土壤学实验指导.docx
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土壤学实验指导
土壤学实验指导
实验室守则
1、实验前要先预习，明确实验目的，了解实验内容、原理和操作过程。
2、实验时必须认真观察和分析实验现象，对实验的内容和安排不合理的地方可提出改进意见。
对实验中出现的反常现象应进行讨论，并大胆提出自己的看法，做到主动地学习，积极地思考。
3、保持实验室整齐、清洁和安静，不得高声谈话。
关闭手提电话机。
4、注意安全，实验室内严禁吸烟。
易燃易爆物品要远离火源操作和放置。
5、节约用水，安全用电，不浪费药品，爱护所有仪器。
凡损坏仪器者应如实向教师报告，并登记，补领。
实验过程中废液、废物应倒入指定地方，不准随意乱倒。
6、实验室内的一切物品，未经本室负责教师批准，严禁携带出室外，借物必须办理登记手续。
7、实验完毕，要把仪器用具清洁，将各种仪器药品放回原处，清洁实验台面和地板。
学生离开实验室前，必须请教师到座位检查，方可离开。
目录
实验一主要造岩矿物和成土岩石的观察鉴定………………………3
实验二土壤样品的采集与处理………………………………………9
实验三土壤水分的测定………………………………………………12
实验四土壤颗粒分析及手测质地……………………………………14
实验五土壤有机质及腐殖质组成测定………………………………20
实验六土壤酸碱度的测定……………………………………………24
实验七土壤结构形状的观察及微团聚体分析………………………27
实验八土壤比重、容重和孔隙度的测定……………………………29
实验九土壤最大吸湿量、田间持水量和毛管持水量的测定………34
实验十 土壤水吸力的测定……………………………………………37
实验十一土壤呼吸强度的测定…………………………………………39
实验十二土壤速效养分的测定…………………………………………41
实验十三土壤障碍因素的测定…………………………………………46
实验一主要造岩矿物和成土岩石的观察鉴定
土壤是由母质发育而成，母质是岩石风化的产物，岩石是矿物的集合体，而矿物本身又有它的化学组成和物理性质。
学习土壤学的人，必须先学习岩石和矿物，以了解土壤母质，为学习土壤学打下基础。
本实验是使用放大镜、条痕板、小刀、硬度计、小锤、稀盐酸等物品，对主要的造岩矿物和成土岩石进行肉眼观察鉴定。
一、主要造岩矿物的认识
（一）形态
矿物形态除表面为一定几何外形的单独体外，还常常聚集成各种形状的集合体，常见的有下列形态。
柱状——由许多细长晶体，组成平行排列者，如角闪石。
板状——形状似板，如透明石膏、斜长石。
片状——可以剥离成极薄的片体，如云母。
粒状——大小略等及具有一定规律的晶粒集合在一起，如橄揽石、黄铁矿。
块状——结晶或不结晶的矿物，成不定形的块体，如结晶的块状石英，非结晶的蛋白石。
土状——细小均匀的粉末状集合体，如高岭石。
纤维状——晶体细小，纤细平行排列，如石棉。
鲕状——似鱼卵状的园形小颗粒集合体，如赤铁矿。
豆状——集合体成园形或椭圆形大小似豆者。
如赤铁矿。
（二）颜色
矿物首先引人注意的是它的颜色，矿物的颜色是其重要的特征之一。
一般地说，颜色是光的反射现象。
如孔雀石为绿色，是因孔雀石吸收绿色以外的色光而独将绿色反射所致。
矿物的颜色，根据其发生的物质基础不同，可以有自色、他色和假色。
自色——矿物本身所含的化学成分中，具有的色素表现出来的颜色，如石英的白色。
他色——矿物因为含有外来的带色素的杂质而产生的颜色，如无色透明的石英（水晶）因锰的混入而被染成紫色，即是他色。
假色——矿物内部裂缝、解理面及表面由于氧化膜的干涉效应而产生的颜色。
（三）条痕
矿物粉末的颜色。
将矿物在无釉瓷板上擦划，（必须注意矿物硬度小于瓷扳）所留在瓷板上的颜色即为条痕。
条痕对有色矿物有鉴定意义。
（四）光泽
矿物表面对入射光线的反射能力称光泽。
按其表现可分为：
金属光泽——如黄铁矿
半金屑光泽——如赤铁矿
非金屑光泽——玻璃光泽：
如石英晶面
油脂光泽：
如石英断口面
丝绢光泽：
如石棉
珍珠光泽：
如白云母
土状光泽：
如高岭石
（五）硬度
矿物抵抗磨擦或刻划的能力。
决定硬度时，常常用二个矿物相对刻划的方法即得出其相对硬度。
表示硬度的大小，以摩氏硬度计的十种矿物作标准，从滑石到金刚石依次定为十个等级，其排列次序是：
代表矿物
滑石
石膏
方解石
萤石
磷灰石
正长石
石英
黄玉
刚玉
金刚石
硬度等级
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
在野外可用指甲（硬度2-2.5）、回形针（3）、玻璃（5）、小刀（5-5.5）、钢锉（6-7）代替标准硬度计。
（六）解理
矿物受击后沿一定方向裂开成光滑平面的性质称为解理，矿物破裂时呈现有规则的平面称为解理面，按其裂开的难易、解理面之厚薄、大小及平整光滑程度，一般可有下列等级。
极完全解理——解理面极平滑，可以裂开成薄片状，如云母。
完全解理——解理面平滑不易发生断口，往往可沿解理面裂开成小块，其外形仍与原来的晶形相似，如方解石的菱面体小块。
中等解理——在矿物碎块上，既可看到解理面，又可看到断口。
如长石、角闪石。
不完全解理——在矿物的碎块上，很难看到明显的解理面，大部分为断口，如灰磷石。
无解理——矿物碎块中除晶面外，找不到其他光滑的面，如石英。
必须指出，在同一矿物上可以有不同方向和不同程度的几向解理出现。
例如云母具有一向极完全解理；长石、辉石具有二向完全解理；方解石具有三向完全解理等。
（七）断口
矿物受击后，产生不规则的破裂面，称为断口。
在解理不发达以及非结晶矿物受击后，容易发生断口。
其形状有：
贝壳状（如石英的断口）、参差状（如自然铜）、平坦状（如磁铁矿）等。
同一矿物，解理与断口的性质表现出互为消长的关系，如极完全解理的云母，则不易见到断口。
（八）盐酸反应
含有碳酸盐的矿物，加盐酸会放出气泡，其反应式：
CaCO3+2HCl——→CaCl2+C02↑+H2O
根据与10％的盐酸发生反应时放出气泡的多少，可分四级:
低——徐徐的放出细小气泡中——明显起泡
高——强烈起泡。
极高——剧烈起泡，呈沸腾状
（九）根据表1所列项目，认识各种矿物
表1各种矿物的性质和风化特点
特征
名称
形状
颜色
条痕
光泽
硬度
解理
断口
10%HCl
反应
其他
风化特点与分解产物
石英
六方柱、椎或块状
无、白
玻璃油脂
7
无
贝壳状
晶面上有条纹
不易风化、难分解，是土壤中砂粒的主要来源
正长石
板状、柱状
肉红为主
玻璃
6
二向
完全
风化后产生粘粒、二氧化硅和盐基物质，正长石含钾较多，是土壤中钾素来源之一。
斜长石
板状
灰白为主
6-6.5
解理面上可见双晶条纹
白云母
片状、板状
无
白
玻璃
珍珠
2-3
一向极
完全
有弹性
白云母抗风化分解能力较黑云母强，风化后均能形成粘粒。
并释放大量钾素，是土壤中钾素和粘粒来源之一。
黑云母
黑褐
浅绿
角闪石
长柱状
暗绿、灰黑
玻璃
5.5-6
二向
完全
参差状
容易风化分解产生含水氧化铁，含水氧化硅及粘粒。
并释放大量钙、镁等元素。
辉石
短柱状
深绿、褐黑
5-6
橄榄石
粒状
橄榄绿
玻璃
油脂
6.5-7
不完全
贝壳状
易风化形成褐铁矿，二氧化硅以及蛇纹石等次生矿物。
方解石
菱面体或
块体
白、灰黄等
玻璃
3
三向
完全
强
易受碳酸作用溶解移动，但白云石稍比方解石稳定，风化后释放出钙、镁元素，是土壤中碳酸盐和钙、镁的重要来源。
白云石
3.5-4
弱
磷灰石
六方柱或块状
绿、黑、
黄灰、褐
玻璃
油脂
5
不完全
参差状
贝壳状
风化后是土壤中磷素营养的主要来源。
石膏
板状、针状、
柱状
无、白
玻璃、珍
珠、绢丝
2
完全
溶解后为土壤中硫的主要来源
赤铁矿
块状、鲕状、
豆状
暗红至铁黑
樱红
半金属、
土状
5.5-6
无
易氧化，分布很广，特别在热带土壤中最为常见。
褐铁矿
块状、土状、
结核状
黑、褐、黄
棕黄
土状
4-5
其分布与赤铁矿同。
磁铁矿
八面体、粒状、块状
铁黑
黑
金属
5.5-6
无
磁性
难风化，但也可氧化成赤铁矿和褐铁矿。
黄铁矿
立方体、块状
铜黄
绿黑
金属
6-6.5
无
晶面有条纹
分解形成硫酸盐，为土壤中硫的主要来源。
高岭石
土块状
白、灰、浅黄
白、黄
土状
无
有油腻感
由长石、云母风化形成的次生矿物，颗粒细小是土壤粘粒矿物之一。
二、主要成土岩石的观察
组成地壳的岩石，按其成因不同分为三大类，即：
由岩浆冷凝而成者称岩浆岩；由各种沉积物经硬结成岩而成者称沉积岩；由原生岩经高温、高压以及化学性质活泼的物质作用后发生了变质的岩石称变质岩。
三者由于成因不同，以致在各自的组成、结构和构造中都有较大的差异。
肉眼鉴定岩石的方法，主要对岩石的颜色、矿物组成、结构、构造等方面进行观察后，才能区别出所属岩类和定出岩石名称。
（一）颜色
岩石的颜色决定于矿物的颜色，观察岩石的颜色，有助于了解岩石的矿物组成。
如岩石深灰及黑色是含有深色矿物所致。
（二）矿物组成
岩浆岩的主要矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄揽石。
沉积岩主要矿物除石英、长石等外，还含有方解石、白云石、粘土矿物、有机质等。
变质岩的矿物组成除石英、长石、云母、角闪石、辉石外，常含变质矿物如石榴石、滑石、蛇纹石、绿泥石、绢云母等。
（三）结构
1、岩浆岩结构指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状以及相互组合的关系。
其主要结构有：
全晶等粒、隐晶质、斑状、玻璃质（非结晶质）。
全晶等粒结构——岩石中矿物晶粒在肉眼或放大镜下可见，且晶粒大小一致。
如花岗岩。
隐晶质结构——岩石中矿物全为结晶质，但晶粒很小，肉眼或放大镜看不出晶粒。
斑状结构——岩石中矿物颗粒大小不等，有粗大的晶粒和细小的晶粒或隐晶质甚至玻璃质（非晶质）者称斑状结构。
大晶粒为斑晶，其余的称石基。
如花岗斑岩。
2、沉积岩结构指岩石的颗粒大小、形状及结晶程度所形成的特征叫结构。
一般沉积岩结构有：
碎屑结构（砾、砂、粉砂）、泥质结构、化学结构、生物结构等。
①碎屑结构碎屑物经胶结而成。
胶结物的成份有钙质、铁质、硅质、泥质等。
按碎屑大小来划分有：
砾状结构——大于2mm以上的碎屑被胶结而成的岩石，如砾岩。
砂粒结构——碎屑颗粒直径为2—0.1mm者如砂岩。
粉砂结构——碎屑颗粒直径为0.1—0.01mm者如粉砂岩。
②泥质结构颗粒很细小，由直径小于0.01mm的泥质组成，彼此紧密结合，成致密状，如页岩、泥岩。
③化学结构由化学原因形成，有晶粒状、隐晶状、胶体状（如鲕状、豆状）。
为化学岩所特有如粒状石灰岩。
④生物结构由生物遗体或生物碎片组成如生物灰岩。
3、变质岩结构变质岩多半具有结晶质，其结构含义与岩浆岩相似，有等粒状、致密状或斑状等。
在结构命名上，为了区别起见，特加上“变晶”二字，如等粒变晶、斑状变晶、隐晶变晶。
（四）构造
1、岩浆岩构造指矿物颗粒之间排列方式及填充方式所表现出的整体外貌。
一般有块状、流纹状、气孔状、杏仁状等构造。
块状构造——岩石中矿物的排列完全没有秩序。
为侵入岩的特点，如花岗岩、闪长岩、辉长岩均为块状。
流纹状构造——岩石中可以看到岩浆冷凝时遗流下来的纹路，为喷出岩的特征，如流纹岩。
气孔状构造——岩石中具有大小不一的气孔，为喷出岩特征，如气孔构造的玄武岩。
杏仁状构造——喷出岩中的气孔内，为次生矿物所填充，其形状如杏仁，常见的填充物如蛋白石、方解石等．
2、沉积岩构造指岩石中各物质成份之间的分布状态与排列关系，所表现出来的外貌。
沉积岩的最大特征是具层理构造，即岩石表现出成层的性质。
层理的面上常常保留有波浪、雨痕、泥裂、化石等地质现象，把它称为层面构造。
3、变质岩构造变质岩的构造受温度、压力两个变质因素影响较大，主要构造是片理构造，它是由片状或柱状矿物有一定方向排列而成，由于变质程度的深浅，矿物结晶颗粒大小及排列的情况不同，主要有下列几种构造：
板状构造——变质较浅，变晶不全，劈开成簿板，片理较厚，如板岩。
千枚状构造——能劈开成簿板，片理面光泽很强，变晶不大，在断面上可以看出是由许多极簿的层所构成，故称千枚，如千枚岩。
片状构造——能劈开成簿片，片理面光泽强烈，矿物晶粒粗大，为显晶变晶。
片麻状构造——片状、柱状、粒状矿物呈平行排列，显现深浅相间的条带状，如片麻岩。
块状构造或层状构造——矿物重结晶后成粒状或隐晶质，一船情况在肉眼下很难看出它的片理构造，而成块状或保持原来层状构造。
如大理岩、石英岩。
（五）根据表2所列项目，认识各种岩石
三、作业
1、未知矿物的签定
2、未知岩石的鉴定
表2主要成土岩石
岩类
项
岩目
石
名称
矿物组成
颜色
结构构造
风化特点和分解产物
岩浆岩
花岗岩
钾长岩、石英为主，少量斜长石、云母、角闪石
灰白、肉红
全晶等粒结构、块状构造
抗化学风化能力强，易物理风化，风化后石英成砂粒，长石变成粘粒，且钾素来源丰富，形成砂粘适中的母质。
闪长岩
斜长石、角闪石为主，其次为黑云母、辉石
灰、灰绿
全晶等粒结构、块状构造
易风化，形成的土壤母质粘粒含量高。
辉长岩
斜长石、辉石为主，其次为角闪石、橄榄石
灰、黑
全晶等粒结构、块状构造
易风化，生成富含粘粒、养料丰富的土壤母质。
玄武岩
与辉长岩相同
黑绿、灰黑
隐晶质、斑状结构，常有气孔状，杏仁状或块状构造。
与辉长岩相似。
沉积岩
砾岩
由各种不同成分的砾石被胶结而成。
决定于砾石
和胶结物
砾状结构（由粒径>2mm砾石被胶结而成）层状构造。
风华成砾质或砂质的母质，土壤养分贫乏
砂岩
主要由石英、长石砂粒被胶结而成
红、黄、灰
砂粒结构（颗粒直径0.1-2mm）层状构造
风化难易视胶结物而定，石英砂岩养分含量较少，长石砂岩养分含量较多。
页岩
粘土矿物为主
黄、紫、黑、灰
泥质结构（颗粒粒径<0.01mm），页理构造。
易破碎，风化产物为粘粒，养分含量较多。
石灰岩
方解石为主
白、灰、黑、黄
隐晶状、鲕状结构，层状构造，有碳酸盐反应
易受碳酸水溶解，风化产物质地粘重，富含钙质。
变质岩
板岩
泥页岩浅变质而来
灰、黑、红
结构致密板状构造（能劈开成薄板）
比页岩坚硬而较难风化，风化后形成的母质和土壤与页岩相似。
千枚岩
含云母等泥质岩变质而来
浅红、灰、灰绿
隐晶结构，千枚状构造、断面上常有极薄层片体，表面具有绢丝光泽。
易风化，风化产物粘粒较多，并含钾素较多。
片麻岩
多由花岗岩变质而来
灰、浅红
粒状变晶结构，片麻状构造（黑白相间，呈条带状）
与花岗岩相似。
石英岩
由硅质砂岩变质而来，矿物成分主要为石英
白、灰
粒状、致密状结构，块状构造
质坚硬、极难化学风化，物理破碎后成砾质母质。
大理岩
方解石、白云石为主，多由石灰岩变质而来。
白、灰、绿、红、黑、浅黄
等粒变晶结构，块状构造，与10%HCl反应剧烈
与石灰岩相似
实验二土壤样品的采集与处理
土壤样品（简称土样）的采集与处理，是土壤分析工作的一个重要环节，直接关系到分析结果的正确与否。
因此必须按正确的方法采集和处理土样，以便获得符合实际的分析结果。
一、土样的采集
分析某一土壤或土层，只能抽取其中有代表性的少部份土壤，这就是土样。
采样的基本要求是使土样具有代表性，即能代表所研究的土壤总体。
根据不同的研究目的，可有不同的采样方法。
（一）土壤剖面样品
土壤剖面样品是为研究土壤的基本理化性质和发生分类。
应按土壤类型，选择有代表性的地点挖掘剖面，根据土壤发生层次由下而上的采集土样，一般在各层的典型部位采集厚约l0厘米的土壤，但耕作层必须要全层柱状连续采样，每层采一公斤；放入干净的布袋或塑料袋内，袋内外均应附有标签，标签上注明采样地点、剖面号码、土层和深度。
（二）耕作土壤混合样品
为了解土壤肥力情况，一般采用混合土样，即在一采样地块上多点采土，混合均匀后取出一部份，以减少土壤差异，提高土样的代表性。
1、采样点的选择选择有代表性的采样点，应考虑地形基本一致，近期施肥耕作措施、植物生长表现基本相同。
采样点5—20个，其分布应尽量照顾到土壤的全面情况，不可太集中，应避开路边、地角和堆积过肥料的地方。
2、采样方法：
在确定的采样点上，先用小土铲去掉表层3毫米左右的土壤，然后倾斜向下切取一片片的土壤（见图1）。
将各采样点土样集中一起混合均匀，按需要量装入袋中带回。
（三）土壤物理分析样品
测定土壤的某些物理性质。
如土壤容重和孔隙度等的测定，须采原状土样，对于研究土壤结构性样品，采样时须注意湿度，最好在不粘铲的情况下采取。
此外，在取样过程中，须保持土块不受挤压而变形。
（四）研究土壤障碍因素的土样
为查明植株生长失常的原因，所采土壤要根据植物的生长情况确定，大面积危害者应取根际附近的土壤，多点采样混合；局部危害者，可根据植株生长情况，按好、中、差分别取样（土壤与植株同时取样），单独测定，以保持各自的典型性。
（五）采样时间
土壤某些性质可因季节不同而有变化，因此应根据不同的目的确定适宜的采样时间。
一般在秋季采样能更好地反映土壤对养分的需求程度，因而建议在定期采样时在一年一熟的农田的采样期放在前茬作物收获后和后茬作物种植前为宜，一年多熟农田放在一年作物收获后。
不少情况下均以放在秋季为宜。
当然，只需采一次样时，则应根据需要和目的确定采样时间。
在进行大田长期定位试验的情况下，为了便于比较，每年的采样时间应固定。
二、土样的数量
一般1公斤左右的土样即够化学物理分析之用，采集的土样如果太多，可用四分法淘汰。
四分法的方法是：
将采集的土样弄碎，除去石砾和根、叶、虫体，并充分混匀铺成正方形，划对角线分成四份，淘汰对角两分，再把留下的部份合在一起，即为平均土样，如果所得土样仍嫌太多，可再用四分法处理，直到留下的土样达到所需数量（1公斤），将保留的平均土样装入干净布袋或塑料袋内，并附上标签。
（一）风干处理
野外取回的土样，除田间水分、硝态氮、亚铁等需用新鲜土样测定外，一般分析项目都用风干土样。
方法是将新鲜湿土样平铺于干净的纸上，弄成碎块，摊成薄层（厚约2厘米），放在室内阴凉通风处自行干燥。
切忌阳光直接暴晒和酸、碱、蒸气以及尘埃等污染。
（二）磨细和过筛
1、挑出自然风干土样内的植物残体，使土体充分混匀，称取土样约500克放在乳钵内研磨。
2、磨细的土壤先用孔径为1mm（18号筛）的土筛过筛，用作颗粒分析土样，（国际制通过2mm筛孔）反复研磨，使＜1mm的细土全部过筛。
粒径＞1mm的未过筛石砾，称重（计算石砾百分率）后遗弃。
3、将＜1mm的土样混匀后铺成薄层，划成若干小格，用骨匙从每一方格中取出少量土样，总量约50克。
仔细拣出土样中的植物残体和细根后，将其置于乳钵中反复研磨，使其全部通过孔径0.25mm（60号筛）的土筛，然后混合均匀。
经处理的土样，分别装入广口瓶，贴上标签。
三、思考题
1、采集与处理土样的基本要求是什么?
2、处理土样时为什么＜1mm和＜0.25mm的细土必须反复研磨使其全部过筛？
3、处理通过孔径1mm及0.25mm土筛的两种土样，能否将两种筛套在一起过筛，分别收集两种土筛下的土样进行分析测定？
为什么？
4、根据土样处理结果，计算土壤石砾百分率。
石砾重量
石砾含量（%）＝—————————×100
土壤总重量
附注：
土筛号数即为每英寸长度内的孔（目）数，如100号（目）即为每一英寸长度内有100孔（目）。
筛号与筛孔直径（mm）对照见附表。
附表标准筛孔对照表
筛号
筛孔直径（毫米）
筛号
筛孔直径（毫米）
2.5
8.00
35
0.50
3
6.72
40
0.42
3.5
5.66
45
0.35
4
4.76
50
0.30
5
4.00
60
0.25
6
3.36
70
0.21
7
2.83
80
0.177
8
2.38
100
0.149
10
2.00
120
0.125
12
1.68
140
0.105
14
1.41
170
0.088
16
1.18
200
0.074
18
1.00
230
0.062
20
0.84
270
0.053
25
0.71
325
0.044
30
0.59
实验三土壤水分的测定
测定土壤水分是为了了解土壤水分状况，以作为土壤水分管理，如确定灌溉定额的依据。
在分析工作中，由于分析结果一般是以烘干土为基础表示的，也需要测定湿土或风干土的水分含量，以便进行分析结果的换算。
一、测定方法
土壤水分的测定方法很多，实验室一般采用酒精烘烤法、酒精烧失法和烘干法。
野外则可采用简易的排水称重法（定容称量法）。
（一）酒精烘烤法
1、原理:
土壤加入酒精，在l05℃—110℃下烘烤时可以加速水分蒸发，大大缩短烘烤时间，又不致于因有机质的烧失而造成误差。
2、操作步骤
①取已烘干的铝盒称重为W1（克）。
②加土壤约5克平铺于盒底，称重为W2（克）。
③用皮头吸管滴加酒精，便土样充分湿润，放入烘箱中，在105℃—110℃条件下烘烤30分钟，取出冷却称重为W3（克）。
3、结果计算
W2-W3
土壤水分含量（%）＝—————×100
W3-W1
土壤分析一般以烘干土计重，但分析时又以湿土或风干土称重，故需进行换算，计算公式为：
应称取的湿土或风干土样重＝所需烘干土样重×（1+水分％）
（二）酒精烧失速测法
1、原理：
酒精可与水分互溶，并在燃烧时使水分蒸发。
土壤烧后损失的重量即为土壤含水量。
2、操作步骤：
①取铝盒称重为Wl（克）。
②取湿土约10克（尽量避免混入根系和石砾等杂物）与铝盒一起称重为W2（克）。
③加酒精于铝盒中，至土面全部浸没即可，稍加振摇，使土样与酒精混合，点燃酒精，待燃烧将尽，用小玻棒来回拨动土样，助其燃烧（但过早拨动土样会造成土样毛孔闭塞，降低水分蒸发速度），熄火后再加酒精3毫升燃烧，如此进行2—3次，直至土样烧干为止。
④冷却后称重为W3（克）。
3、结果计
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