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土壤结构

/soil structure/
条目作者任图生

任图生

最后更新 2023-09-22
浏览 355
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土壤中各种颗粒的组织、排列状况及由此形成的孔隙体系。

英文名称
soil structure
所属学科
农业资源与环境

土壤中的颗粒,有的独立存在,有的则在各种力的作用下形成不同类型、大小和形状的结构体。土壤结构影响土壤、植物和大气系统的能量和物质交换,并且在很大程度上调控土壤中的各种物理、化学和生物过程,包括水分、气体和热量的运输和储存,植物根系的穿插,土壤生物的活动以及有机质的转化和储存等。

根据土壤颗粒的形状和结构特征,一般把土壤结构体分为粒状、片状、柱状和块状四大类型。

主要由团聚体组成,直径在1~10毫米,分布于有机质含量较高的A层土壤中,受农田管理措施影响较大。在各种力作用下,土壤中的有机质、砂粒粉粒黏粒聚集在一起形成具有一定等级秩序的团聚体。团聚体的数量、大小分布和稳定性是土壤肥力水平的重要标志。团聚体内部的孔隙较小,是保水、保肥和固持有机碳的主要场所,而团聚体之间的孔隙较大,对水分运动、养分迁移和通气很重要。在物理-化学和生物学因子驱动下,土壤中的团聚体处在不断形成、转化和破碎过程中。物理-化学过程主要包括由于黏粒和有机分子间相互吸引产生的絮凝作用以及干湿循环和冻融交替导致的黏粒物质的涨缩作用,在小尺度上很重要。生物学过程主要有土壤动物的挖穴和塑形活动、根系和真菌菌丝的缠绕作用以及根系和微生物分泌物的胶结作用,在大尺度上比较明显。物理—化学过程对细质地土壤中团聚体形成的贡献突出,砂质土壤团聚体的形成则主要取决于生物过程。

相对较薄、水平层次明显,在土壤剖面各层次都可能存在。

呈不规则立方体形状,大小在5~50毫米,常见于土壤的B层。

经常出现于干旱半干旱地区的B层土壤和水稻土的新土层中,呈圆柱状或棱柱状,直径可达150毫米以上。符号含义见土层符号

截至2020年,仍然缺乏一种普遍接受的、可量化土壤结构的方法,难以客观地描述土壤结构。土壤学家通过田间肉眼观察和感知土壤结构体的大小、形态、易碎度、孔隙状况和根系分布等定性评价土壤结构;利用容重、孔隙度和穿透阻力等指标来表示土壤紧实度;通过原位(或采集原状土样)测定水分特征曲线和导水率,并结合相关模型间接获取土壤的孔径分布特征。对于农业土壤,常常通过团聚体在外力作用下保持其结构的能力来评价土壤结构。例如,常用的筛分法(干筛或湿晒)就是利用水或机械应力作用下团聚体的粒径分布,计算平均质量直径和几何平均直径来判断土壤结构的稳定性。薄片显微成像、扫描电子显微镜和X射线计算机断层成像等技术为土壤结构定量化提供了更直接、客观的手段。

土壤结构调控土壤中的水肥气热过程。土壤的通气透水性和持水能力与其孔隙度和孔隙大小分布密切相关。压实不仅降低土壤通气性和持水力,而且增大了地表径流和土壤侵蚀的风险。

土壤结构影响土壤的生物多样性。土壤结构与其中的生物群落存在复杂的互作关系。土壤结构为生活在其中的生物提供多种多样的栖息地,从而支撑生物多样性;反过来,土壤生物(如蚯蚓)可以直接改变土壤结构。植物根系释放出各种化合物,将土壤颗粒黏结在一起。

土壤结构在很大程度上决定农田生产力。土壤结构直接影响根系在土壤中的穿插和分布,而且通过调节水肥气热过程间接影响植物根系生长。土壤结构过于紧实会阻碍作物根系生长,降低作物产量。

土壤结构调节气候变化。土壤是陆地上最大的有机碳储存场所。农田管理措施通过调控土壤结构而影响碳固存速率和碳库大小。长期实施保护性耕作、施用有机肥、作物轮作和种植覆盖作物能够提高土壤有机碳水平,从而减缓气候变化。

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