土壤科学原理与实践质地与结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,卖花姑娘,(重复四遍),卖花来呦，卖花来呦，,妈妈有病，我来卖花，,花儿朵朵，朵朵花儿，,谁来买朵 玫瑰花,卖花来呦，卖花来呦，,妈妈有病，我来卖花，,花儿朵朵，朵朵花儿，,谁来买朵 玫瑰花,1,2,土壤科学原理和实践,（,土壤质地和结构,）,侯彦林,中国科学院研究生院,2010,年秋季学期,3,第一节 土壤三相组成,一、土壤的密度和容重,二、土壤的三相和孔隙,第二节 土壤质地,一、土粒和粒级,二、各级土粒的组成和性质,三、土壤的机械组成和质地,四、不同质地土壤的肥力特点和利用,改良,4,第三节 土壤结构,一、土壤结构体,二、团粒结构的发生,第四节 土壤孔性和土体构造,一、土壤的孔性和孔度,二、团粒结构的多级孔度模型,三、当量孔径,四、土体构造,5,第一节 土壤三相组成,土壤是由,固、液、气,三相构成的分散体，众多的土粒堆聚成一个多孔的松散体，即土壤的,固相骨架,（基质、基模）；水、空气、土居生物都在骨架内部的孔隙中移动、生活；所以，固相骨架内的大小土粒组成和土粒排列方式如何，对,土壤水、肥、气、热状况,以及,土壤生物,有重要影响和制约。,6,一、土壤的密度和容重,三相容积比是土壤的重要物理性质，土壤密度和容重是计算其的重要参数。,(一)土壤密度（土壤比重或真比重）,土壤密度：,单位容积,固体土粒,（不包括粒间,的容积）的质量（多以重量表示）（g/cm,3,）;,7,8,9,石英的密度为：2.602.68；,腐殖质密度： 1.41.8；,*,表土密度小；,*,质地粗密度大；,*,红壤密度大（含铁锰结核的砂粒）；,*,多数土壤密度2.62.7，,常用密度2.65,。,测定方法：简介,10,(二)土壤容重,1. 土壤容重(土壤假比重),土壤容重：,田间自然垒结状态下,单位容积土体,（包括土粒和孔隙）的质量或重量（g/cm,3,;t/m,3,）；和比重单位一样。,其质量以105110烘干土计；,其受密度和孔隙影响，疏松多孔容重小；,11,*,一般为1.01.5，,*,自然沉实的表土为1.251.35，,*,刚耕翻的可小于1，,*,底土可大至1.41.6，,*,建筑工地的可达1.82.0。,12,用途：,A 土壤孔隙度=1-容重/密度,（固相比例）,固相比例=单位容积土体质量/单位容积土粒质量,1.325 2.65,如：当1cm,3,容积土粒质量为2.65g时，当容重为1.325g/cm,3,时，,固相比例=0,.5,，即有一半是孔隙。,13,如：密度平均为2.65，当容重取1.01.5时,，孔隙度分别为：0.6230.434（平均,约为50%的孔隙）,B 工程土方量（质量）=面积X厚度X容重,如：10000m,2,面积，0.2m厚，容重1.15t/m,3,，,则, 土壤质量=230万kg=2300吨,14,C 土壤成分（有机质、可溶盐分、养分、污染物）的含量,土壤成分的含量=面积X厚度X容重X含量,如：1hm,2,农田0.2m厚容重1.3g/cm,3,，有机,质重量含量15g/kg，则耕层有机质储,量=10000 X 0.2 X 1.3 X 0.015,= 39.0 t,增加1,g/kg需要=39/15*2=4吨,15,D,D-1 土壤容积含水量%= 重量含水量%（30%） X 容重,=,30% X,1.2,=36%,=土壤水质量/干土质量 X 100 X 干土质量/土壤总体积,=0.36g/1.2g X 100 X 1.2g/1cm,3,=,0.36g/1g/1cm,3,/1.2g X 100 X 1.2g/1cm,3,=,30% X,1.2,=36%,如：容重为,1.2,cm,3,，即1,cm,3,土体中干土重量1,.2g,1,.2g干土含水30%即0.36g水，水的密度近,似1 g/1,cm,3,，则：计算如上。,16,D-2,土壤容积含水量深度=土壤容积含水量 X 土层深度,WATER36%,7.2cm,SOIL,如含水36%，土层厚度为：20cm，底面积1,cm,2,，则，体积为20cm,3,，总含水深度：为20cm,3,X 36% /,1,cm,2,=7.2cm,D-3,土壤储水量=土壤容积含水量按深度的累加,如：0,20,cm含水7.2cm，20,40含水5.8cm，合计13cm。,D-4,土壤灌溉（排水）定额=目标量-现实量（容积含水量）,如：50%-20%,17,2. 浸水容重,可反映水稻土浸水条件下土壤结构状态和淀实程度的指标；是实验室测定的指标，不是田间自然状态的；,浸水容重=干土质量（取风干土测水后）/沉淀容积（风干、磨细、浸泡、搅拌、静置、测量体积）,3. 影响容重值的因素,质地、结构、有机质、自然因素、管理措施；,18,二、土壤的三相和孔隙,土壤实容积=固相+液相,土壤孔隙容积=液相+气相，以孔隙度和孔隙比表示之。,（一）三相组成和孔隙度,1. 三相组成指标,固相率=固相容积/土体容积 X 100%,液相率=液相容积/土体容积 X 100%,气相率=气体容积/土体容积 X 100%,三相比：三者数值之比,19,2. 土壤孔隙度（土壤孔度）,土壤孔隙度=1-固相比例,=1-容重/密度,=液相率+气相率,3. 孔隙比(单位土体内),孔隙比=孔隙容积/土粒容积,（不是土体）,20,（二）三相组成和孔隙的测定和计算,1.,固相率,=容重/密度,2.,液相率,土壤含水量（质量%）=土壤水重量/干土质量,土壤含水率（容积%）=土壤含水量（质量%）,X 土壤容重,21,3.,气相率,土壤孔隙度=1-固相率=1-容重/密度,=液相率+气相率,气相率=土壤孔隙度-容积含水率,4.,实容积(固、液两相之合)率,实容积率：用实容积仪测定土壤实容积率和容积含水率。,固相率=实容积率-容积含水率,气相率=1-实容积率,土壤三相比=固相率：容积含水率：气相率,22,（三）三相组成的适宜范围和表示方法,旱地适宜三相比为：,50%：25%30%：15% 25%,气相低于8%5%抑制根系和微生物。,表示法：列表法、图示法等。,23,第二节 土壤质地,一、土粒和粒级,（一）土粒的种类,分矿质土粒和有机质土粒，常指前者，因后者常复合存在数量少；,单粒（原生土粒）：单独存在，如沙土；一般,土粒是指单粒,复粒（次生土粒）：单粒相互聚集，如粘土；,24,（二）土壤粒级(粒组)土粒大小的分组,土粒是不规则的，难以直接测定其真实直径。,1.当量（有效）粒径与理想土壤,在土壤颗粒分析中，以圆筛的孔径作土粒的有效粒径；细粒部分根据颗粒半径与颗粒在静水中沉降速率的关系即,斯托克斯定律,，计算不同粒级土粒在静水中的沉降速度，把土粒看作光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径，作为其,当量粒径,。,25,v = 2/9 ( ,s,-,w,) g r,2,/,v: 土粒（圆球）沉降速度,s,、,w,：土粒（可取2.65）和水的密度,g: 重力加速度,r：土粒（圆球）半径,: 水的粘滞系数,(伊塔),实心圆球假设不符合土壤真实情况，所以,实际应用时要加各种修正参数。,26,2. 土粒大小分级粒级制,一般包含4组：石砾、砂粒、粉粒（粉沙）、粘粒（包括胶粒）。,问题：界限是人定的，最好定在理化性质转折处，不同土壤转折点不同；不同分级制与分散处理方法有关,，如有人认为应包含有机质，如何做到完全分散土粒？,27,28,四大土壤粒级制,名称 组 (制定年代,使用情况),国际 砾 (粗和细)砂 粉 粘,（1930） ,2,20.2,0.02,0.02,0.002 1 10.05 0.050.002 1 10.05 0.05,0.001,0.001,（转折点）,10.01（物理性砂粒）（转折点）,1 10.05 0.050.002 0.002 （转折点）,特点：在卡钦斯基基础上制定，粘粒上限从0.001提升到0.002，与美国和国际制一样；粘粒分为2组，细组与卡制的粘粒组一样，粗细组性质差别很大；,29,30,伤痕 2002/2/7晚,伤痕，对于每个人而言，也许过去曾经有过；也许未来难以逃脱。伤痕,，也许是肉体的；也许是心灵的；也许是肉体和心灵双重的。伤痕，也许很,大，大得一生都难以愈合；也许很小，小得明天就会忘掉。,治愈肉体上的伤痕，医疗上有各种方法。但治愈心灵上的伤痕，有什么,更好的办法？据说，时间是治愈心灵伤痕的良药，许多人的伤痕都由它治好,。但我想，治愈伤痕的最佳良药也许是自己，是自己的精神或心灵。,不是每个有过心灵伤痕的人都能痊愈，也不是每个康复的人都一生在心,灵深处留下阴影。伤痕，也许一时是最痛苦的，也许一生都是痛苦的；但有,些人也许会将曾经有过的伤痕化作热爱生活的巨大动力和源泉，从此过上幸,福、美满、充实、浪漫的生活。,许多名人都有过伤痕，他,/,她们都用心灵的力量和亲朋的情谊把伤痕治愈,，并作为灿烂生命中的美丽花朵而开发。因此，伤痕也许并非完全是坏事，,也许可以作为人成熟的标志。磨练筋骨和意志也许是所有成才人的必经之路,。大难不死必有后福，起码可以使人更加懂得生活的真正意义。,心灵的伤痕，其实是人类精神世界不可缺少的一颗璀璨明珠。天大的伤,痕不是已经过去了吗？就算是上帝安排的吧！出于公平，上帝明天也会安排,点快事，否则，谁还愿做上帝的子孙？,31,二、各级土粒的组成和性质,（一）各级土粒的矿物组成和化学组成,1.土粒的矿物组成,砂粒和粗粉粒（物理性砂粒）：石英；正长石、白云母；,中、细粉粒：硅酸盐矿物斜长石、辉石、角闪石、黑云母；,次生矿物：硅酸盐矿物斜长石、辉石、角闪石、黑云母的化,学风化和生物化学风化；,32,33,非硅酸盐矿物（原生和次生的）：磷灰石、黄铁矿、石膏结核、石灰结核、和各种易溶性盐类，可存在各级土粒中；水稻土中的铁锰结核多存在与砂粒级中；,2. 土粒的化学组成和化学性质,SiO,2,含量随颗粒由粗到细逐渐减少，二三氧化,物和盐基逐渐增多；所以细土中养分含量多。,34,35,（二）土壤粒级的物理性质,砂粒和粉粒：不规则的多边形，有的近乎球形；云母颗粒则呈片状，粘多为片状或棒状。,随着颗粒的变细，最大吸湿水、最大分子持水量、毛管水上升高度、湿膨性都增大；渗透系数减小。,36,卡钦斯基制,37,三、土壤的机械组成和质地,（一）土壤机械组成,土壤各粒级的相对含量，即为机械组成或颗粒组成，由此可确定质地。,用途：A确定土壤质地,B估算土壤比面,C土壤结构性评价,38,（二）土壤质地,概念：是根据机械组成划分的土壤（粗细）类型；一般分：砂土、壤土、粘土；每种质地的机械组成都是有一定变化范围的，质地不等于机械组成；质地是土壤十分稳定的自然属性；反映母质来源及成土过程某些特征，对肥力有很大的影响，是土壤基层分类的主要依据之一。,2.,质地分类制,没有统一；每种分类制都与其颗粒分析标准和机械分析前分散方法配套；但都分为砂、壤、粘，卡氏分物理性砂粒和粘粒。,39,名称 特点,国际制 砂粒 壤粒 粘粒 分12类； 图4-3,2-0.02 0.020.002 0.002,要点：粘粒：25%为粘土组,当粉粒 45%冠“粉质”,当砂粒 55%85%冠“砂质”；85%壤砂土、砂土,美国制 砂粒 壤粒 粘粒 分12类； 图4-4,20.05 0.050.002 10cm,*,小块状：10,5cm,*,碎块状：5,0.5cm,*,碎屑状：更小,核状：,碎块小而边角明显的，分：,*,大： 1cm,*,中：1,0.7cm,*,小： 5cm,中：53cm,小：5cm)、片、页、叶,（1cm）、鳞片状；,57,（4）团粒（粒状和小团块）,团粒：,黑钙土、菜园土70%以上是团粒结构；,特点：,*,球形，米粒到蚕豆大小；,*,表土中出现；,*,具有水稳性、力稳性和多孔性；,*,100.25mm,0.03mm的当量孔径,*,薄层高岭石板装置抽气装置100-900cm水柱吸力范围内,0.030.003mm,*,压力膜、气体吸附法、水银注入法 900cm ,0.1mm；,* 毛管孔隙,0.10.03mm；,* 贮存孔隙 0.03mm，包括束缚水孔隙,106,四、土体构造,土体构造：,上、下土层构成，是质地、结构和,孔度剖面。,（一）耕层构造,土壤耕层三相搭配以及上下垒结叫,耕层构造,；,*,旱地三相比2：1：1最好, 即: 50% : 25% : 25%；,*,耕层构造是人为造成的，使之有利于肥力发挥和根系伸展。,107,如：,翻耕、中耕,上松下紧实接纳降水,镇压,上紧下松减少蒸发孔隙，增加种,子与土的接触，有利于发芽,铺砂、盖灰、覆草,什么作用？,(多接受热量；保温；减少水分蒸发),108,（二）质地剖面,土体构造是上下土层质地、结构的垒结造成，其中,主要是质地剖面造成的；并受人的影响很少；,1. 上砂（3040厘米为宜）下粘（上松下紧）：,蒙金土,109,2. 上粘下砂（上紧下松）：,与1相反，倒蒙金,110,3. 砂夹粘或粘夹砂（夹层型）：,3050厘米夹层,111,4. 特殊夹层型：,如铁盘层、碱化层等,112,5. 均一的砂土型（松散型）或粘土型（紧实型）：,113,（三）结构剖面,结构剖面（除表层外）主要是成土,过程造成的，尤其是上下行水流和,淋溶作用的影响大，以水稻土为例：,1. 淹育层（A层）,团粒少，农具破坏和水分变动频繁等,2. 渗育层（P层）,有轻微铁质淋溶，块、棱、柱状,3. 潴育层（W层）,受地下水和季节性渍水影响，产生铁锰,新生体，小的棱、柱状，有膜,4. 潜育层（G层）,终年受地下水浸渍，土粒分散，单粒存,在,114,（四）孔度剖面,土体结构反映在上下层土壤孔隙的分布和叠合、联通的状况即孔隙剖面；是质地剖面和结构剖面的综合反映；,好的孔度剖面：,上虚：,015cm：总孔度55%; 通气孔度15%20%；,下实：,1530cm：总孔度50%; 通气孔度10%；,115,1. 计算题,2. 图、表题,3. 基本概念的理解,4. 综合论述团粒结构在肥力上作用,(讨论题之一),5. 与实际问题结合的题,116,谢 谢,117,2003/2/12 水的四季,你的名字，那么多人喜欢，其实，人们更爱你的品格。,虽说冬天你化作冰雪，给人以寒冷的感觉，但多少人在你的怀抱里，却,感受着春天的温暖。你看，糖葫芦上挂着的糖是那么的诱人，那也是你融化,了糖的结晶。再看，空中的雪花，一片片地飘落，落在你的手心上，虽使你,感到有丝凉意，但你的心一定很温暖。春天还用说吗？那是你施展柔情的季,节。所有的种子和根系都在期盼你的问候，万物都在你的滋润下苏醒。夏天,了，你更欢乐，欢乐得把天地连成一体，把整个世界变成你的家园。秋风吹,过，你又开始温柔了。像正上轿的新娘还有些害羞。偶尔滴滴，欲雨还休。,就这样，你的四季，周而复始，灵气不休。,谁都见过你，可真正有谁能看透你的世界，能领略你的胸襟，能感受到,你的品格。天冷时，你委屈自己，变成冰，表现出你坚毅的品格；天热时，,化作气，清幽自在，尽情享受那无忧的浪漫。孤独时，独住小溪，享受你孤,独的美丽；欢笑时，敞开你的双臂，拥抱大海的胸怀。,四季里，你变化莫测，但总有你不变的品格。你的心胸总是宽阔的，世,界上没有谁不被你装入。你哭泣的时候，也有你哭泣时的美丽，难怪很多人,喜欢你那“幸福不是毛毛雨”；你开心的时刻，像天女散花，“飞流直下三千,尺”。,你真的就是你，世界唯一的你！也是我心中永远流动的“血液”。,118,健康秘诀,淡薄名利,合理饮食,适量锻炼,追求事业,亲近自然,热爱生活,119,摘录:一般耕地土壤调查项目(补充),（1）耕地土壤理化性状指标要素：包括土壤剖面与土体构型、耕层厚度、质地、容重等物理性状；有机质、N、P、K等主要养分、微量元素、pH值、交换量等化学性状等指标。,（2）耕地自然环境状况指标要素：主要是耕地的自然状态状况。包括耕地所处的地形地貌条件、水文地质条件、成土母质条件以及土地利用状况等。,（3）耕地人文环境要素：包括耕地的利用系数程度、灌排条件、水土保持工程建设、培肥管理条件等。,（4）耕地污染状况指标：汞、砷、镉、铅及其综合污染指数。,120,表1 土壤表层质地的量化处理,Table 1,Quantification,The quantitative disposal of the,soil,surface texture of the cultivated land,质地类别,surface texture,中壤,Moderate loam,轻壤,Light loam,重壤,High loam,砂壤,Sandy loam,砂土,Sand,分值Mark,100,95,80,70,55,121,表2 土体构型的量化处理,Ttable 2,Quantification,of the soil construct of the,cultivated land,土体构型,Soil construct,壤均质,Loamy soil,壤质粘心,Loam with clayey core,粘质壤心,Clay with loamy core,砂质壤心,Sandy soil with loamy core,粘均质,Clay,砂质粘心,Sandy with clayey core,壤质砂心,Loamy soil,砂均质,Sandy soil,分值,Mark,100,90,87,80,77,70,65,58,122,表3 地貌类型的量化处理,Table 3:,Quantification,the quantitative disposal,ofthe physiognomoic types of,cultivated land,地貌类型,Physiognomoic types,缓平坡地,Sloping field,湖沼平原,Lacustrine plain,岗地,Hummocky land,洼地,Billabong,滨海平地,Coastal flat,分值,Mark,100,89,80,78,70,123,表4 地下水矿化度的量化处理,Table 4,Quantification,The quantitative disposal of,the,underground water,mineralization of the,cultivated land,矿化度,Mineralization,5,分值,Mark,100,90,65,40,124,表5 土壤盐渍化程度的量化处理,Table 5,Quantification,The quantitative disposal,of the pickled,sal,i,n,i,zation,degree of the,cultivated land,盐渍化程度,pickled S,al,i,n,i,zation,degree,无,Without,轻度,Low,中度,Moderate,重度,High,盐土,Pickled soil,分值,Mark,100,85,70,50,30,125,