第一章矿物质2

1、 第一节第一节 形成土壤母质的矿物、岩石形成土壤母质的矿物、岩石v 岩石风化形成的矿物质颗粒统称为土壤矿物岩石风化形成的矿物质颗粒统称为土壤矿物 质质(soil mineral matter)。 第一章第一章 土壤矿物质土壤矿物质v一、主要的成土矿物 （一）矿物v 是一类天然产生于地壳中且具有一定的是一类天然产生于地壳中且具有一定的化学组成、物理特性和内部构造的化合物化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质。或单质。 （二）土壤矿物的元素组成v 土壤矿物成分极其复杂，几乎包括绝大土壤矿物成分极其复杂，几乎包括绝大多数已知元素，但以多数已知元素，但以氧、硅、铝、铁氧、硅、铝、铁四种四种元素为主

2、。自然界矿物有三千多种，造岩元素为主。自然界矿物有三千多种，造岩矿物只有几十种，且主要是矿物只有几十种，且主要是硅酸盐类硅酸盐类（即（即硅的含氧盐）矿物（占地壳重量的硅的含氧盐）矿物（占地壳重量的80%）。）。 土壤矿物的特点： 一方面继承了地壳化学组成的特点，另一方一方面继承了地壳化学组成的特点，另一方面有的化学元素在成土过程中增加了，如：面有的化学元素在成土过程中增加了，如：O O、SiSi、C C、N N ，有的下降如，有的下降如CaCa、MgMg、K K、NaNa（三）（三） 土壤的矿物质组成土壤的矿物质组成1、原生矿物：、原生矿物： 形成于高温高压下的矿物即岩浆熔融体或热形成于高温高

3、压下的矿物即岩浆熔融体或热液中形成的矿物，这部分矿物未改变化学组液中形成的矿物，这部分矿物未改变化学组成和结晶结构，仅经物理机械作用、破碎变成和结晶结构，仅经物理机械作用、破碎变小，保留在土壤中。小，保留在土壤中。硅硅 酸酸 盐盐 类类氧氧 化化 物物 类类 硫硫 化化 物物 类类 磷磷 化化 物物 类类 1. 1.原生矿物原生矿物2、次生矿物、次生矿物： 原生矿物风化和成土过程中通过化学或生物作用而原生矿物风化和成土过程中通过化学或生物作用而转变或重新结合而成的矿物。转变或重新结合而成的矿物。次生层状硅酸盐：次生层状硅酸盐： 高岭石、蒙脱石、水高岭石、蒙脱石、水 云母、云母、蛭石、绿泥石；蛭

4、石、绿泥石； 氧化物及其水化物氧化物及其水化物：氧化铁、氧化铝、氧化硅、：氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰氧化锰 碳酸盐碳酸盐: 方解石（方解石（CaCO3）、）、 白云石白云石 CaMg（CO3）2 表1-2 土壤中主要的原生矿物组成原生矿物分子式稳定性常量元素微量元素橄榄石角闪石辉 石黑云母斜长石钠长石石榴子石正长石白云母钛铁矿磁铁矿电气石锆英石石 英(Mg,Fe)2SiO4Ca2Na(Mg,Fe)2(Al,Fe3+)(Si,Al)4 O11(oH)2Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2 O6K(Mg,Fe)(Al,Si3O10)(OH)2Ca Al2 Si2 O8NaAlSi3O8KA

5、lSi3O8KAl2(AlSi3O10)(OH)2SiO2易风化较稳定极稳定Mg,Fe,SiMg,Fe,Ca,Al,SiCa,Mg,Fe,Al,SiK,Mg,Fe,Al,SiCa,Al,SiNa,Al,SiCu,Mg,Fe,Al,SiK,Al,SiK,A,SiFe,TiFeCu,Mg,Fe,Al,SiSiSiNi,Co,Mn,Li,Zn,Cu,MoNi,Co,Mn,Li,Se,V,Zn,Cu,GaNi,Co,Mn,Li,Se,V,Pb,Cu,GaRb,Ba,Ni,Co,Se,Li,Mn,V,Zn,CuSr,Cu,Ga,MoCu,GaMn,Cr,GaRa,Ba,Sr,Cu,GaF,Rb,Sr,G

6、a,V,BaCo,Ni,Cr,VZn,Co,Ni,Cr,VLi,GaZn,Hg(三三)主要的成土矿物主要的成土矿物石石 英英正长石正长石 KalSi3O8 斜长石斜长石 Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8） 白云母白云母主要的成土矿物（二）黑云母黑云母角闪石角闪石辉石辉石橄揽石橄揽石主要成土矿物（三）方解石方解石绿泥石绿泥石绿泥绿泥石石白云石白云石磷灰石不完全解理，硬度磷灰石不完全解理，硬度5.05.0。在磷灰石以次要矿物存在于岩。在磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。来源。磷灰石磷灰石

7、 CaCa5 5（POPO4 4）3 3（F F，ClCl）主要成土矿物（四）主要成土矿物（五）石膏石膏水晶水晶金属金金属金v二、主要的成土岩石二、主要的成土岩石v（一）岩石的概念（一）岩石的概念 是一种或数种矿物的集合体。是一种或数种矿物的集合体。v（二）岩石的类型（二）岩石的类型 根据其成因可分为三类：根据其成因可分为三类： （1）岩浆岩）岩浆岩（magmatic rock)：由岩浆冷：由岩浆冷凝而成。凝而成。（2）沉积岩）沉积岩(sedimentary rock)：由各种先：由各种先成的岩石经风化、搬运、沉积、重新固结而成的岩石经风化、搬运、沉积、重新固结而成或由生物遗体堆积而成的岩石称

8、为沉积岩。成或由生物遗体堆积而成的岩石称为沉积岩。（3）变质岩）变质岩(metamorphic rock)：在高温高压下岩石中的矿物发生重新结晶在高温高压下岩石中的矿物发生重新结晶或结晶定向排列而形成的岩石称为变质岩。或结晶定向排列而形成的岩石称为变质岩。海口火山口海口火山口侵入性岩浆岩喷出性岩浆岩玄武岩花岗岩 第二节第二节 岩石的风化与成土母质岩石的风化与成土母质 一、风化作用的概念一、风化作用的概念v 风化风化(weathering)v是指岩石、矿物在外界因素（空气、水、温度和是指岩石、矿物在外界因素（空气、水、温度和生物活动）和内部因素（组成、性质等）的共同生物活动）和内部因素（组成、性

9、质等）的共同作用下，逐渐发生机械破碎和化学变化的过程。作用下，逐渐发生机械破碎和化学变化的过程。 二、风化作用的类型及特点1、物理风化、物理风化(physical weathering)：v指岩石因物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。指岩石因物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。主要影响因素有地球表面温度的变化、冰冻的挤主要影响因素有地球表面温度的变化、冰冻的挤压、流水的冲刷及根系的穿插。压、流水的冲刷及根系的穿插。岩石的层状剥落示意图岩石的层状剥落示意图气温变化引起岩石胀缩不均而崩解气温变化引起岩石胀缩不均而崩解冰的冻结扩大了岩石的裂隙冰的冻结扩大了岩石的裂隙 温差引起的风化度温差引起的风化度流水

10、对岩石的冲刷流水对岩石的冲刷 2、化学风化、化学风化(chemical weathering) 指岩石在化学因素作用下，其组成矿物的化指岩石在化学因素作用下，其组成矿物的化学成分发生分解和改变，直至形成地表环境中学成分发生分解和改变，直至形成地表环境中稳定的新矿物。稳定的新矿物。主要影响因素有：水、二氧化碳、氧气等。主要影响因素有：水、二氧化碳、氧气等。 （2）、化学风化的类型）、化学风化的类型a.溶解作用溶解作用：指岩石中的矿物溶解于水中的作用。：指岩石中的矿物溶解于水中的作用。溶有溶有CO2的流水对石灰岩的溶解的流水对石灰岩的溶解海南八一石花水洞（石花海南八一石花水洞（石花）海南八一石花水

11、洞（石笋海南八一石花水洞（石笋）海南八一石花水洞（大象戏水海南八一石花水洞（大象戏水）海南八一石花水洞（洞口海南八一石花水洞（洞口）b.水化作用水化作用： 指岩石中的矿物与水化合成含水矿物，例如：指岩石中的矿物与水化合成含水矿物，例如：硬石膏与水结合成结晶石膏，赤铁矿与水结硬石膏与水结合成结晶石膏，赤铁矿与水结合成褐铁矿。合成褐铁矿。CaSOCaSO4 4+2H+2H2 2O OCaSOCaSO4 4 2H2H2 2O OvFe2O3（赤铁矿）（赤铁矿） 红色红色v2 Fe2O3 H2O（赤褐铁矿）（赤褐铁矿）浅红棕色浅红棕色vFe2O3 H2O（针铁矿）（针铁矿）棕色棕色v2 Fe2O3 3

12、H2O（褐铁矿）（褐铁矿） 棕黄色棕黄色vFe2O3 2H2O（褐铁矿）（褐铁矿） 黄色黄色结果：结果：水化后的矿物，体积增大，硬度水化后的矿物，体积增大，硬度降低成为易于崩解的疏松状态，促进岩降低成为易于崩解的疏松状态，促进岩石风化作用的进行。石风化作用的进行。 水部分解离后产生的水部分解离后产生的H H+ +能与矿物中碱金属因素（能与矿物中碱金属因素（K K、NaNa）碱土金属因素（）碱土金属因素（CaCa、MgMg）产生交换，从而使矿物破）产生交换，从而使矿物破坏。坏。 纯水的解离度很小，不能对岩石产生深刻的化学反纯水的解离度很小，不能对岩石产生深刻的化学反应，但自然界广泛分布有应，但自

13、然界广泛分布有COCO2 2，溶解，溶解H H2 2O O后形成后形成H H2 2COCO3 3，这就大大促进了水的解离，促进水解作用。这就大大促进了水的解离，促进水解作用。 水解作用能引起岩石矿物的彻底改变所以它被认为水解作用能引起岩石矿物的彻底改变所以它被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节。是化学风化中最主要的作用和基本环节。正长石的正长石的2KAlSi2KAlSi3 3O O8 8+H+H2 2COCO3 3KHAlKHAl2 2SiSi6 6O O1616+KHCO+KHCO3 3KHAlKHAl2 2SiSi6 6O O1616+H+H2 2COCO3 3H H2 2AlAl2

14、2SiSi6 6O O1616+ KHCO+ KHCO3 3H H2 2AlAl2 2SiSi6 6O O1616+H+H2 2COCO3 3H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O8 8 H H2 2O+4SiOO+4SiO2 2+CO+CO2 2脱盐基脱盐基脱硅质脱硅质 高岭石是比较稳定的黏土矿物，一般不会向下风化，高岭石是比较稳定的黏土矿物，一般不会向下风化，但是在热带、亚热带等高温多雨地区，在高温高湿条但是在热带、亚热带等高温多雨地区，在高温高湿条件下，高岭石还能分解成更加简单的矿物。件下，高岭石还能分解成更加简单的矿物。H H2 2AlAl2 2SiSi2 2O O8 8 H

15、H2 2O OAlAl2 2O O3 3 H H2 2O + SiO + Si2 2O O H H2 2O O d.氧化作用氧化作用 指大气中的氧与矿物发生作用，而使岩石中矿物发指大气中的氧与矿物发生作用，而使岩石中矿物发生风化的过程（在湿润条件下氧化作用更强）。生风化的过程（在湿润条件下氧化作用更强）。结果结果:岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石内部矿物岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石内部矿物的组成和性质，产生一批新的粘土矿物，这些粘土颗的组成和性质，产生一批新的粘土矿物，这些粘土颗粒很细，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粒很细，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粘结性和粘着

16、性、可塑性及蓄水性并且释放部分植物粘结性和粘着性、可塑性及蓄水性并且释放部分植物营养元素。营养元素。3、生物风化、生物风化(biological weathering) 指岩石在生物及其分泌物或有机质分解产物的指岩石在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行崩解和分解。风化结果使营养元素作用下，进行崩解和分解。风化结果使营养元素在母质表层集中，同时开始积累有机质，开始了在母质表层集中，同时开始积累有机质，开始了土壤肥力的发展也意味着成土过程的开始。土壤肥力的发展也意味着成土过程的开始。主要表现：主要表现：植物根系的植物根系的穿插作用，动物的穴居穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械习性对

17、岩石引起的机械破碎作用，以及生物生破碎作用，以及生物生命活动产生的命活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、以及分泌的各种有机酸、无机酸。促进物理风化无机酸。促进物理风化和化学风化和化学风化 三、土壤母质的形成、类型及分布规律三、土壤母质的形成、类型及分布规律（一）成土母质（一）成土母质 矿物岩石经各种风化作用后形成的疏松多孔矿物岩石经各种风化作用后形成的疏松多孔体体（与岩石矿物及土壤的差别：颗粒小、单（与岩石矿物及土壤的差别：颗粒小、单位体积或单位质量的表面积增大，颗粒间多孔隙，位体积或单位质量的表面积增大，颗粒间多孔隙，疏松有一定的透水性、通气性及吸附性能）。疏松有一定的透水性、通气性

18、及吸附性能）。 （二）我国主要成土母质的类型及分布规律 由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位不同，因而类型有区别，分为几种类型：不同，因而类型有区别，分为几种类型：母质残积母质（残积物）指岩石经风化后的碎屑就地堆积而成。运积母质 指风化的碎屑经过地质动力作用的搬运，在它处重新沉积而成。 崩积和坡积母质洪积母质冲积母质湖积母质海积母质风积母质黄土及黄土性母质冰碛母质 分布分布 残积物（残积物（residumm）的特征）的特征v残积体是经过淋溶而残残积体是经过淋溶而残留在原地的岩石碎屑，留在原地的岩石碎屑，主要分布在位置较高，主要分布在位置较高，

19、或比较平缓的丘陵山地，或比较平缓的丘陵山地，是搬运与堆积作用较少是搬运与堆积作用较少的地段的地段v残积物特征：由大小不残积物特征：由大小不等的岩石碎块或颗粒组等的岩石碎块或颗粒组成成坡积体坡积体 slope depoistv坡积体是山坡靠上部的坡积体是山坡靠上部的风化产物，在重力和片风化产物，在重力和片流的联合作用下发生移流的联合作用下发生移动，在山坡中部或山麓动，在山坡中部或山麓处堆积的物质处堆积的物质坡积物的特点：坡积物的特点：颗粒颗粒分选程度差，岩屑磨分选程度差，岩屑磨园程度不高，在山坡园程度不高，在山坡下部有与坡面平行的下部有与坡面平行的层次层次 洪积体和洪积物洪积体和洪积物v洪积体：

20、山洪搬运的碎屑洪积体：山洪搬运的碎屑物质在山前平原的堆积物。物质在山前平原的堆积物。v洪积物特征洪积物特征v上部：分选度较差，主要上部：分选度较差，主要为石砾和粗砂，层次不分为石砾和粗砂，层次不分明。透水性好，地下水位明。透水性好，地下水位深。深。v底部：细砂和粉粒，不规底部：细砂和粉粒，不规则的层理。透水性差，地则的层理。透水性差，地下水位浅。下水位浅。冲积体冲积体 及冲积物及冲积物v冲积体：风化的碎屑物质，经河冲积体：风化的碎屑物质，经河流常年性流水的侵蚀、搬运、沉流常年性流水的侵蚀、搬运、沉积在河流两岸的沉积物。积在河流两岸的沉积物。v冲积物的组成特点冲积物的组成特点：v垂直剖面上层次分

21、明，界线垂直剖面上层次分明，界线清晰整齐。每层内土粒大小清晰整齐。每层内土粒大小一致，磨圆度高。一致，磨圆度高。冲积平原冲积平原alluvial plain风积体：流动沙地风积体：流动沙地风积体：风积体：黄土母质黄土母质(米脂县米脂县)黄土母质近观黄土母质近观(峁边线峁边线)海积物第三节第三节 土壤矿物质土粒的组成与特性土壤矿物质土粒的组成与特性 一、土壤矿物质的化学成分一、土壤矿物质的化学成分 土壤矿物质的化学组成很复土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的杂，几乎包括地壳中所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳等钙、镁、钠、钾、钛、碳等10

22、种元素占土壤矿物质总量种元素占土壤矿物质总量的的99%以上，这些元素中以以上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含氧、硅、铝、铁四种元素含量最多。量最多。 二、土壤的机械组成（又称颗粒组成）二、土壤的机械组成（又称颗粒组成）v概念概念：土壤中各粒级土粒所占的百分质量分数：土壤中各粒级土粒所占的百分质量分数叫矿物质土粒的机械组成。叫矿物质土粒的机械组成。v（一）土壤粒级（一）土壤粒级：根据矿质土粒粒径大小及性质上的：根据矿质土粒粒径大小及性质上的变化将土壤矿质颗粒划分成若干组，称为土壤粒级。变化将土壤矿质颗粒划分成若干组，称为土壤粒级。v（二）土壤粒级分类（二）土壤粒级分类 土粒分级一般是将土粒

23、分为石土粒分级一般是将土粒分为石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。v1、国际制土粒分级国际制土粒分级表11 国际制土壤粒级分级标准 粒级名称 单粒直径（mm） 石砾 2 砂粒 粗砂粒 20.2 细砂粒 0.20.02 粉砂粒 0.020.002 粘粒 0.0022、 卡庆斯基制卡庆斯基制简制简制 1 石砾 10.01 物理性砂粒 0.01 物理性粘粒祥制祥制 表表1 12 2 卡庆斯基土壤粒组分类表卡庆斯基土壤粒组分类表3、 我国制土粒分级我国制土粒分级各粒级的组成各粒级的组成v (1) 矿物组成矿物组成v 由于岩石中的各种矿物抵抗风化的强弱不同，造由于岩石中的各种矿物抵

24、抗风化的强弱不同，造成各粒级土粒的矿物组成有较大的差别。成各粒级土粒的矿物组成有较大的差别。v 砂粒和粉砂粒主要是由各种原生矿物组成以石英砂粒和粉砂粒主要是由各种原生矿物组成以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高；和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高； 粘粒粘粒部分主要由次生矿物组成，以次生层状硅酸盐矿物部分主要由次生矿物组成，以次生层状硅酸盐矿物为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多 。v(2) 化学组成化学组成v 砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高；粘粒中，则以次生主，二氧化硅含量较高；粘粒中，则以

25、次生硅酸盐矿物为主，铁、钾、钙、镁等的含量硅酸盐矿物为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多。较多。v 三、土壤质地三、土壤质地(soil texture)、分类及特性、分类及特性v（一）土壤质地概念（一）土壤质地概念：v土壤中各粒级土粒所占的百分质量分数土壤中各粒级土粒所占的百分质量分数, 叫做土壤机叫做土壤机械组成，根据土壤机械组成划分的土壤类型，械组成，根据土壤机械组成划分的土壤类型，称为土称为土壤质地。壤质地。v土壤质地分类土壤质地分类: 根据土壤中各粒级含量的百分率进行根据土壤中各粒级含量的百分率进行的土壤分类的土壤分类, 叫做土壤叫做土壤质地分类质地分类.v v1、国际制土壤质地分类、国际

26、制土壤质地分类: 按砂粒、粉粒、粘粒三种粒级所占百分数划按砂粒、粉粒、粘粒三种粒级所占百分数划分为分为4类类12种。种。 a a：以粘粒的含量为主要标准：以粘粒的含量为主要标准 15%15%砂土或壤土，砂土或壤土， 15%-25%15%-25%粘壤土粘壤土 25%25%粘土。粘土。 b b：当粉粒含量达到：当粉粒含量达到45%45%以上时，在质以上时，在质地分类名称前要加冠地分类名称前要加冠“粉质粉质”字样，当砂字样，当砂粒含量达到粒含量达到555585%85%时，在质地类别名称前时，在质地类别名称前要加冠要加冠“砂质砂质”字样。字样。 c c：当砂粒含量：当砂粒含量85%85%时，直接称为壤

27、时，直接称为壤砂土，砂土，90%90%砂土。砂土。 要点：要点：粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒先找到该颗粒的先找到该颗粒的顶顶点点（100%100%），），按按3 3个粒级含个粒级含量分别做各顶点对应的量分别做各顶点对应的三角形的三角形的3 3条底边的平行条底边的平行线，线，3 3线相交点，即为所线相交点，即为所查质地区查质地区粘粒：粘粒：30%粉粒：粉粒：20%砂粒：砂粒：50%v例如：例如：某土壤：砂粒某土壤：砂粒30%、粉粒、粉粒50%、粘粒、粘粒20% 粉质粘壤土粉质粘壤土某土壤：砂粒某土壤：砂粒60%、粉粒、粉粒20%、粘粒、粘粒20% 砂质粘壤土砂质粘壤土 某土壤：砂粒某土壤：砂粒10%

28、、粉粒、粉粒50%、粘粒、粘粒40% 粉质粘土粉质粘土v2、前苏联土壤质地分类：、前苏联土壤质地分类：v 根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质 v 地分为三类九种地分为三类九种.3、 我国制土壤质地分类我国制土壤质地分类v将土壤分为将土壤分为3大组成大组成12种质地名称。种质地名称。（二）二） 土壤质地与肥力的关系土壤质地与肥力的关系v 土壤质地是土壤的一种十分稳定的自然属土壤质地是土壤的一种十分稳定的自然属性，反映母质来源及其成土过程某些特征，对性，反映母质来源及其成土过程某些特征，对肥力有很大的影响，是土壤通气、透水、保水、肥力有很大的影响，

29、是土壤通气、透水、保水、保肥、供肥、保温、导温和耕性等的决定性因保肥、供肥、保温、导温和耕性等的决定性因素。素。 1、砂土类、砂土类(sand soil)：va、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内部、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内部排水通畅，不易积聚还原性有害物质：排水通畅，不易积聚还原性有害物质：vb、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机肥、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机肥料；料；vc、通气性好；、通气性好；vd、含水量低，热容量较小；、含水量低，热容量较小；ve、松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀、松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀、板结、闭气。板结、闭气。2、粘土类、粘土类(clay soil)：va、粒间孔隙小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙，通气透水性差，、粒间孔隙小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙，通气透水性差，内部排水慢，易受渍害和积累还原性有毒物质；内部排水慢，易受渍害和积累还原性有毒物质；vb、粘土一般含养分较丰富，特别是钾、钙、镁等含量较多；、粘土一般含养分较丰富，特