第四章土壤物理学Word格式文档下载.docx

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指黏土礦物之集合體

坋粒（silt）

0.05-0.002

泥（mud）

＜0.05

水文地質（地下水）使用

黏粒（clay）

0.002以下

土（earth,soil）

膠體（colloid）

＜0.0002

化學及土壤學使用

泥土

塵（dust）

地質學使用（風成物質）

USDA：

為美國農業部的英文縮寫。

3.土壤質地三角圖

土壤質地三角圖可用以表示各級土壤質地分布的範圍，目前臺灣的土壤質地分級係以USDA的分法為準，將土壤質地分為12級。

土壤質地名稱翻譯成中文則有：

3字、4字與5字的稱呼，其中3字與4字者較前者為形容詞，最後者為名詞。

（1）二字稱呼：

有砂土（sand）、坋土

（slit）、壤土（loam）、黏土（clay）等四

種。

（2）四字稱呼：

有坋質黏土（siltyclay）、砂質黏土（sandyclay）、黏質壤土（clayloam）、坋質壤土（siltyloam）、砂質壤土（sandyloam）、壤圖4-1、土壤質地三角圖

質砂土（loamysand）等六種。

（3）五字稱呼：

坋質黏壤土（slityclayloam）、砂質黏壤土（sandyclayloam）兩種。

4.土壤質地分析方法

（1）機械分析：

土壤質地所採用的機械分析方法有，土篩法、鮑氏比重計分析法、離心機分析法、雷射粒度分析儀。

Stokes定律

V＝2/9〔（dp－d）gr2／η〕

其中：

V為沉降速度（cm/sec）；

g為重力加速度（cm/sec2）；

dp為粒子密度（g/cm3）

；

d為液體密度（g/cm3）；

r為粒子半徑（cm）；

η為液體之絕對黏度（如此液體通常為水，是指水20℃時的黏度，單位：

Dyne–sec/cm2）

土篩法：

土篩法可分為「乾篩法」及「溼篩法」兩種，網目2mm之土篩可用以分離石頭與土壤（粒徑≧2mm者稱為石頭，以下則是土壤）；

濕篩法是一面注水於土篩中，一面使用搖篩機振動。

即便是使用濕篩法，也僅能分離粒徑0.05mm（砂粒）以上的質地，這是土篩法的最大缺點。

鮑氏比重計法及離心機分析法：

鮑氏比重計法顧名思義係力利用鮑氏比重計量測粒徑，是傳統上使用之土壤質地法。

其原理是利用不同粒徑土粒有不同的沉降速度（稱為Stokes定律），分時採取相同深度土壤溶液中的土粒。

此法最大的缺點在於費時，從採樣到完成分析，至少須耗時4-5日；

其次，由於黏粒（0.002mm以下）多為黏土礦物，黏土礦物的晶體構造為扁平狀，與顆粒為圓球狀的實驗假設，有些出入。

使用離心機分析法的目的係利用離心加速土粒沉澱速度，其他操作程序同於鮑氏比重計法。

雷射粒度分析儀法：

顧名思義，係利用雷射粒度分析儀量測坋粒（粒徑≦0.05mm）以下的粒徑，0.05mm以上的粒徑仍使用土篩法分離。

雷射粒度分析儀法的缺點是儀器昂貴且嬌嫩，操作較為複雜，但對於微粒的量測準確度，較鮑氏比重計及離心機法為高。

（2）手觸感覺分析法：

砂土：

砂粒以手觸之有明顯之砂感，肉眼可見，構造等級（後詳）幾為零。

坋土：

坋粒的大小肉眼看不見，以指摩擦，在指間滑過，有強烈的粉末狀感覺，但加水後無黏性卻為具塑性，濕時可搓成條狀，但易斷裂。

黏土：

黏粒具有黏性，濕時在兩指間稠黏而有拉力，雙指分開時，指面留有黏粒斷裂與收縮造成的小突點，濕時可搓成細長土條，不易斷裂。

壤土：

可以感覺砂土、坋土、黏土三者的特徵，但較上述三者不明顯。

壤質砂土：

感覺上兼具砂土及壤土的局部感覺，但砂感遠比壤土明顯。

砂質壤土：

感覺上兼具砂土及壤土的局部感覺，但壤土感遠比砂感明顯。

。

坋質壤土：

感覺上兼具砂土及壤土的大部性狀，而模稜兩可於此二者之間。

黏質壤土：

感覺上兼具壤土及黏土的大部特色，而模稜兩可於此二者之間。

砂質黏土：

感覺上有砂質壤土的觸感，但黏性強烈甚多，但仍不至於到黏土的程度。

坋質黏土：

感覺上有坋質壤土的味道，但黏性強烈甚多，但仍不至於到黏土的程度。

砂質黏壤土：

感覺介於砂質壤土和砂質黏土之間。

坋質黏壤土：

感覺介於坋質壤土和砂質黏土之間。

5.土壤質地分類方式，不能完全適用於「有機質土」（organicsoils），有機質土的劃分皆依其分解程度，且土粒之大小與組成份子有關，這是學習者應特別注意的概念。

有機質土：

粘粒≧60%,有機質≧31%或；

幾不含粘粒,有機質≧20.6%或；

粘粒<

60%，有機質>

20.6%&

<

31%；

有機質層厚度>

=40%。

（依USDA分類）

圖4-2、聯合國、歐盟、美國農業部及臺灣對土壤礦物粒度的分級

二、土壤質地分析的重要性

1.一般的情形下，底土之質地較表土之質地為細，此與淋溶作用有密切關聯。

此種上粗下細的土壤質地助長了土層側向的水流（側滲流）。

2.土壤質地對植物生長的影響

（1）假設其他環境條件類似，以中等質地如壤質土（Loamysoil）對植物生長最有利。

（2）在乾燥或半乾燥地區，若為上粗下細的土壤質地，植物根部已深入細質地土層中，當有利於植物生長（防止風蝕與保水）。

（3）在乾燥或半乾燥地區，細質地土壤常較有利於草類植物生長；

帶若干砂性土，則較有利於森林植物生長。

（4）一般而言，底土中的黏粒含量增加至某一程度，可增進水分與養分的儲存，但質地太黏會導致排水不良。

3.倘黏粒在底土中大量聚集而形成黏土磐（claypan），或鐵、錳、鋁、鈣、有機質在底土中大量聚集而造成各種磐層（panlayers），皆可妨礙通氣與水流，除了增加地中逕流外，嚴重者可造成還原物質之聚積而有毒害於植物。

第二節、土壤構造

一、土壤構造之定義

土壤構造（soilstructure）是指上述土壤粒子所結合形成的自然土團或土塊（peds）（稱為「粒團」（aggregates），這些粒團所構成的形狀稱之；

土壤構造也因化育程度的差異而加以分級。

土壤構造之化育與下列土壤特性有關：

1.陽離子種類之影響

石灰與有機質能增進土壤物理性變佳早為眾所週知，鹼土之惡劣構造，如以Ca+2替換其吸附性Na+，則可變為較優良的構造。

黏粒懸浮液常因鈣鹽之加入而獲絮聚，變為較優良的構造。

Ca+2與H+對膠體的絮聚作用，從過去諸多的實驗上來看，兩者差異不大。

實驗結果也證實：

乾時Ca+2型腐植質比H+型腐植質更具可逆性；

由此可以想像H+型腐植質在水中應更具穩定性（與水分子的雙極性有關）。

分散絮聚

Na（洗失）

＋CaSO4Ca＋Na2SO4

Na

2.黏粒之交互作用之影響

（1）黏粒間的內聚力：

黏粒間的內聚力促進較

強韌的土壤構造，依凡德瓦力即可解釋。

（2）濕與乾之變換：

土壤膠體之乾燥引起土壤物質收縮（粒團體積變小）及土粒膠結；

濕時土塊內因空氣壓縮而產生壓力，土壤水分促使內聚力降低，乾濕引起不等量之膨脹所產生的應力及拉力。

（3）冰凍與解凍作用：

冰凍與解凍變換產生之粒團與乾濕變換產生者相同，這些粒團之穩定性不強，除非有充足之有機質存在使其穩定。

圖4-3、土壤構造性與水熱條件的關係

3.鐵鋁氧化物之膠結作用之影響

水化氧化物是一種水和膠體，其特性為當脫水後，其化學反應幾乎是完全不可逆的。

此種不可逆性對某土壤產生穩定性粒團是重要素，紅土含有大量之氧化鐵，且具有高度的粒團化。

鐵鋁氧化物與腐植質間的反應對穩定性粒團之形成是很重要的。

4.生物作用之影響

有機質在土壤粒團作用中擔任一個重要的角色，其對土壤粒團作用之有利影響起源於微生物、動物及植物等多方面的活動。

微生物活動會合成一些複雜的有機化合物（如多醣類），促進黏粒—有機複合物的形成，有利於土壤膠結。

草類根部生長活動具有促進穩定粒團之作用，

根部分泌物及根部本身之殘體也提供土壤有機質的主要來源。

蚯蚓吞食土壤，混合土壤及部分的分解有機質，其排泄物成為地面上之圓土土團或亞表土中之堆積物，且形成及促進土壤通透性之孔道系統（粗孔隙），這些活動的綜合影響為促進良好之土壤構造。

二、土壤構造之類型與粗細等級

土壤構造之類型與粗細等級描述。

土壤構造體的形狀係根據水平垂直二軸的相對短長，可概略分為：

碟狀（水平軸遠大於垂直軸）、柱狀（垂直軸遠大於水平軸）、塊狀（外觀呈塊狀，相鄰之構造體幾乎多可平貼者）及似球狀（垂直軸約等於水平軸）等四大類。

當土壤構造強度弱到幾乎已經無法辨識的情況下，則稱為單粒狀構造。

次級土壤構造名稱及型態可參見表4-2、表4-3及圖4-3。

表4-2、土壤構造體之類型與粗細等級

粗細等級

類型

碟形

柱狀

塊形

似球形*

碟狀

稜柱狀

圓柱狀

稜塊狀

亞稜塊狀

團粒狀

屑粒狀

極小或極薄

極薄碟狀（<

1mm）

極小稜柱狀（<

10mm）

極小柱狀（<

極小稜塊狀（<

5mm）

極小亞稜塊狀（<

極小團粒狀（<

極小屑粒狀（<

小或薄

薄碟狀

（1-2mm）

小稜柱狀

（10-20mm）

小柱狀

小稜塊狀（5-10mm）

小亞稜塊狀（5-10mm）

小團粒狀

小屑粒狀（1-2mm）

中等

中碟狀

（2-5mm）

中稜柱狀

（20-50mm）

中柱狀

中稜塊狀

中亞稜塊狀

中團粒狀

中屑粒狀

大或厚

厚碟狀

（5-10mm）

厚稜柱狀（

50-100mm）

厚柱狀（50

-100mm）

厚稜塊狀

厚亞稜塊狀

厚團粒狀

極大或極厚

極厚碟狀

（>

極厚稜柱狀（>

100mm）

極厚柱狀

極厚稜塊狀（>

50mm）

極厚亞稜塊狀（>

極厚團粒狀（>

改自郭魁士，1986：

427。

*似球形狀的次級分類也有再區分出丸粒狀構造（shotstructure）者，「丸粒狀構造和團粒狀構造相似，唯形狀特別圓，球面亦較光滑亮麗。

」（王明果、謝兆申，1991）

表4-3、代表性土壤構造體之定義與其經常出現之土層

構造名稱

定義或一般描述

常存在之土壤層

◎單粒狀構造（singleparticlestructure）

◎屑粒狀構造

（crumbstructure）

◎團粒狀構造（granularstructure）

◎碟狀構造

（platelikestructure）

◎塊狀構造

（blocklikestructure）

亞稜塊狀構造（sub-

angularblockystructure）

稜塊狀構造（angularblockystructu