施来改善土壤的透水性和通气性，并促进团粒形成。

下图为团粒简单示意图↓

下图为生长在团粒丰富的土壤中的根系简单示意图↓

下图为深根型绿肥田菁的根系扎透硬土层的情景↓

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