第4章 土壤质地和结构
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公 式
1hm2的1m土层储水量 土层储水量 1m× =10000m2×1m×1.3 t/m3×25% =3250m3/hm2= 32.5mm
3、浸水容重(water immersed soil density)
土 质 壤 量 浸 容 = 水 重 沉 容 淀 积
反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。 反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。
Soil
science
第
四
章
土壤质地和结构
土壤三相(three phases of soil )组成 第一节 土壤三相 组成
土壤固、 土壤固、液、气 三相容积比， 三相容积比，反映 土壤水、气关系。 土壤水、气关系。
atmosphere water
organic matter
三相比示意图
mineral
（三）各级土粒的物理性质 保水能力最大吸湿量、 保水能力最大吸湿量、最大分子 毛管水上升高度增加， 持水量 毛管水上升高度增加，但 通透性渗透系数降低。 通透性渗透系数降低。
土 粒 由 大 到 小
土壤膨胀性(soil swelling)和可塑 土壤膨胀性 和可塑 增加， 性(plasticity)增加，对耕作 增加 (tillage)带来不利影响。 带来不利影响。 带来不利影响
常见土壤粒级(soil fractions)制 常见土壤粒级 制
中国制 (1987) 石砾 粗砂粒 物 理 性 砂 粒 卡庆斯基制 (1957) 石砾 粗砂粒 中砂粒 细砂粒 美国制 (1951) 石砾 极粗砂粒 粘砂粒 中砂粒 细砂粒 极细砂粒 粗粉粒 中粉粒 物 理 性 粘 粒 细粉粒 粘 粒 粗粘粒 细粘粒 胶质粘粒 粘粒 粘粒 粉粒 粉粒 细砂粒 国际制 (1930) 石砾
0.1～0.01 ～ 0.01～0.005 ～
黑 钙 土
0.005 ～ 0.001 <0.001 全 土
随粒径由大到小， 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， 的总称)与 相反， 即 随粒径由大到小， 随粒径由大到小，R2O3含量由少到多 CaO、MgO、P2O5、K2O随土Leabharlann Baidu由大到小 、 、 随土粒由大到小, 随土粒由大到小 含量增加
Fe2O3 0.94 2.39 3.95 10.19 2.46 1.29 2.73 7.51 11.54 5.52 TiO2 0.51 0.97 1.34 0.73 0.53 0.45 1.00 1.38 0.66 0.70 MnO2 0.06 0.06 0.04 0.17 0.12 0.04 0.02 0.03 0.08 0.18 CaO 0.61 0.95 1.00 0.44 0.92 0.74 0.94 0.75 0.38 2.21 MgO 0.35 1.94 1.05 2.40 0.68 0.29 1.19 1.77 2.48 1.73 K2O 2.21 2.77 3.32 3.15 2.38 1.99 2.31 3.04 3.17 2.67 Na2O 0.81 1.45 1.30 0.24 0.75 1.21 1.84 1.38 0.19 0.75 P2O5 0.04 0.14 0.25 0.46 0.11 0.02 0.12 0.23 0.39 0.21
表6－1 土壤中常见组分的密度
组 分 石 英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉 石 纤铁矿 密度(g/cm3) 2.60～2.68 2.54～2.57 2.62～2.76 2.77～2.88 2.70～3.10 2.85～3.57 3.15～3.90 3.60～4.10 组 分 赤铁矿 磁铁矿 三水铝石 高岭石 蒙脱石 伊利石 腐殖质 密度(g/cm3) 4.90～5.30 5.03～5.18 2.30～2.40 2.61～2.68 2.53～2.74 2.60～2.90 1.40～1.80
表4－6 各级土粒的水分性质和物理性质 －
土粒 名称 粒径(mm) 粒径 3.0～2.0 ～ 石砾 2.0 ～1.5 1.5 ～1.0 粗砂粒 1.0 ～0.5 0.5～0.25 ～ 0.25～0.10 ～ 0.10～0.05 ～ 0.05～0.01 ～ 0.01～0.005 ～ 最大吸湿 量(%) － － － － － － － ＜0.5 1.0～3.0 ～ 最大分 子持水 量(%) 0.2 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 3.1 15.9 毛管水上升 高度(mm) 高度 0 1.5～3.0 ～ 4.5 8.7 20～27 ～ 50 91 200 － 渗透系数 (cm/s) 0.5 0.3 0.12 0.072 0.056 0.030 0.005 0.004 － 湿胀(按 湿胀 按 最初体积 计) － － － － － 5 6 16 105 可塑(28～ 可塑 ～ 40) 塑性较强 (30～48) ～ 塑性强 (34～87) ～ 不 可 塑 塑性
(3)估算各种土壤成分储量 (3)估算各种土壤成分储量
设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量 0.2m 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t 0.75g/kg=0.00075t/t。 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 )0.2m土层计 土层计： 1hm2(104m2)0.2m土层计：
细砂粒 粗粉粒 中粉粒 细粉粒粗 粘粒 细粘粒
0.005～0.001 ～
－ 15～20 ～
31.0 －
－ －
－ －
160
<0.001
405
三、土壤质地（soil texture） ） 1、土壤机械组成(soil mechanical composition)
表6－2 －
粒径 (mm) 腐殖质 (g/kg) 密度 (g/cm3)
某森林土壤表层各级土粒密度
全土样
0.10～ 0.05 0
0.05～ 0.01 4.3
0.01～ 0.005 14.8
0.005～ 0.001 53.7
＜ 0.001 64.2
29.5
2.62
2.66
2.66
2.62
2.59
2.59
总孔度－ 气相(gas phase)＝(总孔度－液相 ×100% ＝ 总孔度 液相) 气相
3、土壤三相组成的适宜范围(comfort zone) 、土壤三相组成的适宜范围
土壤三相比＝固相:液相: 土壤三相比＝固相:液相:气相 多数旱地作物(upland crop)适宜的 多数旱地作物(upland field crop)适宜的 土壤固、 气三相比为： 土壤固、液、气三相比为：
2、土壤容重(soil bulk density)作用 土壤容重 作用 计算土壤孔隙度(soil porosity) (1) 计算土壤孔隙度
孔隙度＝（1 容重/比重） 孔隙度＝（1－容重/比重）×100% ＝（ (2)计算工程土方量 (2)计算工程土方量 土壤重量=土壤体积× 土壤重量=土壤体积×土壤容重
1、土壤孔度(soil porosity) 土壤孔度
土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百分率。 占土体容积的百分率。 土壤全部孔隙容积 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% 比重) 总孔度 ＝ －容重/比重 固相(solid phase)＝(容重 比重 ×100% 容重/比重 固相 ＝ 容重 比重) 液相(liquid phase)＝(水分重量百分率×容重 ×100% 水分重量百分率× 液相 ＝ 水分重量百分率 容重)
粉粒(silt)
粘粒(clay)
则以次生矿物(secondary mineral)为主
（二）化学组成(chemical composition) 化学组成 表4 －5
粒级 （mm） ） 灰 0.1～0.01 ～ 色 ～ 森 0.01～0.005 林 0.005 ～ 0.001 土
<0.001 全 土
SiO2 89.90 82.63 76.75 58.03 85.10 88.12 82.17 67.37 57.47 71.52 Al2O3 3.90 8.13 11.32 23.40 5.96 5.75 7.96 17.16 22.66 13.74
土壤各粒级的化学组成
化学组成（灼干重 ） 化学组成（灼干重%）
0.5∶0.25～0.3∶0.15～0.25 ∶ ～ ∶ ～
第二节
土壤质地(soil texture)
和粒级(soil particle) 一、土粒(soil particle)和粒级 1、土粒(soil particle)
土壤颗粒——土粒，通常专指矿物颗粒。 土粒，通常专指矿物颗粒。 土壤颗粒 土粒 大小以粒径为标准， 大小以粒径为标准，土粒形状大多不是球 只能用当量粒径 当量粒径（ 形，只能用当量粒径（即与土粒静水沉降 (quiescent settling)速度相同的圆球直径） 速度相同的圆球直径） 速度相同的圆球直径 代替之。 代替之。
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 土壤密度与4℃时纯水密度之比。一般取2.65。 4℃时纯水密度之比
（二）土壤容重(bulk density of soil)
1、概念
单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重。 单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重。(g/cm3)
表4－3 －
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
质地(texture) 4、影响容重的因素 结构(structure) 有机质含量(organic matter content) 紧实度(degree of compaction)
(主要通过影响孔隙影响容重 主要通过影响孔隙影响容重) 主要通过影响孔隙影响容重
二、土壤三相(three phases of soil )和孔度
土壤=10000×0.2×1.3=2600t × × 土壤 有机质储量=2600×0.015=39.0t × 有机质储量 全氮储量=2600×0.00075=1.95t × 全氮储量
(4)计算土壤储水量及灌水（或排水） (4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额 计算土壤储水量及灌水
设土层厚度1m，土壤含水量 设土层厚度 ，土壤含水量25%，容重为 t/m3。 ，容重为1.3
粗砂粒
细砂粒
粗粉粒 中粉粒 细粉粒 粗粘粒 细粘粒
particle) 二、各级土粒(soil particle)的组成和性质
composition) （一）矿物组成(mineral composition) 矿物组成(
砂粒(sand)
以原生矿物(primary mineral) 为主， 为主， 最多的是石英(quartz) 除原生矿物(primary mineral) 外,还有一些风化后形成的次 生矿物(secondary mineral)
土壤的粒组（粒级） 土壤的粒组（粒级）
土粒的大小分级。 粒级 --- 土粒的大小分级。 大小相似，性质相似的一组土粒） （大小相似，性质相似的一组土粒）
2、土粒的大小划分—粒级(size fraction) 土粒的大小划分 粒级
国际制(international system) 国际制 美国制(U.S system) 美国制 分级标准 卡庆斯基制(Kachinsky classification 卡庆斯基制 system of soil texture) 中国制(China system) 中国制
一、土壤的密度和容重
（ 一 ） 土 壤 密 度 (soil density) 容 重 (bulk density of soil)
1、概念 、 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。 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
1hm2的1m土层储水量 土层储水量 1m× =10000m2×1m×1.3 t/m3×25% =3250m3/hm2= 32.5mm
3、浸水容重(water immersed soil density)
土 质 壤 量 浸 容 = 水 重 沉 容 淀 积
反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。 反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。
Soil
science
第
四
章
土壤质地和结构
土壤三相(three phases of soil )组成 第一节 土壤三相 组成
土壤固、 土壤固、液、气 三相容积比， 三相容积比，反映 土壤水、气关系。 土壤水、气关系。
atmosphere water
organic matter
三相比示意图
mineral
（三）各级土粒的物理性质 保水能力最大吸湿量、 保水能力最大吸湿量、最大分子 毛管水上升高度增加， 持水量 毛管水上升高度增加，但 通透性渗透系数降低。 通透性渗透系数降低。
土 粒 由 大 到 小
土壤膨胀性(soil swelling)和可塑 土壤膨胀性 和可塑 增加， 性(plasticity)增加，对耕作 增加 (tillage)带来不利影响。 带来不利影响。 带来不利影响
常见土壤粒级(soil fractions)制 常见土壤粒级 制
中国制 (1987) 石砾 粗砂粒 物 理 性 砂 粒 卡庆斯基制 (1957) 石砾 粗砂粒 中砂粒 细砂粒 美国制 (1951) 石砾 极粗砂粒 粘砂粒 中砂粒 细砂粒 极细砂粒 粗粉粒 中粉粒 物 理 性 粘 粒 细粉粒 粘 粒 粗粘粒 细粘粒 胶质粘粒 粘粒 粘粒 粉粒 粉粒 细砂粒 国际制 (1930) 石砾
0.1～0.01 ～ 0.01～0.005 ～
黑 钙 土
0.005 ～ 0.001 <0.001 全 土
随粒径由大到小， 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， 的总称)与 相反， 即 随粒径由大到小， 随粒径由大到小，R2O3含量由少到多 CaO、MgO、P2O5、K2O随土Leabharlann Baidu由大到小 、 、 随土粒由大到小, 随土粒由大到小 含量增加
Fe2O3 0.94 2.39 3.95 10.19 2.46 1.29 2.73 7.51 11.54 5.52 TiO2 0.51 0.97 1.34 0.73 0.53 0.45 1.00 1.38 0.66 0.70 MnO2 0.06 0.06 0.04 0.17 0.12 0.04 0.02 0.03 0.08 0.18 CaO 0.61 0.95 1.00 0.44 0.92 0.74 0.94 0.75 0.38 2.21 MgO 0.35 1.94 1.05 2.40 0.68 0.29 1.19 1.77 2.48 1.73 K2O 2.21 2.77 3.32 3.15 2.38 1.99 2.31 3.04 3.17 2.67 Na2O 0.81 1.45 1.30 0.24 0.75 1.21 1.84 1.38 0.19 0.75 P2O5 0.04 0.14 0.25 0.46 0.11 0.02 0.12 0.23 0.39 0.21
表6－1 土壤中常见组分的密度
组 分 石 英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉 石 纤铁矿 密度(g/cm3) 2.60～2.68 2.54～2.57 2.62～2.76 2.77～2.88 2.70～3.10 2.85～3.57 3.15～3.90 3.60～4.10 组 分 赤铁矿 磁铁矿 三水铝石 高岭石 蒙脱石 伊利石 腐殖质 密度(g/cm3) 4.90～5.30 5.03～5.18 2.30～2.40 2.61～2.68 2.53～2.74 2.60～2.90 1.40～1.80
表4－6 各级土粒的水分性质和物理性质 －
土粒 名称 粒径(mm) 粒径 3.0～2.0 ～ 石砾 2.0 ～1.5 1.5 ～1.0 粗砂粒 1.0 ～0.5 0.5～0.25 ～ 0.25～0.10 ～ 0.10～0.05 ～ 0.05～0.01 ～ 0.01～0.005 ～ 最大吸湿 量(%) － － － － － － － ＜0.5 1.0～3.0 ～ 最大分 子持水 量(%) 0.2 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 3.1 15.9 毛管水上升 高度(mm) 高度 0 1.5～3.0 ～ 4.5 8.7 20～27 ～ 50 91 200 － 渗透系数 (cm/s) 0.5 0.3 0.12 0.072 0.056 0.030 0.005 0.004 － 湿胀(按 湿胀 按 最初体积 计) － － － － － 5 6 16 105 可塑(28～ 可塑 ～ 40) 塑性较强 (30～48) ～ 塑性强 (34～87) ～ 不 可 塑 塑性
(3)估算各种土壤成分储量 (3)估算各种土壤成分储量
设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量 0.2m 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t 0.75g/kg=0.00075t/t。 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 )0.2m土层计 土层计： 1hm2(104m2)0.2m土层计：
细砂粒 粗粉粒 中粉粒 细粉粒粗 粘粒 细粘粒
0.005～0.001 ～
－ 15～20 ～
31.0 －
－ －
－ －
160
<0.001
405
三、土壤质地（soil texture） ） 1、土壤机械组成(soil mechanical composition)
表6－2 －
粒径 (mm) 腐殖质 (g/kg) 密度 (g/cm3)
某森林土壤表层各级土粒密度
全土样
0.10～ 0.05 0
0.05～ 0.01 4.3
0.01～ 0.005 14.8
0.005～ 0.001 53.7
＜ 0.001 64.2
29.5
2.62
2.66
2.66
2.62
2.59
2.59
总孔度－ 气相(gas phase)＝(总孔度－液相 ×100% ＝ 总孔度 液相) 气相
3、土壤三相组成的适宜范围(comfort zone) 、土壤三相组成的适宜范围
土壤三相比＝固相:液相: 土壤三相比＝固相:液相:气相 多数旱地作物(upland crop)适宜的 多数旱地作物(upland field crop)适宜的 土壤固、 气三相比为： 土壤固、液、气三相比为：
2、土壤容重(soil bulk density)作用 土壤容重 作用 计算土壤孔隙度(soil porosity) (1) 计算土壤孔隙度
孔隙度＝（1 容重/比重） 孔隙度＝（1－容重/比重）×100% ＝（ (2)计算工程土方量 (2)计算工程土方量 土壤重量=土壤体积× 土壤重量=土壤体积×土壤容重
1、土壤孔度(soil porosity) 土壤孔度
土壤全部孔隙容积(pore volume)占土体容积的百分率。 占土体容积的百分率。 土壤全部孔隙容积 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% 比重) 总孔度 ＝ －容重/比重 固相(solid phase)＝(容重 比重 ×100% 容重/比重 固相 ＝ 容重 比重) 液相(liquid phase)＝(水分重量百分率×容重 ×100% 水分重量百分率× 液相 ＝ 水分重量百分率 容重)
粉粒(silt)
粘粒(clay)
则以次生矿物(secondary mineral)为主
（二）化学组成(chemical composition) 化学组成 表4 －5
粒级 （mm） ） 灰 0.1～0.01 ～ 色 ～ 森 0.01～0.005 林 0.005 ～ 0.001 土
<0.001 全 土
SiO2 89.90 82.63 76.75 58.03 85.10 88.12 82.17 67.37 57.47 71.52 Al2O3 3.90 8.13 11.32 23.40 5.96 5.75 7.96 17.16 22.66 13.74
土壤各粒级的化学组成
化学组成（灼干重 ） 化学组成（灼干重%）
0.5∶0.25～0.3∶0.15～0.25 ∶ ～ ∶ ～
第二节
土壤质地(soil texture)
和粒级(soil particle) 一、土粒(soil particle)和粒级 1、土粒(soil particle)
土壤颗粒——土粒，通常专指矿物颗粒。 土粒，通常专指矿物颗粒。 土壤颗粒 土粒 大小以粒径为标准， 大小以粒径为标准，土粒形状大多不是球 只能用当量粒径 当量粒径（ 形，只能用当量粒径（即与土粒静水沉降 (quiescent settling)速度相同的圆球直径） 速度相同的圆球直径） 速度相同的圆球直径 代替之。 代替之。
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 土壤密度与4℃时纯水密度之比。一般取2.65。 4℃时纯水密度之比
（二）土壤容重(bulk density of soil)
1、概念
单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重。 单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重。(g/cm3)
表4－3 －
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
质地(texture) 4、影响容重的因素 结构(structure) 有机质含量(organic matter content) 紧实度(degree of compaction)
(主要通过影响孔隙影响容重 主要通过影响孔隙影响容重) 主要通过影响孔隙影响容重
二、土壤三相(three phases of soil )和孔度
土壤=10000×0.2×1.3=2600t × × 土壤 有机质储量=2600×0.015=39.0t × 有机质储量 全氮储量=2600×0.00075=1.95t × 全氮储量
(4)计算土壤储水量及灌水（或排水） (4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额 计算土壤储水量及灌水
设土层厚度1m，土壤含水量 设土层厚度 ，土壤含水量25%，容重为 t/m3。 ，容重为1.3
粗砂粒
细砂粒
粗粉粒 中粉粒 细粉粒 粗粘粒 细粘粒
particle) 二、各级土粒(soil particle)的组成和性质
composition) （一）矿物组成(mineral composition) 矿物组成(
砂粒(sand)
以原生矿物(primary mineral) 为主， 为主， 最多的是石英(quartz) 除原生矿物(primary mineral) 外,还有一些风化后形成的次 生矿物(secondary mineral)
土壤的粒组（粒级） 土壤的粒组（粒级）
土粒的大小分级。 粒级 --- 土粒的大小分级。 大小相似，性质相似的一组土粒） （大小相似，性质相似的一组土粒）
2、土粒的大小划分—粒级(size fraction) 土粒的大小划分 粒级
国际制(international system) 国际制 美国制(U.S system) 美国制 分级标准 卡庆斯基制(Kachinsky classification 卡庆斯基制 system of soil texture) 中国制(China system) 中国制
一、土壤的密度和容重
（ 一 ） 土 壤 密 度 (soil density) 容 重 (bulk density of soil)
1、概念 、 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。 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