《西北农林科技大学》PPT课件

第二章Unittwo土壤矿物质Soilminerals土壤学论坛www.soilhome.in土壤矿物质是土壤的主要物质组成成分，占到土壤总重量的95%左右，矿物质的大小、组成比例、矿物质的结构特征和土壤的矿物组成等对土壤一系列性质起着决定性作用。本章重点要掌握：1.土壤矿物颗粒的粒级分类及不同粒级的形状2.土壤质地分类制与不同质地土壤的性状特征。我国土壤质地分布规律。3.土壤矿物基本组成4.不同类型矿物的基本特征.我国土壤矿物组成及分布规律。第一节土壤质地soiltexture瞧！颗粒大小多么不匀一.矿质土粒（soilparticle）由于风化的强弱不同，成土条件不同，形成的土壤颗粒大小是否相同？答案=否（一）矿质土粒的来源一.矿质土粒（soilparticle）（二）土粒概念soilparticle土粒soilparticle：土壤中各种粒径的固相颗粒依据存在的状态：单粒：singleparticle复粒：compoundparticle依据粒径大小（单粒）（三）土壤粒级particlesizes1.粒级概念（fraction)：土壤颗粒的大小分级2.粒级划分依据：粒级化分的表观依据（或依赖的指标）：依据单个颗粒的粒径大小进行。那么土壤颗粒的粒径有何实际含义（？），颗粒的形状（？）一.矿质土粒（soilparticle）土壤颗粒绝非标准球形，是各种不规格形状的，那么，粒径的含义就并非它们的真实直径或半径。-----当量直径当量直径（有效直径）equivalentdiameteroreffectivediameterofsoilparticle:与同质的标准球形颗粒沉降速度相同的土粒直径或半径（建立在颗粒分析方法上）3.粒级分类制（classificationsystemsofsoilseparates)土壤颗粒大小是连续分布的，要确定土壤颗粒的分级需要研究土壤颗粒大小和性状间关系，找到由量变到质变分界点，突变点，就可以作为化分类别的依据。受人为因素的影响，当前土壤立即分类制有：Sizeisacontinuousvariable.Althoughdividingparticlesizeintodiscretesizerangesisarbitrary,itisalsouseful.Individualsoilparticlesrangeinsizefrombouldersthataremetersindiametertoclayparticlesthatarelessthan0.002mm(lessthan2m）indiameter.Particlessodifferentinsizealsohavedifferentproperties.Thetermsusedtodividethecontinuoussizevariable,diameter,intodiscreteunitsareconsiderednext.土壤粒级分类系统(三级分类制)classificationsystemsofsoilseparates国际制(ISSS)InternationalSoilScienceSociety(1930)Atterberg(1912)美国制(USDA)U.SDepartmentofagriculture(1956)苏联制Качинский(1965)粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm石砾gravel>2石块stone粗砾gravel>3.02~3石块каменствя石砾гравий>31~3粗砂coarsesand细砂finesand2~0.20.2~0.02极粗砂粒verycoarsesand粗砂粒coarsesand中砂粒mediumsand细砂粒finesand极细砂粒veryfinesand1~20.5~10.25~0.50.1~0.250.05~0.1粗细砂Песоккрупный中细砂Песоксредний细砂粒Песокмелкий0.5~10.25~0.50.05~0.02粉粒silt0.02~0.002粉粒silt0.002~0.05粗粉砂Пылькрупная中粉砂Пыльсредная细粉砂Пыльмелкая0.01~0.050.005~0.010.001~0.005粘粒clay<0.002粘粒clay<0.002粘粒илглинистый胶粒илколлоидный胶体коллоид0.005~0.0010.0001~0.0005<0.0001基本粒级TexturalGroupParticlesize(mm)Clay<0.002Silt0.002-0.02 Sand>0.02土壤粒级分类系统(二级分类制)苏联制:由卡庆斯基（Качинский）依据土粒的矿物组成和化学组成及其某些理化性状,如阳离子交换量、最大吸湿量、持水量、膨胀和收缩性的变化规律与1957年将11级分类制归并为两个大组。被我国和东欧诸国普遍采用。注意：采用不同的分类制，颗粒分析时样品处理要求通过不同级别的筛孔。以上粒级划分都是以当量直径为依据.注意：物理性砂粒和砂粒的区别；物理性粘粒和粘粒的区别砂泥上限为1mm有中国分类制吗？有！（？）经常用哪个？粒级分类制Thereisnonaturalclassificationofparticlesize;thelimitsarebasedonthecontributionthatparticlesofdifferentsizesmaketothephysicalandchemicalpropertiesofsoil.Asaresult,severalclassificationsystemshavebeendevelopedaroundtheworld如:>0.002mm颗粒在悬液中无布朗运动,而<0.002mm颗粒则显示出明显布朗运动.故粘粒界限定于0.002mm。粒级分类的实质依据是（？）一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状1.粒级不同矿物组成不同一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状2.表面特性不同：表面积极表面能一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状3.物理性状不同一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状4.化学组成不同颗粒愈小，氧化物多，营养程度高；颗粒愈粗，SiO2多，土壤愈贫瘠。一.矿质土粒（soilparticle）（四）土粒的基本性状4.生物性状不同不同粒级颗粒上微生物类型和数量、酶等的差异是当今研究的热点大颗粒是土壤的骨骼，细小的粘粒是肌肉，要特别重视小颗粒尤其是胶体颗粒（纳米土壤或土壤中纳米材料研究）重视土壤中粘粒（clay）Mineralpropertieschangeradicallywithdecreasingsizebelowabout1to5m(0.005).Claymineralsarethemostabundantoftheclay-sizedminerals.Clayhasthreemeaninginsoilscience,andtheyareeasytoconfuse,asthespecificmeaningdependsonthecontext.Clayis（1）afractionofthesoil,(2)atextureclassname,and,(3)aclassofminerals.Particlessmallerthan1m(0.001)arecolloidalparticles.Themineralcolloidsarethemostimportantmineralfractionofthesoilbecauseoftheirphysicalandchemicalreactivity.Claydescribesagroupofmineralshavingspecialpropertiesthatmakethemimportanttosoils’chemicalandphysicalproperties,evenwhentheyarepresentonlyinsmallamounts.问：从颗粒组成上讲，土壤之间的不同之处在哪里？在各粒级的含量的百分数组成不同----质地二.土壤质地（soiltexture)一.概念：1.机械组成（mechanicalcomposition)：不同粒级（sand，silt，clay)颗粒的组成比例（百分比）。注意:这里仅仅是一个定量化的概念，实质就是三种粒级颗粒的重量百分比。简单地从历经大小把土壤颗粒分为砂粒、粉砂粒，粘粒3级，在分别称重，获得百份含量比。没有依赖任何其它性状：故叫机械组成。自然界各地土壤由于盛土条件不同，机械组成肯定都有不同之处。这就是土壤性质的空间变异性，是一种客观存在。各类土壤严格地讲，机械组成不同，但当机械组成相近似，土壤基本性状可能有相似之处；只有机械组成差异很大时，它们基本性状才有很大差异。因此，有必要按照机械组成相似性进行土壤分类----质地有2.质地(soiltexture):按照机械组成相近似进行归类，这些类别叫质地。Soilsareacombinationofsand,silt,andclaywhoserelativeproportionsdeterminethesoilstexture.注意:①质地既有定量概念(以机械组成为依据划分的)，也有定性的(如人的感觉和它的生产性状)Atexturalclassisadefinedrangeofparticlesizedistributionwithsimilarbehaviorandmanagementneeds.②质地主要表达的是土壤中占优势粒级的颗粒（predominantsize，orsizerangeofparticle），但任何质地类型土壤决非由一种粒级的颗粒组成。③质地属于土壤的静态物理性质（staticsoilphysicalproperty）（因为相对变化较小，但绝不是永远不变的）④质地是以土壤机械组成（sand、silt、clay）为指标体系，以基本理化性状为科学依据进行分类的。相同的质地类型却粒级变化是在规定的范围类变化的。因而也有人为因素参与，目前有许多分类制。--如何分类？二.土壤质地（soiltexture)二.土壤质地（soiltexture)二.质地分类制1.美国分类制二.土壤质地（soiltexture)2.国际分类制三角分类制的使用技术除此，还可以查表确定质地名称和用其他方法！2.卡庆斯基二级分类制2.卡庆斯基二级分类制目前普遍采用的是卡庆斯基制。注意：在研究工作中选择分类体系是极其重要的第一步。关系到样品的准备。自质地命名时，如何对待石砾含量？依据实砾含量多少以形容词形式冠在确定得知名称前三.土壤质地性状三.土壤质地性状三.土壤质地性状三.土壤质地性状毛管水上升高度决定了对地下水的利用，也决定了盐碱土的形成3.不同质地土壤基本性状generalcharacteristicsofsoiltexture特性characteristics砂土Sand壤土loam粉砂壤土Silt粘土clay感觉feel粗砂gritty粗砂gritty滑腻silky块、粘Cloudyorplastic鉴别Identification疏松loose粘结cohesive指纹状Showsfingerprint光泽Givesshinystreak内排水Internaldrainage强Excessive好good正常Fair较差Fair-poor植物有效水Plantavailablewater低Low中等Medium高High高High牵引力Drawbarpull高Light高light中等medium重Heavy耕性Tillability容易Easy容易Easy中等Medium困难Difficult径流潜势Runoffpotential低Low较低Low-medium高High较高Medium-high导水性Water-transportability低Low中等Medium高High高High风蚀性Winderodibility高High中等Medium低low低Low土壤质地类型性状总结水田较为理想的质地类型为粘土中国土壤质地分布规律（一）土壤剖面质地层次性产生的原因1.自然因子：（1）河流沉积，季节性水流产生，紧出砂慢出泥，不紧不慢出两合。（2）风成（3）土壤形成过程产生—残积粘化和淀积粘化剖面质地层次性反映了土壤形成特征和气候变迁问题。2。人为因素带水耕作沉积原因，在犁地层和耕层间分化出砂层四.土壤质地层次性（texturalprofile)四.土壤质地层次性（二）基本类型肥力特征要注意蒙金土上层为砂壤-轻壤，而下层为中壤到重壤较理----蒙金土的剖面构型（或叫上轻下重型）五.不良土壤质改良（一）掺砂掺粘，客土法改良（客土加入本中）“黄泥巴（粘土）见了砂，好像孩子见了妈”，“红胶泥河面砂，糊里糊涂大石八”。--因地制宜。事例：河套平原运红泥就地固沙丘，运风沙土改良红泥土“。（二）翻淤压砂或翻砂压淤（三）引洪漫淤或引洪漫砂（一年洪水三年肥）--宁夏的灌淤土（四）增施有机肥料—改良质地性（五）因土种植因土种植是扬长避短，充分发挥不同质地土壤生产潜力的有效途径，农谚说“砂地棉花，土地麦”，“砂地棉花，胶土瓜（南瓜）,石子地里种芝麻”等。说明根据作物土宜特性安排种植能收到增产效果。一般认为：薯类、花生、西瓜、棉花、豆类、杏等较适宜于砂壤土；小麦、玉米、水稻、高粱等较适宜于粘质土壤（六）生物改良营造农田防护林网，种植绿肥作物等—防风固沙。六.土壤质地测量六.土壤质地测量（一）搓试法（feelmethod）原理：可塑性和粘结性（二）机械分析mechanicalanalysis(四)颗粒分析1.概念:测定土壤颗粒粒级组成的方法叫颗粒分析(fractionalanalysis)，也叫机械分析(mechanicalanalysis)thedeterminationoftherelativedistributionofthesizegroupofsoilparticlesiscalledmechanicalanalysisandoneofthecommonsoilphysicalanalysis.2.机械分析技术路线Mechanicalanalysis样品准备Samplepreparation分级定量(Fractionation)去除胶结剂Removalofcementingagents分散颗粒Dispersionofparticles筛分Sieving沉降法Sedimentation土壤机械分析主要依赖于两个方面:样品分散情况和准确分级定量Successoftheanalysisdependsontwofactors:(1)Preparationofthesampletocompletelydisperseallaggregatesintotheirindividualprimaryparticlewithoutbreakinguptheparticlesthemselves.(2)Accuratefractionofthesampleintothevariousseparates.3.土壤沉降分析(sedimentation)(1)沉降分析基本原理:---Stock’slaw机械分析原理被叫做Stock’sLaw于1851(1845)年研究得出了颗粒在液体介质中运动时所受到的液体阻力F(viscousdrag)，为颗粒分析奠定了基础。这是司托克斯的贡献。当颗粒在液体中作匀速沉降运动时则有：Fgravity-Fbuoyancy=FdragStock’slaw这里d就是当量直径(equivalentdiameter)温度对颗粒沉降影响不同温度下水的密度和粘滞系数ValuesofthedensityandViscosityofwater,η,atvarioustemperature颗粒在200C中沉降速度比在100C中大30%.在300C时沉降速度比在250C时快12%恒温也有助于防止器壁与悬液内部的因温度差所产生的液体对流现象发生.温度(0C)Temperature密度(g/cm3)DensityOfwater粘滞系数(g/m.s)Viscosityofwater102030400.999700.998200.995650.992221.30371.00190.79820.6540颗粒分析过程Determination0fparticlesizedistribution(1)土样分散处理(dispersionprocess)A.物理分散(mechanicaldispersion):未加化学分散剂,用机械方法进行的分散过程.—研磨(滚动)、煮沸、振荡、搅拌、摩擦、捣溃、洗涤、超声破（限定功率和频率，？）优点:对土粒破坏作用小,是化学分散基础.缺点:达不到彻底分散.B.物理-化学分散(mechanical-chemicaldispersion):加入化学实际,结合物理的方法破坏和去除土壤结构胶结剂.国际法A(标准法):H2O2(hydrogenperoxide)去除有机质(Hu<0.01g/g土时,可以不去)(CO2↑)稀盐酸(HCl)去除CaCO3和三氧化二物(离子交换反应和石灰反应,CO2↑).要进行抽气过滤,直至无Ca淋出为止.然后加入钠盐。盐酸溶解了一部分粘粒和无定型化合物,叫做盐酸洗失量,有时高达10~20%要计入粘粒含量中或者单独记录下来.Качинский法(卡氏法):土样用0.05MHCl冲洗,将土样中水溶盐、石灰、以及交换态钙、镁去除，按照土壤交换容量（CEC）计算加入钠盐。(破坏了碳酸钙,有机质已不再起作用)C.化学分散:加入化学分散剂(钠盐)(条件:Na盐\缓冲性\离子交换不可逆性)中性土壤Na2C2O4(sodiumoxalate);石灰性土壤Na(PO3)2(sodiumhexametaphosphate);酸性土壤Na2CO3(sodiumcarbonate)分级定量(fractionation)①粗土粒的筛分法:用粗细不同的筛进行分级定量.现代技术工艺仅能做到250μm的筛孔,最小为125μm.标准筛要求,筛孔<600μm允许误差5%筛孔偏离规定值,600~125μm为7.5%,<125μm可以高达10%.所以,土壤颗粒分析中对于>0.25mm土粒采用筛分(60#).②细土粒的沉降法分离定级A.吸管法(pipette)由Robinson(1922)提出,于1929和1930年在国际土壤学会上确定为标准方法.h确定原则：粒径与大,取样深度愈大,<0.05mm,h=25cm<0.01mm,h=10cm<0.005mm,h=10cm<0.001mm,h=7cm吸管法吸管法注意:自动吸管依靠两个串联瓶的落差产生负压进行,以保证吸取速度均匀平稳比重计法(hydrometermethod)比重计法是由Bouyoucos(1927)提出的.土壤颗粒分析的比重计有:(1)甲种比重计:也叫Bouyoucos,鲍氏比重计,可以直接读出在200C下悬液中土壤颗粒含量,共0~60格。它简便.(2)乙种比重计:又称为Casagvande,卡氏比重计,读出的是土壤悬液的比重,依据Fisher-Oden提出的公式进行计算ρ=ρw+C[1-(ρw/ρs)ρ:悬液密度ρw水的密度ρs颗粒密度C:悬液的浓度具体操作方法:土壤物理研究法比重计法被广泛地在地质、水利、土木工程上采用，特点是快速，但精度不高。（二）比重计法乙种比重计甲种比重计土壤颗粒累计分布曲线summationcurvesofsoil