土壤学（第四章）土壤质地和结构

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1、第四章 土壤质地和结构,主要内容,教学目标与要求,1.土壤三相组成 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。,第一节 土壤三相组成,土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系。,water,organic matter,mineral,atmosphere,一、土壤的密度和容重,（一）土壤密度(soil density)1. 概念单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3),2. 影响土壤密度的因素矿物组

2、成、有机质含量、土壤质地。,土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。,表41 土壤中常见组分的密度,表42 某森林土壤表层各级土粒密度,土壤 学,3. 土壤比重 (soil 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: 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%,(2)计算工程土方量土壤重量=土壤体积土壤容重,（3）估算各

3、种土壤成分储量 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量15g/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,（4）计算土壤储水量及灌水（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. 浸水容重(water immersed soil density)反映土壤在浸水

4、条件下的结构状态和紧实度。,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。,2. 土壤三相组成及孔度计算总孔度(total porosity) (1容重/密度) 100%固相(solid phase)(容重/密度) 100%液相(liquid phase)(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

5、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：0.50.250.30.150.25 ,第二节 土壤质地 一、土粒和粒级 1. 土粒(soil particle) 土壤颗粒土粒，通常专指矿物颗粒。 土粒大小以粒径为标准，土粒形状大多不是球形，只能用当量粒径代替之。 土壤1mm(卡氏制)或2mm部分(国际制、美国制) 2. 土粒的大小划分粒级 分级标准：国际制(international system)、 美国制(Soil Taxonomy)、卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil textur

6、e)及中国制。,表43 常见土壤粒级(soil fractions)制,二、各级土粒的组成和性质 （一）矿物组成,（1） 砂粒(sand)以原生矿物为主，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的次生矿物。 （3） 粘粒(clay)则以次生矿物为主。,（二）化学组成表44 土壤各粒级的化学组成,(1) 随粒径由大到小，SiO2含量由多到少;(2) R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相反,随粒径由大到小，R2O3含量由少到多;(3) CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量增加。,（三）各级土粒的物理性质土粒由大到小，保水能力（表4-5

7、中最大吸湿量、最大分子持水量 、毛管水上升高度）增加，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，对耕作带来不利影响。,表45 各级土粒的水分性质和物理性质,三、土壤质地（soil texture）1. 土壤机械组成(soil mechanical composition)土壤中各级土粒的百分含量，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 classificati

8、on)制,（1）国际制(international system) 根据粘粒(clay)含量将质地分为三类即：粘粒含量小于15%为砂土(sand)类、壤土(loam)类；粘粒含量15%25%为粘壤土(clay loam)类；粘粒含量大于25%为粘土(clay)类。根据粉粒(silt)含量，凡粉粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉质(silty clay)” 。 根据砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)” 。,土壤 学,返回,（2）美国制(Soil Taxonomy)（连接）等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘

9、粒的含量，在图中查出相对应的区域，即得该土壤的质地。（3）卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture),表4-6卡庆斯基土壤质地基本分类,按表46，卡庆斯基质地分类可归纳为以下几个步骤：,根据物理性粘粒(physical clay)含量，将土壤分为三大质地类型九种质地，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,返回,川

10、农大农场几种类型土壤的颗粒组成及详细质地命名（卡氏制） 土壤名称 颗粒组成（%） 质地名称物理性粘粒 砂粒 粗粉粒 中细粉粒 粘粒 石砾 白鳝泥（苹果园） 62.4 10.9 26.7 28.8 33.6 0 粉粘质轻粘土 黄泥小土(张家坪) 43.8 38.2 18.0 31.0 12.8 0 粉砂质中壤土 白鳝泥（张家坪） 49.5 24.2 26.3 31.3 18.2 0 粉质重壤土 半泥砂（沙湾） 38.0 29.0 33.0 18.0 20.0 0 粗粉质中壤土 石骨子土(老板山) 31.0 56.4 12.6 19.2 11.8 30 重石质粉砂质中壤土（4）中国制,四、不同质地

11、土壤的肥力特征和利用改良（一）不同质地土壤的肥力特征1. 砂质土类（1）水 粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝；（2）气 大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原 物质；（3）热 水少气多，温度容易上升，称为热性土， 有利于早春作物播种。（4）肥 养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰；（5）耕性 松散易耕。,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

12、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作物苗期缺素； （5）耕性 耕性差，粘着难耕。,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，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。,（二）土壤质地剖面土壤剖面(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,28,29,夹砂层,夹粘层,（三）土壤质地改良1. 客土法（1）砂掺粘（2）粘掺砂2. 改良土壤结构（1）大量施用有机肥（2）施用土壤结构改良剂,31,

13、第三节 土壤结构,一、土壤结构体（一）土壤结构体概念1. 土壤结构性(soil structurality)土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。 2. 土壤结构体(soil configuration)土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。,土粒,土粒,土粒,Fe2+,腐 殖 质,Fe3+,Al3+,（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。

14、大小划分：大块状结构,直径10cm;小块状结构直径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1cm；核状，直径710mm；小核状，57mm。,4. 柱状(columnar structure) 形状：侧面，横断面形状不规则。,产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。大小划分：大柱状结构，5cm；柱状结构，35cm；小柱状结构，5cm；棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，3mm者为板状，3mm者为片状。7. 团粒结构(g

15、ranular structure) 形状：近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒结构，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，0.25mm者称微团粒(microaggregate)，水稻土中多为微团粒结构。,二、土壤结构体的形成 第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或和外物胶结作用下粘聚形成次生复粒(微团聚体)或致密土体；第二阶段是团聚体进一步粘结形成结构体或致密土体。1. 土粒粘聚(soil particle coagulation)（1）阳离子凝聚(soil cation coagulation)土壤胶粒(soil colloid)通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子作用下，发生相互凝聚。,