Khoáng vật học và Cấu trúc đất

Khoáng vật học và cấu trúc đất mô tả thành phần của đất, các loại khoáng vật hiện diện và sự phân bố kích thước hạt từ cát đến bùn đến sét, những yếu tố này cùng nhau tạo nên phần lớn các đặc tính vật lý và hóa học của đất.

Definition

Cấu trúc đất là tỷ lệ tương đối của các hạt có kích thước cát, bùn và sét trong đất; khoáng vật học đất là nhận dạng và sự phong phú của các khoáng vật sơ cấp và thứ cấp cấu tạo nên các hạt đó, đặc biệt là các khoáng vật sét chiếm ưu thế trong các phân đoạn mịn.

Scope

Chủ đề này bao gồm các khoáng vật sơ cấp và thứ cấp của đất, bản chất và đặc tính của khoáng vật sét, các phân đoạn kích thước hạt xác định cấu trúc đất và các lớp cấu trúc được sử dụng để đặt tên cho đất. Cấu trúc và khoáng vật học là những đặc tính được kế thừa, thay đổi chậm, mà các mối quan hệ về nước, độ phì nhiêu và cấu trúc phụ thuộc vào chúng.

Core questions

• Các phân đoạn kích thước hạt cát, bùn và sét là gì, và cấu trúc được phân loại như thế nào?
• Những khoáng vật sơ cấp và thứ cấp nào tạo nên đất?
• Các khoáng vật sét khác nhau về cấu trúc và khả năng phản ứng như thế nào?
• Tại sao cấu trúc và khoáng vật học kiểm soát khả năng giữ nước và giữ chất dinh dưỡng?

Key concepts

• Các phân đoạn cát, bùn và sét
• Tam giác cấu trúc và các lớp cấu trúc
• Khoáng vật sơ cấp và thứ cấp
• Khoáng vật sét silicat lớp
• Diện tích bề mặt riêng
• Thay thế đồng hình và điện tích bề mặt

Key theories

Các lớp cấu trúc kích thước hạt

Việc chia các chất rắn khoáng thành các phân đoạn cát, bùn và sét và vẽ tỷ lệ của chúng trên tam giác cấu trúc sẽ cho ra các lớp cấu trúc được đặt tên (như đất thịt pha cát hoặc đất sét) dự đoán nhiều đặc tính của đất.

Cấu trúc và điện tích khoáng vật sét

Các khoáng vật sét silicat lớp được xây dựng từ các tấm tứ diện silica và bát diện alumina mang điện tích bề mặt từ sự thay thế đồng hình, mang lại cho đất có cấu trúc mịn diện tích bề mặt lớn, khả năng giữ ion và hành vi co rút-phình to.

Mechanisms

Kích thước hạt kiểm soát diện tích bề mặt trên một đơn vị khối lượng: các hạt sét, vì nhỏ nhất, có diện tích bề mặt khổng lồ chi phối khả năng giữ nước, trao đổi ion và độ kết dính, trong khi cát cung cấp các lỗ rỗng lớn và khả năng thoát nước. Các khoáng vật sét hình thành do phong hóa các silicat sơ cấp; cấu trúc lớp của chúng và điện tích âm phát sinh từ sự thay thế đồng hình cho phép chúng hấp phụ cation và nước, do đó loại và lượng sét phần lớn quyết định khả năng phản ứng và tiềm năng co rút-phình to của đất.

Clinical relevance

Cấu trúc và khoáng vật học xác định khả năng giữ nước, thoát nước, khả năng canh tác, khả năng giữ chất dinh dưỡng và hành vi kỹ thuật của đất; chúng là những đặc tính được kế thừa hướng dẫn việc lập kế hoạch tưới tiêu, lựa chọn cây trồng, thiết kế nền móng và giải thích các nhu cầu về độ phì nhiêu và bảo tồn.

History

Phân tích cơ học đất thành các phân đoạn kích thước hạt được phát triển vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, và các phương pháp X-quang và hóa học sau đó đã tiết lộ cấu trúc của các khoáng vật sét. Tam giác cấu trúc và các lớp cấu trúc tiêu chuẩn đã trở thành công cụ cơ bản của mô tả đất và khoa học đất vật lý.

Key figures

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

Seminal works

• brady2016
• hillel1998

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa cấu trúc đất và kết cấu đất là gì?

Kết cấu là tỷ lệ cố hữu của các hạt cát, bùn và sét, chỉ thay đổi trong khoảng thời gian rất dài, trong khi cấu trúc là cách các hạt đó được kết tụ thành các cục và lỗ rỗng, có thể thay đổi tương đối nhanh chóng với quản lý và hoạt động sinh học.

Tại sao đất sét giữ nhiều nước và chất dinh dưỡng hơn cát?

Các hạt sét nhỏ hơn cát rất nhiều, mang lại cho chúng tổng diện tích bề mặt lớn hơn nhiều và, đối với nhiều loại sét, một điện tích bề mặt âm; điều này cho phép chúng giữ các màng nước mỏng và hút giữ các cation dinh dưỡng, trong khi cát thô có ít bề mặt và thoát nước tự do.