园林植物与土壤基本性质

一、园林植物与土壤基本性质

土壤作为植物生长的基本环境,其各种性质的好坏直接关系到能否为园林植物提供一个良好的生长环境。而土壤固、液、气三相物质的配比及其运动变化却直接或间接地影响着土壤的物理性质、化学性质及生物性质,影响着土壤水、肥、气、热的供应状况,决定着土壤肥力的高低。土壤各种性质的关系如图3.2所示:

  1. 土壤孔隙性与结构性

1)土壤孔隙性

土壤孔隙是指土壤固相颗粒之间能容纳水分和空气的空隙。土壤孔隙性包括土壤孔隙数量、孔隙类型及其比例3个方面。由于土壤孔隙复杂多样,无法直接测定,一般根据土粒密度和土壤容重计算求得。

(1)密度和土壤容重

①土粒密度   土粒密度是指单位体积内固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量,单位用g/cm3或t/m3表示。土粒密度的大小主要决定于组成土壤的各种矿物的密度和土壤有机质的含量。由于多数土壤矿物的密度在2.60~2.70 g/cm3之间,所以一般取平均值2.65 g/cm3作为土粒密度的常用值。

②土壤容重    土壤容重是指单位体积内的原状土壤(包括粒间孔隙)的干土质量,单位为g/cm3或t/m3。旱地耕层土壤容重多在1.1~1.7 g/cm3之间,常用平均值为1.34 g/cm3。一般耕层土壤容重小且变化大,心土、底土层容重大且比较稳定。降雨、灌水使土壤沉实,土粒密集,容重增大;耕翻、中耕使土壤容重降低。土壤容重大小是土壤肥力高低的重要标志之一。

(2)土壤孔隙状况

①土壤孔度    土壤是个多孔体,土壤孔隙的多少用土壤孔度来表示。土壤中所有孔隙容积占土壤总容积的百分数,称为土壤孔隙度,简称孔度。其计算公式为: 土壤孔度与土壤容重密切相关,容重愈小,孔度愈大;反之,容重愈大,孔度愈小。一般孔度的变幅多在30%~60%之间,适宜植物生长的孔度为50%~60%。

②土壤孔隙类型   根据性质及功能不同,土壤孔隙常分为3类:第1类是非活性孔隙(又称无效孔隙),是土壤中最微细的孔隙,其孔径在0.002 mm以下,保持在这类孔隙中的水分被土粒强烈吸附,植物难以吸收利用,这种孔隙没有毛管作用,也不能通气,植物的细根和根毛不能伸入,微生物也难以侵入,这使得其中的腐殖质分解非常缓慢,可长期保存;第2类是毛管孔隙,是孔径为0.002~0.02 mm的孔隙,具有显著毛管作用,是土壤中保存有效水分的主要孔隙,毛管孔隙数量具有决定土壤的蓄水保水能力;第3类是通气孔隙,孔径大于0.02 mm,毛管作用明显减弱,保持水分能力逐渐消失。它是水分与空气的通道,经常为空气所占据,故又称为空气孔隙或大孔隙。大孔隙的数量直接影响着土壤透气和渗水能力。耕作层土壤大孔隙保持在10%以上时适于植物生长,大小孔隙之比为1∶2~4时较合适。

(3)影响土壤孔隙状况的因素  影响因素有土壤质地、土壤结构、有机质含量等。

(4)土壤孔隙状况与土壤肥力、园林植物生长的关系

①土壤孔隙状况与土壤肥力   土壤疏松时通气性、透水性好,但水分不易保存;而紧实的土壤蓄水少,渗水慢,雨季易产生地面积水与地表径流,土壤通气不良。在实践中,多采用耕、耙、耱及镇压等措施来调节土壤的孔隙状况,改善土壤的通透性及蓄水能力,与土壤肥力的关系非常密切。

②土壤孔隙状况与园林植物生长  一般适于植物生长的上部土壤孔度为55%左右,通气孔度达15%~20%;下部土壤孔度为50%,通气孔度10%左右。只有大小孔隙比例协调,植物才能得到适宜的水分和空气,同时也有利于养分供给和植物生长发育。

2)土壤结构性

土壤中的矿物颗粒很少以单粒存在,多数是在各种因素的综合作用下,相互团聚、胶结成大小、形状和性质不同的土块、土片等团聚体,称为土壤结构或结构体。土壤结构性是指土壤结构的类型、数量及其在土壤中的排列方式等。各种土壤及其不同层次,往往具有不同的结构体和结构性,它们直接影响着土壤中水、肥、气、热的状况,在很大程度上反映了土壤肥力水平。

(1)土壤结构体的类型   根据结构体的几何形状、大小及肥力特征,土壤结构可划分为以下几种类型(见图3.3):

①块状结构   块状结构是一种不良的结构,土壤紧实,孔隙小不透气,微生物活动微弱,植物根系也不易穿插进去。在土块与土块之间,孔隙过大,蓄水、保墒和保温能力差,土壤水分多以气态向空中散失,冬季冷风也易侵入土中,植物易受干旱和冻害。块状结构较多的土壤,播种质量差,由于地面高低不平,播种深浅不一,有露籽,有的苗木种子压在土块下面难以出苗。

②核状结构   保水保肥能力差,是一种不良结构。黏重坚实,耕作困难,通透性差,苗木不易扎根。在土质黏重而又缺乏有机质的土层中多见。

③柱状结构   在质地偏黏、有机质缺乏的心土层出现,是在干湿交替的作用下形成的。结构土体紧实,结构体内孔隙少,但结构体之间有明显裂隙,会漏水漏肥。

④片状结构   结构致密紧实,不利于通气透水,不利于蓄水保墒,还会阻碍种子发芽和幼苗出土。因此要进行雨后中耕松土,以破除板结。

⑤团粒结构  团粒结构是指近似球形,疏松多孔的小团聚体,它是植物生长中最为理想的团粒结构。

(2)团粒结构  团粒结构是多级团聚体结构,具有良好的肥力特征,是植物生长的理想结构。

①团粒结构的特点及其与土壤肥力的关系

有团粒结构的土壤具有适当比例的毛管孔隙和非毛管孔隙,使土壤的固、液、气三相物质的比例适宜;团粒结构能协调水分和空气的矛盾。水分和空气同时并存,水分保存在团粒内部的毛管孔隙中,团粒之间的大孔隙是通气透水的通道,水分和空气在土壤孔隙中可各得其所,从而协调了水、气矛盾。团粒之间的大孔隙为空气所占据,好气性微生物活动旺盛,促进有机质等迟效养分转化。团粒内部水分多,空气少,利于腐殖质的积累和养分的保存,从而协调了保肥与供肥的矛盾。另外,由于团粒之间接触面较小,大大减弱了土壤的黏结性与黏着性,耕作阻力小,宜耕期长,耕作质量好。土壤疏松多孔,利于苗木种子发芽出土和根系生长,肥料有效性也高。

②创造团粒结构的措施   创造团粒结构的主要方法有3种:一是精耕细作,增施有机肥料;二是合理灌溉,喷灌、沟灌或地下灌溉则较好,滴灌则能使水稳性团粒长期免受破坏;三是施用土壤结构改良剂,土壤结构改良剂有天然土壤结构改良剂和人工合成的土壤结构改良剂两大类。

  1. 土壤物理机械性与耕性

土壤耕性是土壤物理机械性的反映,物理机械性也直接影响耕性的好坏,二者关系密切。

1)土壤物理机械性

土壤物理机械性主要有土壤的黏结性、黏着性、可塑性和胀缩性等。

(1)黏结性  黏结性是指土粒与土粒之间通过各种引力而相互黏结在一起的性质。这种性质使土壤具有抵抗破碎的能力,也是产生耕作阻力的主要原因之一。黏结性的强弱主要决定于土壤中黏粒的含量和土壤中水分的含量。黏粒含量越多,黏结性越强,反之则弱。在湿润时,土粒间引力以粒间水膜为媒介,实际上是土粒—水—土粒之间的黏结力,所以水分过多或过少都会使土壤失去黏结性。

(2)黏着性  黏着性是指土壤在一定含水量下,土粒黏附在外物表面的性质。这种黏着力实际上是土粒—水—土粒之间的吸引力。由于这种性质,在耕作时,土壤黏着农具,增加了土粒与金属的摩擦力,增加了耕作阻力,使耕作困难。其强弱也决定于土壤中黏粒的含量和土壤中水分的含量。干土没有黏着性,水分过多,土壤也失去黏着能力。

(3)可塑性  土壤在一定的含水量范围内,可由外力塑成任何形状,当外力消失或土壤干燥后,仍能保持其形状,这种性质称为可塑性。土壤含有一定量的水分时,黏粒表面被包上一层水膜,若加上外力揉搓,使片状黏粒重新改为平行排列而黏结固定,失水干燥后,由于土粒间的黏结力,仍能保持原状,这是产生可塑性的原因。土壤在可塑状态下进行耕作,不但耕作阻力大,而且耕后形成表面光滑的大土垡,干后耕垡板结形成硬块,不易耙耢破碎,耕作质量差。

(4)胀缩性  胀缩性是指土壤湿时膨胀、干时收缩的性质。土壤质地越黏重,胀缩性越强。胀缩性主要影响土壤的通透性、耕作质量及对根系的机械损伤。当土壤吸水膨胀时,土壤紧实难以透水透气;干燥时土体收缩导致龟裂,会拉断植物根系,透风散墒,植物易受冻害。

2)土壤耕性

土壤耕性是土壤在耕作时反映出来的特性。它是土壤的物理性与物理机械性等的综合表现。土壤耕性可以反映土壤的熟化程度,直接关系到能否为植物生长发育创造一个合适的土壤环境。

(1)判断标准   土壤耕性的好坏可以从3个方面来衡量。

①耕作难易   耕作难易是指耕作时土壤对农机具产生阻力的大小,它决定人力、畜力和动力的消耗,影响耕作效率。

②耕作质量   它是指耕作后土壤的状况及其对植物生育的影响。

③宜耕期长短   也就是适宜耕作的时间长短。在此期间耕作可以将土壤很好地碎成团块,形成较好的结构状态,并且耕作阻力小,同时也为土壤的宜耕状态。

生产实践中判断宜耕期的方法有:眼看,雨后或灌水后黏质土壤地表呈黑白斑块相间,外干内湿,畦埂及稍高处地表有干土时,即进入宜耕期;手摸,将2~3指深处的土壤取一把握成团,平胸落地即散碎,手上留有湿印(而无渍水),就是宜耕期;试耕,试耕时,起犁以后土垡能自然散开(即现犁花),不起大坷垃,即为宜耕期。

(2)改良耕性的措施

①改良质地和土壤结构。

②掌握宜耕期。

③增施有机肥料,增加土壤团粒结构。

3.土壤的保肥性与供肥性

土壤保肥性和供肥性是农业土壤的重要生产性能。保肥性是指土壤将一定种类和数量的可溶性或有效性养分保留在耕作层的能力。供肥性是指土壤耕作层供应作物生长发育所需的速效养分和数量的能力。一般来说,供肥能力强的土壤,其保肥能力也强;但保肥能力强的土壤,其供肥能力却不一定强。

1)土壤的保肥性

土壤的保肥性体现土壤的吸收性能,其本质是通过一定的机理将速效养分保留在耕作层内。土壤的吸收保肥作用有5种形式。

(1)机械吸收保肥作用   指具有多孔体的土壤对进入土体的固体颗粒的机械截留作用。

(2)物理吸收保肥作用   指土壤对分子态养分(如氨、氨基酸、尿素等)吸收保持的性能。

(3)化学吸收保肥作用   指一些水溶性养分在土壤溶液中与其他物质反应生成难溶性化合物的过程。

(4)生物吸收保肥作用   指土壤中的微生物和植物根系对养分的吸收、保存和积累在生物体内的作用。

(5)离子交换吸收保肥作用   指带有电荷的土壤胶粒能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子,这些被吸附的离子又能与土壤溶液中带同性电荷的离子相互交换。

2)土壤的供肥性能

土壤在植物整个发育期间,持续不断地供应植物生长发育所必需的各种速效养分的能力和特性,称为土壤的供肥性能。主要表现在4个方面:

(1)植物长相   生产实践中根据植物的反应,将土壤的供肥性划分为:“发小苗不发老苗,有前劲无后劲”、“发老苗不发小苗,前劲小后劲足”、“既发小苗又发老苗,肥劲稳长”3种类型。这里的“发”与“不发”是植物对土壤肥力条件的综合反映,“有劲”、“无劲”则主要表现土壤供肥强度的特性。

(2)土壤形态  耕作层深厚、土色较暗、沙黏适中、土壤结构良好、松紧适度的土壤供肥性能好。

(3)施肥效应  不同类型的土壤具有不同的供肥特性,对肥料养分的要求和反应各异。如沙性土,施肥后供肥猛而不持久,而黏质土不择肥、不漏肥、“饿得饱得”,肥劲稳长。

(4)室内化验结果  有机质含量高,阳离子交换量大,有效养分丰富。

  1. 土壤酸碱性与缓冲性

土壤酸碱性是土壤重要的化学性质之一,不但直接作用于土壤的养分转化和供应,还直接作用于植物的生长发育及土壤有机物质的转化分解。土壤缓冲性主要通过作用于土壤酸碱性而影响到土壤肥力。

1)土壤酸碱性

(1)土壤酸碱性概念   土壤酸碱性就是土壤溶液中的H+和OH浓度比例不同所表现的酸碱性质,通常用土壤溶液的pH值表示,土壤的pH值是土壤溶液中H+ 浓度的负对数值,即pH=-lg〔H+〕。pH=7为中性,pH值小于7为酸性,pH值大于7为碱性。我国土壤酸碱度分为以下7级(见表3.3)。

(2)土壤酸碱性对土壤肥力、植物生长发育的影响

①影响植物的生长发育   不同的植物生长发育所要求的酸碱范围不同。

②影响养分的有效性   土壤中氮、磷、钾等大量元素和微量元素的有效性均受土壤酸碱性的影响。大多数养分在pH值为6.5~7.5时有效性较高。

③影响土壤理化性质   在碱性土壤中,交换性钠离子增多,使土粒分散,结构破坏。在酸性土中,吸附性造成养分淋失、黏粒矿物分解,结构也遭到破坏。在中性土壤中钙、镁离子多,利于团粒结构的形成。

④影响土壤微生物的生长发育   微生物对于土壤反应也有一定的适应范围,土壤过酸或过碱都不利于有益微生物的活动。pH值在6.5~7.5时,利于细菌的生育;pH值在7.5~7.8时,利于放线菌的生育;pH值在3.0~6.0时,利于真菌的生育。

⑤酸碱性与土壤类型   土壤的酸碱性与土壤类型有关,红壤土是酸性,黑钙土是微碱性。盐土的pH值是8.5,石灰性土壤的pH值为7.8~8.5,碱土的pH值在8.5以上。

⑥影响植物对养分的吸收   土壤溶液的碱性物质会促使细胞原生质溶解,破坏植物组织。酸性较强也会引起原生质变性和酶的钝化,影响植物对养分的吸收。酸性过大时,还会抑制植物体内单糖转化为蔗糖、淀粉及其他较为复杂的有机化合物的过程。

(3)土壤酸碱性的调节   土壤酸碱性的调节有两方面的措施。

①施肥措施   酸性土施用生理碱性肥料,如石灰氮、钙镁磷肥、碳酸铵等;碱性土施用生理酸性肥料,如硫酸铵、过磷酸钙、明矾等。

②化学措施   酸性土壤施用石灰物质,利用Ca2+代换土壤胶体上的H+,Al3+。碱性土壤施用硫酸钙,利用Ca2+代换土壤胶体上的Na+

2)土壤缓冲性

土壤具有抵抗外来物质引起酸碱度反应剧烈变化的性能,叫做土壤缓冲性。在土壤中加入一定量的酸性或碱性物质之后,土壤的pH值变化小,则说明该土壤缓冲能力强;反之则说明该土壤缓冲能力弱。土壤由于具有这种性能,可以使土壤酸碱度经常保持在一定范围内,避免因施肥、植物根的呼吸、微生物的活动、有机质的分解等引起溶液反应的激烈变化。正是由于土壤具有缓冲性,才为园林植物的生长和微生物活动创造了稳定的土壤环境条件。

  1. 土壤的氧化还原反应

氧化还原反应是指有电子得失的化学反应。土壤中存在着一系列参与氧化还原反应的物质及氧化还原反应,既受土壤的物理、化学性质影响,也反过来影响土壤的性质。氧化还原反应一方面影响到部分养分的转化,另一方面也影响到养分的形态和养分的有效性。

1)土壤中的氧化还原物质

土壤中存在着多种多样的有机和无机的氧化还原物质。主要是氧、铁、锰、硫等以及各种有机物质,其中氧和有机还原物质较为活泼,铁、锰、硫等的转化要受这两类物质的影响。

(1)氧化剂   氧气是土壤中的主要氧化剂。铁、锰、硫等物质形成不同价态的阳离子而呈现出氧化性,构成氧化还原体系的氧化剂。

(2)有机还原物质   土壤有机质在分解时具有还原作用,是高价金属离子还原为低价的重要动力。不同分解程度的有机化合物,尤其是有机酸类,还有微生物的细胞体及其代谢产物,是土壤中的还原剂。因此土壤中施入的各类有机肥,是氧化还原物质的主要来源。

(3)土壤中氧化还原体系   土壤中存在的氧化还原物质构成了土壤中的氧化还原体系。氧化反应体系是氧化还原反应中得电子物质和失电子物质共同组成的反应体系。反应式中e代表得失的电子。在一个氧化还原体系中,一种物质失去电子,称为该物质被氧化,另一种物质必然得到电子,得到电子的物质被还原,这两个过程必须同时进行。

2)土壤氧化还原过程与土壤肥力的关系

衡量一种物质是易于得到电子被还原,还是易于失去电子被氧化,可用氧化还原电位(Eh)来表示,单位是毫伏(mV)。氧化还原电位的定义如下:

式中Eo——标准氧化还原电位,通过查表可以得到; n——氧化还原反应转移的电子数; [氧化态]和[还原态]——分别表示它们各自的摩尔浓度。

从方程式中可以看出,氧化态物质的含量越高,则Eh越高,体系处于强氧化状态;如Eh越低,则体系的还原性越强。在土壤中,通气条件越好,Eh值越大,土壤的氧化性越强;如土壤水分含量较高,则氧气含量较低,Eh也低,土壤处于还原状态。

旱地土壤的氧化还原电位变动在200~700 mV之间时,在此范围内表明养分供应正常,植物根系生长发育较好。大于700 mV时,则处于完全氧化条件下,有机质迅速分解,营养物质趋于贫乏,Fe,Mn离子氧化析出,植物常患缺绿症;如果低于350 mV,反硝化作用开始发生;低于200 mV时,土壤就进行剧烈的还原过程,破坏氮素营养,硝酸盐开始淋失,土壤中积累许多还原物质,如硫化氢、低价铁锰、有机酸、甲烷等,由于氧气缺乏,植物根系呼吸受阻,根毛减少甚至发黑腐烂。

土壤溶液氧化还原电位的高低,主要受溶液中的氧压所影响,在同一介质中,溶解氧的浓度大小和Eh值成正相关。因此当土壤氧化还原电位增高,则标志着土壤溶液中溶解氧的浓度增加,从而改善了植物根部的呼吸条件和对养料的吸收能力。

3)土壤氧化还原过程的调节

土壤中的氧化还原条件是经常变化的,它受土壤水分、松紧度、温度、施肥、微生物活动、植物生长等多种因素的影响。灌溉、施入新鲜有机肥等,都可以降低氧化还原电位;土壤变干,疏松通气,可以提高氧化还原电位。因此,在缺乏有效态铁、锰、铜的土壤中,可以施用有机肥料,加强还原作用,促进其溶解;当还原物质多而危害植物生长发育时,可以采取各种改善通气的措施,如降低水位或深耕晒垡等。