西北农林科技大学21

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1、土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in第二章Unit two土壤矿物质Soil minerals土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in 土壤矿物质是土壤的主要物质组成成分，占到土壤总重量的95%左右，矿物质的大小、组成比例、矿物质的结构特征和土壤的矿物组成等对土壤一系列性质起着决定性作用。本章重点要掌握： 1. 土壤矿物颗粒的粒级分类及不同粒级的形状 2.土壤质地分类制与不同质地土壤的性状特征。我国土壤质地分布规律。 3.土壤矿物基本组成 4.不同类型矿物的基本特征.我国土壤矿物组成及分布规律。土壤学论坛土壤学论坛www.soil

2、home.in第一节第一节土壤质地土壤质地 soil texturesoil texture土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in瞧！颗粒大小多么不匀土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle） 岩石 Rock 矿物mineral风化作用weathering母质Parent material成土作用soil formation土粒Soil particle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

3、粒大小是否相同？答案=否 （一）矿质土粒的来源土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（二）土粒概念 soil particle土粒 soil particle：土壤中各种粒径的固相颗粒依据存在的状态：单粒：single particle复粒：compound particle依据粒径大小（单粒）（三）土壤粒级 particle sizes1.粒级概念（fraction)：土壤颗粒的大小分级2.粒级划分依据：粒级化分的表观依据（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（？）那么土壤颗粒的

4、粒径有何实际含义（？），颗粒的形状（？）土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle） 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 当量直径（有效直径）equivalent diameter or effective diameter of soil particle : 与同质的标准球形颗粒沉降速度相同的土粒直径或半径（建立在颗粒分析方法上）3. 粒级分类制（classification systems of soil separates) 土壤颗粒大小是连续分布的，要确定土壤颗粒的分级需要

5、研究土壤颗粒大小和性状间关系，找到由量变到质变分界点，突变点，就可以作为化分类别的依据。受人为因素的影响，当前土壤立即分类制有： Size is a continuous variable .Although dividing particle size into discrete size ranges is arbitrary, it is also useful. Individual soil particles range in size from boulders that are meters in diameter to clay particles that are less

6、 than 0.002mm (less than 2 m）in diameter .Particles so different in size also have different properties. The terms used to divide the continuous size variable, diameter, into discrete units are considered next. 土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤粒级分类系统(三级分类制)classification systems of soil separates国际制(ISSS)

7、International Soil Science Society(1930) Atterberg(1912)美国制(USDA)U.S Department of agriculture (1956)苏联制(1965)粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm石砾 gravel2石块 stone粗砾 gravel3.023石块石砾313粗砂 coarse sand细砂 fine sand20.20.20.02极粗砂粒 very coarse sand粗砂粒 coarse sand中砂粒 medium sand细砂粒 fine sand极细砂粒very fine sand120.5

8、10.250.50.10.250.050.1粗细砂 中细砂 细砂粒 0.510.250.50.050.02粉粒 silt0.020.002粉粒 silt0.0020.05粗粉砂 中粉砂 细粉砂 0.010.050.0050.010.0010.005粘粒 clay0.002粘粒 clay0.002粘粒 胶粒 胶体 0.0050.0010.00010.00050.0001土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in石砾石砾砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒基本粒级基本粒级Textural GroupPa

9、rticle size (mm)Clay 0.02土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤粒级分类系统(二级分类制) 苏联制:由卡庆斯基（）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与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。土壤骨骼(石砾)1mm物理性砂粒phsical sand10.01mm物理性粘粒physical clay0.01mm细土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（？）土壤学论坛土壤

10、学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状1.粒级不同矿物组成不同土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状2.表面特性不同：表面积极表面能土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状3.物理性状不同土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状4.化学组成不同粒径mm化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2O

11、P2O510.283.929.341.121.790.381.781.210.080.20.0473.8713.474.213.051.051.731.530.120.040.0170.1514.045.862.151.051.483.890.210.010.00267.2118.917.851.451.632.511.270.290.00244.0827.6721.810.581.611.100.960.36颗粒愈小，氧化物多，营养程度高；颗粒愈粗，SiO2多，土壤愈贫瘠。土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状4.生

12、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）土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in重视土壤中粘粒（clay） Mineral properties change radically with decreasing size below about 1 to 5 m(0.005). Clay minerals are the most abundant of the clay-sized minerals. Clay has three meaning i

13、n soil science, and they are easy to confuse, as the specific meaning depends on the context. Clay is （1）a fraction of the soil, (2) a texture class name, and ,(3) a class of minerals. Particles smaller than 1 m(0.001) are colloidal particles. The mineral colloids are the most important mineral frac

14、tion of the soil because of their physical and chemical reactivity. Clay describes a group of minerals having special properties that make them important to soils chemical and physical properties, even when they are present only in small amounts. 土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in问： 从颗粒组成上讲，土壤之间的不同之处在哪里？ 在各粒

15、级的含量的百分数组成不同-质地土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in二.土壤质地（soil texture)一.概念：1.机械组成（mechanical composition)：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。简单地从历经大小把土壤颗粒分为砂粒、粉砂粒，粘粒3级，在分别称重，获得百份含量比。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盛土条件不同，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，但当机械组成相近似

16、，土壤基本性状可能有相似之处；只有机械组成差异很大时，它们基本性状才有很大差异。因此，有必要按照机械组成相似性进行土壤分类-质地有土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in2.质地(soil texture) :按照机械组成相近似进行归类，这些类别叫质地。Soils are a combination of sand, silt, and clay whose relative proportions determine the soils texture. 注意: 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)A textural class

17、 is a defined range of particle size distribution with similar behavior and management needs. 质地主要表达的是土壤中占优势粒级的颗粒（predominant size，or size range of particle），但任何质地类型土壤决非由一种粒级的颗粒组成。 质地属于土壤的静态物理性质（static soil physical property）（因为相对变化较小，但绝不是永远不变的） 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

18、地类型却粒级变化是在规定的范围类变化的。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（soil texture)土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in二.土壤质地（soil texture)二. 质地分类制1.美国分类制土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in二.土壤质地（soil texture)2.国际分类制土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in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！土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in2.卡庆斯基二级分类制土壤学论坛

19、土壤学论坛www.soilhome.in2.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。土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in自质地命名时，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土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in三.土壤质地性状土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in三.土壤质地性状土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in三.土壤质地性状土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in三.土壤质地性状土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.

20、in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土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in3.不同质地土壤基本性状 general characteristics of soil texture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Cloudy or plastic鉴别Identification疏松loose粘结cohesive指纹状Shows fingerprint光泽Gives shiny streak内排水Internal drainage强Excessi

21、ve好good正常Fair较差Fair-poor植物有效水Plant available water低Low中等Medium高High高High牵引力Drawbar pull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Runoff potential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土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤质地类型性状总结质地类型优点缺

22、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）；易漏税漏肥，易淀浆板结（片状矿物）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；易起浆通气透水性差，以积水；土紧耕性差-重土；适深耕期短-紧三晌；土壤温度回升慢（冷性土）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

23、、勤中耕松土、畦子宜窄而长；重视有机肥使用。发老苗不发小苗土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in水田较为理想的质地类型为粘土土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in中国土壤质地分布规律土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in（一）土壤剖面质地层次性产生的原因1.自然因子： （1）河流沉积，季节性水流产生，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，在犁地层和耕层间分化出砂层 四. 土壤质地层次性（textural profile)土壤学论坛土壤

24、学论坛www.soilhome.in四. 土壤质地层次性（二）基本类型肥力特征要注意土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in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）土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in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）增施有机肥料改良质地性（五）因土种植 因土种植

25、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，土地麦”，“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。土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in六.土壤质地测量土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in六.土壤质地测量（一）搓试法（feel method ）原理：可塑性和粘结性土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.

26、soilhome.in（二）机械分析mechanical analysis土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in(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(fractional analysis)，也叫机械分析(mechanical analysis) the determination of the relative distribution of the size group of soil particles is called mechanical analysis and one of the common soil physical analysis

27、.2.机械分析技术路线Mechanical analysis样品准备Sample preparation分级定量(Fractionation)去除胶结剂Removal of cementing agents 分散颗粒Dispersion of particles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Success of the analysis depends on two factors:( 1)Preparation of the sample to completely disperse all aggregate

28、s into their individual primary particle without breaking up the particles themselves. ( 2)Accurate fraction of the sample into the various separates. 土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in3.土壤沉降分析(sedimentation)(1)沉降分析基本原理:-Stocks lawgFsgravity334gFwbuoyancy3346dragF 机械分析原理被叫做Stocks Law于1851 (1845)年研究得出了颗粒在液体介质

29、中运动时所受到的液体阻力F(viscous drag)，为颗粒分析奠定了基础。这是司托克斯的贡献。当颗粒在液体中作匀速沉降运动时则有：Fgravity-Fbuoyancy=Fdragvgws6)(334)(292wsgStocks law)(2181wsgd)(2181wsdth)(/182wsgdht这里d就是当量直径(equivalent diameter) 土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in温度对颗粒沉降影响不同温度下水的密度和粘滞系数Values of the density and Viscosity of water

30、 ,at various temperature温度(0C)Temperature密度(g/cm3)Density Of water粘滞系数(g/m.s)Viscosity of water102030400.999700.998200.995650.992221.30371.00190.79820.6540 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% 恒温也有助于防止器壁与悬液内部的因温度差所产生的液体对流现象发生.土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in颗粒分析过程Determination 0f particle size dis

31、tribution(1)土样分散处理(dispersion process)A.物理分散(mechanical dispersion):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-chemical dispersion):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(hydrogen peroxide) 去除有机质(Hu0.01g/g土时,可以不去)(CO2)稀盐酸(HC

32、l)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1020%要计入粘粒含量中或者单独记录下来.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 Na2C2O4(sodium oxalate);石灰性土壤 Na(PO3)2(sodium hexametaphosphate

33、); 酸性土壤 Na2CO3(sodium carbonate)土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in分级定量(fractionation)粗土粒的筛分法:用粗细不同的筛进行分级定量. 现代技术工艺仅能做到250m的筛孔,最小为125 m.标准筛要求,筛孔600 m允许误差5%筛孔偏离规定值,600125 m为7.5%,0.25mm土粒采用筛分(60#).细土粒的沉降法分离定级A.吸管法 (pipette) 由Robinson(1922)提出,于 1929和1930年在国际土壤学会上确定为标准方法. h确定原则：粒径与大,取样深度愈大, 0.05mm,h=25cm 0.01mm,h

34、=10cm 0.005mm,h=10cm 0.001mm,h=7cm土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in吸管法土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in吸管法注意:自动吸管依靠两个串联瓶的落差产生负压进行,以保证吸取速度均匀平稳土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in比重计法(hydrometer method)比重计法是由Bouyoucos(1927)提出的.土壤颗粒分析的比重计有:(1)甲种比重计:也叫Bouyoucos,鲍氏比重计,可以直接读出在200C下悬液中土壤颗粒含量,共060格。它简便.(2) 乙种比重计:又称为Casagvande,卡氏比重计,读出的是土壤悬液的比重,依据Fisher-Oden提出的公式进行计算 =w+C1-(w/ s) :悬液密度 w水的密度 s 颗粒密度 C:悬液的浓度具体操作方法:土壤物理研究法比重计法被广泛地在地质、水利、土木工程上采用，特点是快速，但精度不高。土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in（二）比重计法土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in乙种比重计土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in甲种比重计土壤学论坛土壤学论坛www.soilhome.in土壤颗粒累计分布曲线summation curves of soil