黏土
一种以直径小于0.001mm的细黏粒为主要土壤颗粒组成的土壤
黏土是以粒径小于0.001毫米的细黏粒为主组成的土壤质地类型,中国土壤质地分类制规定其黏粒含量需达30%以上,并按含量细分为轻、中、重及极重黏土。主要矿物成分为次生铝硅酸盐(高岭石蒙脱石伊利石)及铁铝锰氧化物,常与有机腐殖质结合形成有机-无机复合体。其胶体特性赋予黏土强吸附能力,可保存养分但易富集重金属。
土壤质地分类
土壤质地的定义
土壤质地是指土壤中各土壤粒级占土壤重量的百分比组合。这也就是说土壤质地不同,则土壤中不同土壤粒级的土壤颗粒的含量不同。
土壤质地分类制
土壤质地分类是根据土壤的粒级组成对土壤颗粒组成状况进行的类别划分。土壤质地分类制包括国际土壤质地分类制、美国土壤质地分类制、卡庆斯基制以及中国土壤质地分类制。
上述四种土壤质地分类制之中,国际土壤质地分类制将土壤质地分为沙土、壤土、黏壤土以及黏土;美国土壤质地分类制使用三角坐标图解法,该方法较为复杂;卡庆斯基土壤分类制将土壤质地分为沙土、壤土以及黏土;中国土壤质地分类制也将土壤质地分为沙土、壤土以及黏土。由此可见,一般可将土壤质地划分为砂土、壤土以及黏土。
以表中的中国土壤质地分类制为例,黏土是指细黏粒(土壤颗粒粒径小于0.001 mm)占土壤颗粒总重量30%以及30%以上的土壤。在该分类制中,根据细黏粒在土壤颗粒中所占重量百分比不同,还可以进一步将土壤质地分为轻黏土、中黏土、重黏土以及极重黏土,其所对应的细黏粒在土壤颗粒中所占重量百分比分别为:30%~35%、35%~40%、40%~60%以及大于60%。
土壤颗粒大小与分级
土壤颗粒的定义
土壤颗粒是指在岩石、矿物的风化过程及土壤成土过程中形成的碎屑物质。土壤颗粒的主要成分是无机矿质土壤颗粒。
土壤颗粒的大小
真实的土壤颗粒的大小、形状是不同的并且是不规则的。在土壤学中,为了研究方便研究人员把土壤颗粒的直径看成理想的球体的直径来对待,即土壤颗粒的大小往往用当量粒径代替。某土壤颗粒的大小是由与该土壤颗粒在水中沉降速率相同的圆球直径代表,该圆球直径称为当量粒径。
土壤颗粒分级制
如下表所示,常见的土壤颗粒分级制有中国制、卡庆斯基制、美国农业部制以及国际制等。这四种土壤颗粒分级制根据土壤颗粒的当量粒径都将土壤颗粒分为石砾、沙砾、粉粒以及黏粒。土壤颗粒分级制的标准不统一。例如,在中国制、美国农业部制以及国际制中,黏粒的上限为0.002 mm;而在卡庆斯基制中黏粒的上限为0.001 mm。
黏粒中的黏土矿物及其性质
黏粒包含的矿物种类
黏粒包含次生的铝硅酸盐矿物和次生的氧化物,这些矿物也称为黏土矿物。次生的铝硅酸盐矿物是黏土矿物中的主要成分。次生的铝硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石以及伊利石等。这些次生的铝硅酸盐矿物的结构是层状的。次生的氧化物又称为非硅酸盐黏土矿物。黏粒中的氧化物主要是铁、铝以及锰等的氧化物及其水合氧化物。
黏土矿物的性质
(1)胀缩性
蒙脱石具有可膨胀的性质(当土壤的水分含量变多时,蒙脱石会膨胀;当土壤的水分含量变少时,蒙脱石会收缩);高岭石没有胀缩性;伊利石没有胀缩性;绿泥石没有胀缩性。
(2)黏着性和黏结性
蒙脱石具有特别强的黏着性和黏结性;高岭石具有较弱的黏着性和黏结性;伊利石的黏着性和黏结性比蒙脱石弱;绿泥石的黏着性和黏结性居中。
(4)可塑性
蒙脱石具有特别强的可塑性;高岭石具有较弱的可塑性;伊利石的可塑性比蒙脱石弱;绿泥石的可塑性居中。
(5)吸附性
由于黏土矿物在形成时含有杂质,这使得矿物自身带有电荷。因此,黏土矿物可以吸附带有相反电荷的离子以及其他物质。
(6)具有很大的比表面积
蒙脱石和蛭石具有很大的比表面积。
(7)具有胶体的性质
由于黏粒的大小很小(当量粒径小于0.001 mm),在溶液当中黏粒可以形成胶体系统,分散在溶液中。该胶体系统不稳定,在一定的条件下能发生聚沉。
黏土中的有机‐无机复合体
在黏土中,无机黏土矿物和有机腐殖质往往很少单独存在,而是互相结合在一起。这种结合体称为土壤有机‐无机复合体。
有机腐殖质是土壤有机质在微生物的作用下形成的一类结构复杂、性质稳定的特殊性质的高分子化合物。有机腐殖质的大小很小(当量粒径小于0.001 mm),在溶液当中有机腐殖质可以形成胶体系统,分散在溶液中;有机腐殖质具有活泼的化学性质,含有大量的官能团,例如羧基、酚羟基以及胺基等;有机腐殖质的表面既可以带负电荷又可以带正电荷;有机腐殖质分子具有松散的结构,富有大量的细微孔隙,具有很大的比表面积。由于有机腐殖质具有这些性质,在一定条件下,有机腐殖质也具有一定的吸附能力。
如图所示,黏土矿物和有机腐殖质通过一定方式形成黏土矿物‐腐殖质复合体。在这种复合体中,黏土矿物的一部分和有机腐殖质的一部分结合,所以这种复合体应该既具有黏土矿物的性质也具有有机腐殖质的性质。
黏粒对土壤的影响
黏粒对土壤结构的影响
黏粒和有机腐殖质都是土壤中的胶体。黏粒和有机腐殖质可以分散在土壤溶液中,并在其中凝聚而形成黏团,黏团再次团聚而形成微团粒,微团粒进一步团聚而形成团粒。微团粒和团粒都属于团粒结构体,是符合农业生产要求的良好的土壤结构体。微团粒在水稻耕层中大量存在,对水稻土的肥力影响较大。
黏粒对土壤孔隙的影响
土壤的质地越黏重(黏粒含量越高)、土粒分散程度越高、土粒排列越紧密,则土壤的非活性孔隙越多。虽然非活性孔隙较多的土壤(黏土)能保持大量水分,但土壤孔隙中的水分的有效性是很低的(水分不能移动或移动极其缓慢,不易被植物吸收利用)。该土壤通气透水性极差,植物在这种土壤中扎根困难。
黏粒对土壤胀缩性的影响
土壤的质地愈黏重,即黏粒含量愈高,尤其是可膨胀的黏土矿物(例如蒙脱石)含量愈高,则土壤的胀缩性愈强。具有强胀缩性的土壤,在吸水膨胀时,土壤会变得密实而难以透水通气;在水分减少收缩时,土壤会拉断植物的细胞和根毛,土壤还会出现大的裂隙,导致土壤水分和养分的流失。
黏粒对土壤饱和导水率的影响
当土壤孔隙全部充满水时,单位时间内通过单位面积土壤的水量与土壤饱和导水率成正比。这也就是说土壤饱和导水率越大,单位时间内通过单位面积土壤的水量越大。土壤孔隙大小和形状会影响土壤饱和导水率。有些类型的黏粒特别有助于小孔隙的增加,这就会降低土壤饱和导水率,例如含蒙脱石多的土壤通常具有低的导水率。蒙脱石吸水而膨胀后,可以使土壤孔隙减小,从而使水的移动减少到最低限度。因此含黏粒较多的黏土具有较低的土壤饱和导水率,具有较强的保水性,不易发生土壤水、肥流失的情况。
黏粒对土壤热容量的影响
土壤热容量随土壤含水量的增加而增大,含黏粒较多的土壤(黏土)的含水量较大。因此黏土的热容量较高,黏土的温度不容易升降。
黏粒对土壤黏着性和黏结性的影响
由于黏土矿物具有黏着性和黏结性,土壤愈细(黏粒含量越多),土壤的黏结性和黏着性愈强。因此黏粒含量高的黏土具有显著的黏着性和黏结性,这导致在耕作时农机具受到较大的阻力,耕作困难。
黏粒对土壤可塑性的影响
土壤的质地愈细,黏粒含量愈多,则土壤的可塑性愈强。土壤的塑性与土壤的水分含量有关。黏粒含量的增加会使土壤在更大含水量范围内具有可塑性。但是具有可塑性的土壤是不适宜耕作的,因为这时无论耕锄等任何操作都不可能实现碎散土块、疏松土壤、创造良好土壤结构等目的。
黏粒对土壤宜耕期的影响
黏粒含量高的黏土具有较强的黏结性和黏着性,其具有可塑性时的含水量范围也大。只有当土壤的含水量在较小范围内时,黏土才同时表现出较小的黏结力和不可塑的坚硬状态。因此黏粒含量高的黏土具有较短的宜耕期,这有误农时的可能。
黏粒对土壤保肥、供肥性能的影响
因为黏粒中的黏土矿物以及黏土矿物‐腐殖质复合体通常带有负电荷且比表面积大,所以黏粒能够吸附较多的带正电荷的养分。土壤质地越黏(黏粒含量越高),尤其是蛭石以及蒙脱石等黏土矿物含量越高时,土壤保肥、供肥性能越强。例如向土壤溶液中加入铵根离子(一种阳离子养分)时,部分铵根离子被吸附到黏粒上保存起来,而不会随水流失;当土壤溶液中铵根离子浓度降低时,吸附在黏粒上的铵根离子就逐渐进入土壤溶液中供植物吸收利用。
黏粒对土壤中有毒物质含量的影响
因为黏粒中的黏土矿物以及黏土矿物‐腐殖质复合体通常带有负电荷且比表面积大,所以黏粒也能够吸附带正电荷的有毒物质,例如重金属阳离子。重金属阳离子被黏粒吸附后,不随土壤溶液移动,这样可以减轻其对地下水的污染。同时,重金属阳离子就可以在土壤中积累,也可能被植物吸收。因此,黏土具有较强的有毒物质富集能力。
黏土的农业生产性状
黏粒的含量决定了土壤质地。含有大量黏粒的黏土受到黏粒中的黏土矿物的性质的影响。这些影响与黏土的农业生产性状相对应。土壤的农业生产性状是指土壤质地的差异在农业生产中的反应。从表格中可以知道:含有大量黏粒的黏土虽然具有养分多以及供肥性能强等优点,但也具有通气透水性不良、耕作阻力大、宜耕期短、对有毒物质富集能力强等缺点。因此黏土的农业生产性状不是很理想。
参考资料
最新修订时间:2025-10-29 14:58
目录
概述
土壤质地分类
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