土壤矿物学与质地

土壤矿物学和质地描述了土壤的组成、存在的矿物种类以及从沙粒到粉粒再到黏粒的粒径分布，这些共同决定了土壤的物理和化学行为。

Definition

土壤质地是指土壤中沙粒、粉粒和黏粒大小颗粒的相对比例；土壤矿物学是指构成这些颗粒的原生矿物和次生矿物的种类和丰度，特别是主导细小颗粒的黏土矿物。

Scope

本主题涵盖土壤的原生矿物和次生矿物、黏土矿物的性质和特性、定义土壤质地的粒径组分，以及用于命名土壤的质地分类。质地和矿物学是土壤固有的、缓慢变化的特性，水文关系、肥力和结构都依赖于它们。

Core questions

• 沙粒、粉粒和黏粒的粒径组分是什么？质地如何分类？
• 土壤由哪些原生矿物和次生矿物组成？
• 黏土矿物在结构和反应性方面有何不同？
• 为什么质地和矿物学控制着持水能力和养分保持能力？

Key concepts

• 沙粒、粉粒和黏粒组分
• 质地三角图和质地分类
• 原生矿物和次生矿物
• 层状硅酸盐黏土矿物
• 比表面积
• 同晶取代和表面电荷

Key theories

粒径质地分类

将矿物固体分为沙粒、粉粒和黏粒组分，并在质地三角图上绘制其比例，可得出命名的质地分类（如砂壤土或黏土），这些分类可预测许多土壤特性。

黏土矿物结构和电荷

由硅氧四面体和铝氧八面体片层构成的层状硅酸盐黏土，通过同晶取代带有表面电荷，赋予细质地土壤巨大的表面积、离子保持能力和收缩膨胀行为。

Mechanisms

粒径控制单位质量的表面积：黏土颗粒最小，具有巨大的表面积，主导着水分保持、离子交换和内聚力，而沙粒则提供大的孔隙和排水。黏土矿物由原生硅酸盐风化形成；它们的层状结构和同晶取代产生的负电荷使其能够吸附阳离子和水，因此黏土的类型和数量在很大程度上决定了土壤的反应性和收缩膨胀潜力。

Clinical relevance

质地和矿物学决定了土壤的持水能力、排水性、可耕性、养分保持能力和工程特性；它们是固有的特性，指导灌溉规划、作物选择、地基设计以及对肥力和水土保持需求的解释。

History

土壤的机械分析（按粒径组分划分）在19世纪末和20世纪初发展起来，X射线和化学方法后来揭示了黏土矿物的结构。质地三角图和标准质地分类成为土壤描述和土壤物理学的基本工具。

Key figures

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

Seminal works

• brady2016
• hillel1998

Frequently asked questions

土壤质地和土壤结构有什么区别？

质地是沙粒、粉粒和黏粒颗粒的固有比例，它只在非常长的时间尺度上发生变化，而结构是这些颗粒如何聚集成团块和孔隙，这会随着管理和生物活动相对较快地发生变化。

为什么黏土比沙粒能保持更多的水分和养分？

黏土颗粒远小于沙粒，使其具有更大的总表面积，并且对于许多黏土而言，具有负表面电荷；这使得它们能够保持薄层水并吸引和保留营养阳离子，而粗沙表面积小且排水自由。