Минералогия и текстура почв

Минералогия и текстура почв описывают их состав, виды присутствующих минералов и распределение размеров частиц от песка до ила и глины, что в совокупности определяет большую часть физических и химических свойств почвы.

Definition

Текстура почвы — это относительная пропорция частиц размером с песок, ил и глину в почве; минералогия почвы — это идентификация и обилие первичных и вторичных минералов, составляющих эти частицы, особенно глинистых минералов, которые доминируют в мелкодисперсных фракциях.

Scope

Эта тема охватывает первичные и вторичные минералы почв, природу и свойства глинистых минералов, фракции по размеру частиц, определяющие текстуру почвы, и текстурные классы, используемые для классификации почв. Текстура и минералогия являются унаследованными, медленно меняющимися свойствами, от которых зависят водный режим, плодородие и структура.

Core questions

• Что такое фракции частиц песка, ила и глины, и как классифицируется текстура?
• Какие первичные и вторичные минералы составляют почвы?
• Чем отличаются глинистые минералы по структуре и реакционной способности?
• Почему текстура и минералогия контролируют водоудерживающую способность и удержание питательных веществ?

Key concepts

• Фракции песка, ила и глины
• Текстурный треугольник и текстурные классы
• Первичные и вторичные минералы
• Слоистые силикатные глинистые минералы
• Удельная площадь поверхности
• Изоморфное замещение и поверхностный заряд

Key theories

Текстурные классы по размеру частиц

Разделение минеральных твердых веществ на фракции песка, ила и глины и построение их пропорций на текстурном треугольнике дает названные текстурные классы (такие как супесь или глина), которые предсказывают многие свойства почвы.

Структура и заряд глинистых минералов

Слоистые силикатные глины, построенные из слоев кремнеземных тетраэдров и глиноземных октаэдров, несут поверхностный заряд от изоморфного замещения, что придает мелкодисперсным почвам их большую площадь поверхности, способность удерживать ионы и поведение при усадке-набухании.

Mechanisms

Размер частиц контролирует площадь поверхности на единицу массы: частицы глины, будучи самыми мелкими, имеют огромную площадь поверхности, которая доминирует в удержании воды, ионном обмене и когезии, в то время как песок обеспечивает большие поры и дренаж. Глинистые минералы образуются в результате выветривания первичных силикатов; их слоистая структура и отрицательный заряд, возникающий в результате изоморфного замещения, позволяют им адсорбировать катионы и воду, поэтому тип и количество глины в значительной степени определяют реакционную способность почвы и потенциал усадки-набухания.

Clinical relevance

Текстура и минералогия определяют водоудерживающую способность почвы, дренаж, обрабатываемость, удержание питательных веществ и инженерные свойства; это унаследованные свойства, которые определяют планирование орошения, выбор сельскохозяйственных культур, проектирование фундаментов и интерпретацию потребностей в плодородии и сохранении.

History

Механический анализ почв на фракции по размеру частиц развивался в конце XIX и начале XX веков, а рентгеновские и химические методы позже выявили структуры глинистых минералов. Текстурный треугольник и стандартные текстурные классы стали фундаментальными инструментами описания почв и физического почвоведения.

Key figures

• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil
• Daniel Hillel

Seminal works

• brady2016
• hillel1998

Frequently asked questions

В чем разница между текстурой почвы и структурой почвы?

Текстура — это присущая почве пропорция частиц песка, ила и глины, которая меняется только в очень долгосрочной перспективе, тогда как структура — это то, как эти частицы агрегируются в комки и поры, что может относительно быстро меняться в зависимости от управления и биологической активности.

Почему глина удерживает больше воды и питательных веществ, чем песок?

Частицы глины намного меньше песка, что дает им гораздо большую общую площадь поверхности и, для многих глин, отрицательный поверхностный заряд; это позволяет им удерживать тонкие пленки воды и притягивать и удерживать катионы питательных веществ, в то время как крупнозернистый песок имеет небольшую поверхность и свободно дренируется.