第二章Unit two土壤礦物質(zhì)Soil minerals土壤學(xué)論壇www.soilhome.in,土壤礦物質(zhì)是土壤的主要物質(zhì)組成成分，占到土壤總重量的95%左右，礦物質(zhì)的大小、組成比例、礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征和土壤的礦物組成等對(duì)土壤一系列性質(zhì)起著決定性作用。本章重點(diǎn)要掌握： 1. 土壤礦物顆粒的粒級(jí)分類及不同粒級(jí)的形狀 2.土壤質(zhì)地分類制與不同質(zhì)地土壤的性狀特征。我國(guó)土壤質(zhì)地分布規(guī)律。 3.土壤礦物基本組成 4.不同類型礦物的基本特征.我國(guó)土壤礦物組成及分布規(guī)律。,第一節(jié)土壤質(zhì)地 soil texture,瞧！ 顆粒大小多么不勻,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,由于風(fēng)化的強(qiáng)弱不同，成土條件不同，形成的土壤顆粒大小是否相同？答案=否,（一）礦質(zhì)土粒的來源,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（二）土粒概念 soil particle,土粒 soil particle：土壤中各種粒徑的固相顆粒,依據(jù)存在的狀態(tài)： 單粒：single particle 復(fù)粒：compound particle,依據(jù)粒徑大小 （單粒）,（三）土壤粒級(jí) particle sizes,1.粒級(jí)概念（fraction)：土壤顆粒的大小分級(jí) 2.粒級(jí)劃分依據(jù)：粒級(jí)化分的表觀依據(jù)（或依賴的指標(biāo)）：依據(jù)單個(gè)顆粒的粒徑大小進(jìn)行。 那么土壤顆粒的粒徑有何實(shí)際含義（？），顆粒的形狀（？）,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,土壤顆粒絕非標(biāo)準(zhǔn)球形，是各種不規(guī)格形狀的，那么，粒徑的含義就并非它們的真實(shí)直徑或半徑。-當(dāng)量直徑 當(dāng)量直徑（有效直徑）equivalent diameter or effective diameter of soil particle : 與同質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)球形顆粒沉降速度相同的土粒直徑或半徑（建立在顆粒分析方法上） 3. 粒級(jí)分類制（classification systems of soil separates) 土壤顆粒大小是連續(xù)分布的，要確定土壤顆粒的分級(jí)需要研究土壤顆粒大小和性狀間關(guān)系，找到由量變到質(zhì)變分界點(diǎn)，突變點(diǎn)，就可以作為化分類別的依據(jù)。受人為因素的影響，當(dāng)前土壤立即分類制有： Size is a continuous variable .Although dividing particle size into discrete size ranges is arbitrary, it is also useful. Individual soil particles range in size from boulders that are meters in diameter to clay particles that are less than 0.002mm (less than 2 m）in diameter .Particles so different in size also have different properties. The terms used to divide the continuous size variable, diameter, into discrete units are considered next.,土壤粒級(jí)分類系統(tǒng)(三級(jí)分類制)classification systems of soil separates,基本粒級(jí),土壤粒級(jí)分類系統(tǒng)(二級(jí)分類制),蘇聯(lián)制:由卡慶斯基（）依據(jù)土粒的礦物組成和化 學(xué)組成及其某些理化性狀,如陽(yáng)離子交換量、最大吸濕量、持水量、膨脹和 收縮性的變化規(guī)律與1957年將11級(jí)分類制歸并為兩個(gè)大組。被我國(guó)和東歐 諸國(guó)普遍采用。,注意：采用不同的分類制，顆粒分析時(shí)樣品處理要求通過不同級(jí)別的篩孔。以上粒級(jí)劃分都是以當(dāng)量直徑為依據(jù).,注意：物理性砂粒和砂粒的區(qū)別；物理性粘粒和粘粒的區(qū)別,砂,泥,上限為1mm,有中國(guó)分類制嗎？ 有?。ǎ浚┙?jīng)常用哪個(gè)？,粒級(jí)分類制,There is no natural classification of particle size; the limits are based on the contribution that particles of different sizes make to the physical and chemical properties of soil. As a result, several classification systems have been developed around the world 如:0.002mm顆粒在懸液中無布朗運(yùn)動(dòng),而<0.002mm顆粒則顯示出明顯布朗運(yùn)動(dòng).故粘粒界限定于0.002mm。 粒級(jí)分類的實(shí)質(zhì)依據(jù)是（？）,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（四）土粒的基本性狀,1.粒級(jí)不同礦物組成不同,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（四）土粒的基本性狀,2.表面特性不同：表面積極表面能,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（四）土粒的基本性狀,3.物理性狀不同,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（四）土粒的基本性狀,4.化學(xué)組成不同,顆粒愈小，氧化物多，營(yíng)養(yǎng)程度高；顆粒愈粗，SiO2多，土壤愈貧瘠。,一.礦質(zhì)土粒 （soil particle）,（四）土粒的基本性狀,4.生物性狀不同,不同粒級(jí)顆粒上微生物類型和數(shù)量、酶等的差異是當(dāng)今研究的熱點(diǎn),大顆粒是土壤的骨骼，細(xì)小的粘粒是肌肉，要特別重視小顆粒尤其是膠體顆粒 （納米土壤或土壤中納米材料研究）,重視土壤中粘粒（clay）,Mineral properties change radically with decreasing size below about 1 to 5 m(0.005). Clay minerals are the most abundant of the clay-sized minerals. Clay has three meaning in soil science, and they are easy to confuse, as the specific meaning depends on the context. Clay is （1）a fraction of the soil, (2) a texture class name, and ,(3) a class of minerals. Particles smaller than 1 m(0.001) are colloidal particles. The mineral colloids are the most important mineral fraction of the soil because of their physical and chemical reactivity. Clay describes a group of minerals having special properties that make them important to soils chemical and physical properties, even when they are present only in small amounts.,問： 從顆粒組成上講，土壤之間的不同之處在哪里？ 在各粒級(jí)的含量的百分?jǐn)?shù)組成不同-質(zhì)地,二.土壤質(zhì)地（soil texture),一.概念： 1.機(jī)械組成（mechanical composition)：不同粒級(jí)（sand，silt，clay)顆粒的組成比例（百分比）。 注意:這里僅僅是一個(gè)定量化的概念，實(shí)質(zhì)就是三種粒級(jí)顆粒的重 量百分比。簡(jiǎn)單地從歷經(jīng)大小把土壤顆粒分為砂粒、粉砂粒，粘粒 3級(jí)，在分別稱重，獲得百份含量比。沒有依賴任何其它性狀：故 叫機(jī)械組成。 自然界各地土壤由于盛土條件不同，機(jī)械組成 肯定都有不同之處。這就是土壤性質(zhì)的空間變異 性，是一種客觀存在。各類土壤嚴(yán)格地講，機(jī)械 組成不同，但當(dāng)機(jī)械組成相近似，土壤基本性狀 可能有相似之處；只有機(jī)械組成差異很大時(shí)，它 們基本性狀才有很大差異。因此，有必要按照機(jī)械組成相似性進(jìn)行土壤分 類-質(zhì)地,有,2.質(zhì)地(soil texture) :按照機(jī)械組成相近似進(jìn)行歸類，這些類別叫質(zhì)地。Soils are a combination of sand, silt, and clay whose relative proportions determine the soils texture. 注意: 質(zhì)地既有定量概念(以機(jī)械組成為依據(jù)劃分的)，也有定性的內(nèi)容 (如人的感覺和它的生產(chǎn)性狀)A textural class is a defined range of particle size distribution with similar behavior and management needs. 質(zhì)地主要表達(dá)的是土壤中占優(yōu)勢(shì)粒級(jí)的顆粒（predominant size，or size range of particle），但任何質(zhì)地類型土壤決非由一種粒級(jí)的顆粒組成。 質(zhì)地屬于土壤的靜態(tài)物理性質(zhì)（static soil physical property）（因?yàn)橄鄬?duì)變化較小，但絕不是永遠(yuǎn)不變的） 質(zhì)地是以土壤機(jī)械組成（sand、silt、clay）為指標(biāo)體系，以基本理化性狀為科學(xué)依據(jù)進(jìn)行分類的。相同的質(zhì)地類型卻粒級(jí)變化是在規(guī)定的范圍類變化的。因而也有人為因素參與，目前有許多分類制。-如何分類？,二.土壤質(zhì)地（soil texture),二.土壤質(zhì)地（soil texture),二. 質(zhì)地分類制,1.美國(guó)分類制,二.土壤質(zhì)地（soil texture),2.國(guó)際分類制,三角分類制的使用技術(shù),除此，還可以查表確定質(zhì)地名稱和用其他方法！,2.卡慶斯基二級(jí)分類制,2.卡慶斯基二級(jí)分類制,目前普遍采用的是卡慶斯基制。 注意：在研究工作中選擇分類體系是極其重要的第一步。關(guān)系到樣品的準(zhǔn)備。,自質(zhì)地命名時(shí)，如何對(duì)待石礫含量？,依據(jù)實(shí)礫含量多少以形容詞形式冠在確定得知名稱前,三.土壤質(zhì)地性狀,三.土壤質(zhì)地性狀,三.土壤質(zhì)地性狀,三.土壤質(zhì)地性狀,毛管水上升高度決定了對(duì)地下水的利用，也決定了鹽堿土的形成,3.不同質(zhì)地土壤基本性狀 general characteristics of soil texture,土壤質(zhì)地類型性狀總結(jié),水田較為理想的質(zhì)地類型為粘土,中國(guó)土壤質(zhì)地分布規(guī)律,（一）土壤剖面質(zhì)地層次性產(chǎn)生的原因 1.自然因子： （1）河流沉積，季節(jié)性水流產(chǎn)生，緊出砂慢出泥，不 緊不慢出兩合。 （2） 風(fēng)成 （3）土壤形成過程產(chǎn)生殘積粘化和淀積粘化 剖面質(zhì)地層次性反映了土壤形成特征和氣候變遷問題。 2。人為因素 帶水耕作沉積原因，在犁地層和耕層間分化出砂層,四. 土壤質(zhì)地層次性（textural profile),四. 土壤質(zhì)地層次性,（二）基本類型,肥力特征要注意,蒙金土 上層為砂壤-輕壤，而下層為中壤到重壤較理-蒙金土的剖面構(gòu)型（或叫上輕下重型）,五.不良土壤質(zhì)改良,（一）摻砂摻粘，客土法改良（客土加入本中） “黃泥巴（粘土）見了砂，好像孩子見了媽”，“紅膠泥河面砂，糊里糊涂大石八”。-因地制宜。事例：河套平原運(yùn)紅泥就地固沙丘，運(yùn)風(fēng)沙土改良紅泥土“。 （二）翻淤壓砂或翻砂壓淤 （三）引洪漫淤或引洪漫砂（一年洪水三年肥）-寧夏的灌淤土 （四）增施有機(jī)肥料改良質(zhì)地性 （五）因土種植 因土種植是揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮不同質(zhì)地土壤生產(chǎn) 潛力的有效途徑，農(nóng)諺說“砂地棉花，土地麥”，“砂地棉花，膠土瓜 （南瓜）,石子地里種芝麻”等。說明根據(jù)作物土宜特性安排種植能 收到增產(chǎn)效果。一般認(rèn)為：薯類、花生、西瓜、棉花、豆類、杏等 較適宜于砂壤土；小麥、玉米、水稻、高粱等較適宜于粘質(zhì)土壤 （六）生物改良 營(yíng)造農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)，種植綠肥作物等防風(fēng)固沙。,六.土壤質(zhì)地測(cè)量,六.土壤質(zhì)地測(cè)量,（一）搓試法（feel method ）,原理：可塑性和粘結(jié)性,（二）機(jī)械分析mechanical analysis,(四) 顆粒分析,1.概念:測(cè)定土壤顆粒粒級(jí)組成的方法叫顆粒分析(fractional analysis)，也叫機(jī)械分析(mechanical analysis) the determination of the relative distribution of the size group of soil particles is called mechanical analysis and one of the common soil physical analysis. 2.機(jī)械分析技術(shù)路線,Mechanical analysis,樣品準(zhǔn)備Sample preparation,分級(jí)定量(Fractionation),去除膠結(jié)劑 Removal of cementing agents,分散顆粒 Dispersion of particles,篩分 Sieving,沉降法 Sedimentation,土壤機(jī)械分析主要依賴于兩個(gè)方面:樣品分散情況和準(zhǔn)確分級(jí)定量 Success of the analysis depends on two factors: ( 1)Preparation of the sample to completely disperse all aggregates into their individual primary particle without breaking up the particles themselves. ( 2)Accurate fraction of the sample into the various separates.,3.土壤沉降分析(sedimentation),(1)沉降分析基本原理:-Stocks law,機(jī)械分析原理被叫做Stocks Law于1851 (1845)年研究得出了顆粒在液體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的液體阻力F(viscous drag)，為顆粒分析奠定了基礎(chǔ)。這是司托克斯的貢獻(xiàn)。 當(dāng)顆粒在液體中作勻速沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)則有： Fgravity-Fbuoyancy=Fdrag,Stocks law,這里d就是當(dāng)量直徑(equivalent diameter),溫度對(duì)顆粒沉降影響,不同溫度下水的密度和粘滯系數(shù) Values of the density and Viscosity of water ,at various temperature,顆粒在200C中沉降速度比在100C中大30%.在300C時(shí)沉降速度比在250C時(shí)快12% 恒溫也有助于防止器壁與懸液內(nèi)部的因溫度差所產(chǎn)生的液體對(duì)流現(xiàn)象發(fā)生.,顆粒分析過程Determination 0f particle size distribution,(1)土樣分散處理(dispersion process) A.物理分散(mechanical dispersion):未加化學(xué)分散劑,用機(jī)械方法進(jìn)行的分散過程.研磨(滾動(dòng))、煮沸、振蕩、攪拌、摩擦、搗潰、洗滌、超聲破（限定功率和頻率，？） 優(yōu)點(diǎn):對(duì)土粒破壞作用小,是化學(xué)分散基礎(chǔ). 缺點(diǎn):達(dá)不到徹底分散. B.物理-化學(xué)分散(mechanical-chemical dispersion):加入化學(xué)實(shí)際,結(jié)合物理的方法破壞和去除土壤結(jié)構(gòu)膠結(jié)劑. 國(guó)際法A(標(biāo)準(zhǔn)法): H2O2(hydrogen peroxide) 去除有機(jī)質(zhì)(Hu<0.01g/g土?xí)r,可以不去)(CO2) 稀鹽酸(HCl)去除CaCO3和三氧化二物 (離子交換反應(yīng)和石灰反應(yīng), CO2).要進(jìn)行抽氣過濾,直至無Ca淋出為止.然后加入鈉鹽。鹽酸溶解了一部分粘粒和無定型化合物,叫做鹽酸洗失量,有時(shí)高達(dá)1020%要計(jì)入粘粒含量中或者單獨(dú)記錄下來. 法(卡氏法):土樣用0.05MHCl沖洗,將土樣中水溶鹽、石灰、以及交換態(tài)鈣、鎂去除，按照土壤交換容量（CEC）計(jì)算加入鈉鹽。(破壞了碳酸鈣,有機(jī)質(zhì)已不再起作用) C.化學(xué)分散:加入化學(xué)分散劑(鈉鹽)( 條件:Na鹽緩沖性離子交換不可逆性) 中性土壤 Na2C2O4(sodium oxalate);石灰性土壤 Na(PO3)2(sodium hexametaphosphate); 酸性土壤 Na2CO3(sodium carbonate),分級(jí)定量(fractionation),粗土粒的篩分法:用粗細(xì)不同的篩進(jìn)行分級(jí)定量. 現(xiàn)代技術(shù)工藝僅能做到250m的篩孔,最小為125 m.標(biāo)準(zhǔn)篩要求,篩孔0.25mm土粒采用篩分(60#). 細(xì)土粒的沉降法分離定級(jí) A.吸管法 (pipette) 由Robinson(1922)提出,于 1929和1930年在國(guó)際土壤學(xué)會(huì)上確定為標(biāo)準(zhǔn)方法. h確定原則：粒徑與大,取樣深度愈大, <0.05mm,h=25cm <0.01mm,h=10cm <0.005mm,h=10cm <0.001mm,h=7cm,吸管法,吸管法,注意:自動(dòng)吸管依靠?jī)蓚€(gè)串聯(lián)瓶的落差產(chǎn)生負(fù)壓進(jìn)行,以保證吸取速度均勻平穩(wěn),比重計(jì)法(hydrometer method),比重計(jì)法是由Bouyoucos(1927)提出的. 土壤顆粒分析的比重計(jì)有: (1)甲種比重計(jì):也叫Bouyoucos,鮑氏比重計(jì),可以直接讀出在200C下懸液中土壤顆粒含量,共060格。它簡(jiǎn)便. (2) 乙種比重計(jì):又稱為Casagvande,卡氏比重計(jì),讀出的是土壤懸液的比重,依據(jù)Fisher-Oden提出的公式進(jìn)行計(jì)算 =w+C1-(w/ s) :懸液密度 w水的密度 s 顆粒密度 C:懸液的濃度 具體操作方法:土壤物理研究法 比重計(jì)法被廣泛地在地質(zhì)、水利、土木工程上采用，特點(diǎn)是快速，但精度不高。,（二）比重計(jì)法,乙種比重計(jì),甲種比重計(jì),土壤顆粒累計(jì)分布曲線summation curves of soil,