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