土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)

土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)按結(jié)構(gòu)體大小分類

按結(jié)構(gòu)體直徑的大小，一般把土壤結(jié)構(gòu)分為三種基本類型。顆粒之間互不連接，結(jié)構(gòu)完全松散的土壤結(jié)構(gòu)稱為單粒結(jié)構(gòu)（Single structure），這種土壤結(jié)構(gòu)主要分布在粗粒土壤和未固結(jié)的漠境塵暴沉積物中，主要由粗的砂礫，粉砂礫和石礫組成，有的研究者稱其為無結(jié)構(gòu)的土壤（Structureless），它是土壤荒漠化的主要標(biāo)志與特征。土體由緊密堆砌的、大的粘結(jié)土塊構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為整塊結(jié)構(gòu)（Massive Structure），這種結(jié)構(gòu)在干燥的有機質(zhì)貧乏的粘土中分布較多，我們經(jīng)常所講的塊狀、核狀、柱狀及片狀結(jié)構(gòu)均屬此類型。

在單粒結(jié)構(gòu)和整塊結(jié)構(gòu)這兩種極端類型之間的土壤結(jié)構(gòu)類型稱為團(tuán)聚結(jié)構(gòu)（Aggregate），其土壤顆粒相互連接成半穩(wěn)定的直徑較小的土團(tuán)，它內(nèi)部的松緊程度比塊狀結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)構(gòu)孔隙多樣，它是植物生長最理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

土壤結(jié)構(gòu)系數(shù)按結(jié)構(gòu)體形狀分類

按照結(jié)構(gòu)體形狀，一般把土壤結(jié)構(gòu)分為五種基本類型。

塊狀結(jié)構(gòu)體（Block cloddy）：其特點是長、寬、高大體近似，形狀近似于立方體形；棱角不明顯，基本上是渾圓形；內(nèi)部較為緊實。主要形成于質(zhì)地較粘、有機質(zhì)缺乏、耕作不良的耕層或在土壤的B層的上半部，俗稱坷垃。坷垃形成后在塊與塊之間易形成大孔洞，易跑風(fēng)漏墑，使作物根系產(chǎn)生“吊死”現(xiàn)象，影響幼苗出土，即如農(nóng)諺“麥子不怕草，就怕坷垃咬”所述。它是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種不良性狀的結(jié)構(gòu)。塊狀結(jié)構(gòu)直徑大于10cm時會對作物產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，大于4cm時危害程度較為明顯，在2 至4cm之間的危害程度不是很大。表層塊狀結(jié)構(gòu)層可抑制土壤反鹽?？梢妷K狀結(jié)構(gòu)體大小與松緊性是評價其質(zhì)量的主要指標(biāo)。在我國黃土地區(qū)農(nóng)田土壤耕層，塊狀結(jié)構(gòu)體經(jīng)常產(chǎn)生，進(jìn)一步研究它的大小，緊實性等可以更加科學(xué)地評價其對作物生長的影響程度。

核狀結(jié)構(gòu)（Concretionary）：其特點是長、寬、高大體近似，類似于塊狀結(jié)構(gòu)；棱角非常明顯；內(nèi)部非常緊實；一般情況下比塊狀結(jié)構(gòu)小。主要形成于質(zhì)地比較粘重、有機質(zhì)極其缺乏的土壤中，一般在耕層以下的底土中。這種結(jié)構(gòu)的緊實是由于膠結(jié)質(zhì)CaCO₃、Fe(OH)₃，Al(OH)₃的膠結(jié)作用形成的。是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種不良的結(jié)構(gòu)。對黃土地區(qū)揭示CaCO₃ 等無機膠體作用對于探求土壤結(jié)構(gòu)形成機理非常重要。

由于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成是一個漫長的過程，形成1厘米厚的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)約需要400年時間，所以對因受耕作和施肥等多種因素的影響而極易遭到破壞的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，必須進(jìn)行合理的土壤結(jié)構(gòu)管理，以保護(hù)和恢復(fù)良好的結(jié)構(gòu)狀況，在其主要途徑有以下幾點：

1.增施有機肥：有機物料除能提供作物多種養(yǎng)分元素外，其分解產(chǎn)物多糖等及重新合成的腐殖物質(zhì)是土壤顆粒的良好團(tuán)聚劑，能明顯改善土壤結(jié)構(gòu)。有機物料改善土壤結(jié)構(gòu)的作用取決于物料的施用量、施用方式以及土壤含水量。

2.實施合理輪作：作物根系活動和合理的耕作管理制度對土壤結(jié)構(gòu)性可以起很好的影響。

3.合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏：在適耕含水量時進(jìn)行耕作，可避免爛耕爛耙對土壤結(jié)構(gòu)的破壞。

4.土壤結(jié)構(gòu)改良劑的應(yīng)用：土壤結(jié)構(gòu)改良劑是改善和穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)的制劑。按其原料的來源，可分為人工合成高分子聚合物、自然有機制劑和無機制劑三類 。2100433B

土壤是地球生物圈的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是人類生存最基本的自然資源。土壤是多種多樣的，在大部分地區(qū)，土壤往往非常古老，并且缺乏營養(yǎng)。在其他地區(qū)，土壤較年輕，并且較肥沃，這都是近期火山活動的結(jié)果 。在人類歷史上由于土壤質(zhì)量退化而給人類文明和社會發(fā)展造成慘痛影響的事例不絕于耳，但是土壤質(zhì)量逐漸退化過程對人類所造成的不良影響在短時間內(nèi)不易被覺察，并且人類為了生存繁衍對自然界其它事物的重要性并不很在意，當(dāng)土壤質(zhì)量退化達(dá)到一定量度并產(chǎn)生質(zhì)變時，其生產(chǎn)效率不足以繼續(xù)維持人類生活，才引起其使用者的注意已顯得較晚。鑒于土壤質(zhì)量對人類可持續(xù)發(fā)展的重要作用，從上世紀(jì)中期以來，人類對土壤的認(rèn)識才開始不斷加深，土壤質(zhì)量在世界范圍內(nèi)已受到各方面人士的廣泛關(guān)注。作為世界上人口最多的發(fā)展中國家，中國在21世紀(jì)如何利用有限的土壤資源生產(chǎn)足夠的糧食以養(yǎng)活未來16億人口一直是世界關(guān)注的熱點問題。土壤結(jié)構(gòu)是土壤質(zhì)量重要指標(biāo)體系之一，它受到自然生態(tài)環(huán)境變遷和人為各種生產(chǎn)活動影響。土壤結(jié)構(gòu)在表征土壤質(zhì)量演變，退化過程方面有著極為重要的意義。為此，眾多的土壤研究工作者從不同方面進(jìn)行著土壤結(jié)構(gòu)問題研究。

土壤結(jié)構(gòu)的形成（Soil Structure Genesis）指的是土壤中顆粒與顆粒集合排列途徑，或者指結(jié)構(gòu)單元或團(tuán)聚體的形成原因和方式。當(dāng)前普遍認(rèn)為團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成的多級團(tuán)聚學(xué)說的觀點認(rèn)為土壤團(tuán)聚體形成的是大致通過兩種途徑實現(xiàn)（姚賢良，程云生等，1986）：一是單粒通過凝聚和復(fù)合等作用形成復(fù)粒，復(fù)粒進(jìn)一步膠結(jié)形成團(tuán)聚體；二是大土塊或土體經(jīng)過各種外力的作用——干濕交替、凍融交替、根系壓力、耕耘及土壤動物活動而崩解成不同大小的團(tuán)聚體，即土塊崩解（Soil block breaking）。土壤團(tuán)聚作用就是不同大小的團(tuán)聚體被不同的有機－無機物質(zhì)粘結(jié)（膠結(jié)）的過程。Tisdall和Oades（1982）認(rèn)為無機粘結(jié)劑主要包括粘粒、多價陽離子（Ca² ，F(xiàn)e³ ，Al³ ）、鐵和鋁氧化物和氫氧化物、CaCO₃、MgCO₃，CaSO₄等。有機粘結(jié)劑主要可分為瞬時的、暫時的和持久的粘結(jié)劑三類。瞬時的粘結(jié)劑會被微生物快速分解；暫時的粘結(jié)劑是根系，植物菌絲和一些真菌類；持續(xù)的粘結(jié)劑包括和多價金屬陽離子結(jié)合的抗芬芳腐殖質(zhì)及強吸附聚合物。

土壤結(jié)構(gòu)分類是指根據(jù)土壤結(jié)構(gòu)體形態(tài)、大小和特性而區(qū)分的類型。土壤剖面中各發(fā)生層的結(jié)構(gòu)形態(tài)與成土過程密切相關(guān)。在野外土壤調(diào)查中觀察土壤剖面，常用形態(tài)分類；而在農(nóng)學(xué)上，常根據(jù)土壤團(tuán)聚體的大小進(jìn)行分類。美國農(nóng)業(yè)部提出的形態(tài)分類按結(jié)構(gòu)體形態(tài)和排列分成塊狀、柱狀和板狀（片狀）三大類。

中文名稱

土壤結(jié)構(gòu)分類

英文名稱

soil structure classification

定　　義

按土壤結(jié)構(gòu)單位形態(tài)和性質(zhì)而區(qū)分的類別。

應(yīng)用學(xué)科

土壤學(xué)（一級學(xué)科），土壤物理（二級學(xué)科）

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中常采取的土壤結(jié)構(gòu)改良的措施有：

土壤結(jié)構(gòu)改良精耕細(xì)作，多施有機肥料

耕作是調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)的重要措施。耕作結(jié)合施肥、中耕等措施，使表層土壤松散，雖然形成的小團(tuán)粒是非水穩(wěn)性的，但也會起到調(diào)節(jié)孔性的作用I増施有機肥料，做到土肥相融，不斷增加土壤中的有機膠結(jié)物質(zhì)，對促使水穩(wěn)性團(tuán)粒的形成具有重要意義。連年施用有機肥才能不斷補充有機質(zhì)的消耗和供給形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。不少豐產(chǎn)田的耕層均具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和較高肥力特性，據(jù)測定，粒徑〉5mm的團(tuán)粒的數(shù)量要比一般的平產(chǎn)田高出10%以上。

土壤結(jié)構(gòu)改良合理的輪作倒茬

合理的輪作倒茬對恢復(fù)和培育團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有良好的影響。一般來講，一年生或多年生的禾本科或豆科作物生長健壯，根系發(fā)達(dá)，都能促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成。多年生牧草每年提供土壤的蛋白質(zhì)、碳水化合物及其他膠結(jié)物質(zhì)比一年生作物多、作用大。一年生作物因耕作頻繁，土壤有機質(zhì)消耗快，不利于團(tuán)粒的保持。近年來，一些國家推行的少耕法或免耕法的目的之一，就在于減少有機物質(zhì)的消耗，改良土壤結(jié)構(gòu)。

實行牧草與農(nóng)作物輪作，對改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力具有重要作用。我國農(nóng)民利用豆科牧草與作物輪作的歷史悠久，水稻與冬季綠肥(紫云英、苜蓿等）輪作、稻麥水旱輪作等對增加有機質(zhì)的積累、培育水稻土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力都是行之有效的途徑。

土壤結(jié)構(gòu)改良合理灌溉、曬垡、凍垡

灌水方式對結(jié)構(gòu)影響很大，大水漫灌沖擊力大，容易破壞結(jié)構(gòu)并使土壤板結(jié)I溝灌、噴灌或地下灌溉效果較好。灌后要適時中耕松土，防止板結(jié)，有助于恢復(fù)結(jié)構(gòu)。

曬垡、凍垡充分利用干濕交替與凍融交替，既可促使土塊散碎，又有利于膠體的凝聚和脫水。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)整地，更能使土壤結(jié)構(gòu)得到改善。

土壤結(jié)構(gòu)改良施用石灰及石膏

在酸性土壤上施用石灰，堿性土壤上施用石膏，不僅能降低土壤的酸堿度，而且還有改良土壤結(jié)構(gòu)的效果。其機理是石灰或石膏中的Ca² 可以促進(jìn)上壤膠體的凝聚，從而促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。

土壤結(jié)構(gòu)改良土壤結(jié)構(gòu)改良劑的應(yīng)用

近幾十年來，二些國家研究并施用人工合成膠結(jié)物質(zhì)，施用后可以促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成，這種物質(zhì)稱為土壤結(jié)構(gòu)改良劑它是人工合成的二類高分子化合物，20世紀(jì)50年代初期在美國問世，先后研制生產(chǎn)出100多種人工結(jié)構(gòu)改良劑，效果較好的有聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醛酸鹽(PVAC)、二甲胺基乙基丙烯酸鹽(DAEMA)、聚丙烯酰胺(PAM)它們能溶于水，施人土壤后與土粒相互作用，轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗軕B(tài)并吸附在土粒表面，黏結(jié)土粒成為水穩(wěn)性的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。據(jù)河北省土壤肥料研究所研究資料表明，用纖維素黏膠(人造絲廠的廢液提取物)的效果最好，用量為土重的0.01%時，則團(tuán)粒結(jié)構(gòu)由原來的7.71%增加到41.3%，用量增加到0.03%時，則團(tuán)粒可增加到76.8%，效果十分顯著。但這些人工合成改良劑價格昂貴，操作麻煩，目前仍處于試驗階段，還難于推廣應(yīng)用。近年來我國廣泛推廣的腐殖酸肥料就是一種很好的結(jié)構(gòu)改良劑，各地可以就地取材，利用當(dāng)?shù)氐暮置骸L(fēng)化煤、泥炭資源生產(chǎn)腐殖酸銨肥料，它是一種固體凝膠，也能起到結(jié)構(gòu)改良劑的作用。我國應(yīng)用較廣泛的土壤結(jié)構(gòu)改良劑是胡敏酸、樹脂膠、藻糖酸等。 2100433B

土壤物理性質(zhì)之一。指土壤顆粒（包括團(tuán)聚體）的排列形式。但學(xué)術(shù)界關(guān)于土壤結(jié)構(gòu)的定義并不完全一致。蘇聯(lián)學(xué)者H.A.卡欽斯基認(rèn)為土壤結(jié)構(gòu)是土壤中不同大小、形狀、孔隙性、力穩(wěn)性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的綜合。美國學(xué)者L.D.貝弗則認(rèn)為土壤結(jié)構(gòu)是土壤中原生顆粒和次生顆粒（包括孔隙）排列成的一定形式。

土壤顆粒的大小及其不同排列形式，使土壤孔隙呈各種幾何學(xué)特征，從而影響土壤中水、熱、氣的保持和運行，植物根系的穿插，微生物的活動以及養(yǎng)分的有效性和供應(yīng)速率，最終直接或間接地影響植物的生長和土壤的生產(chǎn)性能。

土壤物理結(jié)構(gòu)類型

土壤顆粒的排列形式大致可分兩類：一類是以單粒（又稱原生顆粒）為單位的排列；另一類是以復(fù)粒(又稱次生顆粒)為單位的排列。根據(jù)結(jié)構(gòu)體的形態(tài)、大小或性質(zhì)還可分成若干類型。1927年，蘇聯(lián)學(xué)者C.A.扎哈羅夫根據(jù)結(jié)構(gòu)體形態(tài)提出了土壤結(jié)構(gòu)的分類方案并幾經(jīng)修改。1951年美國農(nóng)部提出的土壤結(jié)構(gòu)分類表（表3）是使用較為廣泛的一個分類系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，按土壤結(jié)構(gòu)體的形態(tài)特征將土壤結(jié)構(gòu)分為4個類型;根據(jù)結(jié)構(gòu)體的大小每種類型又分為5級;根據(jù)結(jié)構(gòu)體自身和結(jié)構(gòu)體之間粘結(jié)力的大小每級又分為 4個發(fā)育程度。土壤結(jié)構(gòu)還可根據(jù)受水浸泡或外力作用后的不同反應(yīng)而分為水穩(wěn)性、力穩(wěn)性或非水穩(wěn)性和非力穩(wěn)性結(jié)構(gòu)。前二者統(tǒng)稱為穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)；后二者統(tǒng)稱為非穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的形成主要依賴于對土壤顆粒具有較強的膠結(jié)力的物質(zhì)的存在。

土壤物理結(jié)構(gòu)形成

主要指土壤中團(tuán)聚體（耕層以下通常稱結(jié)構(gòu)體）的形成，通常有3個途徑,原生顆粒通過凝聚等作用形成次生顆粒（或稱微團(tuán)聚體、復(fù)?；蛴袡C無機復(fù)合體）；次生顆粒再經(jīng)有機質(zhì)等膠結(jié)物質(zhì)的作用而進(jìn)一步形成團(tuán)聚體，或原生顆粒直接由膠結(jié)物質(zhì)粘結(jié)成團(tuán)聚體；致密的土體通過根系活動、干濕交替、結(jié)凍融凍等各種外應(yīng)力的作用而崩解成團(tuán)聚體。有機物分解的中間產(chǎn)物多糖和多價陽離子在形成穩(wěn)定性團(tuán)聚體中也有重要作用。近年又提出粘團(tuán)學(xué)說，認(rèn)為粘團(tuán)是粘粒的小集團(tuán)群，由粘粒本身定向排列而成，形如片狀，其直徑一般小于 5微米。粘團(tuán)彼此間可通過鋁鍵和有機聚合物的作用使團(tuán)面與團(tuán)面、團(tuán)邊與團(tuán)邊以及團(tuán)面與團(tuán)邊相結(jié)合而形成團(tuán)聚體的基本單元，再由基本單元聚合而成團(tuán)聚體。圖 6表示團(tuán)聚體中粘團(tuán)－有機質(zhì)－砂粒的結(jié)合形式。

土壤物理結(jié)構(gòu)與肥力

土壤結(jié)構(gòu)除影響植物根系的生長，微生物的活動以及土壤中空氣、水分和養(yǎng)分的協(xié)調(diào)外，還影響土壤的一系列機械物理特性。20世紀(jì)30年代，蘇聯(lián)土壤學(xué)家B.P.威廉斯提出團(tuán)粒結(jié)構(gòu)學(xué)說，認(rèn)為由胡敏酸鈣結(jié)合的直徑為10～0.25毫米的水穩(wěn)團(tuán)聚體(又稱團(tuán)粒)含量達(dá)70%以上時，即為有結(jié)構(gòu)的土壤。這種土壤同時具備團(tuán)聚體之間的非毛管孔隙和團(tuán)聚體內(nèi)的毛管孔隙，因而能協(xié)調(diào)土壤中水分、空氣、養(yǎng)分的保持與釋放的矛盾；同時可減少地表徑流，防止水土流失。但以后的研究者認(rèn)為，土壤中0.25～10毫米水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量和最佳粒徑應(yīng)依不同的生物氣候條件而異。在濕潤多雨地區(qū)，為便于通氣排水，水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量宜略高，直徑也可略偏大；而在干旱少雨地區(qū),圖7則水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量略低、粒徑略小的有利保墑。近期的研究還認(rèn)為，在評價土壤結(jié)構(gòu)時，除團(tuán)聚體的形狀、大小和數(shù)量外，還要考慮與土壤結(jié)構(gòu)密切有關(guān)的其他一些性質(zhì)，如土壤孔隙的大小分配、土壤的通氣性和透水性以及不同水分吸力時的土壤持水量和生物活性等。 　結(jié)構(gòu)的改良 　由于土壤表層經(jīng)常受到不合理的耕作和灌溉的影響，土壤結(jié)構(gòu)易被破壞，從而導(dǎo)致土壤物理性質(zhì)惡化。為了保護(hù)和改善土壤結(jié)構(gòu)狀況，保持和提高土壤肥力，可以采取的措施包括：合理耕作，改多耕為少耕或免耕；合理灌溉，改漫灌為噴灌、滴灌或底土滲灌；合理輪作、施肥，在輪作制中安排一定比例的綠肥或牧草，以及增施有機肥料等。施用結(jié)構(gòu)改良劑則可達(dá)到快速改善土壤結(jié)構(gòu)狀況的目的。已知的土壤結(jié)構(gòu)改良劑有聚乙烯醇，聚醋酸乙烯脂，水解聚丙烯，聚丙烯酸，醋酸乙烯脂 -嘎丁烯二酸共聚物，二甲胺基乙基丙烯酸鹽以及聚丙烯酰胺等。其中聚丙烯酰胺已開始在西歐較大面積上使用。此外，瀝青乳劑和各種類型的胡敏酸鹽制劑也有明顯效果。