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第三章土壤矿物质和土壤质地教学目标：（1）掌握土壤粒级的概念和了解分级方案的依据；（2）重点掌握四大基本粒级的性状；（3）掌握土壤质地含义、了解几种不同质地分类方案的特点；（4）掌握三种不同质地土壤的肥力性状、不良土壤质地改良的基本措施教学内容：第一节土壤粒级及其特性第二节土壤质地的概念及其分类第三节土壤质地与肥力的关系及其改良来源：矿物质土粒来源于岩石矿物的风化产物（土壤母质）过程：土壤母质在成土因素的影响下，经过成土作用把母质逐渐变成土壤，母质中的矿物质颗粒渐渐变成矿物质土粒分类：原生矿物直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源次生矿物则是由原生矿物分解转化而成的一、土粒的来源土壤中主要的原生矿物组成原生矿物分子式稳定性常量元素微量元素橄榄石角闪石辉石黑云母斜长石钠长石石榴子石正长石白云母钛铁矿磁铁矿电气石锆英石石英(Mg,Fe)2SiO4Ca2Na(Mg,Fe)2(Al,Fe3+)(Si,Al)4O11(oH)2Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6K(Mg,Fe)(Al,Si3O10)(OH)2CaAl2Si2O8NaAlSi3O8KAlSi3O8KAl2(AlSi3O10)(OH)2SiO2易风化较稳定极稳定Mg,Fe,SiMg,Fe,Ca,Al,SiCa,Mg,Fe,Al,SiK,Mg,Fe,Al,SiCa,Al,SiNa,Al,SiCu,Mg,Fe,Al,SiK,Al,SiK,A,SiFe,TiFeCu,Mg,Fe,Al,SiSiSiNi,Co,Mn,Li,Zn,Cu,MoNi,Co,Mn,Li,Se,V,Zn,Cu,GaNi,Co,Mn,Li,Se,V,Pb,Cu,GaRb,Ba,Ni,Co,Se,Li,Mn,V,ZnSr,Cu,Ga,MoCu,GaMn,Cr,GaRa,Ba,Sr,Cu,GaF,Rb,Sr,Ga,V,BaCo,Ni,Cr,VZn,Co,Ni,Cr,VLi,GaZn,Hg次生矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石等矿物质土粒和有机质土粒前者的数目占绝对优势，而且在土壤中长期地稳定地存在，构成土壤固相骨架；后者或者是有机残体的碎屑，极易被小动物吞噬和微生物分解掉，或者是与矿质土粒结合而形成复粒，因而很少单独地存在。通常所指土粒，是专指矿质土粒。二、土粒的种类单粒和复粒固相骨架中的矿质土粒可以单个地存在，称为单粒，在质地轻而缺少有机质的土壤中，单粒在数目上占优势。在质地粘重及有机质含量较多的土壤中，许多单粒相互聚集成复粒。也称单粒为原生土粒，称复粒为次生土粒。通常所说的土粒，均指矿质土粒中的单粒三、土粒的粒级当量粒径和“理想土壤”当量粒径、有效粒径、理想土壤的概念来自土壤机械分析（颗粒分析）时采用的假设和方法有效粒径：以圆筛的孔径作土粒的直径如通过1毫米筛而阻留在0.5毫米筛上的土粒即是1-0.5毫米粒级，余类推当量粒径：细粒部分看作光滑的实心园球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径（斯托克斯定律）理想土壤：由光滑实心圆球各级土粒堆积的土壤与实际情况相差甚远（尤其是对片状粘粒来说），但在土壤学、土工学研究及应用中这种圆球堆积的“理想土壤”沿用已久这种粒径划分就是矿质土粒的分级粒级（粒组）：根据土粒直径的大小和性质上的差异，将矿物质土粒划分为若干粒径等级，每一等级就叫一个粒级。土粒的大小分级——粒级组内粒径大小、成分及性质基本相近而组间则有明显的差异常见的土壤粒级制（P70表5-1）当量粒径(毫米)中国制(1987)卡钦斯基制(1957)美国农部制(1951)国际制(1930)3-2石砾石砾石砾石砾2-1极粗砂粒1-0.5粗砂粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒0.5-0.25物中砂粒中砂粒0.25-0.2理细砂粒0.2-0.1细砂粒性细砂粒0.1-0.05砂极细砂粒细砂粒0.05-0.02粗粉粒粒粗粉粒0.02-0.01粉粒0.01-0.005中粉粒物中粉粒粉粒0.005-0.002细粉粒理细粉粒0.002-0.001粗粘粒性0.001-0.0005粘粘粗粘粒粘粒粘粒0.0005-0.0001细粘粒粒粒细粘粒0.0001胶质粘粒美国制苏联制1土粒的矿物组成2土粒的化学组成和化学性质3土粒的物理性质4不同粒级土粒的基本特征三、矿物质土粒的组成和性质1、土粒的矿物组成粗细土粒的矿物组成示意图星际陨石宇宙尘埃2、土粒的化学组成和化学性质不同粒级土粒的化学组成注:R2O3代表Fe2O3+Al2O3土壤粒级名称粒径大小(mm)SiO2R2O3CaOMgOP2O5K2O+Na2O粗、中砂粒1.0～0.293.92.20.40.50.050.8细砂粒0.2～0.0494.03.20.50.10.11.5粗粉粒0.04～0.0189.46.60.80.30.12.3细粉粒0.01～0.00274.218.31.60.30.24.2非石灰性土壤粘粒＜0.00253.234.71.61.00.44.9细砂粒0.25～0.0584.38.33.20.6未测未测粗粉粒0.05～0.0173.710.33.30.6未测未测中粉粒0.01～0.00562.217.37.62.00.25.0细粉粒0.005～0.00142.724.612.73.1未测未测石灰性土壤粘粒＜0.00139.029.914.15.10.36.03、土粒的物理性质不同粒级土粒的水分物理性质粒径(mm)最大分子持水量(%)毛管水柱上升高度(cm)渗水系数(cm/s)湿胀(最初体积的%)可塑性(上限～下限%)3.0～2.00.200.5－不可塑2.0～1.50.71.5～3.00.2－不可塑1.5～1.00.84.50.12－不可塑1.0～0.50.98.70.072－不可塑0.5～0.251.020～270.0560不可塑0.25～0.101.1500.0305不可塑0.10～0.052.2910.0056不可塑0.05～0.013.12000.000416不可塑0.01～0.00515.9－－10540～280.005-0.00131.0－－16048～30＜0.001－－－40587～34A石砾和砂粒（0.05mm）（1）颗粒大，所含矿物为原生矿物。（2）含石砾和砂粒较多的土壤疏松多孔，通气透水好，排水通畅，胀缩性小。（3）比表面积小，无粘结性，粘着性、可塑性，耕性好。（4）吸水保肥能力弱，养分易随水流失，升温快，养分易转化。4、不同粒级土粒的基本特征B粘粒（0.002mm或0.001mm）（1）颗粒细小，属胶体范围，矿物成分主要为次生矿物。（2）通气透水性弱，排水不畅，易造成土壤积水和内涝。（3）比表面大，粘结性，粘着性、可塑性均强，耕性不良，干时结块龟裂，湿时泥泞。（4）粘粒本身养料丰富，吸水保肥能力强，潜在养分储量多，但土温较低，养分不易转化。C粉粒（0.05mm~0.002mm）颗粒大小及其性质位于砂粒和粘粒之间。第二节土壤质地的概念及其分类土壤机械组成：土壤中各级土粒所占的质量百分比土壤质地对土壤性状如养分含量、通气透水性、保水保肥性以及耕作性状等都有很大的影响，所以，在阐明土壤肥力时，质地是首先考虑的因素之一土壤质地：按照土壤中不同粒级土粒的相对比例（土壤机械组成的差异）把土壤分成若干组合，每一组合即为一种土壤质地。一、土壤质地分类二、土壤质地与肥力的关系三、不同质地土壤的利用与改良一、土壤质地分类1、国际制（2）依据砂粒、粉粒和粘粒三种粒级的数量(％)细分为12级（1）以粘粒(0.002mm)含量判定4类：15%砂土类15~25%壤土类25%~45%粘壤土类45%粘土类国际制土壤质地分类（四类十二级）名级土粒重量(%)质地类别分类质地名称粘粒(0.002mm)粉粒(0.02～0.002mm)砂粒(2～0.02mm)砂土类砂土及壤质砂土0～150～1585～100砂质壤土0～150～4555～85壤土类壤土0～1530～4540～55粉砂质壤土0～1545～1000～55砂质粘壤土15～250～3055～85粘壤土类粘壤土15～2520～4530～55粉砂质粘壤土15～2545～850～40砂质粘土25～450～2055～75壤质粘土25～450～4510～55粘土类粉砂质粘土25～4545～750～30粘土45～650～350～55重粘土65～1000～350～35注：在分析工作中不包括大于2mm的石砾，这一部分含量另行计算（表5-10）。河北省土壤普查：（表5-11：壤质60.2%，壤质砂土20.5%）粘粒(0.002mm)含量粉粒(0.05~0.002mm)含量砂粒(2~0.05mm)含量黏土美国农部制土壤质地三角图2、美国农部制查询举例：砂粒35%，粘粒25%，粉粒40%美国农部制土壤质地三角图壤土3、卡钦斯基制物理砂粒（0.01mm），物理粘粒（0.01mm）卡庆斯基土壤质地分类(简明方案)物理性粘粒(＜0.01mm)(％)物理性砂粒(＞0.01mm)(％)质地名称灰化土类草原土及红黄壤类柱状碱土及强碱化土类灰化土类草原土及红黄壤类柱状碱土及强碱化土类松砂土0～50～50～5100～95100～95100～95砂土紧砂土5～105～105～1095～9095～9095～90砂壤土10～2010～2010～2090～8090～8090～85轻壤土20～3020～3015～2080～7080～7085～80中壤土30～4030～4520～3070～6070～5580～70壤土重壤土40～5045～6030～4060～5055～4070～60轻粘土50～6560～7540～5050～3540～2560～50中粘土65～8075～8550～6535～2025～1550～35粘土重粘土＞80＞85＞65＜20＜15＜35注：在分析工作中不包括大于1mm的石砾，这一部分含量另行计算（表5-8）。4、中国质地分类共划分三类十一级我国土壤质地分类标准（1985,1996）颗粒组成%（粒径：毫米）质地组质地名称砂粒(1-0.05)粗粉粒(0.05-0.01)细粘粒(0.001)砂土极重砂土重砂土中砂土轻砂土8070～8060～7050～60砂粉土粉土≥2020≥4030壤土砂壤壤土≥202040粘土轻粘土中粘土重粘土极重粘土30～3535～4040～6060由于中国制的三元粒级互不衔接，不能构成三角质地图，故不便查用一、土壤质地与肥力的关系土壤的生产性状：指土壤质地的差异在林业生产中的反应，它包括土壤的：肥力状况：植物在生长过程中，土壤的水、肥、气、热、扎根条件以及有无产生毒害物质的协调程度；耕作性状：耕作时的难易程度、阻力大小、耕作质量好坏以及宜耕期的长短等；林木反应：P79-81第三节土壤质地与土壤肥力的关系及其改良泛指与砂土性状相近的一类土壤，物理粘粒含量15%。主要分布在西北地区，如新疆、甘肃、宁夏、内蒙、青海的山前平原以及各地河流两岸、滨海平原一带。1、砂质土类砂质土的性状：（1）通透性好（2）保蓄性差（3）潜在养分含量少，养分转化快（4）土温变幅大（5）耕性好（6）无有毒物质存在（7）苗木易早衰物理粘粒含量45%，质地细(粘重)，包括粘土以及和类似粘土性质的重壤土和部分中壤土。2、粘质土类（1）通透性差（2）保蓄性强（3）养分含量丰富，转化速度慢（4）土温变幅小（5）耕性差（6）有毒物质多（7）发大苗不发小苗砂粘比例6：4主要分布于黄土高原、华北平原、松辽平原、长江中下游平原、珠江三角洲、河间平原以及河流两岸间冲积平原。3、壤质土类（1）大小孔隙比例分配较合理（2）保水保肥（3）养分含量充足，有机质转化速度快（4）水肥气热以及扎根条件协调（5）耕性好（6）发大苗又发小苗黏性土壤性土沙性土4、砾质土类土层较薄，保水保肥能力较低阻碍种子萌发、植物生长和土壤管理过程类型石砾含量（%）表现少石质土10-30尚可耕作林木可以生长中石质土30-50粗石块挑出多石质土50必须改良表5-9引自中国林业部综合调查队二、不同质地土壤的利用和改良①客土法改良案例：张家口市坝上砂质栗钙土区②深