土壤基本性质1.pdf

16:541三三 土壤基本土壤基本性质性质第一节第一节土壤物理性质土壤物理性质第二节第二节土壤胶体土壤胶体第三节第三节离子离子吸附与交换吸附与交换第四节第四节土壤酸碱性土壤酸碱性第五节第五节氧化还原氧化还原反应反应南京大学地理与海洋科学学院土壤质地土壤结构土壤容重土壤颜色 第一节第一节 土壤物理性质土壤物理性质南京大学地理与海洋科学学院一一 土壤质地土壤质地(soil texture)土壤固体颗粒按粒径大小的组合比例，亦称土壤固体颗粒按粒径大小的组合比例，亦称土壤机械组成。土壤机械组成。南京大学地理与海洋科学学院粘土粘土(clay)类类国际制土壤质地标准国际制土壤质地标准根据粘粒根据粘粒(clay)含量将质地分为三大类：含量将质地分为三大类：25%南京大学地理与海洋科学学院南京大学地理与海洋科学学院16:542国际土壤质地分类三角图国际土壤质地分类三角图根据土壤中砂粒、根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再在图中查出其点位再分别对应其底边作平分别对应其底边作平行线，行线，三条平行线的三条平行线的定点即为该土壤的质定点即为该土壤的质地。地。e.g.粘粒：粘粒：30%粉粒：粉粒：50%砂粒：砂粒：20%砂粒砂粒粘粒粘粒粉粒粉粒粘粒：粘粒：35%粉粒：粉粒：40%砂粒：砂粒：25%?砂粒砂粒粘粒粘粒粉粒粉粒国际土壤质地分类三角图国际土壤质地分类三角图各级土粒的组成和性质各级土粒的组成和性质矿物组成矿物组成(mineral composition)以原生矿物为主，最多的是石英以原生矿物为主，最多的是石英砂粒砂粒除原生矿物外除原生矿物外,还有一些风化后形成的次还有一些风化后形成的次生矿物。生矿物。粉粒粉粒以次生矿物为主以次生矿物为主粘粒粘粒南京大学地理与海洋科学学院随粒径由大到小，随粒径由大到小，SiO2含量由多到少。含量由多到少。R2O3(Fe2O3与与Al2O3等的总称等的总称)与与SiO2相反，相反，随粒径由大到小，随粒径由大到小，R2O3含量由少到多。含量由少到多。CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小随土粒由大到小,含量增加。含量增加。化学组成化学组成(chemical composition)南京大学地理与海洋科学学院南京大学地理与海洋科学学院16:543Averages and standard deviations for SiO2,Fe2O3,Ba,Cu,and U in the bulk sediments and four different size fractions of 17 sediment samples from the River Avon南京大学地理与海洋科学学院Relation between median grain size of bed material and trace-element concentrations南京大学地理与海洋科学学院Relation between median grain size and organic C content of bed Relation between median grain size and organic C content of bed material in the Upper Kaskaskia River basinmaterial in the Upper Kaskaskia River basin南京大学地理与海洋科学学院土壤质地与其它土壤物理性质的关系土壤质地与其它土壤物理性质的关系随着粒径的减小，随着粒径的减小，土壤孔隙度土壤孔隙度 比表面积、吸附性能比表面积、吸附性能 吸湿量、持水量吸湿量、持水量 膨胀潜能膨胀潜能 塑性和粘结性塑性和粘结性 通气透水性通气透水性 密度将降低密度将降低南京大学地理与海洋科学学院16:544不同质地土壤的肥力特征不同质地土壤的肥力特征(以砂质土为例以砂质土为例)水：水：粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝。性弱，水气易扩散，易干不易涝。气：气：大孔隙多，通气性好，不易累积还原物质。大孔隙多，通气性好，不易累积还原物质。热：热：水少气多，温度上升快，利于早春作物播种。水少气多，温度上升快，利于早春作物播种。养分含量少，保肥力弱，肥效快，但不持久。养分含量少，保肥力弱，肥效快，但不持久。肥：肥：松散易耕。松散易耕。耕性：耕性：知识分子是黏土。板知识分子是黏土。板结了，不透空气，不结了，不透空气，不长庄稼。知识分子多长庄稼。知识分子多的地方就是不好办。的地方就是不好办。土壤过于粘重时的情况土壤过于粘重时的情况则与砂质土相反。则与砂质土相反。砂质土壤的环境容量一般较小！土壤质地的野外鉴定土壤质地的野外鉴定砂土：砂土：砂土的粒径最大，摸上去磨砂土的粒径最大，摸上去磨手，潮湿的砂土不能攥团。手，潮湿的砂土不能攥团。0.002mm0.02mm潮湿的壤土可以攥团。潮湿的壤土可以攥团。壤土壤土粘土粘土潮湿的粘土，可以潮湿的粘土，可以搓条，手感粘腻。搓条，手感粘腻。南京大学地理与海洋科学学院土壤质地的简易鉴定标准土壤质地的简易鉴定标准质地名称质地名称鉴定标准鉴定标准重粘土重粘土粘土粘土壤土壤土粉砂壤土粉砂壤土砂壤土砂壤土砂土砂土砾质土砾质土土质滑腻，湿时可搓成条且弯曲不断土质滑腻，湿时可搓成条且弯曲不断无粗糙感觉，湿时可搓成条且弯曲不断无粗糙感觉，湿时可搓成条且弯曲不断湿时可搓成条，弯曲有裂迹湿时可搓成条，弯曲有裂迹多粉砂，易板结，干时用手摸时如面粉多粉砂，易板结，干时用手摸时如面粉湿时不能搓成条湿时不能搓成条干时有粗糙感觉，肉眼也可分辨出砂粒干时有粗糙感觉，肉眼也可分辨出砂粒土中有小石子或砾石土中有小石子或砾石南京大学地理与海洋科学学院原理原理 Stokes定律定律：球体球体微粒在静水中沉降，其沉降速度与微粒在静水中沉降，其沉降速度与球体微粒的半径平方成正比，而与介质的粘滞系数成反比：球体微粒的半径平方成正比，而与介质的粘滞系数成反比：21292ddgrVv：半径为：半径为r的颗粒在介质的颗粒在介质中中的的沉降速度沉降速度(cm/s)；g：重力加速度：重力加速度(981cm/s)r：沉降颗粒的半径：沉降颗粒的半径(cm)d1：颗粒：颗粒的比重的比重(g/cm3)d2：介质的比重：介质的比重(g/cm3)：介质粘介质粘滞系数滞系数(g/cm3 s)土壤质地土壤质地的实验室测定方法之一：比重计法的实验室测定方法之一：比重计法比重计法测定土壤机械组成比重计法测定土壤机械组成土壤结构：土壤结构：土粒在胶结物土粒在胶结物(有机质、有机质、碳酸钙、氧化铁等碳酸钙、氧化铁等)的作用下，相互的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。不同的土团。二二 土壤结构土壤结构土壤结构类型：土壤结构类型：片状、棱柱状、柱状、角块状、片状、棱柱状、柱状、角块状、团块状、粒状、团粒状等团块状、粒状、团粒状等Massive Single grained南京大学地理与海洋科学学院16:545南京大学地理与海洋科学学院Soil Structure南京大学地理与海洋科学学院块状结构块状结构形状形状：结构体沿长、宽、高三轴平结构体沿长、宽、高三轴平均发展，表面平滑、棱角明显。均发展，表面平滑、棱角明显。形成条件形成条件：多现于中等质地和细密多现于中等质地和细密质地土壤的中下层，其形成与土壤质地土壤的中下层，其形成与土壤排水、通气性和植物根的穿插作用排水、通气性和植物根的穿插作用有关。有关。粒状结构粒状结构形状形状：近球形，直径近球形，直径 0.2510mm。形成条件：形成条件：多出现于土壤表层，易多出现于土壤表层，易受耕作影响。是富含有机质肥沃土受耕作影响。是富含有机质肥沃土壤的标志特征。壤的标志特征。片状结构片状结构形状形状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。构体。形成条件形成条件：多出现于冲积性母质层和多出现于冲积性母质层和耕作土壤犁底层，土粒排列坚实，常耕作土壤犁底层，土粒排列坚实，常妨碍通气透水和根系生长。妨碍通气透水和根系生长。棱柱状结构棱柱状结构形状形状：结构体沿垂直轴方向发展结构体沿垂直轴方向发展，棱角棱角尖锐明显尖锐明显。形成条件形成条件：多出现于粘质土壤的中层和多出现于粘质土壤的中层和底层底层，为干湿交替作用的产物为干湿交替作用的产物，反映土反映土壤水分状况的变化壤水分状况的变化。柱状结构柱状结构形成条件形成条件：柱状结构是碱化土壤柱状结构是碱化土壤和富含膨胀型粘土矿物的标志特和富含膨胀型粘土矿物的标志特征，常在干旱半干旱地带含粉砂征，常在干旱半干旱地带含粉砂较多的底土出现。较多的底土出现。土壤结构的形成土壤结构的形成土壤剖面上可以是单一结构，更常见的则是二种以土壤剖面上可以是单一结构，更常见的则是二种以上结构并存。通常是土壤表层呈团块状或粒状，中下层呈上结构并存。通常是土壤表层呈团块状或粒状，中下层呈块状、柱状，片状和其它结构则常出现于特定土壤中。块状、柱状，片状和其它结构则常出现于特定土壤中。土壤结构的形成必定具有土壤结构的形成必定具有胶结物质胶结物质和成型的和成型的外力推动外力推动作用。作用。胶结物质及其作用胶结物质及其作用无机胶体的凝聚作用无机胶体的凝聚作用有机胶体的胶结作用有机胶体的胶结作用外力作用外力作用生物作用生物作用干湿交替作用干湿交替作用冻融交替作用冻融交替作用耕作作用耕作作用南京大学地理与海洋科学学院16:546三三 土壤比重和容重土壤比重和容重土壤比重土壤比重单位：单位：g/cm3、t/m3影响土壤比重的主要因素：影响土壤比重的主要因素：土壤矿物组成和含量土壤矿物组成和含量土壤有机质含量土壤有机质含量土壤容重土壤容重单位体积土壤的重量单位体积土壤的重量。单位单位:g/cm3、t/m3土壤容重决定因素：土壤容重决定因素：土壤矿物组成和含量土壤矿物组成和含量 土壤有机质含量土壤有机质含量 土壤结构土壤结构 外界干扰外界干扰Bulk DensityBulk Density组组分分密度密度(g/cm3)组组分分密度密度(g/cm3)石石英英2.602.68赤铁矿赤铁矿4.905.30正长石正长石2.542.57磁铁矿磁铁矿5.035.18斜长石斜长石2.622.76三水铝石三水铝石2.302.40白云母白云母2.772.88高岭石高岭石2.612.68黑云母黑云母2.703.10蒙脱石蒙脱石2.532.74角闪石角闪石2.853.57伊利石伊利石2.602.90辉辉石石3.153.90腐殖质腐殖质1.401.80纤铁矿纤铁矿3.604.10土壤中常见组分的密度土壤容重是农业土壤容重是农业、环境环境、建筑建筑、筑路筑路、桥梁工程桥梁工程等领域常用基本数据等领域常用基本数据。判断土壤耕性：判断土壤耕性：1.11.3较疏松，较疏松，1.5以上紧实以上紧实计算土壤重量、水分、养分、盐分含量计算土壤重量、水分、养分、盐分含量e.g.1亩地耕作层土壤重量：亩地耕作层土壤重量：667 0.15 1.34 1000=134,067 kg1公顷地耕作层土壤重量约为：公顷地耕作层土壤重量约为：2,000,000kg南京大学地理与海洋科学学院土壤容重土壤容重例：已知土壤容重为例：已知土壤容重为1.15g/cm3，求每亩耕层求每亩耕层0-20cm土壤土重土壤土重。666.70.21.15=153t=153000 kg人们说每亩耕层土壤约人们说每亩耕层土壤约30万斤万斤，即每公顷耕层土重即每公顷耕层土重225万万kg已测得有机质含量已测得有机质含量1%，求每亩耕层土壤有机质质量求每亩耕层土壤有机质质量？W有有=W土土1%=666.70.21.21%=1.6t=1600kgN、P、K等都可计算：等都可计算：如如 测得测得N含量含量0.05%，则亩含则亩含N80kg；测得盐含量测得盐含量0.3%，则亩含盐则亩含盐480kg。南京大学地理与海洋科学学院四四 土壤颜色土壤颜色土壤染色剂：土壤染色剂：有机物质（有机胶膜）有机物质（有机胶膜）矿物质：铁、锰氧化物矿物质：铁、锰氧化物南京大学地理与海洋科学学院有机胶膜有机胶膜氧化铁胶膜氧化铁胶膜针铁矿针铁矿(FeOOH)赤铁矿赤铁矿+针铁矿针铁矿 Goethe Goethithe 表土层颜色主要取决于有机质含量表土层颜色主要取决于有机质含量 心土层颜色与氧化铁类型和含量有关心土层颜色与氧化铁类型和含量有关土壤颜色的描述土壤颜色的描述Munsell比色卡：比色卡：Munsell 比色用于鉴定土壤、比色用于鉴定土壤、岩石、考古学标本以及自各种生岩石、考古学标本以及自各种生物的颜色。物的颜色。根据色调、明度和色度描述根据色调、明度和色度描述土壤颜色。土壤颜色。16:547四四 土壤颜色土壤颜色 非常容易识别的土壤性质非常容易识别的土壤性质 反映土壤形成过程、水分状况、反映土壤形成过程、水分状况、物理性质、化学组成物理性质、化学组成 5.0%OM3.5%OM2.5%OM2.0%OM1.0%OM紫色土：较高含紫色土：较高含量氧化锰的标志量氧化锰的标志母质类型母质类型与土壤颜色与土壤颜色成土时间与土壤颜色成土时间与土壤颜色坡度与土壤颜色坡度与土壤颜色水分状况对土色的影响水分状况对土色的影响 Soil Is Highly Individualistic土壤的个性土壤的个性南京大学地理与海洋科学学院A hit-and-run case南京大学地理与海洋科学学院Comparisons between X-ray diffraction(XRD)patterns of soil samples from the shoe and river bank(50 mm fraction)南京大学地理与海洋科学学院南京大学地理与海洋科学学院16:548Comparison of diffuse reflectance infrared Fourier transform spectra between the yellow-brown soil on the shoe and the 50 mm fraction in the stony soil from the river bank漫反射傅里叶变换红外光谱漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFT)南京大学地理与海洋科学学院Abduction Case from a Quarry南京大学地理与海洋科学学院Case I:An Illegal Entry into a DwellingSoil micro-particles procured from site(a)Overview of material:1 comparative sample;2 window sill;3 sweater of the owner of the flat,4 suspects boots.(b)Frag-ment of cormophyte moss inside a soil micro-particle.(left)and extracted from it(right).(c)Glass fibre fragments extracted from comparator samples.(d)Glass fibre fragments extracted from washed soil traces,taken from the sill,the sweater and the boots respectively.(e)Micro-particles similar to paint fragments,taken from the compara-tive samples,the sill,the suspects sweater and the suspects boots 南京大学地理与海洋科学学院Case II:A Case of Assault with Intended RobberyCase III:A Case of Rape of a TeenagerCase IV:A Murder of a Young ManCase study IV.Micro-particles procured from the corpse in this case.(a)Vivianite particles separated from soil traces obtained from the corpse.(b)Glass microspheres of fly ash inside(left two panels)and separated from(right)soil traces obtained from the corpse南京大学地理与海洋科学学院南京大学地理与海洋科学学院Elements concentrations of samples from the traffic accident and the Sugang Hill,Yangzhou city,China.南京大学地理与海洋科学学院