中国农业大学自编教材 实验指导

中国农业大学自编教材基础土壤学实验常规测试技术（本、外专业通用）编者：吕贻忠中国农业大学基础土壤组目录说明实验一不同土地类型的“野外认地”实验二室内各种岩石、矿物及其风化标本的观察实验三室内土壤形态特征标本的观察实验四室内土壤质地手测法练习实验五田间认土实验六土壤分析样品的采集与制备实验七土壤矿物质颗粒分析（一）比重计法（二）吸管法实验八土壤微团粒测定实验九土壤密度（比重）的测定实验十土壤容重的测定实验十一风干土样吸湿水的测定实验十二凋萎系数的测定实验十三土壤水分含量（新鲜土样）的测定和田间验墒实验十四田间持水量的测定实验十五毛管持水量的测定和毛管上升现象的观察实验十六土壤透水性的测定实验十七土壤水吸力的测定实验十八土壤胶体凝聚、分散和电泳现象的观察实验十九几种土壤吸收性能的观察实验二十土壤有机质含量的测定实验二十一土壤腐殖质的分离及各组分性状的观察实验二十二土壤腐殖质的快速测定实验二十三土壤酸度的测定实验二十四土壤全氮的测定实验二十五土壤碱解氮的测定实验二十六土壤有效磷的测定实验二十七土壤速效钾的测定实验二十八土壤水溶性盐分的测定实验二十九土壤有效硼的测定实验三十土壤中有效锌、锰、铁、铜的测定附表1国际单位（S1）蝗倍数和分数的名称和符号附表2土壤研究中某些测定项目的计量单位的变更附表3土壤科学研究中某些常用计量单位的变更情况说明本《基础土壤学实验常规测试技术》教材是在原土壤与植物营养专业（本专业）和植物生产类专业（外专业）的土壤学实验指导的基础上，经修改和扩充了必要的内容编写而成的。故将本、外专业的土壤学实验合并通用。本、外专业土壤课程实验具体做哪些实验项目，由任课教师从中指定选用，本教材也可供从事土壤科学研究的科研人员、分析技术人员参考。本教材共编写了30个土壤常用实验测试项目，以适应土壤科学研究和农业生产发展的需要，实用性较强。同时，将土壤科学研究中某些测定项目的计量单位也变更过来，并附表1~3，以便寻查。编者实验一不同土地类型的“野外认地”一、实验目的和意义在农业生产中，“地”常作为利用和规划的单元。“地”是地表各因素相互联系的一个整体，它是“土”存在的场所或空间基础。“地”和“土”是两个不同的概念范畴，但又有密不可分的联系。如土壤的水、热、气、肥状况在很大程度上决定于“地”的条件。因此，在野外熟悉“地”的辨认方法，把地学知识和土壤学的内容密切联系起来，对学习土壤、帮助加深理解课堂所学内容十分有益。本实验的目的是：（1）了解学校附近“地”和“土”的农业利用与周围环境条件的现状及相互关系。（2）初步辨认百望山上沉积的各种岩石和矿物的种类、性质及风化状况。（3）了解几种常见的地表沉积体（母质）以及对成土过程的影响。二、内容概述“地”和“土”是进行农业生产的基础条件，每一种“土”不是孤立存在的，而是分布在特定的“地”的位置上的，农民常把土和地二者俗称为“土地”。华北地区常见的农业用地（表1）。表1华北地区常见的农业用地地的名称地形部位地面状况排水好坏地下水埋深(米)地表沉积物旱涝情况土石山地山地倾斜度大，土层薄，石质极好，常遭冲刷无固定地下水位残积物，极粗常旱山坡地山地倾斜度稍大，土层稍厚，夹砾石同上同上残积—波积物，粗常旱岗坡地洪积扇顶部和河流两岸自然堤倾斜明显，土层稍厚，高爽同上6~8洪积—冲积物，砂质常旱夜潮地河流两岸和扇缘地带微倾斜，稍低于四周不太好1.5~2.0洪积—冲积物，砂壤质耐旱，通常不涝四平地平原中的高处平坦中等2~4淤积—冲积物，壤质旱涝保收下湿地平原中低洼处，湖泊周围，低洼很不好1~1.5淤积物，细经常积水、交接洼地常涝低洼地冲积扇扇缘交接洼地，平原中洼处稍低洼不好1~2淤积物，细耐旱易涝河套地河床两边河漫滩和低阶地平坦中等1.5~3冲积物，粗耐旱易涝砂洼地新旧河道槽形洼地，河漫滩低洼不好1.5冲积物，粗易涝由此可见，“地”是一个立体概念，其内容至少包括以下几项：即地形、地貌、地表沉积物或残积物、地下水、地表水和植被等状况。地形是指地面高低起伏，坡度、坡向的不同变化，按其成因、起伏程度和范围，一般可分为大、中、小区地形。地貌是指地表形态结构及其发生发展与分布规律。如高山、平原、丘陵、高原和盆地等。其形成和发展都是在内营力和外营力长期共同作用下不断变化的。它们影响地表水热状况的再分布过程，进而影响土壤水、热、气状况的变化。地表沉积或残积物质是组成土壤的基础物质或基本骨架。沉积物（体）是指风化产物经各种自然力，如水、风、冰川等外力搬运沉积而成，由于搬运的自然力不同而具有不同的性状。如残积物（体）是指岩石的风化产物直接残留于原地母岩上的物质。农业用地的主要沉积体和残积体的特点如表2。表2几种方要沉积体的特征沉（残）积体的类型地形部位形成原因物质组成的特点残积体平缓的山地风化后的物质未经机械搬动碎体大小不一，磨园度差，由上而下逐渐过渡到未风化的岩石坡积体平缓上的山坡上岩石风化产物经雨水、雪水搬运而沉积分选差，磨园度愈在坡下越细，层次不明显洪积体山谷出口处由洪水将山上的物质冲积于山口处沉积形成扇形，物质经分选，磨园、靠近山口粗，离山品愈远则愈细，有层次性多倾斜冲积体平原地区及河流两岸河流不断泛滥沉积而成分选明显、磨园好，每一层沉积的物质粗细大致相近、层次明显风积体干旱沙漠地区、河岸、海岸风力搬运沉积而成层次明显，依风力大小、频率而定分选很好，大小颗粒均一，向风面倾斜黄土状沉积体中国北部的山麓、河谷两岸由风、水力、冰川作用搬运而成质地均一，棕黄色，粉砂质富含CaCO3直立性强。层次不明显不同的地形地貌上覆盖的各种沉积体发育的土壤其性质差异很大，深刻地影响着土壤肥力、植物群落的分布和生长状况。三、实验内容本实验选择学校西北韩家川以北一地形断面，观察附近一线的“地”和“土”，做为由山地到平原的代表。在地形上包括山地、老新洪积扇、洪积扇上中部及扇缘、冲积平原。其主要农用“地”和“土”分布如下图及表。图1韩家川附近地形断面及观察点分布表3韩家川附近地形断面农业用地情况观察点ⅠⅡⅢⅣ土地类型山坡地岗坡地液潮地四平地地形部位山坡老洪积扇中上部洪积扇扇缘冲积平原地表沉积物残积坡积物洪积体洪积体冲积体海拔高度70~140米70~55米50~51米45~50米地下水位（春季）天固定地下水8~10米3~4米2~3米土壤石渣土黄板土、红砂土黄砂土、青砂土潮土主要作物林木、酸枣、荆条、管草桃、栗、苹果小麦、玉米、菜地小麦、水稻利用状况人工造林果园大田、菜园大田作物四、仪器铁铣、土钻、土盒、小刀、书包、10%HCl。五、实验方法由农大西北门出发，向西北方向行进，过京密运河桥向北，沿百望山山麓至韩家川一带，选择若干个点或地段，进行现场观察，边看边讲边分析；或不过运河从西北旺大桥向东北，先看扇缘和冲积平原，然后逐步上山，最后在山上做小结。作业题1．在各观察点边看边讲做好记录的基础上，结合课堂讲授的内容，叙述几种所见到的地表沉积体（母质）的种类及特点。2．分析该断面（从山地到平原）的“地”和“土”分布特点及相互关系。3．分析该断面农用地对土壤性质的影响和农业利用的关系。4．辨认百望山上岩石、矿物种类及特点。实验二室内岩石、矿物及其风化标本的观察一、实验目的及说明土壤由固、液、气三相物质所组成，固相物质部分由矿物、有机质和生物组成。土壤矿物质部分占土壤总重量的95%以上，占土壤容积的45%左右。故土壤固相物质主要是由矿物质部分所组成。土壤矿物质的组成和理化性质，直接受到成土母质所赋予的深刻影响，而成土母质又是岩石、矿物的风化产物。因此了解岩石、矿物的一般特性，对进一步认识土壤及其有关性状具有重要意义。二、实验方法（一）观察下列几种主要成土矿物的标本首先观察各种主要成土矿物的颜色、晶体形态、硬度以及含有的化学元素成分，进而联系与其所形成的土壤母质性状的关系（不需详细研究辨认各种矿物的特征及方法）。1．石英（SiO2）石英在适宜条件下，其完整晶体是六方柱状锥体，一般情况下，为不规则的块状体。颜色透明（无杂质）、乳白、棕色或黑色。条痕无色；硬度7；贝状断口；脂肪光泽，晶面为玻璃光泽。极难风化，常以碎屑状颗粒残留下来，成为土壤中的砂粒，是砂土的主要矿物质成分。2．石膏（CaSO42H2O）石膏一般呈纤维状或板状，集合体多呈致密块状。晶体外形常呈燕尾双晶。颜色为白色，无色透明时称透石膏；玻璃光泽，解理面珍珠光泽；硬度2，能用指甲刻痕；比重2.3~2.4；易溶于水。石膏受热后失水变成硬石膏（CaSO4），晶体成细条状；条痕白色；叶片状者解理极完全，极易风化。石膏主要用来作胶结物质，生产水泥时做配料。3．方解石（CaCO3）方解石的晶体形态多种多样，一般多为菱面体，集合体呈粒体、片状、致密块状、钟乳状和晶簇；质纯者无色透明，含杂质时呈浅红、褐色和绿色等；玻璃光泽；硬度3；比重2.6~2.8；具有三向完全解理；条痕为白色；遇稀酸（HCl）时有强烈气泡反应，放出CO2极易风化。无色透明的方解石称冰洲石，在光学工业上用途价值很大，一般用作炼铁的溶剂和建筑材料。4．长石长石分为正长石和斜长石（1）正长石（AlSi3O8）正长石是中酸性岩浆岩的主要造岩矿物。晶体成短柱状或板状，称卡氏双晶；颜色呈肉红、白黄、及灰绿色；透明或半透明；玻璃或珍珠光泽；硬度6；二向解理；比重2.5~2.6。正长石可用于陶瓷、玻璃工业，可提取钾盐，较易风化，是土壤中钾的主要来源。（2）斜长石（NaAlSi3O8及CaAl2Si2O8的混合物）斜长石是构成岩浆岩的主要造岩矿物，CaAl2Si2O8多分布在基性岩浆岩中，NaAlSi3O8多分布在酸性岩浆岩中。纯NaAlSi3O8称为钠长石；纯CaAl2Si2O8称钙长石，晶体呈板状或板柱状，分散在岩石中，颜色白色或灰白色；玻璃光泽；二向解理，常见聚片双晶，解理面上有平行的双晶条纹，两组解理相交成86~87的斜角；硬度6，比重2.60~2.70，较易风化，是土壤中Na.Ca元素的主要来源。5．云母云母类矿物又分为白云母和黑云母白云母[KAl2(AlSi3O10COH)2]集合体呈平行的片状或鳞片状；薄片无色，常带有浅黄、浅绿、浅灰等色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽；透明；一向极完全解理，可剥离成薄片，能弯曲有弹性；硬度2~3；比重2.76~3.10。白云母绝缘性能良好，可用作绝缘和耐火材料。难风化，黄土母质和流砂中常见其碎屑，是土壤中钾素的来源。黑云母[K(Mg.Fe)3(AlSi3O10COH)2]晶形和一般特性与白云母相同，但颜色呈黑色或棕黑色；透明或半透明；硬度2~3；比重2.8~3.2。因含铁质，绝缘性能较差。较易风化，但给土壤提供K.Mg.Fe元素较多。6．角闪石[Ca2Na(Mg.Fe)4Al.Fe(Si.Al)8O22]3(OH)2普通角闪石晶体呈柱状或细柱状，其横切面一般为六边形，集合体为粗粒状或细粒状；二向解理，两向解理相交成124；颜色深绿至黑色；玻璃光泽；硬度5.5~6.0；比重3.2~3.6；条痕白色；易风化，是岩浆岩中的主要深色造岩矿物。7．辉石Ca.Mg.Fe.Al(Si.Al)2O6辉石常与橄榄石和基性斜长石共生。晶体呈短柱状，横切石为八边形；颜色一般为深绿、褐至黑色；玻璃光泽；二向解理相交成87；硬度5~6；比重3.2~3.6，易风化。普通角闪石和辉石是岩浆岩和变质岩的主要造岩矿物，它们的颜色、比重、硬度等物理性质极为相似，而解理夹角及横切面形状为其主要的区别特征。8．铁矿石铁矿石由于产状条件的差异而形成不同类型的铁氧化物和硫化物。一般可分为黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿等多种铁矿石。黄铁矿（FeS2）晶体为立方体和五角十二面体，在晶面上常见到三组互相垂直的晶面条纹，也有立方体和五角十二面体的聚形。集合体呈致密地状、浸染状和球状结核体；浅铜黄色；条痕绿黑色；金属光泽；硬度6~6.5；无解理；比重4.9~5.2。黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物矿物，可用于提取硫和硫酸的原料。赤铁矿（Fe2O3）赤铁矿晶体呈肾状鲕状，颜色多为砖红色，亦有铁黑色；条痕樱红色，是鉴定赤铁矿的主要特征；半金属光泽