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1、第四讲 土壤的组成与结构,一、土壤剖面,土壤形态特征是土壤的外部特征，这种外部特征通过人们的感官（视觉，触觉，嗅觉）来实现。土壤剖面是指从地面向下挖掘而裸露出来的垂直断面。它是土壤外界条件影响内部性质变化的外在表现，常包括土壤形成中发生层和母质层。,土壤剖面挖掘示意图,二、土壤发生层,土壤发生层是指土壤形成过程中所形成的具有特定性质和组成的、大致与地面相平行的，并且具有成土过程特性的层次。识别土壤发生层的形态特征一般包括：颜色、质地、结构、新生体和紧实度等。,三、土体构型,1、概念：土体构型是指各土壤发生层在垂直方向有规律的组合和有序的排列状况。不同土壤类型有不同土体构型，它是识别土壤最重要特
2、征，也称剖面构型。2、自然土壤的剖面构型：一个发育完全的自然土壤一般有以下几个层次：,自 然 土 壤 的 剖 面 构型,（1）覆盖层（A0）：又称枯枝落叶层，在木本科植物群落下的森林土壤最明显，这个层次不属于土体。（2）淋溶层（A）：它包括腐殖质层A1和物质的淋溶层A2。其中A1是腐殖质累积；A2层中物质（易溶盐类、铁、锰、铝的水化物、腐殖质溶胶）向下移动，色浅灰白，称为淋溶层。它是发生层次最重要层次，任何土壤都具有这一土层。,（3）淀积层（B）：由A层下淋溶物质淀积而成。高度发育时，此层较紧实，水分难以渗透，矿物质养分较丰富，若在积水或空气闭塞的情况下，B层下部常产生还原性很强的灰兰色土层，
3、称为潜育层或灰粘层。（4）母质层（C）：位于淀积层之下，是未受淋溶和淀积作用，发育程度很低或未发育的岩石风化层。,Redsoil红壤,3、农业旱耕地剖面构型,（1）耕作层（A）：是土壤最上部经常受耕作、施肥、灌溉影响变化最大的层次，有机质常被强烈分解，又经施肥大量补充，养分含量较多，颜色较暗。这层疏松易耕，结构良好。耕作层的厚薄和肥力性状反映人类生产活动熟化土壤的程度。（2）犁底层（P）：位于耕作层之下，因经常受耕犁压实以及土壤粘粒向下淋溶，在此层淀积而成。此层较紧实，有保水保肥的作用，常年浅耕会限制根系伸展。,（3）心土层（W）：在犁底层之下，此层受耕作、施肥影响小，土色一般较浅，土层较较紧
4、实，根系较少。由于受灌溉水或地下水的运动以及其它环境条件的影响，常发育成各种不同层次，如青泥层、白土层、斑纹层、砂石层等。（4）底土层（C）：人类生产活动如耕作、施肥对此层几乎无影响，根系极少，也称生土层或母质层。,土壤主要发生层次的表示符号：,H层：在长期水分饱和的情况下，湿生性植物残体在表面累积形成的一种有机物质层，它是在泥炭形成过程的作用下形成的O层：在通气干燥的条件下，植物残体不能分解而大量在地表累积形成的一种有机物质层，它的成土是枯枝落叶堆积过程。A层：是一种矿质土层。在表土中，有机质腐殖质化，以细颗粒的形式分散于矿质颗粒中，或者与矿质颗粒包被在一起形成有机、无机复合体。E层：由于硅
5、酸盐粘粒、铁或铝的损失，或它们某些共同的损失，使抗风化矿物中的砂和粉砂占有较高的含量。它有较低含量的有机质和较淡的颜色(淋溶层)B层：这个土层中，母质的特征已经消失或仅微弱可见(淀积层)C层：母质层，假定土体是从它产生的R层：位于其他土壤发生层次之下的坚硬的岩石层。,过渡土层：凡兼有两种主要发生土层特性的土层，AB，BA,主要土壤发生层的修饰字母：,b:埋藏或重迭土层，Btb，往往由于表面堆积作用造成原来的土层被埋藏起来，被埋藏土层用b表示c:指物质以结核状累积，Bck表示有碳酸钙结核的沉积层g:反映氧化还原过程所形成的具有锈纹、锈斑或铁锰结核的土层，如Bgh:指矿质土层积累有机质，Ahk:指
6、碳酸盐聚积，Bk表示钙积层n:钠的累积 Btn表示碱化层p:经耕翻或其他耕作措施引起的扰动，Ap：耕层s:指铁、铝氧化物的累积，如Bs表示富铁、铝化产生砖红壤土层，Bsh灰化淀积层t:粘粒聚积的土层，如Bty:石膏聚积，By表明有石膏淀积z:比石膏更易溶解的盐分的累积，Az表示一个盐化表土层,复习思考题,1、举例说明什么是土壤的发生层?2、什么是土体构型？,土壤是由固相（包括矿物质、有机质和或的生物有机体）、液相（土壤水分或溶液）、气相（土壤空气）三相物质所组成。,四、土壤矿物质,土壤矿物质是土壤的主要组成物质（占固相重量的90%以上），构成了土壤的“骨骼”，它对土壤的性质、结构和功能影响很大
7、，同时土壤矿物质组成也是土壤形成过程的重要标志。,土壤矿物质的组成,1,土粒成分既继承了岩石和母质的特点，又有别于母质。包含了生物活动的产物;反映了地区水、热条件带来的物质迁移、转化和富集特点。,一）、土壤颗粒分级1、土粒：即是土壤颗粒，是指构成土壤固相骨架的基本颗粒。（通常将土粒假定为球形）2、粒级：按照矿质、土壤颗粒的大小，把性质和组成相近的划为一群（或组），从而划分为若干组，称为土壤粒级（或粒组）。,土粒分级依据土粒大小不同，矿物成分和元素组成不同：矿粒粒径大小包含了矿物成分的差异矿物风化过程中，以其抗风化能力的强弱而残留下相应大小的矿粒，抗风化能力强者，残留的粒度较粗大，抗性弱的粒度细
8、小。石英抗风化能力最强，粒径越大者含石英越多；云母抗风化能力较弱，越细的粒级中分布越多；角闪石极易风化，分解彻底而消失，只在较细粒级中有所残留；,土壤各粒级矿物成分的差异，使得其化学成分和元素组成差异十分明显，并与矿物组成相对应SiO2在大粒级含量高；金属氧化物易于分解，在细土粒中含量较高；其中Al2O3和Fe2O3多半成为粘土矿物的骨架成分，与氧化硅相结合形成不同类型的矿物胶体；P2O5是植物必需的大量元素成分，化学性质稳定，生物吸收富集后主要存在于粘粒中。因此，土粒的作用按粒径大小划分是有道理的。,土粒分级依据：土粒大小不同，性质不同：土粒粗细对土壤性质有明显影响。粒径相同的土粒，其性质有
9、很大相似性，而不同粒径土粒在一系列性质方面表现出随粒径变小而增大的规律性，这种规律性变化有明显的强度增大的转折点，土壤学家以此来划分粒级。细土粒通常很细腻，以复粒形式存在，湿时粘滑，干时结块坚硬；粗颗粒是粗糙的，常松散成单粒，几乎没有粘结力和可塑性。因此，要具体了解粗细土粒间的关系，就必须订出按土粒大小进行分级的标准。,3、粒级制土粒的大小分级 目前主要有：国际制、美国制、前苏联制（卡庆斯基制）、中国制等共同点：（1）分为四组：石砾、砂粒、粉粒、粘粒（2）石砾不作为土壤组成成分。不同点：各粒级使用的粒径区分标准不同,土粒分级的分级标准各国不一致，目前常用的分级标准主要有：,粒级,粒级名称,0.
10、002,粘 粒,0.020.002,粉砂粒,0.20.02,砂粒,22.0,2,石 砾,粗砂,细砂,（一）国际制土粒分级标准,（二）卡庆斯基土粒分级标准,0.001,粘 粒,0.0050.001,细粉砂,物理性粘粒,0.010.005,中粉砂,0.050.01,粗粉砂,0.250.05,细 砂,物理性砂粒,10.25,中 砂,31,粗 砂,3,石 砾,粒径（mm）,粒级名称,（三）我国土粒分级标准,二）、不同粒级土壤的特点 土粒的大小不同，其矿物组成和化学组成也是各不相同（见下表）。,表1 各级土粒的矿物组成,土粒的矿物组成 Mineral composition of soil partic
11、les,以原生矿物(primary mineral)为主，最多的是石英(quartz),Sand(砂粒),除原生矿物(primary mineral)外,还有一些风化后形成的次生矿物(secondary mineral),Silt(粉粒),以次生矿物(secondary mineral)为主,Clay(粘粒),表2 不同粒级的化学组成,土粒的化学组成 Chemical composition of soil particles,随粒径由大到小，SiO2含量由多到少。,R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相 反，随粒径由大到小，R2O3含量由少到多。,CaO、MgO、P2O5、K
12、2O随土粒由大到小,含量增加。,原生矿物次生矿物 1）简单盐类 2）氧化硅 3）氧化铁、铝 4）层状硅酸盐土粒化学组成受成土因素影响形成地带性特征：从北 到南，绝大多数碱金属、碱土金属、卤素明显减少，Si一定量减少，Fe,Al相对增多。,不同地理环境中次生矿物形成的一般模式,原生矿物风化淋溶直接演变+H2O，-K-K-Mg-Si-Si云母类 伊利石 蛭石 蒙脱石 高岭石 三水铝石,土壤矿物的风化及稳定性序列图,2,土壤矿物风化强度指数,风化指数：Jackson按矿物在环境中的稳定度由小到大划分为13级，称为稳定指数。,各级土粒的物理性质,土粒由大到小,保水能力、最大吸湿量、最大分子持水量、毛管
13、水上升高度增加，但通透性、渗透系数降低。,土壤膨胀性(soil swelling)和可塑性(plasticity)增加，对耕作(tillage)带来不利影响。,各级土粒的水分性质和物理性质,各级土粒的基本特征砾石和砂粒（0.02mm）风化碎屑，矿物成分和母岩基本一致，不能充分反映土壤形成条件；特性：粒径大，比表面积小，无可塑性和粘结性；养分释放慢，有效养分缺乏；土粒表面吸湿性和吸肥性很小。粒间孔隙大，透水、排水快；胀缩性小；易溶性养分亦随水流失。因此，砾石和砂粒对水热缺乏保存和调节能力；保水性极差，热容量小而保温能力也很差。功能：构成土体的粗骨架和大孔隙，使土体具有良好通透性，为根系插入与深扎
14、、空气与水进入土体提供方便通道，通过水分入渗传导热量；砾石和砂粒含量高的土壤易冷易热，易干易湿，容易受到污染。土壤侵蚀得只剩下砾石和砂粒，是生态环境恶化的重要指标。如山区“石山化”，平原“沙漠化”等。,粘粒（0.002mm）颗粒细小，是矿物化学风化的产物，也可能是土壤溶液中化学反应的生成物；矿物质成分与原来母质有所不同，属于次生矿物。化学成分中二氧化硅含量比砂粒和粉粒要少得多。功能 粘粒是土壤形成过程中的新生产物，是土壤胶体的主要组成部分，它的类型和性质能反映出土壤形成的条件和作用。特性 粘粒细，比表面积大，粒间孔隙很小，其中的水分难于移动；1m的细孔，微生物无法进入生存，基本失去孔隙的意义；
15、表面吸湿性强，有显著毛管作用和强烈的吸水膨胀、失水收缩的特点；有较强的持水性能，透水缓慢，排水困难，透气不畅；粘粒有很强的粘结性、可塑性等，粘粒相互粘结形成土壤团聚体、土团或土块，干时土块易于龟裂，遇水分散。微细的粘粒还有胶体特征，能吸附养料；含粘粒多的土壤保水、保肥力强，有效养分储量较多。,粉(砂)粒（）颗粒大小介于粘粒和砂粒之间;岩石矿物物理风化的极限产物;矿物成分有原生的，也有次生的。特性 很多性质介于粘粒和砂粒之间，只有微弱的可塑性、胀缩性和毛管力；粘结力在湿时明显，干时微弱。粉粒很容易进一步风化，是土壤养料的潜在供应力，这与其矿物组成有一定关系。粉粒含量高的土壤往往是地区性水土流失和
16、干旱威胁的内在原因。土壤含有适量粉粒，对粘土来说有利于“化块”，促进大土块分裂，形成较小土团；对沙土而言能增加其保水、保肥和保温能力。,表3 各级土粒的物理性质和物理机械性质,三）、土壤质地,1、机械组成 土壤是由各种大小不同的土粒组合而成，各粒级土粒在土壤中的相对比例（质量百分数）称为土壤机械组成或称土壤的颗粒组成。,估算土壤比表面积确定土壤质地评价土壤结构性其它,测定土壤颗粒组成(或机械组成)的方法，称为土壤颗粒分析(或机械分析)。,主要用途,测定方法首先把土壤样品进行前处理，取粒径小于2mm的组分，去掉有机质，充分分散（加分散剂）过筛和沉降直径大于0.050.02mm的部分用过筛的方法区
17、分直径小于0.050.02mm的部分用沉降的方法确定,沉降原理：Stokes law,1845 颗粒沉降速度与有效直径有关,2、土壤质地 土壤质地指按土壤中不同粒径颗粒相对含量的组成区分的粗细度。是根据土壤机械组成划分的土壤类型。如分为砂土，壤土或粘土等质地相同的土壤，颗粒组成基本相似(但不完全相同)，这些土壤常具有类似的一些理化性质和肥力特征。每种土壤有一个质地名称，它概括反映了土壤内在的某些基本特性。,3、分类方案：（1）类型：卡庆斯基制、美国制、国际制（2）共同点：分成三个基本类别：砂土、壤土和粘土 都按照各粒级的含量来划分的。（3）区别,International system（国际制
18、）,粘土(clay)类,根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：,15%,粘壤土(clay loam)类,粘粒含量,砂土(sand)类、壤土(loam)类,15%25%,25%,凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)”,根据粉砂粒(silt)含量:,凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉砂质(silty clay)”,根据砂粒(sand)含量:,Clay0.002mm,Sand0.05-2mm,Silt,等边三角形的三个边分别表示砂粒、粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的定点即为该土壤的质地。,Am
19、arican system（美国制）Triangular graph(三角图),Kachinsky classification system of soil texture（卡钦斯基制）,、根据物理性粘粒(physical clay)含量将土壤分为三大质地类型九种质地,、根据砂粒(砂质)、粗粉粒(粗粉质)、中细粉粒(粉质)、粘粒含量(粘质)，进一步划分质地，确定质地详细名称:,第二优势粒级第一优势粒级质地名称,、根据石砾(gravel)含量，查下表，冠在质地详细名称前,大于1毫米的石砾含量%石质程度 10.0 重石质土,China system（中国制）,分为砂土、壤土、粘壤和粘土4组共22
20、种质地,4、土壤质地的测定：（1）指测法（2）室内分析 A 比重计法 B 吸管法,质地的定性确定 凭手接触的感觉，搓条法等取少量土样，加适量水湿润，然后放在手上，用手来回搓，搓至均匀能检测为度。沙 土：握时成团，放开松散，不能搓成条。沙壤土：搓条时只能搓成大于3毫米的短条。轻壤土：搓成大于3毫米细条，但容易断裂。中壤土：能搓成完整细条，弯曲时易断裂。重壤土：土能搓成完整细条，弯曲成圆圈时有裂缝。粘 土：能搓成完整细条，能弯曲成圆圈。,四）、不同质地土壤的肥力特征,Sandy soil(砂质土),水,粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性 强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝,气,大孔隙多，通气性好，一
21、般不会累积还原物质,热,水少气多，温度容易上升，称为热性有利于早春作物播种。,养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰,肥,松散易耕,耕性,Clay soil(粘质土),水,粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流,保水抗旱力强，易涝不易旱,气,小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质,热,水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利,养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素,肥,耕性差，粘着难耕,耕性,Loamy soil(壤质土),土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。,优良组合(choiceness combination),Soil texture profile 土壤质地剖面,土壤剖面中不同质地层次的排列组合。,不良组合(badness combination),粘盖砂,砂盖粘,土壤质地与土壤肥力的关系,因此应该根据质地因土种植：砂土棉花、胶土南瓜、石子地里种芝麻 一般认为：薯类、花生、西瓜、棉花、豆类适于砂质土壤；小麦、玉米、水稻、苹果等适于粘质土壤。,复习思考题,1、什么是土壤机械组成和土壤质地？2、土壤质地与土壤肥力间关系如何？,
