第6章-土壤质地和结构

第六章

土壤质地和结构

soiltextureandstructure第一节质地瞧！颗粒大小多么不匀一.矿质土粒（soilparticle）岩石

Rock

矿物mineral风化作用weathering母质Parentmaterial成土作用soilformation土粒Soilparticle物理风化physical化学风化chemical生物风化biological原生矿物primary次生矿物secondary？？由于风化的强弱不同，成土条件不同，形成的土壤颗粒大小是否相同？答案（一）矿质土粒的来源一.矿质土粒（soilparticle）（二）土粒概念soilparticle土粒soilparticle：土壤中各种粒径的固相颗粒依据存在的状态：单粒：singleparticle复粒：compoundparticle依据粒径大小（单粒）（三）土壤粒级particlesizes1.粒级概念（fraction)：土壤颗粒的大小分级2.粒级划分依据：粒级划分的表观依据（或依赖的指标）：依据单个颗粒的粒径大小进行。

那么土壤颗粒的粒径有何实际含义（？），颗粒的形状（？）“土粒”是构成土壤固相骨架的基本颗粒。

单粒：相对稳定的土壤矿物质的基本颗粒，不包括有机质（团聚体）。复粒（团聚体）：由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。矿质土粒以矿物质占绝对优势，长期稳定存在，构成土壤固相骨架，可以一单粒形式存在，也可以以复粒形式存在。有机质土粒很少单独存在于土壤中，有的被小动物吞噬或微生物分解，或者与矿物质土粒结合成复粒。复粒的别称，粘团，有机无机复合体，初级微团聚体。通常所说的土粒，不做特殊说明的土粒均为矿质单粒。土粒小结单粒复粒矿质土粒有机质土粒一.矿质土粒（soilparticle）

土壤颗粒绝非标准球形，是各种不规格形状的，那么，粒径的含义就并非它们的真实直径或半径-当量直径（有效直径）equivalentdiameteroreffectivediameterofsoilparticle:与标准球形颗粒沉降速度相同的土粒直径——土壤颗粒分析的基础。3.粒级分类制（classificationsystemsofsoilseparates)

土壤颗粒大小是连续分布的，要确定土壤颗粒的分级需要研究土壤颗粒大小和性状间关系，找到由量变到质变的分界点，突变点，就可以作为划分类别的依据。受人为因素的影响，当前土壤粒级分类制有：土壤粒级分类系统(三级分类制)

classificationsystemsofsoilseparates国际制(ISSS)InternationalSoilScienceSociety(1930)美国制(USDA)U.SDepartmentofagriculture(1951)苏联制Качинский(1957)粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm石砾gravel>2石块stone粗砾gravel>3.02~3石块каменствя石砾гравий>31~3粗砂coarsesand细砂finesand2~0.20.2~0.02极粗砂粒verycoarsesand粗砂粒coarsesand中砂粒mediumsand细砂粒finesand极细砂粒veryfinesand1~20.5~10.25~0.50.1~0.250.05~0.1粗砂粒

Песоккрупный中砂粒

Песоксредний细砂粒

Песокмелкий0.5~10.25~0.50.05~0.02粉粒silt0.02~0.002粉粒silt0.002~0.05粗粉砂Пылькрупная中粉砂Пыльсредная细粉砂Пыльмелкая0.01~0.050.005~0.010.001~0.005粘粒clay<0.002粘粒clay<0.002粘粒

илглинистый胶粒илколлоидный胶体

коллоид0.005~0.0010.0001~0.0005<0.0001石砾砂粒粉粒粘粒基本粒级TexturalGroupParticlesize(mm)Clay<0.002Silt0.002-0.02

Sand>0.02土壤粒级分类系统(二级分类制)

苏联制:由卡庆斯基（Качинский）依据土粒的矿物组成和化学组成及其某些理化性状,如阳离子交换量、最大吸湿量、持水量、膨胀和收缩性的变化规律于1957年将11级分类制归并为两个大组。被我国和东欧诸国普遍采用。注意：采用不同的分类制，颗粒分析时样品处理要求通过不同级别的筛孔。以上粒级划分都是以当量直径为依据.注意：物理性砂粒和砂粒的区别；物理性粘粒和粘粒的区别砂泥上限为1mm粒级分类制Theparticlesofdifferentsizesleadtothephysicalandchemicalpropertiesofsoil.Asaresult,severalclassificationsystemshavebeendevelopedaroundtheworld.>0.002mm颗粒在悬液中无布朗运动,而<0.002mm颗粒则显示出明显布朗运动.故粘粒界限定于0.002mm。粒级分类的实质依据是（？）一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状1.粒级不同矿物组成不同一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状2.表面特性不同：表面积及表面能一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状3.物理性状不同一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状4.化学组成不同粒径mm化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O51~0.283.929.341.121.790.381.781.210.080.2~0.0473.8713.474.213.051.051.731.530.120.04~0.0170.1514.045.862.151.051.483.890.210.01~0.00267.2118.917.851.451.632.511.270.29<0.00244.0827.6721.810.581.611.100.960.36颗粒愈小，氧化物多，营养程度高；颗粒愈粗，SiO2多，土壤愈贫瘠。一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状5.生物性状不同

不同粒级颗粒上微生物类型和数量、酶等的差异是当今研究的热点!!!!!!!!!

大颗粒是土壤的骨骼，细小的粘粒是肌肉，要特别重视小颗粒尤其是胶体颗粒（纳米土壤或土壤中纳米材料研究）重视土壤中粘粒（clay）

Mineralpropertieschangeradicallywithdecreasingsizebelowabout1to5m(0.005).Claymineralsarethemostabundantoftheclay-sizedminerals.Clayhasthreemeaninginsoilscience,andtheyareeasytoconfuse,asthespecificmeaningdependsonthecontext.Clayis（1）afractionofthesoil,(2)atextureclassname,and,(3)aclassofminerals.Particlessmallerthan1m(0.001)arecolloidalparticles.Themineralcolloidsarethemostimportantmineralfractionofthesoilbecauseoftheirphysicalandchemicalreactivity.Claydescribesagroupofmineralshavingspecialpropertiesthatmakethemimportanttosoils’chemicalandphysicalproperties,evenwhentheyarepresentonlyinsmallamounts.问：从颗粒组成上讲，土壤之间的不同之处在哪里？在各粒级的含量的百分数组成不同----质地二.土壤质地（soiltexture)一.概念：1.机械组成（mechanicalcomposition)：不同粒级（sand，silt，clay)颗粒的组成比例（百分比）。注意:这里仅仅是一个定量化的概念，实质就是三种粒级颗粒的重量百分比。简单地把土壤颗粒分为砂粒、粉砂粒，粘粒3级，再分别称重，获得百分含量比。没有依赖任何其它性状，故叫机械组成。

自然界各地土壤由于成土条件不同，机械组成肯定都有不同之处。这就是土壤性质的空间变异性，是一种客观存在。各类土壤严格地讲，机械组成不同。因此，有必要按照机械组成相似性进行土壤分类----质地土壤质地(soiltexture)≠

土壤的机械组成，而是根据机械组成相近似划分的土壤类型。即土壤中各粒级土粒含量(质量)百分比的组合，及其所表现的粘砂性质。如壤土、砂土、粘土等。Soilsareacombinationofsand,silt,andclaywhoserelativeproportionsdeterminethesoilstexture.每种质地的土壤机械组成都有一定的变化范围。土壤质地的类别和特点，主要继承成土母质的类型和特点，但还有耕作、施肥、排灌、平整土地的人为影响。质地是土壤的自然属性，反映母质来源及某些成土特征，对肥力有很大影响。土壤质地是土壤分类系统中基层分类单元。二.土壤质地（soiltexture)注意:

①质地既有定量概念(以机械组成为依据划分的)，也有定性的内容(如人的感觉和它的生产性状)Atexturalclassisadefinedrangeofparticlesizedistributionwithsimilarbehaviorandmanagementneeds.②质地主要表达的是土壤中占优势粒级的颗粒（predominantsize，orsizerangeofparticle），但任何质地类型土壤决非由一种粒级的颗粒组成。

③质地属于土壤的静态物理性质（staticsoilphysicalproperty）（因为相对变化较小，但绝不是永远不变的）④质地是以土壤机械组成（sand、silt、clay）为指标体系，以基本理化性状为科学依据进行分类的。相同的质地类型其粒级是在规定的范围内变化的。因而也有人为因素参与，目前有许多分类制。--如何分类？二.土壤质地（soiltexture)二.土壤质地（soiltexture)二.质地分类制1.美国分类制二.土壤质地（soiltexture)2.国际分类制三角分类制的使用技术除此，还可以查表确定质地名称和用其他方法！2.卡庆斯基二级分类制2.卡庆斯基二级分类制

目前普遍采用的是卡庆斯基制。注意：在研究工作中选择分类体系是极其重要的第一步。关系到样品的准备。质地命名时，如何对待石砾含量？依据实砾含量多少以形容词形式冠在确定得知名称前三.土壤质地性状三.土壤质地性状孔性渗透性侵蚀性三.土壤质地性状涨缩性毛管水上升高度决定了对地下水的利用，也决定了盐碱土的形成3.不同质地土壤基本性状generalcharacteristicsofsoiltexture特性characteristics砂土Sand壤土loam粉砂壤土Silt粘土clay感觉feel粗砂gritty粗砂gritty滑腻silky块、粘Cloudyorplastic鉴别Identification疏松loose粘结cohesive指纹状Showsfingerprint光泽Givesshinystreak内排水Internaldrainage强Excessive好good正常Fair较差Fair-poor植物有效水Plantavailablewater低Low中等Medium高High高High牵引力Drawbarpull高Light高light中等medium重Heavy耕性Tillability容易Easy容易Easy中等Medium困难Difficult径流潜势Runoffpotential低Low较低Low-medium高High较高Medium-high导水性Water-transportability低Low中等Medium高High高High风蚀性Winderodibility高High中等Medium低low低Low土壤质地类型性状总结质地类型优点缺点农业利用砂土sand透水性强。耐涝通气良好对作物根系阻力小土壤温差大-暖性土耕性好，不龟裂-轻土性燥-易促易控-燥性土保水性差，不抗旱保肥力差，养分易淋失；养分贫瘠（瘦土）；易漏水漏肥，易淀浆板结（片状矿物）

“少肥一把草，多肥立即倒”勤浇水勤施肥（少量多次）；宜种块根块茎、入土结荚，易促易控作物（棉花）和生产糖分作物；播量（少）播深畦子短而宽；防寒及时发小苗不发老苗粘土clay保水保肥力强供肥缓（口紧）、稳养分丰富抗旱力强；易起浆“大粪不过丘，清水淌肥田”通气透水性差，易积水；土壤温度回升慢（冷性土）土紧耕性差-重土；升降温慢，干时紧实坚硬湿时泥烂，耕作费力。“施肥见效慢，后劲倒也足”灌水和施肥少次多量；宜种种子籽粒小、须根系、生育期长作物和水稻；播量多，播种宜浅不宜深；精细整地、破除板结、勤中耕松土、畦子宜窄而长；重视有机肥使用。发老苗不发小苗壤土loam具备了砂土和粘土优点，是旱地农业最为理想的质地类型。群众叫二合土（三砂七泥或四砂六泥），即发小苗也发老苗水田较为理想的质地类型为粘土中国土壤质地分布规律（一）土壤剖面质地分层原因1.自然因子：（1）河流沉积，季节性水流的产生，紧出砂慢出泥，不紧不慢出两合。（2）

风成（3）土壤形成过程产生—残积粘化和淀积粘化剖面质地层次性反映了土壤形成特征和气候变迁问题。2。人为因素带水耕作沉积原因，在犁底层和耕层间分化出砂层

四.土壤质地层次性（texturalprofile)四.土壤质地层次性（二）基本类型肥力特征要注意土壤质地的层次性表现为上砂下粘、上粘下砂或砂粘相间。上砂下粘：胶泥底、上浸地，托水又托肥；上粘下砂：砂砾底、菜蓝地，漏水又漏肥。上部为轻壤质，下层为中壤~重壤，这种土壤既有利于种子出苗，又利于苗期根系下扎吸水吸肥，对土壤水、肥、气、热状况具有较强的调节能力。有利于植物生长。这种土称为“蒙金土”。

蒙金土上层为砂壤-轻壤，而下层为中壤到重壤较理----蒙金土的剖面构型（或叫上轻下重型）五.不良土壤质改良（一）掺砂掺粘，客土法改良（客土加入本中）“黄泥巴（粘土）见了砂，好像孩子见了妈”，“红胶泥河面砂，糊里糊涂大石八”。--因地制宜。事例：河套平原运红泥就地固沙丘，运风沙土改良红泥土“。（二）翻淤压砂或翻砂压淤（三）引洪漫淤或引洪漫砂（一年洪水三年肥）--宁夏的灌淤土（四）增施有机肥料（五）因土种植因土种植是扬长避短，充分发挥不同质地土壤生产潜力的有效途径，农谚说“砂地棉花，胶土瓜（南瓜）,石子地里种芝麻”等。说明根据作物土宜特性安排种植能收到增产效果。一般认为：薯类、花生、西瓜、棉花、豆类、杏等较适宜于砂壤土；小麦玉米、水稻、高粱等较适宜于粘质土壤。（六）生物改良营造农田防护林网，种植绿肥作物等—防风固沙。粘土施用膨化岩石类。珍珠岩、膨化页岩、岩棉、陶粒、浮石、硅藻土等。在草坪建植中，不要用粉煤灰或炉渣（碱性）六.土壤质地测量简易土壤质地的测定方法砂土：能见到或感觉到单个砂粒。干时抓在手中，稍松开后即散落；湿时可捏成团，但一碰即散。

砂壤土：干时手握成团，但极易散落；润时握成团后，用手小心拿不会散开。壤土：干时手握成团，用手小心拿不会散开；润时手握成团后，一般性触动不至散开。粉壤土：干时成块，但易弄碎；湿时成团或为塑性胶泥。湿时以拇指与食指撮捻不成条，呈断裂状。粘壤土：湿土可用拇指与食指撮捻成条，但往往受不住自身重量。粘土：干时常为坚硬的土块，润时极可塑。通常有粘着性，手指间撮捻成长的可塑土条。六.土壤质地测量（一）搓试法（feelmethod）原理：可塑性和粘结性（二）机械分析

mechanicalanalysis(四)颗粒分析1.概念:测定土壤颗粒粒级组成的方法叫颗粒分析(fractionalanalysis)，也叫机械分析(mechanicalanalysis)2.机械分析技术路线Mechanicalanalysis样品准备Samplepreparation分级定量(Fractionation)去除胶结剂Removalofcementingagents分散颗粒Dispersionofparticles筛分Sieving沉降法Sedimentation土壤机械分析主要依赖于两个方面:样品分散情况和准确分级定量3.土壤沉降分析(sedimentation)(1)沉降分析基本原理:---Stock’slaw

机械分析原理被叫做Stock’sLaw于1851(1845)年研究得出了颗粒在液体介质中运动时所受到的液体阻力F(viscousdrag)，为颗粒分析奠定了基础。这是Stock’s的贡献。当颗粒在液体中作匀速沉降运动时则有：Stock’slaw温度对颗粒沉降影响不同温度下水的密度和粘滞系数ValuesofthedensityandViscosityofwater,η,atvarioustemperature温度(0C)Temperature密度(g/cm3)DensityOfwater粘滞系数(g/m.s)Viscosityofwater102030400.999700.998200.995650.992221.30371.00190.79820.6540颗粒在200C中沉降速度比在100C中大30%.在300C时沉降速度比在250C时快12%

恒温还有助于防止器壁与悬液内部温度差所产生的液体对流现象发生.颗粒分析过程

Determination0fparticlesizedistribution(1)土样分散处理(dispersionprocess)A.物理分散(mechanicaldispersion):未加化学分散剂,用机械方法进行的分散过程.—研磨(滚动)、煮沸、振荡、搅拌、摩擦、捣溃、洗涤、超声破（限定功率和频率，？）优点:对土粒破坏作用小,是化学分散基础.缺点:达不到彻底分散.B.物理-化学分散(mechanical-chemicaldispersion):加入化学实际,结合物理的方法破坏和去除土壤结构胶结剂.

国际法A(标准法):H2O2(hydrogenperoxide)去除有机质(Hu<0.01g/g土时,可以不去)(CO2↑)稀盐酸(HCl)去除CaCO3和三氧化二物(离子交换反应和石灰反应,CO2↑).要进行抽气过滤,直至无Ca淋出为止.然后加入钠盐。盐酸溶解了一部分粘粒和无定型化合物,叫做盐酸洗失量,有时高达10~20%要计入粘粒含量中或者单独记录下来.Качинский法(卡氏法):土样用0.05MHCl冲洗,将土样中水溶盐、石灰、以及交换态钙、镁去除，按照土壤交换容量（CEC）计算加入钠盐。(破坏了碳酸钙,有机质已不再起作用)C.化学分散:加入化学分散剂(钠盐)(条件:Na盐\缓冲性\离子交换不可逆性)

中性土壤Na2