1、土壤学实验指导书（农业资源与环境专业）华中农业大学目录实验一 土壤质地的测定 3比重计速测法 .4土壤质地测定（吸管法） .8土壤质地手测法（适用于野外） .9实验二 土壤容重和孔性的测定和计算 .11实验三 土壤团聚体组成的测定 .14实验四 土壤结构形状的观察及微团聚体分析 .17实验五 土壤流限和塑限的测定 .20实验六 岩石及成土母质类型的野外认识 .24实验七 土壤剖面及棕红壤观测实习 .26实验八 土壤水吸力的测定 .31实验一 土壤质地的测定土壤质地是土壤的重要特性，是影响土壤肥力高低、耕性好坏、生产性能优劣的基本因素之一。测定质地的方法有简易手测鉴定法、比重计法和吸管法。本实验
2、介绍比重计法，要求掌握比重计法测定土壤质地的原理，技能和根据所测数据计算并确定土壤质地类别的方法。一、司笃克斯定律在土壤颗粒分析中的应用土壤颗粒分析的吸管法和比重计法是以司笃克斯定律为基础的，根据司笃克斯(Stokes,1845)定律，球体在介质中沉降的速度与球体半径的平方成正比，与介质的粘滞系数成反比，关系式为：219dVgrV：半径为 r 的颗粒在介质中沉降的速度(厘米/秒)；g：物体自由落体时的重力加速度，为 981 厘米秒 2；r：沉降颗粒的半径(厘米)；dl:沉降颗粒的比重(克/厘米 3)；d2:介质的比重(克厘米 3)；:介质的粘滞系数(克厘米.秒)。这是由于小球在广大粘滞液体中作
3、匀速的缓慢运动时，小球所受阻力(摩擦力)： 6Frv( 为圆周率)，而球体在介质中作自由落体沉降运动时的重力(F)是由本身重量(P)与介质浮力即阿基米德力(FA)之差：F=PFA =333121244()rgdrrgd当球体在介质中作匀速运动时，球体的重力(F)等于它所受到的介质粘滞阻力(F)，即 =3124()rgd6rv312214()69rgddVgr又 球体作匀速沉降时 S=vt(S距离，厘米；V-速度，厘米/秒；t 一时间.秒)。219Stdgr由上式，可求出不同温度下,不同直径的土壤颗粒在水中沉降一定距离所需的时间。二、方法原理：将经化学物理处理而充分分散成单粒状的土粒在悬液中自由
4、沉降，经过不同时间,用甲种比重计10mm10-7mm7-5mm5-3mm3-2mm2-1mm1-0.5mm0.5-0.25mm10mm100-50mm2、团块状：棱面不明显，形状不规则略呈园形，表面不平。大团块结构团块状结构小团块结构50-30mm30-10mm10mm10-7mm7-5mm1、结构体沿长、宽、高三轴平衡发育4、粒状：形状大致规则，有时呈园形。大粒状结构粒状结构小粒状结构5-3mm3-1mm1-1.5mm2、结构体沿垂直轴发育5、柱状：形状规则，明显的光滑垂直侧面，横断面形状不规则。大柱状结构柱状结构小柱状结构横断面直径50mm50-30mm50mm50-30mm3mm5 四、
5、思考题：在观察土壤结构时，能否强行用力将大土块分开？实验五 土壤流限和塑限的测定土壤的流限、塑限以及二者之差塑性指数是鉴定土壤力学性质的重要指标对土壤的耕作栽培有着很重要的意义，通过实验，要求掌握土壤流限、塑限测定的方法以及土壤流限、塑限和塑性指数的计算。一、土壤流限的测定1方法原理本实验介绍锥式流限仪测定的方法，此法是以圆锥体沉入法原理为依据的，这就是，当顶角为 的圆锥体沉入土体时，圆锥与土体接触面（A)的剪切强度（ )如下： 22PCossPCosArLhtg式中；圆锥体顶角度数;A圆锥与土体接触面积(厘米 2);r土体表面与圆锥相切处的圆截面半径r=h 2tgL土体表面与圆锥体相切处至圆
6、锥顶端的距离hCosh圆锥入土深度当粘滞塑性体具有一定稠度(结持力)时，无论 P 值如河，值保持不变，因此，可根据这种关系测定土壤流限，用圆锥测定法测定土壤流限，规定顶角()为 30，重 76 克的圆锥体沉入土体 10 毫米时的土壤含水量为流限，按上式可算出这时土壤的抗剪强度为 080 公斤厘米 22仪器设备锥式流限仪：包括不锈钢制的圆锥体，平衡球，试杯和底座。天平(感量 0.0l 克)；蒸发皿(直径 11 厘米)，铜筛(孔径 0.5 毫米)，铝盒，调土刀，凡士林，烘箱，干燥器等。3操作步骤(1)取通过 0.5 毫米筛孔之风干土样 5O 克左右，(或取一定量的通过0.5 毫米筛孔的处于天然含水
7、量的土样)放入瓷蒸发皿中，加水调拌成稠糊状，用湿布盖上，静置一夜(若采用的是天然含水量很高的土样，也可不经静置，立即调匀进行试验。(2)将上述样品用调土刀彻底调拌分层装入试杯，装入时需注意勿使土体内留有空隙或气泡，用刀仔细刮除多余土样直至土面与杯口齐平。(1)将流限仪底座置于平稳桌面上，检查圆锥仪是否平衡，然后拭净量平衡锥，涂上一薄层凡士林于摊体上，握住锥体上端手柄，使锥体垂直试杯中的样品中心，然后放开手指，使锥体以其自重沉入土壤样品中。(4)若锥体经约 l5 秒钟后，圆锥沉入深度10 毫米或10 毫米，表明样品含水量高于或低于流限，必须取出样品于蒸发皿中重新调拌(若样品过湿应在空气中调拌使水
8、分蒸发，切忌用渗入风干土混合调拌的方法)。取出样品时要赐除粘有凡士林的样品。(5)直至锥体沉入深度恰为 l0 毫米(圆锥体环形刻度线)时，取出锥体，用调土刀挖取锥孔附近试样 10 克以上(注意不应取粘有凡士林的土)。以烘干法测其含水量，即为流限。4结果计算：按下式计算土壤流限，精确到 0.1%。120gWr式中: 一土壤流限()Wr铝盒+湿样重1g-铝盒+烘干重2铝盒重(克)0本试验每个样品均须进行两次平行测定，取其算术平均值，以整数()表示，其允许平行绝对误差2。 此外，须注意：(1)本方法适用于有机质5%的土样，若土壤有机质含量在 5-10仍可应用，但需记录备考。(2)每次测定后锥体必须涂
9、抹凡士林。二、土壤塑限的测定本实验介绍滚搓法。1仪器设备毛玻璃板(10l5 厘米或 1520 厘米)，天平(感量 0.01 克)；蒸发皿(直径 ll 厘米)；铝盒、烘箱、干燥器、调土刀、滴管、直径为 3 毫米铁丝等。2操作步骤(1)取通过 05 毫米筛孔的风干土样 30 克左右(或取一定量的通过05 毫米筛孔的处于天然含水量的土样）放于瓷蒸发皿中，适当加水调拌仅把土样浸湿即可，然后用湿布盖上静置一夜，(若采用的是天然含水量较高的土样，也可不经静置，立即调拌进行试验)。或者可直接从流限测定中已制备好的试样中取样。(2)为在试验前使试样的含水量接近于塑限，可将试样放在手中捏揉至不粘手为止，或放在空
10、气中稍为晾干。(3)取含水量接近于塑限的试样一小块，甩手捏成团放在毛玻璃扳上用手掌轻轻滚搓。滚搓时，要注意均匀施压，开始时可稍加压力，待接近土条直径为 3 毫米时只轻轻压，同时，土条在任何情况下不容许产生中空和硬壳现象。(4)若土样搓成直径 3 毫米的土条时未产生裂缝及断裂，表示这时土样的含水量高于塑限，应将其重新捏成一团，按步骤(3)继续滚搓，直至土条直径达 3 毫米时，产生裂缝，并开始断裂为止。(5)取滚搓断裂直径为 3 毫米的土条约 45 克，立即放入铝盒中称重(注意防止水份蒸发)，测定其含水量，即为塑限。3结果计算按下式计算土壤塑限，精确至 0.1%。3401gWp式中： 一土壤塑限(
11、）;铝盒+土样湿重(克)；3g铝盘+土样烘干重(克);4g铝盒重(克)。0本试验须进行两次平行测定，取其算木平均值，以整数()表示。允许绝对平行误差，粘土组和壤土组2%，砂土组l%。此外，须注意：(1)对高塑性土样，搓至 3 毫米直径而断成短条时，即可收集土样称重测其含水量，但对低塑性土样，当滚搓至 3 毫米直径时，如已出现裂缝但并未断裂，若再搓滚又即破碎，此时即达塑性。(2)本方法适用范围同流限测定，如土条在任何含水量情况下，始终在直径3 毫米时就断裂，则认为该土样无塑限。(3)每做完一个样品，应擦净毛玻璃板，避免彰响下一样品的试验。三、塑性指数和计算：(%)IpWrp式中： 塑性指数()；
12、流限()；r塑限()。p实验六 岩石及成土母质类型的野外认识一、目的要素土壤是母质上发育形戒的，母质的类型，对土壤性状和肥力有很大影响。本实验主要观察学校附近的几种主要母质，了解各类母质的分布特征和特点，以及对土壤形成的影响。二、主要内容岩石风化产物有的就地堆积，形成残积物(母质)，有的在重力，水流等作用下，搬运到其它地方，形成各种沉积物(运积母质)，运积母质有坡积、洪积、近代河流冲积、湖积、风积、冰渍，还有第四纪沉积等，现就常见的几种简介如下：1残积母质主要分布在山地丘陵顶部或坡度较大的部位，由于是就地风化未经搬运的风化物，虽然岩石太小碎块和各种颗粒大小都混杂分布，没有分选性，没有明显层次性
13、，但仍可见到下层的岩石碎块比上层粗大。由于此母质来自其下的基岩，因此，此类母质的性质深受其下基岩的影响，残积母质疏松，通透性好，盐基淋失较多，发育的土壤，其 pH 值一股比较小些。由于易受冲剧，发育形成的土壤，土层较薄，土少石多。2坡积母质主要分布在山脚及山坡坡度平缓的部位，由于风化产物经重力和雨水搬运，岩石碎块和颗粒大小极混杂，没有明显层次性，母质不是来自其下的基岩，土壤性状与异源母质的组成与性质有关，坡积母质一般较深厚，并承接上面来的各种盐基物质，所以形成的土壤层深厚，养分较丰富，pH 值较高。3近代河流冲积母质山区河谷的冲积物以卵石，砾石等物为主，中下游河谷冲积物以较细颗粒为主，这些沉积
14、物由于经流水的长距离搬运，颗粒粒的分选性明显，形成离河床远近沉积物粗细不同，而呈现带状分布，由于各次沉积特点不同，上下层的颗粒粗细也有很大分异，形成明显的层次性，湖泊的静水沉积，使湖积物颗粒细，富含有机质，总之，河湖沉积母质形成的土壤，一般土层深厚，富含养分。4第四纪粘土沉积物在武昌一带有两种，一为棕褐色，具有大量铁锰胶膜的粘重土层，有人称为 Q3 层(尚有争论，也有人认为是 Q2 的上部)。另一为中更新世沉积的，具有红白相间网纹的棕红色土层，称为 Q2，一般复盖在 Q3 层下，由于新构造运动或因地形、冲刷和人为等原因，也可能 Q2 层直接出露，而无 Q3 层复盖其上，这样就使土壤具有复杂多样
15、的性状，对农业利用、改良都有很大差别。三、实验步骤1在教师带领下，在学校附近观察几种母质类型：分布特点、类型特征以及对土壤形成的影响。2在观察母质类型时，结合鉴别所遇到的岩石种类，以复习巩固室内学习过的岩石鉴定特征。实验七 土壤剖面及棕红壤观测实习一、目的要求：通过实习一是增强对土壤剖面的认识提高描述土壤剖面的技能；二是观察棕红壤剖面的形态特征，并结合该剖面的理化性质进行综合分析，要求望、闻、问，切结合，观察细致，剖析正确。二、仪器设备土铲，手锄，土钻，剖面刀，土壤坚实度计；土壤色卡，土壤 pH 比色卡，记载表；10%HCl 溶液，pH 混合指示剂，比色瓷盘；l 米的布卷尺或折足，土壤标本盒，
16、布袋或塑料袋 (采集分析土样用，其容量为 1 斤土左右)。需采整段标本时要带整段标本盒。三、实验内容：(一 )剖面的设置与挖掘观察剖面以前，首先要了解观察点所处的地形部位，水势，农田基本建设(如坡改梯，平整土地，开挖渠道等） ，耕作栽培，深耕施肥，中耕、晒垡以及作物的种植和产量水平等情况。在调查了解的基础上，将剖面设置在具有代表性的地点，不可在堆过肥、挖过坑、土埂、路边、人畜践踏的地方设置剖面。挖掘的剖面坑，一般长 45 尺，宽 23 尺，深 3 尺，观察面垂直向阳，下坑一端作成阶梯，挖掘剖面时，堆土要尽量做到分层堆，表层土堆在一边，底层土堆在另一边，在观察面的上方留一保护区，不能堆土，也不能
17、在其上践踏，要保持田间自然状况。(二 )剖面层次的划分剖面是垂直的，在观察前用小刀挑成毛面，以突出的特征如颜色、质地、松紧度、新生体等划分层次的深度和厚度。深度从地表算起，采取连续记数法。例如第一层 016 厘米，第二层 1624 厘米，第三层 2476 厘米等。土壤发生层的划分和命名在土壤学发展的初期道库恰耶夫把土壤剖面分为三个发生层，即A 层腐殖质积累表层B 层过渡层C 层母质层这种用 A、B、C 符号来命名土层的方法被称为是传统的土层命名法。后来不断有人研究并提出新的土层命名建议。土层的划分也越来越细。但至今还没有一个统一的土层命名方法，各国甚至各人有其自己的土层命名系统。但总的来说，基
18、本的土层命名仍不脱离道库恰耶夫的 ABC 传统命名法。表 1 自然土壤主要土层的代号命名系统 中国前苏联 法国 国际土壤 美国 加拿大 学会(1967) (1960) FA0(1974)有机层 A0 A0 A0 O 0 O腐殖质积累层 A1 A1 A1 A A1 Ah淋溶层、灰化层 A2 A2 A2 E A2 Ac淀积层 B B B B B B母质层 C C C C C C基岩层 D D R R R R1基本发生层，或称主要土层(master horizons) 2亚层的划分3过渡层的划分 4根据成土作用特征划分土层时，采用一定字母符号放在主要土层符号的右下角。如：Ah，Bh h 表示腐殖质积
19、累或淀积作用。Bt t 表示粘粒淀积作用。Bir，Bfe ir，fe 表示铁淀积作用。Bca ca 表示碳酸钙淀积作用。5异源母质的土层可在土层符号前加前缀 I、II、等。但上部土层的母质符号 I 常可省略，只标记第、第等异源母质，如 A1-A2-B1-IIB2-B3-IlCl-IC2。(三 )剖面形态特征观察项目剖面形态特征观察包括干湿颜色、质地、结构、松紧度、新生体、侵入体、酸碱度、石灰反应、孔隙、植物根系和底士母质等项目。观察时由上而下逐层进行，要求观察细致，记载详细。各项特征标准如下：1干温度：田间观察时，可分为四级：级别 干湿度 标 准(1) 干 用手挤压，盛觉不到土壤湿润(2) 润
20、 用手握土，感到湿润，但不会残留湿的痕迹(3) 潮 不加水可湿测土壤质地，用手挤不出水，但手上会残留湿的痕迹(4) 湿 不仅可湿测土壤质地，而且沾手，用手可挤出水来2颜色：它是土壤化学组成的外在标志，一般说来，腐殖质是黑色，氧化铁是红色，水化氧化铁是棕、黄色，还原态的铁是淡绿、灰兰色，氧化硅粉末、碳酸钙、高岭土等是白色或灰白色，锰的氧化物是棕褐色等等。观察土壤颜色，可以初步了解土壤肥力状况和土壤发育程度等，一般土壤呈黑、灰或棕灰色，表示腐殖质含量高，是好土色，土壤较肥沃，群众常用“黑”、 “油”、 “乌” 等字眼来命名这类土壤。红、黄、白表示土壤腐殖质缺乏，是坏土色，土壤薄瘦。观察时还要注意区
21、别含煤屑的“炭浆土” 和有黑褐色铁锰胶膜的“猪肝土 ”，这些土看起来黑油油，却是坏土色，是瘦瘠的土壤。由于土壤成分复杂，土色混杂，很少是单一色泽，观察时要分清主色和付色，主色在后，付色在前，如灰棕色，就是棕色为主，灰色为辅，还可用“深”或“浅”(色夹 色，色带色等描述，也可采用日常见到的各种器物的颜色，使之生动逼真，如猪肝色、鸭蛋青、酱黄色等。如有土壤色卡，可用色卡比色鉴定土壤颜色。观察记载土色时应注意：(1)在散射光下观察土体的自然断裂面的颜色。(2)除渍水土壤和水稻土的一些颜色应以室外当即确定为标准外，一般旱地土壤的颜色都以干土颜色为标准。(3)质地：见实验一。4结构：见实验四。5松紧度:
22、指各土层的松紧程度，它直接影响作物根系的穿插，耕作的难易和质量，松紧度一般可以用小刀等插入土中的难易和深度分为疏松、稍紧实、紧实、坚实、很坚实等五级来描述。如有土壤坚实度计，则用其在各层壁上掀压，记下刻度(单位为公斤/ 厘米 2)，以更确切地鉴定土壤的松紧度。6新生体：土壤中的新生体是土壤形成过程中的产物，它是确定土壤类型、鉴定土壤肥力的重要依据之一，常见的新生体有：二氧化硅(SiO 2):白色，常呈粉末状，存在于结构面上。碳酸钙(CaCO 3)：常呈结核、结皮、粉末等形态存在，如砂姜，滴入稀盐酸有泡沫反应。铁锰氧化物和氧化物(Fe 2O3.nH2O,MnO2,Fe(OH)3 等)，常见的有铁
23、锰胶膜，铁锰结核、铁子(乌枚子） ，铁盘，铁锰斑块，锈色条纹等,颜色复杂，呈锈棕色、猜肝色、黑色等，这类化合物存在多，固定磷的能力强，易造成土壤速效磷缺乏。亚铁化合物(FeSO 3，Fe 3(PO4)2.8H2O)带深兰、淡兰或绿色。易溶性盐类(NaCl ，Na 2SO4.10H2O，MgCl 2,CaCl2),白色，在土面常见的呈盐霜和结皮状，在剖面层中呈盐霜脉纹和粉粒状。石膏(CaSO 4.2H2O)：白色或稍带黄色是在土层内细小或较大的孔隙或孔洞中常见的脉纹状物，假菌丝体，结核状物，有时石膏在土面上形成结皮和盐霜。7侵入体：混入土中的砖块，瓦片和石块等，它反映这一土地历史情况。8pH 值
24、，见实验四。9石灰反应：见实验四。10孔隙：观察孔隙、裂缝、虫孔等分布情况。此外，应注意观察记录植物根系的分布(各层植物根系的数量和粗细） ，底土母质的情况以及根据土体特点和其环境条件、农业利用情况进行对该土壤的综合描述。(四 )土壤剖面记载以后，为了研究整个土壤剖面的土壤情况，可分别采集各层土壤，带回室内进行较全面的土壤理化性质的分析，也可在现场测定某项目。采集化验标本。一般都在每一种土壤类型的主要剖面内挑选，采样时，应先将观察的剖面削去一薄层，露出新鲜土壤，然后自下而上逐层取样，表土层或耕作层全层均匀采取，以下各层只采取层中心部位，采样时要避免侵入体或其它偶然性的东西混入。一股主要是化验耕
25、作层，可以围绕主要剖面周围采 10 点以上的耕层土壤，每点土样宽度、深度、长度力求一致，取完后，各点混合均勺，用对角四分法除去多余土样，留一斤左右装入袋中。土袋内外要挂放标签，说明剖面的号码、地点、采样深度，采样日期，采样人等，并带回室内风干备用。化验顼目主要有土壤酸碱度、土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷和速教钾等。土壤标本的采集，一般分两类:1纸盒标本：用于剖面比较、分类、对照和评土之用。此标本的采集应特别注意代表性和保持土壤结构体原样，使其主要形态特征在纸盒标本上能反映出来。因此，要用剖面刀取一完整土块置于土盒中，保持原样状态，不能用手压实标本，采样顺序同样是由下而上逐层采集，标本采好后，在盒盖上注明剖面号码、土壤名称或代号、地形、母质、植被、采样地点、日期、采样人姓名，为了避免标本多时易搞错，在盒盖盒底上要注明同样的剖面号码。2整段标本：主要用于陈列和教学用，这种标本只在典型的土类上采集，采集方法是：在土坑壁上挖一个与标本木盒内空大小（一般标本木盒内空长 l00 厘米，宽 20 厘米，厚 8 厘米)相一致的长方形土柱，然后将木框套在土柱上，削平加盖，用螺旋钉旋紧，用铲尖沿土柱内缘垂直切断土柱(切时扶住带木框的土柱，顺势放下，勿使土柱断裂、破碎） ，削平，加盖即可。
