土壤学土壤质地和结构学习教案

1、土壤学土壤质地和结构土壤学土壤质地和结构(jigu)第一页，共56页。主要(zhyo)内容教学(jio xu)目标与要求1.土壤三相(sn xin)组成2.土壤质地与结构3.土壤孔性和土体构造 1.掌握土壤基质的基本特性，学会土壤三相关系的换算；2.掌握砂粒、粉粒、粘粒的特性；3.了解不同的质地分类制；4.掌握不同质地土壤的生产性质和团粒结构的特点与肥力特性。第1页/共56页第二页，共56页。第一节 土壤(trng)三相组成 土壤固、液、气三相容积比，反映(fnyng)土壤水、气关系。 waterorganic mattermineralatmosphere第2页/共56页第三页，共56页。

2、一、土壤(trng)的密度和容重 （一）土壤密度(soil density) 1. 概念 单位容积固体土粒(不包括(boku)粒间孔隙)的质量。(g/cm3) 2. 影响土壤(trng)密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤(trng)质地。土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。第3页/共56页第四页，共56页。组分组分密度密度(g/cm3)组分组分密度密度(g/cm3)石英石英2.602.68赤铁矿赤铁矿4.905.30正长石正长石2.542.57磁铁矿磁铁矿5.035.18斜长石斜长石2.622.76三水铝石三水铝石2.302.40白云母白云母2.772.88高岭石高岭石2.612.68

3、黑云母黑云母2.703.10蒙脱石蒙脱石2.532.74角闪石角闪石2.853.57伊利石伊利石2.602.90辉石辉石3.153.90腐殖质腐殖质1.401.80纤铁矿纤铁矿3.604.10表41土壤(trng)中常见组分的密度表42某森林土壤表层(biocng)各级土粒密度粒径粒径(mm)全土样全土样0.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.001腐殖质腐殖质(g/kg)29.504.314.853.764.2密度密度(g/cm3)2.622.662.662.622.592.59第4页/共56页第五页，共56页。土壤(trng) 学 3. 土壤比重 (soi

4、l specific gravity) 土壤密度与4时纯水密度之比，一般取2.65。 （二）土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念(ginin): 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3） 2. 土壤容重(soil bulk density)作用 (1)计算土壤孔隙度(soil porosity) 孔隙度（1容重/密度）100%第5页/共56页第六页，共56页。(2)计算工程土方量 土壤重量(zhngling)=土壤体积土壤容重 （3）估算各种土壤成分储量 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3， 有机质含量(hnling)15g/

5、kg=0.015t/t， 全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 1hm2（104m2）0.2m土层计： 土壤=100000.21.3=2600t 有机质储量=26000.015=39.0t 全氮储量=26000.00075=1.95t第6页/共56页第七页，共56页。（4）计算(j sun)土壤储水量及灌水（或排水）定额 设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.3 t/m3。 1hm2的1m土层储水量=10000m21m1.3t/m325% =3250m3/hm2= 325mm 3. 浸水(jn shu)容重(water immersed soil density)反映土壤在浸水

6、(jn shu)条件下的结构状态和紧实度。第7页/共56页第八页，共56页。4. 影响土壤容重的因素 质地、结构、有机质含量、紧实度等 主要(zhyo)通过影响孔隙而影响容重。二、土壤三相(soil three phases)和孔度1. 土壤孔度(soil porosity) 土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百分率。 水和空气共存并充满于土壤孔隙中。第8页/共56页第九页，共56页。2. 土壤三相组成及孔度计算 总孔度(total porosity) (1容重/密度(md) 100% 固相(solid phase)(容重/密度(md) 100% 液相(liquid pha

7、se)(水分重量百分率容重) 100% 气相(gas phase)(总孔度液相) 100% 土壤三相比固相:液相:气相3. 土壤三相组成的适宜范围(comfort zone) 多数旱地作物适宜的土壤固、液、气三相比为： 0.5 0.250.3 0.150.25 第9页/共56页第十页，共56页。第二节土壤质地第10页/共56页第十一页，共56页。粒粒 径径(mm)中国制中国制(1987)卡庆斯基制卡庆斯基制(1957)美国制美国制(1951)国际制国际制(1930)32石砾石砾石砾石砾石砾石砾石砾石砾21极粗砂粒极粗砂粒粗砂粒粗砂粒10.5粗砂粒粗砂粒物物理理性性砂砂粒粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒粗砂

8、粒0.50.25中砂粒中砂粒中砂粒中砂粒0.250.2细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒0.20.1细砂粒细砂粒0.10.05极细砂粒极细砂粒0.050.02粗粉粒粗粉粒粗粉粒粗粉粒粉粒粉粒0.020.01粉粒粉粒0.010.005中粉粒中粉粒物物理理性性粘粘粒粒中粉粒中粉粒0.0050.002细粉粒细粉粒细粉粒细粉粒0.0020.001粗粘粒粗粘粒粘粒粘粒粘粒粘粒0.0010.0005细粘粒细粘粒粘粘粒粒粗粘粒粗粘粒0.00050.0001细粘粒细粘粒0.0001胶质粘粒胶质粘粒第11页/共56页第十二页，共56页。二、各级( j)土粒的组成和性质（一）矿物组成（1） 砂粒(sand)以原

9、生矿物(yunshng-kungw)为主，最多的是石英。（2）粉粒(silt)除原生矿物外,还有一些风化后形成(xngchng)的次生矿物。（3） 粘粒(clay)则以次生矿物为主。第12页/共56页第十三页，共56页。（二）化学组成(z chn) 表44土壤各粒级的化学组成(z chn) 灰灰色色森森林林土土粒级粒级（mm）化学组成（灼干重化学组成（灼干重%）SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MnO2CaOMgOK2ONa2OP2O50.10.0189.903.900.940.510.060.610.352.210.810.040.010.00582.638.132.390.970.060

10、.951.942.771.450.140.005 0.00176.7511.323.951.340.041.001.053.321.300.250.00158.0323.4010.190.730.170.442.403.150.240.46全土全土85.105.962.460.530.120.920.682.380.750.11黑黑钙钙土土0.10.0188.125.751.290.450.040.740.291.991.210.020.010.00582.177.962.731.000.020.941.192.311.840.120.005 0.00167.3717.167.511.380.

11、030.751.773.041.380.230.00157.4722.6611.540.660.080.382.483.170.190.39全土全土71.5213.745.520.700.182.211.732.670.750.21第13页/共56页第十四页，共56页。 (1) 随粒径由大到小，SiO2含量(hnling)由多到少; (2) R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相反,随粒径 由大到小，R2O3含量(hnling)由少到多; (3) CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量(hnling)增加。（三）各级土粒的物理性质 土粒由大到小，保水能力（表4-5

12、中最大吸湿量、最大分子持水量 、毛管水上升高度）增加(zngji)，但通透性（表4-5中渗透系数）降低。 随着土粒由大到小，土壤膨胀性和可塑性增加(zngji)，对耕作带来不利影响。第14页/共56页第十五页，共56页。土粒名土粒名称称粒径粒径(mm)最大吸最大吸湿量湿量(%)最大最大分子分子持水持水量量(%)毛管水毛管水上升高上升高度度(cm)渗透渗透系数系数(cm/s)湿胀湿胀(按最按最初体初体积计积计)塑性塑性石砾石砾3.02.00.200.5不不可可塑塑2.0 1.50.71.53.00.31.5 1.00.84.50.12粗砂粒粗砂粒1.0 0.50.98.70.0720.50.25

13、1.020270.056细砂粒细砂粒0.250.101.1500.03050.100.051.2910.0056粗粉粒粗粉粒0.050.010.53.12000.00416中粉粒中粉粒0.010.0051.03.015.9105可塑可塑(2840)细粉粒、细粉粒、粗粘粒粗粘粒0.0050.00131.0160塑性较强塑性较强(3048)细粘粒细粘粒0.0011520405塑性强塑性强(3487)表45 各级土粒的水分(shufn)性质和物理性质第15页/共56页第十六页，共56页。 三、土壤质地（soil texture） 1. 土壤机械组成(soil mechanical compositi

14、on) 土壤中各级( j)土粒的百分含量，又称土壤颗粒组成。 2. 土壤质地概念按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。 划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利用土壤和改良土壤。 3. 土壤质地分类(soil texture classification)制第16页/共56页第十七页，共56页。土壤(trng) 学第17页/共56页第十八页，共56页。返回(fnhu)第18页/共56页第十九页，共56页。第19页/共56页第二十页，共56页。质地组质地组质地名称质地名称不同土壤类型的不同土壤类型的0.01mm粒级含量粒级含量灰化土

15、灰化土红黄壤、草原土红黄壤、草原土碱化土、碱土碱化土、碱土砂土砂土sand松砂土松砂土050505紧砂土紧砂土5105 10510壤土壤土loam砂壤土砂壤土 sandy loam102010201015轻壤土轻壤土 light loam203020301520中壤土中壤土 medium loam304030452030重壤土重壤土 heavy loam405045603040粘土粘土clay轻粘土轻粘土 light clay506560754050中粘土中粘土 medium clay658075855065重粘土重粘土 heavy clay808565表4-6卡庆斯基土壤质地基本(jbn)分

16、类 按表46，卡庆斯基质地分类(fn li)可归纳为以下几个步骤：第20页/共56页第二十一页，共56页。根据物理性粘粒(physical clay)含量，将土壤分为三大质地类型(lixng)九种质地，通过查表4-6确定。根据砂粒、粗粉粒 、中细粉粒 、粘粒含量 ，进一步划分质地，确定质地详细名称(连接) :第二优势粒级第一优势粒级质地名称 根据石砾(gravel)含量，查下表，冠在质地详细名称前。 大于1毫米的石砾含量% 石质程度 10.0 连接 重石质土 第21页/共56页第二十二页，共56页。第一优势粒级第一优势粒级 第二优势粒级第二优势粒级 详详 细细 命命 名名 中细粉粒中细粉粒粘粘

17、 粒粒粘粘 粉粉 质质粘粘 粒粒中细粉粒中细粉粒粉粉 粘粘 质质砂砂 粒粒中细粉粒中细粉粒粉粉 砂砂 质质中细粉粒中细粉粒砂砂 粒粒砂砂 粉粉 质质砂砂 粒粒粘粘 粒粒粘粘 砂砂 质质粘粘 粒粒粗粗 粉粉 粒粒粗粉粘质粗粉粘质粗粗 粉粉 粒粒粘粘 粒粒粘粗粉质粘粗粉质粗粗 粉粉 粒粒砂粒或中细粉粒砂粒或中细粉粒粗粗 粉粉 质质砂砂 粒粒粗粗 粉粉 粒粒砂砂 质质中细粉粒中细粉粒粗粗 粉粉 粒粒粉粉 质质返回(fnhu)第22页/共56页第二十三页，共56页。第23页/共56页第二十四页，共56页。(rngy)上升，称为热性土，上升，称为热性土，有利于早春作物播种。有利于早春作物播种。（4）肥）

18、肥 养分含量少，保肥力弱，养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰；成作物后期脱肥早衰；（5）耕性）耕性 松散易耕。松散易耕。第24页/共56页第二十五页，共56页。 2. 粘质土类（1）水粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流,保水抗旱力强，易涝不易旱；（2）气小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质；（3）热水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利；（4）肥养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成(zo chn)作物苗期缺素；（5）

19、耕性耕性差，粘着难耕。 第25页/共56页第二十六页，共56页。 3. 壤质土类 土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点 。耕性好，宜种广，对水分(shufn)有回润能力，是较理想的质地类型。（二）土壤(trng)质地剖面 土壤(trng)剖面(soil profile)中不同质地层次的排列组合。 1. 粘盖砂（上粘下砂）不良组合 2. 砂盖粘（上砂下粘）优良组合第26页/共56页第二十七页，共56页。第27页/共56页第二十八页，共56页。夹砂层夹粘层第28页/共56页第二十九页，共56页。第29页/共56页第三十页，共56页。第三节土壤结构第30页/共56页第三十一页，共56

20、页。configuration)土粒在胶结物土粒在胶结物(有机质、碳有机质、碳酸钙、氧化铁酸钙、氧化铁)的作用下，相互的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。质不同的土团。第31页/共56页第三十二页，共56页。土粒土粒土粒Fe2+腐殖质Fe3+Al3+第32页/共56页第三十三页，共56页。（二）土壤结构体种类 1. 块状结构(cloddy structure) 形状：立方体型，纵轴和横轴大体(dt)相等，边面不明显，内部紧实。 产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。 大小划分：大块状结构,直径10cm;小块状结构直径

21、510cm。 2.团块状(crumby structure) 形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面(biomin)不平。 大小划分：大团块结构，直径53cm；团块状结构，直径31cm；小团块状结构，直径3mm者为板状，3mm者为片状。 7. 团粒结构(jigu)(granular structure) 形状：近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒结构(jigu)，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。 大小划分：一般为0.2510mm，Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+ K+Na+ 农业(nngy)生产中，常施用石灰(酸性土)或石膏(碱性土)，利用Ca2+的作用促进土粒凝聚。 增加介质中电

22、解质浓度也可促进胶粒凝聚。 农业(nngy)生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒凝聚。第38页/共56页第三十九页，共56页。 土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H20、SiO2z H20等，常以胶膜形态包被在一起，形成的结构体。 往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协调水肥(shufi)的能力极差。第39页/共56页第四十页，共56页。 蒙脱石类的膨胀(png zhng)收缩性强，而水云母类和高岭石类的膨胀(png zhng)收缩性则较弱。第40页/共56页第四十一页，共56页。第41页/共56页第四十二页，共56页。第42页/共56页第四

23、十三页，共56页。团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作用，协调水气状况能力强，因而是理想的结构体。 1. 小水库 团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层(xicng)毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。三、团粒结构在土壤肥力上的意义(yy)第43页/共56页第四十四页，共56页。 具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释放(shfng)养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。2. 小肥料(filio)库第44页/共56页第四十五页，共56

24、页。四、土壤良好结构体的培育1. 大量施用(shyng)有机肥2. 实行合理耕作3. 实行合理轮作4. 施用(shyng)石膏或石灰5. 施用(shyng)土壤结构改良剂第45页/共56页第四十六页，共56页。47.46%24.51%第46页/共56页第四十七页，共56页。 2. 孔隙比（二）土壤孔度分级 1. 当量(dngling)孔径 与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量(dngling)孔径。 T=3/D D为孔隙直径(zhjng)（毫米）。T为水吸力，可理解为土壤对水的吸力，单为厘米或百帕（hpa）。 第47页/共56页第四十八页，共56页。 又称无效孔隙，孔径0.002mm（0.000

25、2mm）。 水分水吸力T=3/0.002=1500百帕，土壤对水的吸力很强，水分对植物基本无效。 （2） 毛管孔隙 (capillary pore) 孔径0.02（0.06）0.002（0.0002）mm。 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500百帕之间，对植物是有效(yuxio)的，而且植物的根系和微生物都可在其中生长和活动。2. 孔度分级(fn j) （1）非活性孔隙(inactive pore)第48页/共56页第四十九页，共56页。（3） 通气孔隙(aeration pore) 孔径0.02（0.06）mm，透水通气，通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系(gnx)和微生物均可在通气孔隙中活动。 二、团粒结构的多级孔度模型 1.初级(chj)团聚体（复粒）：孔度24.5%47.7% 2.次级团聚体（微团粒）：孔度43%(最紧)