第四章 土壤矿物质

第四章土壤矿物质Chapter4Soilmineralmaterials•第一节矿物质土粒•第二节土壤质地•第三节土壤孔隙性第四节土壤结构性本章需要回答以下问题：1.如何区分不同大小的土壤颗粒？（分级标准）它们对土壤的作用有什么不同？2.不同土壤中，各级土壤颗粒所占质量百分比不同，对土壤有何影响？是否可以依据质量百分比对土壤归类（质地分类）？3.质地对肥力有哪些影响？4.质地不合理时，是否有办法改良？5.土壤中有孔隙吗？孔隙多少如何计量？孔隙多少与哪些因素有关系？第一节矿物质土粒–土壤是由固solid，液liquid，气gas三相(phase)组成的分散系(dispersesystem)。–土壤固相即颗粒(particle)，它包括矿质颗粒，有机颗粒及有机-无机复合颗粒。–在一般土壤中，矿质颗粒约占土壤固相重量的90%以上。•那些相对(comparatively)稳定的(steady)土壤矿物的基本颗粒称为单粒(primaryparticle)•由单粒团聚而成的次生颗粒称为复粒(compoundgrain)或团聚体(granule)。•在多数土壤中，单粒和复粒总是共存(coexist)的•一般情况下，复粒可用物理的或化学的方法拆散(breakup)成单粒单粒团聚体复粒石块石砾砂粒粉粒粘粒一土壤粒级划分•划分标准：美国制；卡庆斯基制；中国制；国际制–在目前的国际土壤文献(literature)中，常见的是采用美国制；–我国沿用前苏联的卡庆斯基制简明系统；1987年中科院南京土壤研究所推出了中国土壤粒级划分方案；–世界上有些国家采用国际制；–美国制比较适合于林业土壤。•卡庆斯基制简明系统中将物理性砂粒和物理性粘粒的分界线定在0.01mm的科学依据：粒径mm可塑性胀缩性透水性吸湿力保肥力粘结力0.01无无有微弱微弱微弱0.01有有无强强强二各粒级的基本特征1)石块(block)–主要是残留的母岩碎块，所含矿物均为原生矿物，其组成与母岩基本一致。2）石砾(gravel)–岩石风化留下的残屑，其所含矿物成分和母岩基本一致–很少速效(available)矿质养分–吸水能力差，但通气透水能力很好3）沙粒：直径0.05-1mm的单粒–主要矿物成分是石英，还有小部分白云母，钾长石等–不具有可塑性和粘结力，松散–养分释放比较缓慢，有效养分含量贫乏–几乎无吸附阳离子的能力–吸水性保肥性差，易透水通气4）粉粒(silt)：0.05—0.002mm–主要由细小的原生矿物（如石英，长石，云母）和次生的二氧化硅组成–吸附阳离子的能力较小，易形成紧实的板结层–物理性质界于粘粒和沙粒之间5）粘粒：直径小于0.002mm的颗粒–主要矿物成分是次生粘土矿物和硅、铁、铝的含水氧化物(hydrousoxide)–有很强的粘结力(cohesion)和吸附能力–比表面积大，毛管作用强烈–在自然条件下很少以单粒状态存在–通气透水性差，有明显的可塑性和湿胀干缩性–耕性不良，养分丰富，土温低总之，随着土壤单粒由大变小，各粒级土粒的粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及吸附能力由弱到强。土粒的矿物组成示意图•生产上对土壤的要求:–既要保水又能通气–既能吸水又能供水–既容易耕作又不能散成单粒或形成大块•因此，各种颗粒必须合理搭配第二节土壤质地soiltexture•一土壤质地和质地分类•二土壤质地与土壤肥力•三土壤质地改良一土壤质地和质地分类土壤不是由单一粒级所组成，而是由大小不同的各级土粒以各种比例关系自然地混为一体。土壤机械组成chemicalcomposition：是指土壤中各粒级颗粒所占的重量百分比,又叫土壤的颗粒组成。质地分类：将土壤的机械组成分为若干不同的组合(group,combination)，并给每一组合特定的名称，即为质地分类。土壤质地:质地分类分成的若干土壤类别,如沙土、壤土、粘土即为土壤质地。土壤质地分类标准：•目前在英美等国常采用美国制；•我国自50年代以来沿用卡庆斯基制（简明系统）。•1987年我国土壤学家在《中国土壤》（第二版）中提出了一套比较适合中国土壤的质地分类制—中国制。1）美国制•美国制将土壤单粒分成沙、粉、粘粒3个粒级，然后按3者的重量百分率的不同组合划分土壤质地。•粘粒含量20%为沙土(sand)；•粘粒含量27%，且沙粒含量少于52%为壤土(loam)；•粘粒含量40%为粘土(clay)。2）卡庆斯基制简明系统•将土壤颗粒划分为物理性砂粒和物理性粘粒，按照两者的重量百分含量并依据不同土类将土壤划分为砂土、壤土和粘土三大类。卡庆斯基制土粒分级标准灰化土草原土壤、红壤、黄壤碱化土、碱土质地名称物理性粘粒（＜0.01mm＝%松砂土0—50—50—5砂土紧砂土5—105—105—10砂壤土10—2010—2010—15轻壤土20—3020—3015—20中壤土30—4030—4520—30壤土重壤土40—5045—6030—40轻粘土50—6560—7540—50中粘土65—8075—8550—65粘土重粘土＞80＞85＞653）中国制•我国的土壤质地分类，依据土壤中沙粒（1~0.05mm)、粗粉粒(0.05~0.01mm)和细粘粒(0.001mm)3个粒级的土壤颗粒含量，将土壤分为砂土、壤土和粘土3大组12种质地类型。中国土壤质地分类表颗粒组成（%）质地名称沙粒(1-0.05mm）粗粉粒(0.05-0.01mm)细粘粒(0.001mm)粗沙土70-细沙土60-70-沙土面沙土50-60-沙粉土=20粉土20=40沙壤土=20壤土204030壤土沙粘土=50-=30粉粘土30-35壤粘土35-40粘土40-60粘土重粘土-604）国际制•国际制土壤质地三角坐标图。黏性土壤性土沙性土为什么会呈现这种规律性？林业上对土壤石砾含量高低的分级标准：砾、石质程度石砾含量（%）砾径大于3毫米而小于3厘米石径大于3厘米10非砾质XX土非石质XX土10-30少砾质XX土少石质XX土30-50中砾质XX土中石质XX土50多砾质XX土多石质XX土二土壤质地与土壤肥力•质地对土壤肥力的影响是多方面的(extensive)，它常常是决定土壤的通气性(aeration)，蓄水(waterholding)，保肥(fertilityholding)，保温(heatpreservation)和耕性(tilth)的重要因素。沙土sand•利于透水通气，不易保蓄水分，抗旱力弱；•土温昼夜变化大，早春升温快，热性土；•矿物成分单一，有机质含量低且易分解，养分含量低；•植物扎根容易，容易耕作；•吸附有效养分的能力差，保肥力(fertilityholdingcapability)弱；•施肥后见效快,“少施肥,一把草;多施肥,立即倒”；•发小苗不发老苗，只适于耐干旱、瘠薄的树种，如松，槐，杨等。粘土clay•通气透水性差，保水力强•土温变化幅度小，升温和降温都比较缓慢，“冷性土”•矿物成分复杂，有机质含量高，养分丰富•植物扎根困难，耕作性能差•保肥力强•施肥后见效慢•“发老苗不发小苗”，适于壳斗科植物，柳，梨等的生长•通常有毒物质较多壤土loam（二合土）：•植物生产最理想的土壤，兼有沙土和粘土的优点，并克服了两者的缺点，具有良好的水、肥、气、热状况和协调能力；•既发老苗，又发小苗；•选择苗圃地时，以土层深厚的砂壤土或轻壤土为宜。石砾对土壤肥力的影响：•石砾可提高土温，增加大孔隙，有利于通气透水，增加土壤渗水量，减少地表径流，这对粘土尤为重要。•石砾增加根系的摩擦，使其不易老化，从而提高根系对营养物质的吸收。三土壤质地改良•土壤单粒相对比较稳定，要改变山区林地和大面积绿地的土壤质地不容易，一般是尽量作到适地适树（草）。在小面积苗圃(nursery)或绿地上，则可采用一些方法来改良土壤的质地。土壤质地改良方法：1）掺沙掺粘，客土调剂：达到3泥7沙或4泥6沙的壤土质地范围2）翻淤压沙或翻沙压淤3）引洪漫淤或引洪漫沙：4）增施有机肥，改善土壤结构5）种树种草，培肥改土土壤质地剖面类型：上部为轻壤质，下层为中壤-重壤，这种土壤既有利于种子出苗，又利于苗期根系下扎吸水吸肥，对土壤水、肥、气、热状况具有较强的调节能力。有利于植物生长。这种土称为“蒙金土”。冲积性母质发育的土壤自然因素水分在剖面中的淋洗作用人为因素（耕作）质地剖面产生的原因第三节土壤孔隙性，比重和容重•一土壤孔隙性porosity•二比重specificgravity和容重bulkdensity一土壤孔隙性porosity•土壤孔隙性：指土壤孔隙的多少（即孔隙度）、大小孔隙的比例(proportion)以及在土体中的分布情况。小孔隙大孔隙土壤孔隙度(porevolume,porosity)：孔隙度：自然状态下，一定容积(volume)土壤中孔隙容积所占的百分率。孔隙度（%）=（1-容重/比重）×10047.46%24.51%孔隙度大小颗粒相互填充使土壤孔隙度达到了最低值孔隙度=1-孔隙度孔隙容积土壤孔隙比=土粒容积结构良好的耕层土的孔隙比应≥1•耕层土壤总孔隙度为50~60%，其中通气孔隙度为8~10%以上，如能达到15~20%为最好；土体内的孔隙垂直分布为“上虚下实”。•上部耕层（0~15cm)的孔度为55%左右，通气孔度15~20%，底层土壤（15~30cm）孔度和通气孔度分别为50%和10%左右，属于比较理想的状态。•上虚有利于通气和种子的发芽，破土。下实则有利于保水和扎稳根系。“上虚下实”是相对而言，下层必须保证一定孔度，有利于根系伸展，扩大觅水觅肥空间，有利于微生物活动，有利于土壤排水等。对于大多数植物适宜的孔隙状况：土壤孔隙分类•土壤孔隙可分为无效孔隙，毛管孔隙和通气孔隙。孔隙类型孔径大小(mm)土壤水吸力（kPa）所含水分有效性非活性孔隙（无效孔隙）0.0021500无效毛管孔隙0.002~0.02150~1500有效通气孔隙0.02150主要贮存空气影响土壤孔隙性的因素•（1）土壤质地：–沙土的总孔隙度小，一般为30-40%，以大孔隙居多；–粘土的总孔隙度大，一般为50-60%，且以小孔隙为主；–壤土总孔隙度居中，一般为40-50%，大小孔隙比例较为适当。（2）土壤排列松紧与土壤结构：•一定容积土壤中，土粒排列紧密的，孔隙度低，排列疏松的，孔隙度高。•具有团聚性（即细小土粒结合成大的团粒）的土壤，总孔隙度高。（3）土壤有机质：•土壤有机质本身疏松多孔，又是团聚体的胶合剂，能促进土壤结构的形成，所以，富含有机质的土壤，孔隙性良好。（4）土壤层次：•不同的土壤层次，其质地、结构、有机质含量、紧实度等均不同，故孔隙状况各异。一般表土孔隙度大，孔隙状况好。观赏植物要求的通气孔隙比例：二比重specificgravity容重bulkdensity/volumedensity•土粒密度–单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量，单位为g/cm3或t/m3。•土粒比重（又叫相对密度）–单位容积固体土粒的质量与4℃时同体积的水的质量之比，叫土壤比重。–土壤学中常常把密度与比重混用，事实上两者是有区别的。•土粒比重大小，主要决定于土粒的矿物组成，同时有机质含量对比重也有一定影响。•多数土粒比重在2.6-2.7左右，一般取2.65作为土粒比重。•土壤有机质的比重只有1.25-1.4，富含有机质的土粒比重只有2.4左右。土壤容重（土壤密度）•概念：自然状况下，单位容积土体的烘干重，叫做土壤容重（土壤密度），单位为g/cm3或t/m3土壤容重一般是比重的一半左右。比重容重常见土壤的容重（密度）土壤容重（g/cm3)土壤容重（g/cm3)泥炭蓬松盐土灰化层黑钙土耕层沼泽土0.20~0.500.80~1.000.80~1.001.10~1.301.10~1.30黄土土壤碱化层土壤龟裂层灌溉后土壤结壳华南赤红壤1.35~1.501.50~1.701.70~1.901.60~1.901.10-1.60松紧程度容重(g/cm3)孔隙度(%)最松松适合稍紧紧实1.01.0~1.141.14~