土壤结构系数简介

土壤是地球生物圈的重要组成部分，是农业生产和自然生态系统的基础，是人类生存最基本的自然资源。土壤是多种多样的，在大部分地区，土壤往往非常古老，并且缺乏营养。在其他地区，土壤较年轻，并且较肥沃，这都是近期火山活动的结果 。在人类历史上由于土壤质量退化而给人类文明和社会发展造成惨痛影响的事例不绝于耳，但是土壤质量逐渐退化过程对人类所造成的不良影响在短时间内不易被觉察，并且人类为了生存繁衍对自然界其它事物的重要性并不很在意，当土壤质量退化达到一定量度并产生质变时，其生产效率不足以继续维持人类生活，才引起其使用者的注意已显得较晚。鉴于土壤质量对人类可持续发展的重要作用，从上世纪中期以来，人类对土壤的认识才开始不断加深，土壤质量在世界范围内已受到各方面人士的广泛关注。作为世界上人口最多的发展中国家，中国在21世纪如何利用有限的土壤资源生产足够的粮食以养活未来16亿人口一直是世界关注的热点问题。土壤结构是土壤质量重要指标体系之一，它受到自然生态环境变迁和人为各种生产活动影响。土壤结构在表征土壤质量演变，退化过程方面有着极为重要的意义。为此，众多的土壤研究工作者从不同方面进行着土壤结构问题研究。

土壤结构系数按结构体大小分类

按结构体直径的大小，一般把土壤结构分为三种基本类型。颗粒之间互不连接，结构完全松散的土壤结构称为单粒结构（Single structure），这种土壤结构主要分布在粗粒土壤和未固结的漠境尘暴沉积物中，主要由粗的砂砾，粉砂砾和石砾组成，有的研究者称其为无结构的土壤（Structureless），它是土壤荒漠化的主要标志与特征。土体由紧密堆砌的、大的粘结土块构成的结构称为整块结构（Massive Structure），这种结构在干燥的有机质贫乏的粘土中分布较多，我们经常所讲的块状、核状、柱状及片状结构均属此类型。

在单粒结构和整块结构这两种极端类型之间的土壤结构类型称为团聚结构（Aggregate），其土壤颗粒相互连接成半稳定的直径较小的土团，它内部的松紧程度比块状结构疏松，结构孔隙多样，它是植物生长最理想的结构状态，是土壤质量的重要指标之一。

土壤结构系数按结构体形状分类

按照结构体形状，一般把土壤结构分为五种基本类型。

块状结构体（Block cloddy）：其特点是长、宽、高大体近似，形状近似于立方体形；棱角不明显，基本上是浑圆形；内部较为紧实。主要形成于质地较粘、有机质缺乏、耕作不良的耕层或在土壤的B层的上半部，俗称坷垃。坷垃形成后在块与块之间易形成大孔洞，易跑风漏墒，使作物根系产生“吊死”现象，影响幼苗出土，即如农谚“麦子不怕草，就怕坷垃咬”所述。它是农业生产中一种不良性状的结构。块状结构直径大于10cm时会对作物产生严重的危害，大于4cm时危害程度较为明显，在2 至4cm之间的危害程度不是很大。表层块状结构层可抑制土壤反盐。可见块状结构体大小与松紧性是评价其质量的主要指标。在我国黄土地区农田土壤耕层，块状结构体经常产生，进一步研究它的大小，紧实性等可以更加科学地评价其对作物生长的影响程度。

核状结构（Concretionary）：其特点是长、宽、高大体近似，类似于块状结构；棱角非常明显；内部非常紧实；一般情况下比块状结构小。主要形成于质地比较粘重、有机质极其缺乏的土壤中，一般在耕层以下的底土中。这种结构的紧实是由于胶结质CaCO₃、Fe(OH)₃，Al(OH)₃的胶结作用形成的。是农业生产中一种不良的结构。对黄土地区揭示CaCO₃ 等无机胶体作用对于探求土壤结构形成机理非常重要。

土壤结构的形成（Soil Structure Genesis）指的是土壤中颗粒与颗粒集合排列途径，或者指结构单元或团聚体的形成原因和方式。当前普遍认为团粒结构形成的多级团聚学说的观点认为土壤团聚体形成的是大致通过两种途径实现（姚贤良，程云生等，1986）：一是单粒通过凝聚和复合等作用形成复粒，复粒进一步胶结形成团聚体；二是大土块或土体经过各种外力的作用——干湿交替、冻融交替、根系压力、耕耘及土壤动物活动而崩解成不同大小的团聚体，即土块崩解（Soil block breaking）。土壤团聚作用就是不同大小的团聚体被不同的有机－无机物质粘结（胶结）的过程。Tisdall和Oades（1982）认为无机粘结剂主要包括粘粒、多价阳离子（Ca² ，Fe³ ，Al³ ）、铁和铝氧化物和氢氧化物、CaCO₃、MgCO₃，CaSO₄等。有机粘结剂主要可分为瞬时的、暂时的和持久的粘结剂三类。瞬时的粘结剂会被微生物快速分解；暂时的粘结剂是根系，植物菌丝和一些真菌类；持续的粘结剂包括和多价金属阳离子结合的抗芬芳腐殖质及强吸附聚合物。

由于土壤团粒结构的形成是一个漫长的过程，形成1厘米厚的土壤团粒结构约需要400年时间，所以对因受耕作和施肥等多种因素的影响而极易遭到破坏的土壤团粒结构，必须进行合理的土壤结构管理，以保护和恢复良好的结构状况，在其主要途径有以下几点：

1.增施有机肥：有机物料除能提供作物多种养分元素外，其分解产物多糖等及重新合成的腐殖物质是土壤颗粒的良好团聚剂，能明显改善土壤结构。有机物料改善土壤结构的作用取决于物料的施用量、施用方式以及土壤含水量。

2.实施合理轮作：作物根系活动和合理的耕作管理制度对土壤结构性可以起很好的影响。

3.合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏：在适耕含水量时进行耕作，可避免烂耕烂耙对土壤结构的破坏。

4.土壤结构改良剂的应用：土壤结构改良剂是改善和稳定土壤结构的制剂。按其原料的来源，可分为人工合成高分子聚合物、自然有机制剂和无机制剂三类 。2100433B

土壤结构分类是指根据土壤结构体形态、大小和特性而区分的类型。土壤剖面中各发生层的结构形态与成土过程密切相关。在野外土壤调查中观察土壤剖面，常用形态分类；而在农学上，常根据土壤团聚体的大小进行分类。美国农业部提出的形态分类按结构体形态和排列分成块状、柱状和板状（片状）三大类。

中文名称

土壤结构分类

英文名称

soil structure classification

定　　义

按土壤结构单位形态和性质而区分的类别。

应用学科

土壤学（一级学科），土壤物理（二级学科）

在农业生产实践中常采取的土壤结构改良的措施有：

土壤结构改良精耕细作，多施有机肥料

耕作是调节土壤结构的重要措施。耕作结合施肥、中耕等措施，使表层土壤松散，虽然形成的小团粒是非水稳性的，但也会起到调节孔性的作用I増施有机肥料，做到土肥相融，不断增加土壤中的有机胶结物质，对促使水稳性团粒的形成具有重要意义。连年施用有机肥才能不断补充有机质的消耗和供给形成团粒结构的物质。不少丰产田的耕层均具有良好的团粒结构和较高肥力特性，据测定，粒径〉5mm的团粒的数量要比一般的平产田高出10%以上。

土壤结构改良合理的轮作倒茬

合理的轮作倒茬对恢复和培育团粒结构有良好的影响。一般来讲，一年生或多年生的禾本科或豆科作物生长健壮，根系发达，都能促进土壤团粒形成。多年生牧草每年提供土壤的蛋白质、碳水化合物及其他胶结物质比一年生作物多、作用大。一年生作物因耕作频繁，土壤有机质消耗快，不利于团粒的保持。近年来，一些国家推行的少耕法或免耕法的目的之一，就在于减少有机物质的消耗，改良土壤结构。

实行牧草与农作物轮作，对改良土壤结构、培肥地力具有重要作用。我国农民利用豆科牧草与作物轮作的历史悠久，水稻与冬季绿肥(紫云英、苜蓿等）轮作、稻麦水旱轮作等对增加有机质的积累、培育水稻土的团粒结构、提高土壤肥力都是行之有效的途径。

土壤结构改良合理灌溉、晒垡、冻垡

灌水方式对结构影响很大，大水漫灌冲击力大，容易破坏结构并使土壤板结I沟灌、喷灌或地下灌溉效果较好。灌后要适时中耕松土，防止板结，有助于恢复结构。

晒垡、冻垡充分利用干湿交替与冻融交替，既可促使土块散碎，又有利于胶体的凝聚和脱水。在此基础上进行精细整地，更能使土壤结构得到改善。

土壤结构改良施用石灰及石膏

在酸性土壤上施用石灰，碱性土壤上施用石膏，不仅能降低土壤的酸碱度，而且还有改良土壤结构的效果。其机理是石灰或石膏中的Ca² 可以促进上壤胶体的凝聚，从而促进土壤团粒结构的形成。

土壤结构改良土壤结构改良剂的应用

近几十年来，二些国家研究并施用人工合成胶结物质，施用后可以促进土壤结构的形成，这种物质称为土壤结构改良剂它是人工合成的二类高分子化合物，20世纪50年代初期在美国问世，先后研制生产出100多种人工结构改良剂，效果较好的有聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醛酸盐(PVAC)、二甲胺基乙基丙烯酸盐(DAEMA)、聚丙烯酰胺(PAM)它们能溶于水，施人土壤后与土粒相互作用，转变为不溶态并吸附在土粒表面，黏结土粒成为水稳性的团粒结构。据河北省土壤肥料研究所研究资料表明，用纤维素黏胶(人造丝厂的废液提取物)的效果最好，用量为土重的0.01%时，则团粒结构由原来的7.71%增加到41.3%，用量增加到0.03%时，则团粒可增加到76.8%，效果十分显著。但这些人工合成改良剂价格昂贵，操作麻烦，目前仍处于试验阶段，还难于推广应用。近年来我国广泛推广的腐殖酸肥料就是一种很好的结构改良剂，各地可以就地取材，利用当地的褐煤、风化煤、泥炭资源生产腐殖酸铵肥料，它是一种固体凝胶，也能起到结构改良剂的作用。我国应用较广泛的土壤结构改良剂是胡敏酸、树脂胶、藻糖酸等。 2100433B

土壤物理性质之一。指土壤颗粒（包括团聚体）的排列形式。但学术界关于土壤结构的定义并不完全一致。苏联学者H.A.卡钦斯基认为土壤结构是土壤中不同大小、形状、孔隙性、力稳性和水稳性团聚体的综合。美国学者L.D.贝弗则认为土壤结构是土壤中原生颗粒和次生颗粒（包括孔隙）排列成的一定形式。

土壤颗粒的大小及其不同排列形式，使土壤孔隙呈各种几何学特征，从而影响土壤中水、热、气的保持和运行，植物根系的穿插，微生物的活动以及养分的有效性和供应速率，最终直接或间接地影响植物的生长和土壤的生产性能。

土壤物理结构类型

土壤颗粒的排列形式大致可分两类：一类是以单粒（又称原生颗粒）为单位的排列；另一类是以复粒(又称次生颗粒)为单位的排列。根据结构体的形态、大小或性质还可分成若干类型。1927年，苏联学者C.A.扎哈罗夫根据结构体形态提出了土壤结构的分类方案并几经修改。1951年美国农部提出的土壤结构分类表（表3）是使用较为广泛的一个分类系统。在此系统中，按土壤结构体的形态特征将土壤结构分为4个类型;根据结构体的大小每种类型又分为5级;根据结构体自身和结构体之间粘结力的大小每级又分为 4个发育程度。土壤结构还可根据受水浸泡或外力作用后的不同反应而分为水稳性、力稳性或非水稳性和非力稳性结构。前二者统称为稳定性结构；后二者统称为非稳定性结构。稳定性结构的形成主要依赖于对土壤颗粒具有较强的胶结力的物质的存在。

土壤物理结构形成

主要指土壤中团聚体（耕层以下通常称结构体）的形成，通常有3个途径,原生颗粒通过凝聚等作用形成次生颗粒（或称微团聚体、复粒或有机无机复合体）；次生颗粒再经有机质等胶结物质的作用而进一步形成团聚体，或原生颗粒直接由胶结物质粘结成团聚体；致密的土体通过根系活动、干湿交替、结冻融冻等各种外应力的作用而崩解成团聚体。有机物分解的中间产物多糖和多价阳离子在形成稳定性团聚体中也有重要作用。近年又提出粘团学说，认为粘团是粘粒的小集团群，由粘粒本身定向排列而成，形如片状，其直径一般小于 5微米。粘团彼此间可通过铝键和有机聚合物的作用使团面与团面、团边与团边以及团面与团边相结合而形成团聚体的基本单元，再由基本单元聚合而成团聚体。图 6表示团聚体中粘团－有机质－砂粒的结合形式。

土壤物理结构与肥力

土壤结构除影响植物根系的生长，微生物的活动以及土壤中空气、水分和养分的协调外，还影响土壤的一系列机械物理特性。20世纪30年代，苏联土壤学家B.P.威廉斯提出团粒结构学说，认为由胡敏酸钙结合的直径为10～0.25毫米的水稳团聚体(又称团粒)含量达70%以上时，即为有结构的土壤。这种土壤同时具备团聚体之间的非毛管孔隙和团聚体内的毛管孔隙，因而能协调土壤中水分、空气、养分的保持与释放的矛盾；同时可减少地表径流，防止水土流失。但以后的研究者认为，土壤中0.25～10毫米水稳性团聚体的数量和最佳粒径应依不同的生物气候条件而异。在湿润多雨地区，为便于通气排水，水稳性团聚体的含量宜略高，直径也可略偏大；而在干旱少雨地区,图7则水稳性团聚体含量略低、粒径略小的有利保墒。近期的研究还认为，在评价土壤结构时，除团聚体的形状、大小和数量外，还要考虑与土壤结构密切有关的其他一些性质，如土壤孔隙的大小分配、土壤的通气性和透水性以及不同水分吸力时的土壤持水量和生物活性等。 　结构的改良 　由于土壤表层经常受到不合理的耕作和灌溉的影响，土壤结构易被破坏，从而导致土壤物理性质恶化。为了保护和改善土壤结构状况，保持和提高土壤肥力，可以采取的措施包括：合理耕作，改多耕为少耕或免耕；合理灌溉，改漫灌为喷灌、滴灌或底土渗灌；合理轮作、施肥，在轮作制中安排一定比例的绿肥或牧草，以及增施有机肥料等。施用结构改良剂则可达到快速改善土壤结构状况的目的。已知的土壤结构改良剂有聚乙烯醇，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盐以及聚丙烯酰胺等。其中聚丙烯酰胺已开始在西欧较大面积上使用。此外，沥青乳剂和各种类型的胡敏酸盐制剂也有明显效果。