土壤学课件第六章土壤质地和结构

半泥砂（沙湾） 38.0 29.0 33.0 18.0 20.0 0 粗粉质中壤土
石骨子土(老板山) 31.0 56.4 12.6 19.2 11.8 30 重石质粉砂质
土壤学
二、各级土粒(soil particle)的组成和性质
（一）矿物组成(mineral composition)
砂粒(sand)
0.1～0.01 88.12 5.75 1.29 0.45 0.04 0.74 0.29 1.99 1.21 0.02
0.01～0.005 82.17 7.96 2.73 1.00 0.02 0.94 1.19 2.31 1.84 0.12
黑 钙
0.005 ～ 0.001
67.37 17.16 7.51 1.38 0.03 0.75 1.77 3.04 1.38 0.23
浸水容重
土壤质量 沉淀容积
反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。
质地(texture)
4、影响容重的因素
(主要通过影响孔隙影响容重)
结构(structure) 有机质含量(organic matter content)
紧实度(degree of compaction)
土壤学
二、土壤三相(three phases of soil )和孔度
土壤名称
颗粒组成（%）
质地名称
物理性粘粒 砂粒 粗粉粒 中细粉粒 粘粒 石砾
白鳝泥（苹果园） 62.4 10.9 26.7 28.8 33.6 0 粉粘质轻粘土
黄泥小土(张家坪) 43.8 38.2 18.0 31.0 12.8 0 粉砂质中壤土
白鳝泥（张家坪） 49.5 24.2 26.3 31.3 18.2 0 粉质重壤土
SiO2 / Al2O3 表示
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
土壤学
（三）各级土粒的物理性质
保水能力(表4-5中)最大吸湿量、
土
最大分子持水量 毛管水上升高度
粒
增加，但通透性(表4-5中)渗透系
由
数降低
大
到
小
土壤膨胀性(soil swelling)和可塑
性(plasticity)增加，对耕作
(tillage)带来不利影响
土壤学
土粒 名称
土壤学
3、土壤三相组成的适宜范围(comfort zone)
土壤三相比＝固相:液相:气相 多数旱地作物(upland field crop)适宜的 土壤固、液、气三相比为：
0.5∶0.25～0.3∶0.15～0.25
土壤学
第二节 土壤质地(soil texture)
一、土粒(soil particle)和粒级(soil particle)
1、概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3)
矿物组成 2、影响土壤密度的因素 有机质含量
土壤质地
土壤学
土壤学
土壤学
3、土壤比重 (soil specific gravity)
土壤密度与4℃时纯水密度之比。一般取2.65。
（二）土壤容重(bulk density of soil)
50～65 ＞65
土壤学
按表5－4，卡庆斯基质地分类步骤如下：
①、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
②、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
中国制 (1987) 石砾
粗砂粒
细砂粒
粗粉粒 中粉粒 细粉粒 粗粘粒
细粘粒
卡庆斯基制 (1957)
石砾
粗砂粒
中砂粒 物
理
性
细砂粒
砂
粒
粗粉粒
中粉粒
物 理
细粉粒
性
粘 粒
粘 粒
粗粘粒 细粘粒
胶质粘粒
美国制 (1951) 石砾 极粗砂粒 粘砂粒 中砂粒 细砂粒 极细砂粒
粉粒
粘粒
国际制 (1930) 石砾 粗砂粒
1、土粒(soil particle)
土壤颗粒——土粒，通常专指矿物颗粒。 大小以粒径为标准，土粒形状大多不是球 形，只能用当量粒径（即与其静水沉降 (quiescent settling)速度相同的圆球直径） 代替之。
土壤学
2、土粒的大小划分—粒级(size fraction)
分级标准
国际制(international system)
Soil science
第六章 土壤质地和结构
土壤土壤学学
第一节 土壤三相(three phases of soil )组成
土壤固、液、气 三相容积比，反映 土壤水、气关系。
atmosphere
water
三相比示意图
organic matter
mineral
土壤学
一、土壤的密度和容重
（一）土壤密度(soil density)
－
－
－
－
－
不
可
－
塑
5
6
16
105
可塑(28～ 40)
0.005～0.001
－
31.0
－
<0.001
15～20
－
－
－
160
塑性较强 (30～48)
－
405
塑性强 (34～87)
土壤学
三、土壤质地（soil texture）
1、土壤机械组成(soil mechanical composition)
土壤中各级土粒的百分含量，又称土壤 颗粒组成(soil particle composition)。
1、土壤孔度(soil porosity)
土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百分率。
2、土壤三相组成及孔度计算
总孔度(total porosity)＝ (1－容重/比重) ×100% 固相(solid phase)＝(容重/比重) ×100% 液相(liquid phase)＝(水分重量百分率×容重) ×100% 气相(gas phase)＝(总孔度－液相) ×100%
细砂粒
粉粒
粘粒
土壤学
（1）国际制(international system) 根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：
< 15%
粘
粒 15%—25%
含 量
> 25%
砂土(sand)类、壤土(loam)类 粘壤土(clay loam)类 粘土(clay)类
土壤学
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)”
土壤学
③ 、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% <0.5 0.5—5.0 5.0—10.0 >10.0
石质程度 非石质土 轻石质土 中石质土 重石质土
(4)中国制
分为砂土、壤土、粘壤和粘土4组共22种质地
土壤学
川农大农场几种类型土壤的 颗粒组成及详细质地命名（卡氏制）
－
0.9
0.5～0.25
－
1.0
0.25～0.10
－
1.1
0.10～0.05
－
1.2
0.05～0.01
＜0.5
3.1
0.01～0.005 1.0～3.0 15.9
0 1.5～3.0
4.5 8.7 20～27 50 91 200
－
0.5 0.3 0.12 0.072 0.056 0.030 0.005 0.004
土壤学
两个概念：
硅铝铁率
定义
(silica-sesquioxide ratio)
又称“Saf值”。土壤粘粒 (clay)部分SiO2与R2O3分子 数之比。以SiO2 / R2O3 表 示。
硅铝率
(silica-alumina ratio)
定义
又称“Sa值”。土壤粘 粒(clay)部分SiO2与
Al2O3分子数之比。以
石砾
粗砂粒
细砂粒 粗粉粒 中粉粒 细粉粒粗 粘粒 细粘粒
表5－6 各级土粒的水分性质和物理性质
粒径(mm)
最大吸湿 量(%)
最大分 子持水 量(%)
毛管水上升 高度(mm)
渗透系数 (cm/s)
湿胀(按 最初体积
计)
塑性
3.0～2.0
－
0.2
2.0 ～1.5
－
0.7
1.5 ～1.0
－
0.8
1.0 ～0.5
1、概念
单位体积自然状态d单位容积土壤的干质量(含粒间孔 隙)的重。(g/cm3)
土壤学
2、土壤容重(soil bulk density)作用 (1) 计算土壤孔隙度(soil porosity)
孔隙度＝（1－容重/比重）×100% (2)计算工程土方量
土壤重量=土壤体积×土壤容重
土壤学
(3)估算各种土壤成分储量
土壤学
土壤学
(3)卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture)
表5-4卡庆斯基土壤质地基本分类
质地组
质地名称
砂土 sand 壤土 loam 粘土 clay
松砂土
紧砂土
砂壤土 sandy loam 轻壤土 light loam 中壤土 medium loam 重壤土 heavy loam 轻粘土 light clay 中粘土 medium clay 重粘土 heavy clay
不同土壤类型的＜0.01mm粒级含量
灰化土 红黄壤、草原土 碱化土、碱土
0～5
0～5
0～5
5～10
5 ～10
5～10
10～20
10～20
10～15
20～30 30～40
20～30 30～45
15～20 20～30
40～50 50～65
45～60 60～75
30～40 40～50
65～80 ＞80
75～85 ＞85
林 土
0.005 ～ 0.001
76.75 11.32 3.95 1.34 0.04 1.00 1.05 3.32 1.30 0.25
<0.001
58.03 23.40 10.19 0.73 0.17 0.44 2.40 3.15 0.24 0.46
全土
85.10 5.96 2.46 0.53 0.12 0.92 0.68 2.38 0.75 0.11
美国制(U.S system)
卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture)
中国制(China system)
土壤学
表5－3 常见土壤粒级(soil fractions)制
粒径 (mm) 3～2 2～1 1～0.5 0.5～0.25 0.25～0.2 0.2～0.1 0.1～0.05 0.05～0.02 0.02～0.01 0.01～0.005 0.005～0.002 0.002～0.001 0.001～0.0005 0.0005～0.0001 ＜0.0001
以原生矿物(primary mineral) 为主， 最多的是石英(quartz)
粉粒(silt)
除原生矿物(primary mineral) 外,还有一些风化后形成的次 生矿物(secondary mineral)
土壤学
粘粒(clay)
则以次生矿物(secondary mineral)为主
土壤学
土
<0.001
57.47 22.66 11.54 0.66 0.08 0.38 2.48 3.17 0.19 0.39
全土
71.52 13.74 5.52 0.70 0.18 2.21 1.73 2.67 0.75 0.21
土壤学
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、K2O随土粒由大到小,含 量增加
（二）化学组成(chemical composition)
表5－5 土壤各粒级的化学组成
粒级 （mm）
化学组成（灼干重%）
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 MnO2 CaO MgO K2O Na2O P2O5
灰 0.1～0.01 89.90 3.90 0.94 0.51 0.06 0.61 0.35 2.21 0.81 0.04 色 森 0.01～0.005 82.63 8.13 2.39 0.97 0.06 0.95 1.94 2.77 1.45 0.14
根据砂粒(sand)含量: 凡砂粒含量大于55%的，在质地 名称前冠“砂质(sandy)”
土壤学
(2)美国制(Soil Taxonomy )
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。
设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 1hm2(104m2)0.2m土层计：
土壤=10000×0.2×1.3=2600t 有机质储量=2600×0.015=39.0t 全氮储量=2600×0.00075=1.95t
土壤学
(4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额
设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.3 t/m3。
公 式
1hm2的1m土层储水量 =10000m2×1m×1.3 t/m3×25% =3250m3/hm2= 325mm
土壤学
3、浸水容重(water immersed soil density)