《土壤质地结构》PPT课件.ppt

土壤 学,第 四 章 土 壤 质 地 和 结 构,S o i l s c i e n c e,第一节 土壤三相(three phases of soil )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,三相比示意图,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,表51 土壤中常见组分的密度,表52 某森林土壤表层各级土粒密度,（二）土壤容重(bulk density of soil) 1、概念,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。,单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重。(g/cm3),(2)计算工程土方量,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/比重）100%,土壤重量=土壤体积土壤容重,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：,(3)估算各种土壤成分储量,土壤=100000.21.3=2600t 有机质储量=26000.015=39.0t 全氮储量=26000.00075=1.95t,1hm2的1m土层储水量 =10000m21m1.3 t/m325% =3250m3/hm2= 325mm,设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.3 t/m3。,(4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额,公 式,3、浸水容重(water immersed soil density),反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。,4、影响容重的因素 (主要通过影响孔隙影响容重),质地(texture),结构(structure),有机质含量(organic matter content),紧实度(degree of compaction),二、土壤三相(three phases of soil )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。,总孔度(total porosity) (1容重/比重) 100% 固相(solid phase)(容重/比重) 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%,2、土壤三相组成及孔度计算,多数旱地作物(upland field crop)适宜的土壤固、液、气三相比为：,3、土壤三相组成的适宜范围(comfort zone),0.50.250.30.150.25,土壤三相比固相:液相:气相,第二节 土壤质地(soil texture),一、土粒(soil particle)和粒级(soil particle),1、土粒(soil particle),土壤颗粒土粒，通常专指矿物颗粒。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（即与其静水沉降(quiescent settling)速度相同的圆球直径）代替之。,2、土粒的大小划分粒级(size fraction),分级标准,国际制(international system),美国制(U.S system),卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture),中国制(China system),表53 常见土壤粒级(soil fractions)制,粘土(clay)类,（1）国际制(international system),根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：, 15%,粘壤土(clay loam)类,粘 粒 含 量,砂土(sand)类、壤土(loam)类,15%25%, 25%,凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)”,根据粉砂粒(silt)含量:,凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉砂质(silty clay)”,根据砂粒(sand)含量:,(2)美国制(Soil Taxonomy ),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、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线， 三条平行线的定点即为该土壤的质地。,(3)卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture),表5-4卡庆斯基土壤质地基本分类,按表54，卡庆斯基质地分类步骤如下：,、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,、根据砂粒(砂质)、粗粉粒(粗粉质) 、 中细粉粒(粉质) 、粘粒含量(粘质) ，进一步划分质地，确定质地详细名称:,第二优势粒级第一优势粒级质地名称,大于1毫米的石砾含量% 石质程度 10.0 重石质土, 、根据石砾(gravel)含量，查下表，冠在质地详细名称前,(4)中国制,分为砂土、壤土、粘壤和粘土4组共22种质地,川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,二、各级土粒(soil particle)的组成和性质,（一）矿物组成(mineral composition),以原生矿物(primary mineral)为主， 最多的是石英(quartz),砂粒(sand),除原生矿物(primary mineral)外,还有一些风化后形成的次生矿物(secondary mineral),粉粒(silt),则以次生矿物(secondary mineral)为主,粘粒(clay),（二）化学组成(chemical composition),表55 土壤各粒级的化学组成,随粒径由大到小，SiO2含量由多到少,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,CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量增加,两个概念：,又称“Saf值”。土壤粘粒(clay)部分SiO2与R2O3分子数之比。以SiO2 / R2O3 表示。,硅铝铁率 (silica-sesquioxide ratio),定义,硅铝率 (silica-alumina ratio),又称“Sa值”。土壤粘粒(clay)部分SiO2与Al2O3分子数之比。以SiO2 / Al2O3 表示,定义,（三）各级土粒的物理性质,土粒由大到小,保水能力(表4-5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,土壤膨胀性(soil swelling)和可塑性(plasticity)增加，对耕作(tillage)带来不利影响,表56 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),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(Soil texture)。,2、土壤质地概念,土壤中各级土粒的百分含量，又称土壤颗粒组成(soil particle composition)。,3、土壤质地分类(soil texture classification)制,四、不同质地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(sandy soil great group),（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，称为热性有利于早春作物播种。,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,（4）肥,松散易耕,（5）耕性(tilth),2、粘质土类(clayed soil great group),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,（1）水,（2）气,小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质,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,（3）热,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,(4) 肥,耕性差，粘着难耕,（5）耕性,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。,3、壤质土类(loamy soil great group),优良组合(choiceness combination),（二）土壤质地剖面(soil texture profile),土壤剖面(soil profile)中不同质地层次的排列组合(permutation and combination)。,不良组合(badness combination),粘盖砂,砂盖粘,(三)土壤质地改良(soil textureimprovement),一、土壤结构体（soil configuration) （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。,第三节 土壤结构(soil structure),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。,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。 大小划分：大块状结构,直径10cm;小块状结构直径510cm。,(二)土壤结构体种类（soil configuration type）,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。,3、核状结构(nutty structure) 形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。 产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。 大小划分：大核状，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，3cm。,5、棱柱状结构(primatic structure) 形 状：同柱状结构，棱角尖锐明 显，横断面略呈三角形。 产生条件：粘重土壤的底土，由于干 湿交替频繁形成棱柱状结构。 大小划分：大棱柱状结构，5cm； 棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，3cm。,6、片状、板状结构(platy structure) 形 状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。 产生条件：雨后土壤表面结壳或老耕 作土壤犁底层。 大小划分：3mm者为板状， 3mm者为片状。,7、团粒结构(granular 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（soil configuration)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致密土体或次生复粒(secondary compound particle)(微团聚体(microaggregate)； 第二阶段是团聚体(aggregate)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(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(cation) 作用下，发生相互凝聚。 a、高价离子凝聚能力大于低价离子; b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之 则较强。,常见阳离子凝聚能力：,Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH4+ K+ Na+,农业生产(agricultural production)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。 增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。,(2) 水膜(water film)的粘结作用 土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。,农业生产中，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。,(3) 胶结作用(cementation) a、简单的无机胶体(simple soil mineral colloid) 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，对协调水肥的能力极差。,b、粘粒(clay) 粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。 c、有机质(organic matter) 土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。,2、土壤结构的成型 （1）干湿交替作用(alternation of drying and wetting) 蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母 类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。 土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈 明显，有如“爆破”一样。促使土体破碎形成 结构。,a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使 土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块 b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的 空气所产生的压力，使土体破碎,（2）冻融交替作用 (alternation of freezing and thawing ) 水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。,孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成 膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化， 土壤就会沿裂痕酥散。,(3) 生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。 b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。 (4) 土壤耕作(soil tillage) 通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。,三、团粒结构(granular structure)在土壤肥力(soil fertility)上的意义 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(reservoir) 团粒结构透水性好，可接纳大量降水 (precipitation)和灌溉水(irrigation water)，而团粒内部保水性强，天旱(drought)时还可防止水分蒸发(evaporation)。 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下 层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而 蒸发损失。,2、小肥料库 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(mineralization)，释放养分。团粒内 部则有利于腐殖化(humification)，保存养分。,3、空气走廊 由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通(ventilation),四、土壤良好结构体的培育 1、大量施用有机肥 2、实行合理耕作 3、实行合理轮作 4、施用石膏或石灰 5、施用土壤结构改良剂(soil conditioner),第四节 土壤孔性,一、土壤孔性与孔度(porosity) (一)土壤总孔度(total porosity)和孔隙比(void ratio),1、总孔度（total porosit) 所有孔隙体积(pore volume)的总和占整个土壤体积的比例。 2、孔隙比(void ratio),（二）土壤孔度分级 1、当量孔径(equivalent pore) 与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量孔径。 T=3/D,D为孔隙直径（毫米）。T为水吸力，可理解为土壤对水的吸力，单位为厘米或百帕（hpa）,2、孔度分级 （1）非活性孔隙(inactive pore) 又称无效孔隙， 孔径0.002mm(0.0002mm) 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(