第三章--土壤质地和结构

第三章土壤质地和结构第一节土壤质地第二节土壤结构第三节土壤孔性第一节土壤质地（soiltexture）一、土粒和粒级二、土壤质地三、土壤质地与肥力的关系四、不同质地土壤的利用五、土壤质地的改良一、土粒和粒级土粒（土壤颗粒soilparticle）是构成土壤固相骨架的基本颗粒，它们的数目众多，大小和形状迥异，矿物组成和理化性质变化甚大，尤其是粗土粒与细土粒的成分和性质几乎完全不同。（一）土粒的种类1、按土粒的成分划分2、按土粒的存在状态划分1、按土粒的成分划分根据土粒的成分，可以分为矿物质土粒和有机质土粒两种：（1）矿物质土粒是以土壤矿物质为主的土粒。（2）有机质土粒是指以土壤有机质为主的土粒。这些有机质或者是有机残体的碎屑，或者是与矿物质土粒相结合。矿物质土粒非常稳定，能够长期存在；而有机质土粒通常极易被小动物吞噬和微生物分解掉。在土壤中，矿物质土粒的数目占绝对优势，是构成土壤固相骨架的主体。我们通常所说的土粒，就是专指矿物质土粒而言的。2、按土粒的存在状态划分按照土粒的存在状态，可分为单粒（原生土粒）和复粒（次生土粒）。单粒是指单个的矿物质土粒。在缺少有机质的土壤中，单粒在数量上占绝对优势；而在有机质含量较多的土壤中，许多单粒相互聚集成复粒（团聚体aggregate）。团聚体:土粒通过各种自然过程的作用而形成的直径＜10mm的结构单位。由于有机质比较容易分解，所以我们通常所说的土粒，都是指矿物质土粒中的单粒而言的。（二）土壤粒级（粒组）1、土粒的大小分级——粒级制按土粒的大小，分为若干组，称为土壤粒级（粒组）。由于土粒形状多是不规则的，难以直接测量其真实直径。为了按大小进行土粒分级，通常以土粒的当量粒径或有效粒径来代替其真实粒径。当量粒径和有效粒径当量粒径和有效粒径的概念来自土壤机械分析（颗粒分析）时采用的假设和方法。把全部复粒被分散成为单粒的土壤悬液，通过套筛进入沉降筒中。粗粒部分先后被截留在各个筛子上，即以圆筛的孔径作土粒的有效粒径。如通过1mm筛而阻留在0.5mm筛上的土粒即是1-0.5mm粒级，余类推。细粒部分则根据颗粒半径与颗粒在静水中沉降速率的关系（斯托克斯定律），计算不同粒级土粒在静水中的沉降速度，把土粒看作光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径，作为该土粒的直径，这样所得到的土粒直径，就叫做当量粒径。水的粘滞系数土粒和水的密度差重力加速度土粒半径至于如何把土粒按大小分级，分成多少个粒级（粒组），各粒级间的分界点定在哪里，至今尚缺乏公认的标准，不同国家和部门所采用的土粒分级制都是不同的。但目前来看，无论哪种分级制，一般都将土粒分为石砾、砂粒、粉粒和粘粒4级。但每级大小的具体标准各国不尽相同。国际制、前苏联制和我国制的土粒分级标准（表）。粒级当量粒径/mm石砾gravel2砂粒sand粗砂粒coarsesand2～0.2细砂粒finesand0.2～0.02粉粒silt0.02～0.002粘粒clay0.002（1）国际土壤粒级制（2）前苏联（或卡钦斯基）土壤粒级制（1957）粒级名称当量粒径/mm石块3石砾3～1物理性砂粒Physicalsand（直径大小＞0.01mm的土壤颗粒）砂粒粗砂粒1～0.5中砂粒0.5～0.25细砂粒0.25～0.05粉粒粗粉粒0.05～0.01物理性粘粒Physicalclay（直径大小＜0.01mm的土壤颗粒）中粉粒0.01～0.005细粉粒0.005～0.001粘粒粗粘粒0.001～0.0005细粘粒0.0005～0.0001胶粒0.0001（3）我国土壤粒级制粒级名称当量粒径/mm石块3石砾3～1砂粒粗砂粒1～0.25细砂粒0.25～0.05粉粒粗粉粒0.05～0.01中粉粒0.01～0.005细粉粒0.005～0.002粘粒粗粘粒0.002～0.001细粘粒0.0012、各级土粒的组成（1）矿物组成砂粒和粉粒主要是由各种原生矿物组成的，其中以石英最多，其次是原生硅酸盐矿物（如长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石等）。粘粒中，原生矿物很少，基本上是次生矿物，比如高岭石、蒙脱石、水云母以及铁铝等的氧化物和氢氧化物。不同粒级（mm）的矿物成分（%）矿物1-0.250.25-0.050.05-0.010.01-0.005＜0.005石英8681726310长石141215810云母————72167角闪石——4257其它矿物——3436总计100100100100100从表中数据可以看出：由于石英的抗风化能力最强，所以它的分布规律是粒径越大者含量越多；云母的抗风化能力较弱，在越细的粒级中分布越多；角闪石极易风化，甚至彻底分解而消失，只在较细粒级中有所残留。（2）化学组成由于土壤各粒级所保留矿物成分的差异，表现出化学成分差异也十分明显，并与矿物组成相对应，见表。砂粒和粉粒以石英和长石等原生矿物为主，因此二氧化硅含量较高；而粘粒以次生矿物为主，所以铁、钾、钙、镁等的含量较多。各粒级（mm）的化学成分（%）化学成分1-0.20.2-0.040.04-0.010.01-0.002＜0.002SiO296.394.089.474.253.2Al2O31.62.05.113.221.5Fe2O31.21.21.55.113.2MgO0.50.10.30.31.0CaO0.40.50.81.61.6K2O0.81.52.34.24.9P2O50.050.10.20.10.4变化规律：①随粒径由大到小，SiO2含量由多到少；②R2O3（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；③CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含量增加。（3）各粒级的主要特征①石块：主要是残留的母岩碎块，山区的土壤中常见，土壤中含石块多，对耕作和作物生长是不利的，一般可发展林业与果树，如农业利用时要设法除去。②石砾：多为岩石碎块，山区土壤与河漫滩土壤中常见，含量多时，孔隙过大，易漏水漏肥，损坏农具，应进行改良。③砂粒：常以单粒存在。主要为石英颗粒。通透性好、保水肥能力差。比表面积小，无粘着性、可塑性和胀缩性等性质。矿质养分含量低。④粉粒：比砂粒的比表面积大，保水性大为加强，透水性减弱，粘结性、粘着性、可塑性仍较弱。矿质营养较砂粒高。⑤粘粒：多呈片状，常以复粒存在，具很强的粘性、可塑性，但通透性差，保水保肥能力很强，矿质养分含量丰富。备注：1、比表面积（Soilspecificsurfacearea）：单位质量或单位容积中土壤颗粒总表面积。比表面积就是可以与气体或液体相接触的面积。在相同的体积内，颗粒越小，比表面积越大。备注：2、胀缩性：吸水后总容积增大的现象。3、可塑性：plasticity土壤在一定含水量时，在外力作用下能成形，当外力去除后仍能保持塑形的性质。换种说法：土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形的性能。4、粘结性：指土粒之间相互吸引粘合的能力。也就是土壤对机械破坏和根系穿插时的抵抗力。粘粒含量高、含水量大、有机质缺乏的土壤，粘结性强。5、粘着性：土壤粘附外物的性能。是土壤颗粒与外物之间通过水膜所产生的吸引力作用而表现的性质。在土壤湿润时产生。水分过多时，粘着性下降。二、土壤质地（Soiltexture）土粒在土壤中都是混合存在的，因此，在实用上经常不会遇到单纯的砂粒、粉粒或粘粒，而是各粒级以各种比例相配合而存在于土壤中的。所以只能对土粒的组合体进行分类，这样以便于应用。（一）土壤质地的概念土壤质地是土壤的重要物理性质之一，对土壤肥力有重要的影响。土壤质地是指土壤中各粒级土粒含量百分率的组合，并给每个组合一定的名称，这种分类命名称为土壤质地。如：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等。因此，土壤质地就是按机械组成划分的。土壤的机械组成：分别计算其各粒级的相对含量，土壤中各种粒级所占的重量百分比，又叫土壤的颗粒组成。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。（二）土壤质地分类——质地分类制根据土壤中各粒级含量的百分率进行的土壤分类，叫做土壤的质地分类。与土壤粒级分类一样，土壤质地分类也有不同的方法。主要介绍国际制、前苏联制和我国制的土壤质地分类方法。（1）国际制土壤质地分类国际制土壤质地分类是一种三级分类法，即按砂粒（2-0.02mm）、粉粒（0.02-0.002mm）、粘粒（＜0.002mm）三种粒级所占百分数划分为4类12种（见表）。国际制土壤质地分类标准质地分类颗粒组成（W/W%）类别质地名称粘粒＜0.002mm粉粒0.02～0.002mm砂粒2～0.02mm1、砂土1、砂土和壤砂土0～150～1585～1002、壤土2、砂壤土0～150～4555～853、壤土0～1530～4540～554、粉砂壤土0～1545～1000～553、粘壤土5、砂粘壤土15～250～3055～856、粘壤土15～2520～4530～557、粉砂粘壤土15～2545～750～404、粘土8、砂粘土25～450～2055～759、粉砂粘土25～4545～750～3010、壤粘土25～450～4510～5511、粘土45～650～550～5512、重粘土65～1000～350～35国际制土壤质地分类的要点是：①根据粘粒含量将质地分为三类即：粘粒含量小于15%为砂土类、壤土类；粘粒含量15%—25%为粘壤土类；粘粒含量大于25%为粘土类。②根据粉砂粒含量，凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉质”。③根据砂粒含量，凡砂粒含量55%～85%的，在质地名称前冠“砂质”，＞85%时，称为壤质砂土，＞90%时，称为砂土。国际制多以三角坐标图来表示图中等边三角形的三个顶点分别代表100%的粘粒、粉粒和砂粒，而以其相对应的底边作为其含量百分数的起点线，分别代表0%的粘粒、粉粒和砂粒。每种质地在三角坐标中都有一定的范围（粗线条所包围的范围），如知道各粒级的百分数后，就可查对，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的交点即为该土壤的质地。看其落在哪种质地的范围内，从而确定质地名称。举例：砂粒35%，粘粒25%，粉粒40%壤土例如：土壤S的砂粒含40%，粉粒含25%，粘粒含35%，则该土壤的质地名称为壤质粘土（见图）。国际制土壤质地分类三角图六组土壤颗粒分析结果见下表，根据土壤质地三角表，分别确定其质地名称。样品粘粒（%）粉粒（%）砂粒（%）质地名称a612613b33760c5590d87913e343630f352540样品粘粒（%）粉粒（%）砂粒（%）质地名称a612613粘土b33760砂粘土c5590砂土d87913粉壤土e343630壤粘土f352540壤质粘土（2）前苏联（或卡钦斯基）制土壤质地分类前苏联制是一种二级分类法，即根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质地分为3类9种（表）。前苏联制土壤质地分类标准（1958）（3）我国制土壤质地分类中科院南土所等单位综合国内研究结果，将土壤分为3类11种质地名称（表）。由上可见，虽然土壤质地有很多分类方法，但各种分类制的一个共同特点是：都把土壤质地粗略划分为砂土、壤土和粘土三类。土壤质地手测法三、土壤质地与肥力的关系（一）砂土类土壤（二）粘土类土壤（三）壤土类土壤（一）砂土类土壤水分状况：透水性强，水分不易保持，土壤容易干燥、不耐旱。肥力状况：砂土类土壤砂粒含量高，主要矿物为石英，含养分少，尤其是有机质含量低。保肥性差，养分转化供应快，宜多施有机肥料，化肥应少施勤施。通气状况：通气良好，好气性微生物活动强烈，土壤有机质分解迅速，不易积累。热量状况：因含水量低，易增温也易降温，昼夜温差较大。耕性好，种子易出苗，但后期易出现脱肥现象。（二）粘土类土壤水分状况：透水性差，保水力强，土壤容易受渍害。肥力状况：矿质养分较丰富，保肥性强，养分转化供应慢。通气状况：粘粒含量高，孔隙小，通气差，好气性微生物活动受抑制，