第五章 土壤质地、结构与孔性
土壤是固、液、气三相物质组成的自然体。土壤质地是由土壤固体颗粒大小组合不同而表现出来的特性，对土壤肥力具有深刻的影响。土壤结构性、孔性和耕性与土壤固相颗粒有关，是研究土壤肥力、培肥土壤不容忽视的土壤基本物理性质。
5.1 土壤质地
5.1.1 土壤固体颗粒及其特性
5.1.1.1 土壤粒级及其划分
土壤粒级(soil separate)：根据土壤单粒的大小而划分的土粒级别称为粒级（粒组）。
同一粒级的土粒，成分和性质基本一致，粒级间则有明显差别。
常见土壤粒级划分标准：
当量粒径 | 中国制 (1987) | 卡钦斯基制 | 美国农部制 | 国际制 | |
3-2 | 石砾 | 石砾 | 石砾 | 石砾 | |
2-1 | 极粗砂粒 | 粗砂粒 | |||
1-0.5 | 粗砂粒 | 物 理 性 砂 粒 | 粗砂粒 | 粗砂粒 | |
0.5-0.25 | 中砂粒 | 中砂粒 | |||
0.25-0.2 | 细砂粒 | 细砂粒 | 细砂粒 | ||
0.2-0.1 | 细砂粒 | ||||
0.1-0.05 | 极细砂粒 | ||||
0.05-0.02 | 粗粉粒 | 粗粉粒 | 粉粒 | ||
0.02-0.01 | 粉粒 | ||||
0.01-0.005 | 中粉粒 | 物 理 性 粘 粒 | 中粉粒 | ||
0.005-0.002 | 细粉粒 | 细粉粒 | |||
0.002-0.001 | 粗粘粒 | 粘粒 | 粘粒 | ||
0.001-0.0005 | 细粘粒 | 粗粘粒 | |||
0.0005-0.0001 | 细粘粒 | ||||
<0.0001 | |||||
5.1.1.2各粒级土粒的矿物组成和化学成分
土粒的矿物组成
岩石和母质中有许多种类的矿物颗粒，它们的抗风化力有很大的差异，因而在风化和成土过程中破碎和分散的程度不同。在各种原生矿物中，最难风化的是石英（图1），而硅酸盐矿物中的正长石、白云母（图2）也较难风化，它们往往构成了砂粒
 |  |
和粗粉粒(物理性砂粒)的主要矿物成分。其它几种硅酸盐矿物——斜长石、辉石、角闪石和黑云母（图3）等的风化较易，在物理性砂粒中的残留很少，它们的一部分构成中、细粉粒的矿物成分，而相当大部分被化学风化破坏而成为产生次生矿物的材料。
不同粒级土粒的矿物组成（％）
粒径 （mm） | 石英 | 长石 | 云母 | 角闪石 | 其它矿物 | |
2-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 <0.005 | 粗砂粒 细砂粒 粗粉粒 细粉粒 粘 粒 | 86 81 72 63 10 | 14 12 15 8 10 | － － 7 21 66 | － 4 2 5 7 | － 3 4 3 7 |
土粒越粗，石英越多; 土粒越细，云母、角闪石等明显增多。
土粒的化学成分
各粒级土粒的矿物组成不同，决定其化学成分存在差异：砂粒和粉粒中SiO2含量高，粘粒中Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O的含量较多。随着土壤单粒由大到小，磷、钾、钙、镁、铁等养分含量逐渐增加，而SiO2含量逐渐减少。
不同土壤粒级的化学成分（平均％）
土壤 | 粒级名称 | 粒径（mm） | SiO2 | R2O3 | CaO | MgO | P2O5 | K2O+Na2O | CO2 |
非石 灰性 土壤 | 粗砂粒 | 1-0.2 | 93.9 | 2.8 | 0.4 | 0.5 | 0.05 | 0.8 | 0 |
细砂粒 | 0.2-0.04 | 94.0 | 3.2 | 0.5 | 0.1 | 0.1 | 1.5 | 0 | |
粗粉粒 | 0.04-0.01 | 89.4 | 6.6 | 0.8 | 0.3 | 0.1 | 2.3 | 0 | |
细粉粒 | 0.01-0.002 | 74.2 | 18.3 | 1.6 | 0.3 | 0.2 | 4.2 | 0 | |
粘 粒 | <0.002 | 53.2 | 34.7 | 1.6 | 1.0 | 0.4 | 4.9 | 0 | |
石灰 性土 壤 | 细砂粒 | 0.25-0.05 | 84.3 | 8.3 | 3.2 | 0.6 | 未测 | 未测 | 2.5 |
粗粉粒 | 0.05-0.01 | 79.7 | 10.3 | 3.3 | 0.6 | 未测 | 未测 | 2.1 | |
中粉粒 | 0.01-0.005 | 62.2 | 17.3 | 7.6 | 2.0 | 0.2 | 5.0 | 5.3 | |
细粉粒 | 0.005-0.001 | 42.7 | 24.6 | 12.7 | 3.1 | 未测 | 未测 | 9.5 | |
粘 粒 | <0.001 | 39.0 | 29.9 | 14.1 | 5.1 | 0.3 | 6.0 | 10.1 |
各级土粒特性
（1）石砾(gravel) 多为岩石碎块，直径较小，山区和河漫滩土壤中常见，矿物组成与母岩基本一致，速效养分很少，吸持性很差，通透性极强。
（2）砂粒(sand) 矿物组成主要是石英等原生矿物，颗粒较粗，比表面较小，吸持性能较弱，矿质养分较低，无粘结性和粘着性，表现松散，粒间孔隙较大，通透性良好。
（3）粉粒(silt) 颗粒中次生矿物含量增加，石英含量减少。比表面比砂粒大，吸持性能增强，养分含量比砂粒高，具有一定的粘结性、粘着性、可塑性和涨缩性，通气透水能力比砂粒差。
（4）粘粒(clay) 是化学风化的产物，矿物组成以次生矿物为主，粒径小，比表面大，粘结性、粘着性、可塑性、涨缩性和吸附能力均很强，矿质养分丰富，粒间孔隙小，通透性能差，粘粒多的土壤常表现为湿时粘韧，干时坚硬。
5.1.2 土壤质地(soil texture)
土壤机械组成──土壤中各级土粒所占的质量百分数称为土壤机械组成（或称土壤颗粒组成）。
土壤质地──依据土壤机械组成相近与否而划分的土壤组合叫做土壤质地。
土壤质地是在土壤机械组成基础上的进一步归类，它概括反映着土壤内在的肥力特征，因此在说明和鉴定土壤肥力状况时，土壤质地往往是首先考虑的项目之一。
5.1.2.3 土壤质地分类(soil texture classification)
国际制（见下表1） 以粘粒含量15%、25%作为壤土、粘壤土和粘土类的划分界限;以粉砂粒含量达到45%作为“粉砂质”土壤定名; 以砂粒含量在55%-85%时，作为“砂质”土壤定名，达到>85%则作为划分“砂土类”的界限，将土壤质地划分为四类十二级。
【国际质地制 国际制土壤质地分类称为三级分类法，按砂粒、粉砂粒、粘粒的质量百分数组合将土壤质地划分为四类十二级。
国际制土壤质地分类表
质地类别 | 质地名称 | 各级土粒质量(%) | ||
粘粒 （<0.002mm） | 粉砂粒 （0.02-0.002mm） | 砂粒 (2-0.02mm) | ||
砂土类 | 砂土及壤质砂土 | 0-15 | 0-15 | 85-100 |
壤土类 | 砂质壤土 壤土 粉砂质壤土 | 0-15 0-15 0-15 | 0-45 30-45 45-100 | 55-85 40-55 0-55 |
粘壤土类 | 砂质粘壤土 粘壤土 粉砂质粘壤土 | 15-25 15-25 15-25 | 30-0 20-45 45-85 | 55-85 30-55 0-40 |
粘土类 | 砂质粘土 壤质粘土 粉砂质粘土 粘土 重粘土 | 25-45 25-45 25-45 45-65 65-100 | 0-20 0-45 45-75 0-35 0-35 | 55-75 10-55 0-30 0-55 0-35 |
国际制土壤质地分类的主要标准是：以粘粒含量15%、25%作为壤土、粘壤土和粘土类的划分界限;以粉砂粒含量达到45%作为“粉砂质”土壤定名; 以砂粒含量在55%-85%时，作为“砂质”土壤定名，达到>85%则作为划分“砂土类”的界限。此质地分类标准在西欧和我国都有应用,应用时根据土壤各粒级的质量百分数可查出任意土壤质地名称。例如：某土壤含砂粒50%，粉砂粒30%，粘粒20%，则可以从表5-5和图5-2中查得该土壤质地属于“粘壤土”。
国际制土壤质地三角图
1．砂土及壤砂土 2．砂壤 3．壤土 4．粉壤 5．砂粘壤 6．粘壤
7．粉粘壤 8．砂粘土 9．壤粘土 10．粉粘土 11．粘土 12.重粘土
】
美国农部制（见下表2）根据砂粒(2-0.05mm)、粉粒(0.05-0.002mm)和粘粒(<0.002mm)3个粒级的比例，划定12个质地名称。
美国农部制土壤质地三角图
1．砂土 2．壤砂土 3．粉土 4．砂壤5．壤土 6．粉壤
7．砂粘壤 8．粘壤 9．粉粘壤 10．砂粘土 11．粉粘土 12．粘土
美国农部质地制 根据砂粒(2-0.05mm)、粉粒(0.05-0.002mm)和粘粒(<0.002mm)3个粒级的比例，划定12个质地名称。按3个粒级含量分别于三角形的三条底边划三根垂线，三线相交点，即为所查质地区。】
卡庆斯基制（见下表3） 以土壤中物理性砂粒（d>0.01mm）或物理性粘粒（d<0.01mm）的质量百分数为标准，将土壤划分为砂土、壤土和粘土三类九级
【卡庆斯基制
前苏联卡庆斯基提出的质地分类标准有简制和详制两种。其中简明方案应用较广泛。其特点是考虑到土壤类型的差别对土壤物理性质的影响。采用二级分类法，仅以土壤中物理性砂粒（d>0.01mm）或物理性粘粒（d<0.01mm）的质量百分数为标准，将土壤划分为砂土、壤土和粘土三类九级。
卡庆斯基土壤质地分类（简明方案）
质地名称 | 物理性粘粒（<0.01mm）(%) | 物理性砂粒（>0.01mm）(%) | |||||
灰化土类 | 草原土及红黄壤类 | 碱土及碱化土类 | 灰化土类 | 草原土及红黄穰类 | 碱土及碱化土类 | ||
砂土 | 松砂土 紧砂土 | 0-5 5-10 | 0-5 5-10 | 0-5 5-10 | 100-95 95-90 | 100-95 95-90 | 100-95 95-90 |
壤土 | 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 | 10-20 20-30 30-40 40-50 | 10-20 20-30 30-45 45-60 | 10-15 15-20 20-30 30-40 | 90-80 80-70 70-60 60-50 | 90-80 80-70 70-55 55-40 | 90-85 85-80 80-70 70-60 |
粘土 | 轻粘土 中粘土 重粘土 | 50-65 65-80 >80 | 60-75 75-85 >85 | 40-50 50-65 >65 | 50-35 35-20 <20 | 40-25 25-15 <15 | 60-50 50-35 <35 |
注：表中数据仅包括粒径<1mm的土粒，>1mm的石砾另行计算，按d>1mm的石砾百分含量确定石质程度（0.5%-5%为轻石质，5%-10%为中石质，>10%为重石质），冠以质地名称之前。】
中国质地制（试行）（见下表4） 砂土组将1-0.05mm砂粒含量作为划分依据;粘土组以<0.001mm细粘粒含量划分;壤土组的主要划分依据为0.05-0.01mm粗粉粒含量，将土壤质地分为三类十二级。
【我国土壤质地暂行分类方案
中国科学院南京土壤研究所等单位综合国内土壤情况及其研究成果，将土壤质地分为三类十二级。
表5-7 我国土壤质地分类方案
质 地 类 别 | 质 地 名 称 | 不同粒级的颗粒组成（%） | ||
砂粒（1-0.05mm） | 粗粉粒（0.05-0.01mm | 细粘粒（<0.001mm） | ||
砂 土 | 粗砂土 细砂土 面砂土 | >70 ≥60-≤70 ≥50-60 | - - - | <30 |
壤 土 | 砂粉土 粉土 | ≥20 <20 | ≥40 | |
砂壤土 壤土 | ≥20 <20 | <40 | ||
砂粘土 | ≥50 | - | ≥30 | |
粘 土 | 粉粘土 壤粘土 粘土 重粘土 | - - - - | ≥30-35 ≥35-40 ≥40-≤60 >60 | |
我国土壤质地分类标准兼顾了我国南北土壤特点。如北方土中含有1-0.05mm砂粒较多，因此砂土组将1-0.05mm砂粒含量作为划分依据;粘土组主要考虑南方土壤情况，以<0.001mm细粘粒含量划分;壤土组的主要划分依据为0.05-0.01mm粗粉粒含量。比较符合我国国情，但实际应用中发现还需进一步补充与完善。
】
5.1.2.3 土壤质地的肥力特征及其对林木生长的意义
(1) 砂质土(sandy soil) 砂质土粒间孔隙大，总孔隙度低，毛管作用弱，保水性差，通气透水性强。矿物成分以石英为主，养分贫乏; 由于颗粒大，比表面小，吸附、保持养分能力低; 好气性微生物活动旺盛，土中有机养分分解迅速，供肥性强但持续时间短，易发生苗木生长后期脱肥现象。砂质土热容量小，土温不稳定，昼夜温差大，这对林木生长不利。但早春时节，砂质土易于转暖，有利于苗木早生快发。砂质土松散易耕，耕作质量较好，耕后疏松不结块，林木种子容易出苗和扎根。
总之，砂质土通透性强，保蓄性弱，养分含量低，气多水少、温度高而不稳。对此，应加强抗旱保墒措施，注意灌水技术; 应少量多次的及时施肥，注意基肥与追肥并重，防止发生苗木早衰现象。晚秋时节，苗木容易遭受冻害，故对砂质土壤上的林木应注意加强防寒措施。
(2) 粘质土(clayey soil) 粘质土颗粒细小，总孔隙度高，由于粒间孔隙很小，通气透水性差，土壤内部排水困难，容易积水而涝。土中胶体数量多，比表面大，吸附能力强，保水保肥性好; 矿质养分丰富，特别是钾、钙、镁等含量较高; 供肥表现前期弱而后期较强，但比较平稳。粘质土蓄水多，热容量大，温度稳定。因通气性能低，容易产生还原性气体，对林木生长不利。粘质土比较紧实，容易板结，耕作费力，宜耕期也短; 受干湿影响，常形成龟裂，影响苗木根系伸展。
总之，粘质土保水保肥性强，养分含量丰富，土温比较稳定，但通气透水性差，易滞水受涝，有毒物质常危害林木。由于土质粘重，耕性不好，苗木根系伸展范围小，林木易成风倒树种。在生产上应该注意改良粘质土壤，同时注意苗木的前期施肥和整个生长期的中耕、松土。
(3) 壤质土(loamy soil) 壤质土是介于砂质土和粘质土之间的一种质地类型，其中砂粒、粉粒和粘粒含量比较适宜，因而兼有砂质土和粘质土壤的优点：砂粘适中，大小孔隙比例适当，通气透水性好，土温稳定。养分丰富，有机质分解速度适当，既有保水保肥能力，又供水供肥性强，耕性表现良好。壤质土壤中水、肥、气、热以及植物扎根条件协调，适种范围较广，是农林业生产较为理想的质地类型。
(4) 砾质土(gravelly soil) 砾质土土层较薄，保水肥能力较低。但土中石砾可以提高土温，增加大孔隙，有利于通气透水。同时，表层石砾还可减少水分蒸发，防止土壤侵蚀。但当土壤中石砾或石块达到一定数量时将阻碍种子萌发、植物生长和土壤管理。
5.1.2.4 土壤质地的改良
掺砂掺粘，客土调剂
引洪放淤，引洪漫沙
施有机肥，改良土性
植树种草，培肥改土
