土壤学实验指导

土壤学实验指导江西农业大学国土资源与环境学院2006年4月1前言为了适应教学、科研和生产的需要，我们编写了这本《土壤学实验指导》书,为广大农、林业科技工作者和农业高等院校、农业中等专业学校有关专业师生的实验教材或工具书。考虑到分析条件等原因，书中有时在同一分析项目中并列了几个方法，可根据分析项目和要求等选择应用。本指导包括四个方面的内容，土壤水分、土壤物理性质、土壤化学性质及土壤酸碱度的分析。本指导书由王景明、朱美英、熊江波编写，卢志红、张频审核。由于编者水平所限，书中疏漏，错误之处在所难免，敬请提出宝贵意见，以便进一步修改。编者2实验室守则1、实验室要保持安静，整齐有序，不许吵闹玩笑，大声说话；不得无故迟到早退；关闭手机及其它通讯设备。2实验前要先预习，明确实验目的，了解实验内容、原理和操作过程。3实验时必须认真观察和分析实验现象，对实验的内容和安排不合理的地方可提出改进意见。对实验中出现的反常现象应进行讨论，并大胆提出自己的看法，做到主动地学习，积极地思考。4、注意安全，实验室内严禁吸烟。易燃易爆物品要远离火源操作和放置。5、节约用水，安全用电，不浪费药品，爱护所有仪器。凡损坏仪器者应如实向教师报告，并登记，补领。实验过程中废液、废物应倒入指定地方，不准随意乱倒。6、实验室内的一切物品，未经本室负责教师批准，严禁携带出室外，借物必须办理登记手续。7、实验完毕，要把仪器用具清洁，将各种仪器药品放回原处，清洁实验台面和地面。学生离开实验室前，必须请指导教师到位检查，合格后方可离开。3目录实验一常见成土矿物标本的观察与认识………………………………4实验二常见成土岩石标本的观察与认识………………………………7实验三土壤分析样品的采集与制备……………………………………10实验四土壤含水量的测定………………………………………………13实验五土壤有机质含量的测定…………………………………………15实验六土壤机械组成分析………………………………………………17（一）比重计速测法……………………………………………17（二）比重计法…………………………………………………23（三）吸管法……………………………………………………27实验七土壤微团粒测定…………………………………………………31实验八土壤密度（比重）的测定………………………………………33实验九土壤容重、孔隙度的测定………………………………………34实验十土壤酸度的测定…………………………………………………36实验十一土壤中水解性酸度的测定及石灰施用量的计算………………39实验十二土壤中代换性盐基总量的测定及盐基饱和度的计算…………40实验十三土壤中有效氮、磷、钾的速测…………………………………42实验十四土壤全氮的测定…………………………………………………47实验十五土壤碱解氮的测定………………………………………………50实验十六土壤全磷的测定…………………………………………………52实验十七土壤有效磷的测定………………………………………………54实验十八土壤全钾的测定…………………………………………………57实验十九土壤速效钾的测定………………………………………………58实验二十土壤氧化还原电位的测定………………………………………61实验二十一土壤剖面观察……………………………………………………64实验二十二自然土壤和自然成土因素的野外观察记载……………………69附录一常用标准筛孔、筛号对照表………………………………………74附录二常用商品试剂的近似比重、百分含量、摩尔浓度和当量浓度…74附录三标准酸碱溶液的配制和标定………………………………………754实验一常见成土矿物标本的观察与认识土壤是由母质发育而成，母质是岩石风化的产物，岩石是矿物的集合体，而矿物本身又有它的化学组成和物理性质。学习土壤学的人，必须先学习岩石和矿物，以了解土壤母质，为学习土壤学打下基础。本实验是使用放大镜、条痕板、小刀、硬度计、小锤、稀盐酸等物品，对主要的造岩矿物和成土岩石进行肉眼观察鉴定。(一)形态矿物形态除表面为一定几何外形的单独体外，还常常聚集成各种形状的集合体，常见的有下列形态。柱状——由许多细长晶体，组成平行排列者，如角闪石。板状——形状似板，如透明石膏、斜长石。片状——可以剥离成极薄的片体，如云母。粒状——大小等及具有一定规律的晶粒集合在一起，如橄揽石、黄铁矿。块状——结晶或不结晶的矿物，成不定形的块体，如结晶的块状石英，非结晶的蛋白石。土状——细小均刀的粉末状集合体，如高岭石。纤维状——晶体细小，纤细平行排列，如石棉。鲕状——似鱼卵状的园形小颗粒集合体，如赤铁矿。豆状——集合体成园形或椭圆形大小似豆者。如赤铁矿。(二)颜色矿物首先引人注意的是它的颜色，矿物的颜色是其重要的特征之一。一般地说，颜色是光的反射现象。如孔雀石为绿色，是因孔雀石吸收绿色以外的色光而独将绿色反射所致。矿物的颜色，根据其发生的物质基础不同，可以有自色、他色和假色。自色——矿物本身所含的化学成分中，具有的色素表现出来的颜色，如石英的白色。他色——矿物因为含有外来的带色素的杂质而产生的颜色，如无色透明的石英（水晶）因锰的混入而被染成紫色，即是他色。假色——矿物内部裂缝、解理面及表面由于氧化膜的干涉效应而产生的颜色。(三)条痕矿物粉末的颜色。将矿物在无釉瓷板上擦划，(必须注意矿物硬度小于瓷扳)所留在瓷板上的颜色即为条痕。条痕对有色矿物有鉴定意义。(四)光泽矿物表面对入射光线的反射能力称光泽。按其表现可分为：金属光泽——如黄铁矿半金屑光泽——如赤铁矿非金屑光泽——玻璃光泽：如石英晶面油脂光泽：如石英断口面丝绢光泽：如石棉珍珠光泽：如白云母土状光泽：如高岭石(五)硬度矿物抵抗磨擦或刻划的能力。决定硬度时，常常用二个矿物相对刻划的方法即得出其相对硬度。表示硬度的大小，以摩氏硬度计的十种矿物作标准，从滑石到金刚石依次定为十个等级，5其排列次序是：代表矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石硬度等级12345678910在野外可用指甲（硬度2-2.5）、回形针（3）、玻璃（5）、小刀（5-5.5）、钢锉（6-7）代替标准硬度计。(六)解理矿物受击后沿一定方向裂开成光滑平面的性质称为解理，矿物破裂时呈现有规则的平面称为解理面，按其裂开的难易、解理面之厚薄、大小及平整光滑程度，一般可有下列等级。极完全解理——解理面极平滑，可以裂开成薄片状，如云母。完全解理——解理面平滑不易发生断口，往往可沿解理面裂开成小块，其外形仍与原来的晶形相似，如方解石的菱面体小块。中等解理——在矿物碎块上，既可看到解理面，又可看到断口。如长石、角闪石。不完全解理——在矿物的碎块上，很难看到明显的解理面，大部分为断口，如磷灰石。无解理——矿物碎块中除晶面外，找不到其他光滑的面，如石英。必须指出，在同一矿物上可以有不同方向和不同程度的几向解理出现。例如云母具有一向极完全解理；长石、辉石具有二向完全解理；方解石具有三向完全解理等。(七)断口矿物受击后，产生不规则的破裂面，称为断口。在解理不发达以及非结晶矿物受击后，容易发生断口。其形状有：贝壳状(如石英的断口)、参差状(如自然铜)、平坦状(如磁铁矿)等。同一矿物，解理与断口的性质表现出互为消长的关系，如极完全解理的云母，则不易见到断口。(八)盐酸反应含有碳酸盐的矿物，加盐酸会放出气泡，其反应式：CaCO3+2HCl——→CaCl2+C02↑+H2O根据与10％的盐酸发生反应时放出气泡的多少，可分四级:低——徐徐的放出细小气泡中——明显起泡高——强烈起泡。极高——剧烈起泡，呈沸腾状(九)根据表1所列项目，认识各种矿物（十）作业未知矿物的签定6表1各种矿物的性质和风化特点特征名称形状颜色条痕光泽硬度解理断口10%HCl反应其他风化特点与分解产物石英六方柱、椎或块状无、白玻璃油脂7无贝壳状晶面上有条纹不易风化、难分解，是土壤中砂粒的主要来源正长石板状、柱状肉红为主6斜长石板状灰白为主玻璃6-6.5二向完全解理面上可见双晶条纹风化后产生粘粒、二氧化硅和盐基物质，正长石含钾较多，是土壤中钾素来源之一。白云母无白黑云母片状、板状黑褐浅绿玻璃珍珠2-3一向极完全有弹性白云母抗风化分解能力较黑云母强，风化后均能形成粘粒。并释放大量钾素，是土壤中钾素和粘粒来源之一。角闪石长柱状暗绿、灰黑5.5-6辉石短柱状深绿、褐黑玻璃5-6二向完全参差状容易风化分解产生含水氧化铁，含水氧化硅及粘粒。并释放大量钙、镁等元素。橄榄石粒状橄榄绿玻璃油脂6.5-7不完全贝壳状易风化形成褐铁矿，二氧化硅以及蛇纹石等次生矿物。方解石3强白云石菱面体或块体白、灰黄等玻璃3.5-4三向完全弱易受碳酸作用溶解移动，但白云石稍比方解石稳定，风化后释放出钙、镁元素，是土壤中碳酸盐和钙、镁的重要来源。磷灰石六方柱或块状绿、黑、黄灰、褐玻璃油脂5不完全参差状贝壳状风化后是土壤中磷素营养的主要来源。石膏板状、针状、柱状无、白玻璃、珍珠、绢丝2完全溶解后为土壤中硫的主要来源赤铁矿块状、鲕状、豆状暗红至铁黑樱红半金属、土状5.5-6无易氧化，分布很广，特别在热带土壤中昀为常见。褐铁矿块状、土状、结核状黑、褐、黄棕黄土状4-5其分布与赤铁矿同。磁铁矿八面体、粒状、块状铁黑黑金属5.5-6无磁性难风化，但也可氧化成赤铁矿和褐铁矿。滑石鳞片、块状色白、浅黄白玻璃1完全分解成富含镁的氧化物，为土壤中镁的主要来源。高岭石土块状白、灰、浅黄白、黄土状无有油腻感由长石、云母风化形成的次生矿物，颗粒细小是土壤粘粒矿物之一。7实验二常见成土岩石标本的观察与认识组成地壳的岩石，按其成因不同分为三大类，即：由岩浆冷凝而成者称岩浆岩；由各种沉积物经硬结成岩者称沉积岩；由原生岩经高温、高压以及与化学性质活泼的物质作用后发生了变质的岩石称变质岩。三者由于成因不同，以致在各自的组成、结构和构造中都有较大的差异。肉眼鉴定岩石的方法，主要对岩石的颜色、矿物组成、结构、构造等方面进行观察后，才能区别出所属岩类和定出岩石名称。(一)颜色岩石的颜色决定于矿物的颜色，观察岩石的颜色，有助于了解岩石的矿物组成。如岩石深灰及黑色是含有深色矿物所致。(二)矿物组成岩浆岩的主要矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄揽石。沉积岩主要矿物除石英、长石等外，还含有方解石、白云石、粘土矿物、有机质等。变质岩的矿物组成除石英、长石、云母、角闪石、辉石外，常含变质矿物如石榴石、滑石、蛇纹石、绿泥石、绢云母等。(三)结构1、岩浆岩结构指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及相互组合的关系。其主要结构有：全晶质等粒、隐晶质、斑状、玻璃质(非结晶质)结构。全晶质等粒结构——岩石中矿物晶粒在肉眼或放大镜下可见，且晶粒大小一致。如花岗岩。隐晶质结构——岩石中矿物全为结晶质，但晶粒很小，肉眼或放大镜看不出晶粒。斑状结构——岩石中矿物颗粒大小不等，有粗大的晶粒和细小的晶粒或隐晶质甚至玻璃质(非晶质)者称斑状结构。大晶粒为斑晶，其余的称石基。如花岗斑岩。2、沉积岩结构指岩石的颗粒大小、形状及结晶程度所形成的特征叫结构。一般沉积岩结构有：碎屑结构(砾、砂、粉砂)、泥质结构、化学结构、生物结构等。①碎屑结构碎屑物经胶结而成。胶结物的成份有钙质、铁质、硅质、泥质等。按碎屑大小来划分有：砾状结构——大于2mm以上的碎屑被胶结而成的岩石，如砾岩。砂粒结构——碎屑颗粒直径为2—0.1mm者如砂岩。粉砂结构——碎屑颗粒直径为0.1—0.01mm者如粉砂岩。②泥质结构颗粒很细小，由直径小于0.01mm的泥质组成，彼此紧密结合，成致密状，8如页岩、泥岩。③化学结构由化学原因形成，有晶粒状、隐晶状、胶体状(如鲕状、豆状)。为化学岩所特有如粒状石灰岩。④生物结构由生物遗体或生物碎片组成如生物灰岩。3、变质岩结构变质岩多半具有结晶质，其结构含义与岩浆岩相似，有等粒状、致密状或斑状等。在结构命名上，为了区别起见，特加上“变晶”二字，如等粒变晶、斑状变晶、隐晶变晶。(四)构造1、岩浆岩构造指矿物颗粒之间排列方式及填充方式所表现出的整体外貌。一般有块状、流