前面我們學(xué)完了土壤的組成及其特征，從總體上了解了土壤。下面我們來具體看看與土壤有關(guān)的重要問題，首先，我們來看看土壤的物理性質(zhì)。

土壤物理性質(zhì)是最基本的性質(zhì)，在很大程度上決定著土壤的其它性質(zhì)，例如土壤養(yǎng)分的保持、土壤生物的數(shù)量等。它包括土壤的顏色、密度和容重、質(zhì)地和孔隙、結(jié)構(gòu)、水分、熱容量等等。下面我們來分別進(jìn)行介紹。

拿到土壤樣品，我們首先看到的是其顏色，這可作為判斷和研究土壤成土條件、成土過程、肥力特征和演變的依據(jù)。一般，根據(jù)顏色，可以進(jìn)行一些判定：這是黑色土壤。黑色程度與腐殖質(zhì)含量呈正相關(guān)；白色土壤，白色與土壤中的石英、高嶺石、碳酸鹽、長石、石膏和可溶性鹽有關(guān)；紅色土壤，紅色是土壤中含較高赤鐵礦或水化赤鐵礦；黃色土壤，黃色是水化氧化鐵造成的。

土壤密度和容重。密度大家都明白，就是單位體積的質(zhì)量。但正如我們前面所說，土壤由固、液、氣三相組成，含有空氣、水、礦物質(zhì)和有機質(zhì)。而且，正如我們這張圖所看到，不同的土壤，疏密程度有很大差別。所以，在定義土壤密度的時候，會明確說明是單位體積土壤烘干后的重量，這排除了液相物質(zhì)，同時還不含土壤孔隙，就排除氣相物質(zhì)，也就是只剩下單位容積固體土粒的質(zhì)量。但在實際使用中，為了方便，我們以田間自然壘結(jié)狀態(tài)下單位容積土體的質(zhì)量稱為土壤容重，這是包括土壤孔隙和水分的，是一個假的密度或者比重。而土壤的真正密度，應(yīng)稱為土壤固相密度或土粒平均密度。土粒，就是土壤的最小單位。

那么如何測定土壤的密度呢？當(dāng)然，必須要知道土壤固體和土粒的總質(zhì)量和總體積，然后二者相除就可以了。質(zhì)量好說，將土壤在105攝氏度烘干稱重就是了，之所以用105攝氏度，那是為了保證水分都完全蒸發(fā)。問題是，如何測土粒的體積呢？最方便的方法就是比重瓶排水法，也就是將已知質(zhì)量的土樣放入水中或其他液體中，排盡空氣，求出由土壤置換出的液體的體積。然后，以烘干土的質(zhì)量除以所求得的土壤固體體積，即得土粒密度。

我們來比較一下一些相關(guān)物質(zhì)的參數(shù)。巖石的密度為2.5～3.3克/立方厘米；土壤為2.6～2.8克/立方厘米；土壤容重呢，是1.01.5克/立方厘米。土壤容重，可以反映土壤的肥瘦和耕作質(zhì)量。土壤容重高，說明土壤緊實，孔隙數(shù)量少，土壤的水分、空氣、熱量狀況較差。所以，土壤容重小的土壤相對比較好。

土粒的大小通常以其平均直徑的大小來表示，簡稱粒徑，又稱粒度。根據(jù)粒徑，可分為砂粒（sand）、粉砂（silt）和黏粒（clay）。

在漢語當(dāng)中，有兩個字，沙和砂，他們有什么區(qū)別呢？不知道你想過這個問題沒有。如果沒有，現(xiàn)在想想，然后弄清楚也不遲。

土壤質(zhì)地，是土壤顆粒的組合特征，一般分為砂土、壤土和黏土。砂土主要是大粒徑的土粒組成，抗旱能力弱，易漏水漏肥，缺乏有機質(zhì)，保肥性能弱。如果施用速效肥，易隨雨水和灌溉水流失，因此砂土上要增施有機肥，并適時追肥。粘土則相反，主要是小粒徑的土粒組成，有機質(zhì)含量高，養(yǎng)分不易被雨水和灌溉水淋失，保肥性能好，但排水性能和通氣性差，有雨水或灌溉時，水分在土體中難以下滲，影響作物根系的生長，也會阻礙根系對土壤養(yǎng)分的吸收。對此類土壤，在生產(chǎn)上要注意開溝排水，降低地下水位；壤土的質(zhì)地，則介于黏土和砂土之間，兼有黏土和砂土的優(yōu)點，通氣透水、保水保溫性能都較好，是較理想的農(nóng)業(yè)土壤。

由于壤土是砂土和黏土的組合，根據(jù)其組合比例的不同，又可分為砂壤土、輕壤土、中壤土和重壤土四類。在野外，有一個簡單的方法進(jìn)行測定，土壤加水充分濕潤后，看能否搓成小球、小細(xì)條和小環(huán)。砂土，是無論加多少水，也不能搓成球的；壤土，可搓成小球，小細(xì)條，甚至小環(huán)，但彎曲的長度和易斷裂程度不一樣。粘土，可搓成小球、細(xì)長條，彎成小環(huán)，壓扁后還沒有破裂和縫隙。

由于地球上的土壤有很大的區(qū)域差別，因此許多國家都有自己的土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，但一般都做成一個土壤質(zhì)地分類三角圖。我們以美國農(nóng)業(yè)部的土壤質(zhì)地三角圖為例來進(jìn)行說明。總體上，根據(jù)粉粒、砂粒和粘粒等三種粒級含量的比例進(jìn)行劃定，可從三角圖上查質(zhì)地名稱。比如，現(xiàn)在有一個土壤樣品，經(jīng)測定，粉粒占40%，砂粒占35%，粘粒占25%，那么它是什么呢？我們可以按三個粒級含量，分別做各頂點對應(yīng)的三角形的三條底邊的平行線，三線相交點，即為所查的質(zhì)地，壤土。

土壤結(jié)構(gòu)，是土粒的排列、組合形式。土壤結(jié)構(gòu)體，是土粒互相排列和團(tuán)聚成為一定形狀和大小的土塊或土團(tuán)。可用于分析土壤顆粒的膠結(jié)情況，分團(tuán)粒、塊狀、核狀、柱狀、棱狀和片狀結(jié)構(gòu)等。其中，塊狀結(jié)構(gòu)體，長、寬、高大體相似，無明顯的棱角，有機物質(zhì)缺乏；對應(yīng)地，核狀結(jié)構(gòu)體，也是長、寬、高大體相似，有機物質(zhì)缺乏，但有明顯的棱角。片狀結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體呈扁平狀，是由于流水沉積或某些機械壓力所造成的，土壤有機物質(zhì)貧乏。柱狀結(jié)構(gòu)體，棱角不很明顯，主要發(fā)生在堿化層中；棱狀結(jié)構(gòu)，屬于干旱、半干旱地區(qū)的一種土壤結(jié)構(gòu)類型；棱柱狀結(jié)構(gòu)，則是在干濕交替頻繁的情況下所形成的。這些結(jié)構(gòu)體總孔隙度小，而且是非活性孔隙，結(jié)構(gòu)體間通氣孔隙大，成為漏水漏肥通道。在這樣的土壤中，植物根系很難穿扎，干裂時常扯斷根系，屬于不良結(jié)構(gòu)體。

而土壤的團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)體，是經(jīng)過多次復(fù)合團(tuán)聚而形成的。一般，先是單個土粒，相互凝聚成復(fù)粒或粘團(tuán)，再經(jīng)過逐級粘結(jié)作用，依次形成微團(tuán)聚體，微團(tuán)粒，然后再經(jīng)過多次團(tuán)聚形成較大的團(tuán)粒。具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體的土壤，是良好的結(jié)構(gòu)體，總孔隙度大，內(nèi)部有多級大量的大小孔隙，小孔隙能保持水分，大孔隙則保持通氣，保證植物根的良好生長，適于作物栽培。

如果土壤質(zhì)地或者結(jié)構(gòu)不好，怎么辦？有時候，我們可以通過添加土壤改良劑來對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，主要用于改良土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，使其更適宜于植物生長，這與提供植物養(yǎng)分的肥料是不一樣的。這些改良劑有人工的，也有天然的。如施用人工合成的高分子化合物的聚丙烯酰胺，除改良土壤結(jié)構(gòu)外，還可蓄水保墑。天然的，有從有機物中提取的腐殖酸鹽、樹脂膠、多糖醛類。另外，施石灰調(diào)整酸性土壤pH值；施石膏抑制土壤中的Na+、HCO3-和CO32-等離子；施用有益微生物來提高土壤生物活性。

近些年，生物炭作為一種土壤改良劑，也日益受到了重視。生物炭可以改良酸性土壤，增加土壤有機碳含量，調(diào)控營養(yǎng)元素的循環(huán)，生物炭本身的孔隙度，對土壤保持養(yǎng)分離子的能力有很重要的作用，其孔隙結(jié)構(gòu)及水肥吸附作用，也使其成為土壤微生物的良好棲息環(huán)境。我們知道，土壤不論是植物還是動物，在沒有氧氣的情況下燃燒，都可以形成木炭。而我們這里說的生物炭，它不是一般的木炭，是可以垃圾廢料生產(chǎn)生物炭。如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量動植物廢料，麥稈、種殼和糞便等，以及人類制造的垃圾，如污泥甚至生活垃圾都能派上用場。所以，生物炭被認(rèn)為是具有雙重減碳效果。但也有人反對推廣生物炭，因為他們認(rèn)為目前還沒有持久而嚴(yán)格的證據(jù)表明，生物炭能使土壤更為肥沃，生產(chǎn)生物炭的過程，也會增加化石燃料的燃燒，還會排放氧化亞氮這樣威力強大的溫室氣體。

根據(jù)水分在土壤中的存在方式，通?？煞譃榻Y(jié)合水、吸持水和重力水。結(jié)合水是靠水分子氫鍵的作用緊緊地附著在土粒表面的，成為一層水膜，植物一般無法利用，所以是植物無效水。吸持水，是當(dāng)膜狀的吸濕水充滿土壤毛細(xì)孔隙后，靠毛細(xì)管力而保持的土壤水分。植物能利用這些水，是植物有效水。植物如果出現(xiàn)缺水征兆，甚至萎蔫（粘）時，土壤所含的殘留水量，是土壤有效水與無效水的分界點，這一點稱為萎蔫點。而重力水，是存在于大孔隙中的水因重力作用而下移，進(jìn)入地下水潛水層。重力水停留在土壤中的時間短，植物的利用有限，屬于植物過剩水。重力水排除后留下的可供植物利用的含水量，則稱為田間持水量。我們可以理解的是，田間持水量，等于植物有效水量，加上植物萎蔫點。

很容易理解的是，土壤持水特征與土壤質(zhì)地有關(guān)。一般來說，土壤粒徑越小，土壤顆粒的總量和孔隙總量就愈大，土壤田間持水量也會隨之增加。但由于結(jié)合水增加，植物萎蔫點也隨之增加，所以，在較粘的土壤中，植物的有效水量反而會降低。如此看來，土壤有效水量最高的土壤，只能是介于砂土和粘土之間的壤土了，也就是這個圖上靠近中央的部分。

墑，指土壤適宜植物生長發(fā)育的濕度。墑情，指土壤濕度的情況，即土壤的實際含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分?jǐn)?shù)表示。或者是土壤含水量相當(dāng)于田間持水量的百分比，或者相對于飽和水量的百分比等相對含水量來表示。當(dāng)今，由于傳感器技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有專門的土壤濕地傳感器進(jìn)行實時的原位測量，其工作原理就是測定兩個電極間電阻的變化。一般來說，土壤濕度越大，電阻越小。不知道大家注意沒有，土壤濕度傳感器是橫插入土壤的，而且會平行在不同深度插入好幾個。這是因為，土壤濕度隨深度增加變化很大。

再來看看土壤空氣。土壤，由于局部孔隙的存在，不易交換，所以空氣是不連續(xù)的，孔隙之間的空氣組成往往也不同。土壤空氣來源于大氣，它存在于未被水分占據(jù)的空隙中，但其性質(zhì)與大氣圈中的空氣明顯不同。土壤空氣中的CO2含量高于大氣，土壤空氣中的O2含量低于大氣，這是由于植物根系的呼吸，以及土壤微生物對有機殘體的好氣性分解，消耗了土壤孔隙中的O2，同時產(chǎn)生了大量CO2。土壤與大氣中N2的含量大致相當(dāng)。土壤空氣中的水汽含量一般高于大氣，在土壤含水量適宜時，土壤空氣的相對濕度接近100%。土壤空氣中還含有較多的還原性氣體。

土壤通氣性，在很大程度上取決于土壤的孔隙度、孔隙分布以及充水孔隙的比例?？紫抖雀叩耐寥?，在水分長期過多時通氣性也會很差，而中等以下孔隙度的土壤在水分適宜和孔隙大小適中時，其通氣性也可很好。隨著土壤深度增加，土壤空氣中CO2含量增加，O2含量減少。如果地上覆膜，則土壤會比裸露地的CO2濃度高，O2含量也會減少。

土壤的熱容量，是隨土壤容重和含水量的增加而增大的。對于特定土壤來說，其固相物質(zhì)的容重變化很小，而其含水量變化就比較大了，又加上水的熱容量本身就比較大，所以水分對土壤熱容量的影響很大那就可想而知了。

中國大部分地區(qū)，冬季溫度比較低。為了在這個時期能提高土壤溫度，保持土壤水分，維持土壤結(jié)構(gòu)，往往在農(nóng)田中會覆蓋地膜。這樣，一方面改進(jìn)了近地面的光熱條件，另一方面還可以防止害蟲侵襲作物和某些微生物引起的病害，促進(jìn)植物生長。而且，地膜對于那些剛出土的幼苗來說，具有護(hù)根促長的作用。

2006年，我國的青藏鐵路實現(xiàn)了全線貫通。如何使長達(dá)550公里的凍土層保持穩(wěn)定，成為青藏鐵路建設(shè)成敗的關(guān)鍵。凍土在夏季會因融化而體積縮小，這樣路基會出現(xiàn)破裂或塌陷。為了解決這一難題，青藏鐵路在修建過程中，在鐵路兩側(cè)插了很多叫做“熱棒”的柱子，如圖所示。這也應(yīng)該算是中國工程師的偉大發(fā)明了。說破了原理，就比較簡單。在這些熱棒里裝有液態(tài)氮，當(dāng)夏季的白天路基溫度升高時，液態(tài)氮蒸發(fā)吸熱，變成氣態(tài)氮，氣態(tài)氮上升到熱棒的上端，通過散熱片，將熱量傳遞給空氣。而到了夜間，溫度降低，氣態(tài)氮又冷凝成液態(tài)氮，沉入棒底。這樣，通過熱棒的單向?qū)Ю渥饔茫箖鐾辆S持低溫。大家注意呀，這里是高壓下的氮，所以夜間的低溫足以將氮氣液化。

好，有關(guān)土壤的物理性質(zhì)到此結(jié)束。同學(xué)們，再見！