土壤的三相

gexiaofeng 措施案例 2019-08-07 189 0

1. 构成土壤的物质


构成土壤的不只是土, 还包括空气、水、有机物、矿物质等。土壤的构成要素如下图所示。以容积来看,水和空气占了一半以上。土壤中大部分的固体都是黏土矿物等,但也包含少量的有机物(腐殖质和微生物)。 


土壤的组成


固体部分,主要是石英或长石等原生矿物以及这些矿物风化后所形成的黏土等无机部分。黏土的周围有氮、磷酸、钾等肥料成分,以及游离铁、铝等游离氧化物。黏土矿物主要是以腐殖质等有机物为媒介制造团粒的。团粒的孔隙和矿物的大小缝隙中都含有空气和水,同时还栖息着微生物或植物的根等生物。 这些影响土壤性质的物质彼此交错,复杂得无法单纯以图示表示。



构成土壤的无机物


构成土壤的有机物



2. 土壤的三相


土壤的母材--岩石虽重,但土壤却很轻;岩石无法含水,但土壤却可以。这是因为土壤是以微小的矿物粒子构成。土壤中有很多空隙,这些空隙中大多充满了空气和水。 将构成土壤的黏土等矿物称为固相,水分称为液相,空气称为气相,此三者的容积比就是“土壤三相”,是显示土壤物理性的重要指标。



土壤三相示意图


土壤三相的模式如上图所示。土壤三相的比例,对土壤的硬度、透水性与保水性有着极大的影响。 一般认为,最适合作物生长的比例,是固相占45~55%,液相和气相各占20~30%


此外,随着土地利用方式的不同,土壤三相的差异也很大。在旱田中气相率较高,在水田则较低。


固相由无机成分和有机成分所构成。无机成分包括以硅酸、硅酸盐、铁和铝的氧化物货氢氧化物所组成的土壤颗粒,颗粒的大小不一。有机成分则是由新鲜的有机物与腐殖质构成。


液相不只是提供作物的水源,还能以离子的形态帮助作物的根吸收肥料成分。

土壤中有许多大小不同的孔隙,这些孔隙里含有水分,但是作物无法吸收被锁在细微孔隙中的水分。


气相扮演着提供作物根部氧气的重要角色。除此之外,也和土壤的氧化、还原有着密切的关系,假如气相过少,土壤就会出现厌氧状态,造成甲烷的产生。


下面举例说明几种土壤的三相比例:



黑火山土,特征是连底土的固相都很少,液相最多,是质地柔软,水分含量高的土壤。



砂丘土则固相较多,液相较少,由此可知那里是水分含量低的沙地,透气性好。



位于低地的冲积土,是因为河川泛滥而生成的土壤,地下水位高,因此气相较少。



位于高台的洪积土则是固相率较高的土壤。



3. 土壤团粒


适合栽培作物的土壤,必须能够适度蓄积雨水,同时拥有良好的排水功能。另外,还必须充分供给根部氧气以及溶于水中的肥料成分。为了达到这些目的,土壤必须有适当的空隙(缝隙),因此我们必须让土壤的 “团粒构造” 更加发达才好。


所谓的团粒构造,就是土壤颗粒结合后的集合体,再继续结合所形成的集合体。团粒有的像蚯蚓粪便一样大,有的则小到肉眼无法辨识。


我们来看看团粒是如何形成的:


土壤团粒形成模式


土壤颗粒(黏土)是储藏肥料养分的仓库,一般带有负电,因此土壤颗粒会彼此相斥,不会结合。


不过,由于构成土壤颗粒的铁和铝等带有正电,可以成为腐殖质、植物根、微生物所排出的代谢产物(有机物)的媒介,让土壤颗粒结合。有时微生物身体上的黏性物质也会扮演黏着剂的角色,直接让土壤颗粒结合。


藉由有机物力量结合的土壤颗粒,称为 “有机、无机复合体”, 这些复合体结合之后,便能形成微团粒(单次结合团粒)。微团粒会继续与堆肥这种大型有机物或者霉菌这种大型微生物结合,形成粗团粒(二次结合团粒)。 一旦有机、无机复合体结合成强韧的团粒,便能形成耐水性团粒,即使水分渗入也不会崩塌。


上述的复杂过程,都会在蚯蚓的体内进行;蚯蚓能将摄取的土壤变成团粒,再以粪便的形态排出



团粒的特征 -- 富含大大小小的空隙


土壤团粒化后,土壤的空隙就会增加,不但透气性和排水性提升,更能让水分留在细微的空隙间,以提高含水量。 


下图是土壤颗粒排列的模型。假设土壤颗粒的大小相同,那么在纵向、横向排列整齐(矩阵)的状态下,可计算出空隙有48%;若是交互斜向排列,空隙约有26%;但是形成团粒构造后,空隙便有60%以上。若是更复杂的二次结合团粒,空隙能高达80%以上。



此外, 不只是空隙的数量,在矩阵或斜向排列时,空隙的大小都是一致的,可是一旦团粒发达, 便会产生大小不同的空隙。水分的亲和力会随着空隙的大小不同而不同。形成排水性与保水性都良好的土壤。




来源:水土保持之点滴、正大仪器
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