3/1/2019

1

Soils and Land‐use Suitability

•Composition

•Texture•Moisture and Drainage

•Landforms and Topography

Soil Composition

• Composition is the basic material that make up the soil

• Four basic things:1. Mineral particles

2. Organic material

3. Water (will discuss, but will return when we discuss groundwater)

4. Air

1. Mineral Particles – comprise about 50 – 80% of the volume of most soils and form the structural skeleton

a. The structure enables the soil to support its own weight, the weight of water, and the weight of surface structures (such as buildings)

• Sand and gravel – if packed solidly ‐ are generally the best at providing the best stability

3/1/2019

2

Soil Composition• Bearing Capacity – refers to the soil’s resistance to penetration from a weighted 

object

– such as a structural foundation

– Determining bearing capacity is a geo‐technical exercise and should be determined by a geo‐technical expert or civil/structural engineer

2. Organic Matter ‐ decaying plants and animals / living organisms / varies greatly in soils / example ‐ top soil 

– Positives of highly enriched organic soils:• Vital to fertility and hydrology of soils

• Create moisture reservoirs for wetland vegetation

• Points of entry for groundwater recharge

– Negatives of highly enriched organic soils:• Provide weak soil structural skeleton

• Compresses and settles differentially

• When dewatered, may experience volume loss, decomposition, and wind erosion

Soil Texture• An easy way to help determine what type of soil you have is to 

simply feel it to determine texture and thus what the primary makeup of the soil is: 

Grab a baseball size portion of the soil in your hands and wet the soil with water, working the moist soil with your hands

– The stickier it is, the more clay there is

– The soapier the soil feels the higher the silt content

– Grittiness is indicative of sand

The soil texture triangle shows the 12 major soil texture classes and what percent of each type soil makes them up

http://www.cmhc‐schl.gc.ca/en/co/maho/la/la_001.cfm

3/1/2019

3

USDA Textural Classification of Soils

http://w

ww.soilsen

sor.com/images/soiltriangle_large.jpg

Increasing sand

USDA Textural Classification of Soilshttp://w

ww.soilsen

sor.com/images/soiltriangle_large.jpg

Sticky Sticky

SoapyGritty

3/1/2019

4

Soil TextureFeel test – Thoroughly dry and crush a small amount of the soil by 

rubbing it with the forefinger in the palm of your other hand

Then rub some of it between your thumb and fingers to measure the percentage of sand

The grainier it feels, the higher the sand content

Moist cast test – Compress moist soil by squeezing it in your hand*

When you open your hand, if the soil holds together (that is, forms a cast), pass it from hand to hand 

The more durable the cast, the higher the percentage of clay

Ribbon test – Roll a handful of moist soil is into a cigarette shape and 

squeeze it between your thumb and forefinger to form the longest and thinnest ribbon possible*

Soil with high silt content will form flakes or peel instead of forming a ribbon

The longer and thinner the ribbon, the higher the percentage of clay

Moist cast test Ribbon test

Testing Soil Texture Hand Field Test

*For these tests, the soil specimen should be gradually moistened and thoroughly reshaped and kneaded to bring it to its maximum "plasticity" and to remove dry lumps. 

Do not add too much water, as the sample will lose its cohesion.

http://www.cmhc‐schl.gc.ca/en/co/maho/la/la_001.cfm

Moist cast test Ribbon test

Testing Soil Texture Hand Field Test

Field Tests for Soil Texture*

Texture Feel Test Moist Cast Test Ribbon Test

Sand  Grainy, little floury material  No cast  Can't form a ribbon

Loamy sand Grainy with slight amount of 

floury material Very weak cast, does not allow handling 

Can't form a ribbon

Silty sand  Some floury material  does not allow handling  Can't form a ribbon

Sandy loamGrainy with a moderate amount of floury material 

Weak cast, allows careful handling 

Barely forms a ribbon — 1.5 ‐2.5 cm (0.6 ‐1 in.)

Loam Fairly soft and smooth with 

obvious graininess Good cast, easily 

handled Thick and very short ‐ <2.5 

cm (1 in.)

Silt loam  Floury, slight graininess Weak cast, allows careful handling 

Makes flakes rather than a ribbon

Silt  Very floury Weak cast, allows careful handling 

Makes flakes rather than a ribbon

Sandy clay loam  Very substantial graininess  Moderate cast Short and thick — 2.5 ‐ 5 cm 

(1 ‐ 2 in.)

Clay loam  Moderate graininess Strong cast clearly 

evident 

Fairly thin, breaks easily, barely supports its own 

weight.

Silty clay loam  Smooth, floury  Strong cast Fairly thin, breaks easily, barely supports its own 

weight.

Sandy clay  Substantial graininess  Strong cast Thin, fairly long, 5‐7.5 cm (2 

‐ 3 in.). Holds its own weight.

Silty clay  Smooth  Very strong cast Thin and fairly long, 5 ‐ 7.5 cm (2 ‐ 3 in.). Holds its own 

weight.

Clay  Smooth  Very strong cast Very thin and very long —

>7.5 cm (3 in.)

*Table adapted from Denhom, K.A. and L.W. Schut, 1993.

Field Manual for Describing Soils in Ontario. Centre for Soil Resource Evaluation. Guelph, Ont.http://www.cmhc‐schl.gc.ca/en/co/maho/la/la_001.cfm

Soil Texture

3/1/2019

5

Soil Moisture and Drainage

‐ Water content varies with particle size, drainage and topography

‐ Two principal forms of water occur in both mineral and organic soils:1. Capillary water – a form of molecular water; called so because it is held in soil by 

the force of cohesion among water molecules

• Under this force water molecules are mobile and move from moist to dry

• During summer, most capillary water transfer is upward toward soil surface as water is lost to evaporation and transpiration – (more on these later too…)

2. Gravity water – liquid water that moves in response to the gravitational force

• Movement is usually downward

• Tends to accumulate in subsoil and bedrock to form groundwater

• Groundwater completely fills inter‐particle spaces– Thus, below the water table, soil is largely devoid of air

Angle of Repose ‐

Generally, for dry materials the angle of repose increases

with increasing grain size, but usually lies between about 30 and 37o

Slightly wet unconsolidated materials exhibit a very high angle of repose because surface tension between the water and the grains tends to hold the grains in place

Material saturated with water reduces the angle of repose to a small value and the material tends to flow like

a fluid

The angle of repose is the steepest angle at which a pile of unconsolidated grains remains stable, and is controlled by the frictional contact between the grains

Thank you, http://www.tulane.edu/~sanelson

3/1/2019

6

Soil Particles Soil Water

Soil Moisture Concepts

total solid liquid vaporV V V V

Moisture Content ( ) = 100 water

total

V

V

Porosity ( ) 100 100 water vaporvoids

total total

V VVn

V V

(or soil-water content)

Porosity

• Soil Porosity – is the percentage of total soil volume not occupied by soil particles and indicates its water‐holding capacity

Porosity (n)

Porosity ( ) 100 100 water vaporvoids

total total

V VVn

V V

Or simply

3/1/2019

7

Specific Yield (Sy)

• Specific yield – the amount of water draining from the soil due to gravity

(gravity water)

Soil Moisture and Drainage

• Drainage – refers to gravity water and a soil’s ability to transfer water downward

• Three terms are used to describe this process:1. Infiltration capacity – the rate that water penetrates the soil surface

2. Permeability – the rate that water within the soil moves through a given volume of material

3. Percolation – the rate that water in a soil pit or pipe within the soil is taken up by the soil

Each of these will get more attention when we get to groundwater

3/1/2019

8

Unsaturated (or Vadose) Zone

‘Vadose’ is Latinfor ‘shallow’

Water table

Movement of water within the vadose zone is studied within soil physics and hydrology, particularly hydrogeology, and is of importance to agriculture, contaminant transport, and flood control

Soil Landforms and Topography

– Soil horizon ‐ a specific layer in the soil which measures parallel to the soil surface and possesses physical characteristics which differ from the layers above and beneath 

• Solum ‐ consists of the surface and subsoil layers that have undergone the same soil  forming conditions

• Parent material – the underlying geologic material in which soil horizons form Soil Horizon

‐‐ The base is the relatively unweathered parent material (or substratum)

• Toposequence ‐ Predictable trends in soil makeup related to     topographic gradients on individual landforms

3/1/2019

9

Common sources and settings of deposits in which soils form

wetland            ‐ slope  ‐ floodplain          ‐ upland deposits 

Relationship between soils and landforms in mountainous terrain

3/1/2019

10

Example of soil variation associated with toposequence on hillslope

Soil Landforms and Topography –Unified Soil‐Classification System

First  Letter 

Definition CriterionSecond Letter 

Definition

G  gravel Texture W well graded 

(diversified particle sizes)

S  sand Texture Cwell graded w/ clay fraction; binds  soil 

together

M silt (inorganic)

Texture / composition

P poorly graded 

(uniform particle sizes)

C clay (inorganic)

Texture / composition

L low compressibility and 

low plasticity

O organic silts and clays

Texture / composition

H high compressibility and 

high plasticity

P peat Composition

http://soilmap.psu.edu/code/mapindex.asp

3/1/2019

11

Soil ConservationSoil conservation is a set of management strategies for prevention of soil being eroded

from the earth’s surface or becoming chemically altered by overuse, salinization, acidification, or other chemical contamination

• The principal approaches these strategies take are:

• choice of vegetative cover

• erosion prevention

• salinity management

• acidity control

• encouraging health of beneficial soil organisms

• prevention and remediation of soil contamination

• mineralization

other ways include

• no till farming

• contour plowing

• wind rows

• crop rotation

• the use of natural and man‐made fertilizer

• resting the land