第1章土壤的物质组成-1无机矿物

1、第一章第一章 土壤的物质组成土壤的物质组成土壤矿物质是构成土壤的主体物质（骨架），土壤矿物质是构成土壤的主体物质（骨架），占土壤固相物质重量的占土壤固相物质重量的95%-98%。土壤的理化性状。土壤的理化性状与它密切相关，对土壤肥力有深刻影响。而其来源与它密切相关，对土壤肥力有深刻影响。而其来源是成土岩石的风化。是成土岩石的风化。第一节第一节 土壤矿物质土壤矿物质成土岩石成土岩石成土母质成土母质成土矿物成土矿物一、成土岩石1 1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。2 2、沉积岩：先成

2、岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。3 3、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、片岩和大理岩。片岩和大理岩。1 1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。岩和喷出岩。如花岗岩

3、、玄武岩。2 2、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。3 3、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、片岩和大理岩。片岩和大理岩。火山作用与火成岩1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。是岩浆冷凝而成的岩石是

4、岩浆冷凝而成的岩石 岩浆：地下深处高温高压的硅酸盐熔融岩浆：地下深处高温高压的硅酸盐熔融成分主要是硅酸盐：长石、石英、云母、角闪石、成分主要是硅酸盐：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石辉石、橄榄石基性岩浆：基性岩浆： SiO265%，富含，富含K、Na, 少少 Fe、Mg类型：类型：喷出岩喷出岩p岩浆喷出地面冷凝而成的岩石岩浆喷出地面冷凝而成的岩石p流纹岩、安山岩、玄武岩流纹岩、安山岩、玄武岩侵入岩侵入岩p侵入地壳冷凝而成的岩石侵入地壳冷凝而成的岩石p深成侵入、浅成侵入深成侵入、浅成侵入 (3000种，与土壤有关的有数十种种，与土壤有关的有数十种原生矿物：原生矿物：是指地球内部的岩浆冷凝时

5、，存在于岩是指地球内部的岩浆冷凝时，存在于岩浆岩中的矿物。浆岩中的矿物。p在风化、成土过程中，抗风化力强保留下来未经在风化、成土过程中，抗风化力强保留下来未经变化的矿物。变化的矿物。p土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石等。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石等。次生矿物次生矿物：原生矿物经风化，改变了化学成分与性原生矿物经风化，改变了化学成分与性质，而形成的新矿物。如质，而形成的新矿物。如SiSi、FeFe、AlAl、MnMn的氧化物的氧化物和水化氧化物，还有碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿等。和水化氧化物，还有碳

6、酸盐、硫酸盐和黄铁矿等。1 1、常见的原生矿物、常见的原生矿物长石长石易风化为高岭石、易风化为高岭石、SiO2、盐基物质、盐基物质正长石：钾长石，土壤正长石：钾长石，土壤K重要来源，肉红色重要来源，肉红色斜长石：斜长石：Na、Ca长石混合，灰白色长石混合，灰白色石英石英分布广、性质稳定，极难分解，分布广、性质稳定，极难分解， SiO2云母云母分布较广，可分布较广，可风化为水云母和高岭石，土壤风化为水云母和高岭石，土壤K重要来源重要来源黑云母：富含盐基、易风化黑云母：富含盐基、易风化白云母白云母 ：抗风化能力强：抗风化能力强角闪石和辉石角闪石和辉石易风化成次生矿物，释放盐基物质，黑色易风化成次生

7、矿物，释放盐基物质，黑色方解石方解石分布广，分布广，CaCO3，石灰岩和大理岩的主要成分，易，石灰岩和大理岩的主要成分，易风化，土壤碳酸盐的主要来源风化，土壤碳酸盐的主要来源铁矿铁矿 赤铁矿赤铁矿：Fe2O3，分布广，暗红色，较稳定，分布广，暗红色，较稳定 磁铁矿磁铁矿： Fe3O4，较稳定，较稳定 褐铁矿褐铁矿：2Fe2O3.3H2O，是含铁矿物在地表经氧化，是含铁矿物在地表经氧化和水化后的产物，黄褐色。和水化后的产物，黄褐色。 黄铁矿黄铁矿：FeS2，地壳中分布最广的硫化物，土壤中，地壳中分布最广的硫化物，土壤中S的主要来源，极易风化成褐铁矿的主要来源，极易风化成褐铁矿。磷灰石磷灰石 岩浆

8、岩中副矿物，土壤岩浆岩中副矿物，土壤P素重要来源素重要来源土壤原生矿物作用土壤原生矿物作用 构成土壤的骨架构成土壤的骨架 通过风化作用提供养分通过风化作用提供养分2、次生矿物、次生矿物 简单的盐类简单的盐类方解石、石膏、芒硝、食盐方解石、石膏、芒硝、食盐分三类：分三类： 次生层状硅酸盐次生层状硅酸盐高岭石、水云母、蒙脱石高岭石、水云母、蒙脱石 氧化物氧化物三水铝石、针铁矿、赤铁矿、水钠锰矿三水铝石、针铁矿、赤铁矿、水钠锰矿原生矿物经风化作用后产生的，在化学组成、结构原生矿物经风化作用后产生的，在化学组成、结构特点和颗粒大小方面都有所变化的新矿物。特点和颗粒大小方面都有所变化的新矿物。1)、层状

9、铝硅酸盐矿物、层状铝硅酸盐矿物（1）基本单元：）基本单元： 硅氧四面体硅氧四面体 Si-O tetrahedronOxygenSiliconAluminium 铝氧八面体 Al-O octahedronOxygenSiliconAluminium（2）主要类型）主要类型 1:1型：型：高岭石高岭石(kaolinite)、埃洛石、埃洛石(halloysite)1:1型 (高岭石)结构铝氧片硅氧片1:1型 (高岭石)结构铝氧八面体层 硅氧四面体层 层间氢键 OOH2:1型 粘土矿物(云母)的结构 硅氧四面体层 铝氧八面体层 硅氧四面体层 OSiAl 2:1型：膨胀型膨胀型蒙脱石蒙脱石(montmo

10、rillonite)、 蛭石蛭石 (vermiculite)非膨胀型非膨胀型水云母水云母(hydromica)混合型混合型绿泥石绿泥石(chlorite)1.4 nm过渡矿物过渡矿物（1.4 nm intergrade mineral)chlorite表2-2 三种主要粘土矿物的特性比较项目项目蒙脱石类蒙脱石类水云母类水云母类高岭石类高岭石类形状形状不规则片状不规则片状不规则片状不规则片状 六角形片状六角形片状外表面外表面大大中等中等较小较小内表面内表面很大很大中等中等较小较小比表面比表面(m2/g)700-800100-1205-20粘结性，可塑性粘结性，可塑性强强中等中等弱弱胀缩性胀缩性强

11、强中等中等弱弱阳离子交换量阳离子交换量(cmol/kg)60-10015-403-152)、含水铁、铝氧化物、含水铁、铝氧化物: 主要以胶膜或粘粒形式存在。包主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒被土壤颗粒稳定很强的土壤结构稳定很强的土壤结构 针铁矿针铁矿(goethite)：FeOOH 赤铁矿赤铁矿(hematite)：Fe2O3 三水铝石三水铝石(gibbsite)：Al(OH)3主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒稳稳定很强的土壤结构。定很强的土壤结构。三水铝石、赤铁矿：三水铝石、赤铁矿：含水的铝含水的铝(Al)铁铁(Fe)氧化物，氧化物，在热带亚

12、热带土壤中含量高，交换量低，对磷酸在热带亚热带土壤中含量高，交换量低，对磷酸根有固结作用。根有固结作用。针铁矿：针铁矿：在湿热或渍水土壤中较多，交换量较在湿热或渍水土壤中较多，交换量较多。多。水铝英石水铝英石：无定形含水硅、铝三氧化物，火山：无定形含水硅、铝三氧化物，火山灰发育的土壤中多，吸附阳、阴离子能力均强。灰发育的土壤中多，吸附阳、阴离子能力均强。3)、我国土壤粘粒矿物的分布规律风化和成土作用与粘土矿物组成关系风化和成土作用与粘土矿物组成关系（1）气候因素影响：）气候因素影响：（2）母质因素影响：）母质因素影响：（3）地形因素影响：）地形因素影响：粘土矿物在特定生物气候条件下形成粘土矿物

13、在特定生物气候条件下形成比较稳定比较稳定明显的地带性明显的地带性受母质的强烈影响受母质的强烈影响 对土壤具有特殊的重要性对土壤具有特殊的重要性总之，由北向南，土壤中的总之，由北向南，土壤中的2:12:1型粘土型粘土矿物减少，矿物减少，1:11:1型粘土矿物、铁铝氧化物增型粘土矿物、铁铝氧化物增多，其中针铁矿逐渐减少，赤铁矿增多，多，其中针铁矿逐渐减少，赤铁矿增多，三水铝石由无到有。三水铝石由无到有。山地垂直分布2:1型矿物增多，1:1型矿物减少1.4nm过渡矿物和三水铝石增多矿物风化减弱淋溶增强四、土壤矿物的化学成分四、土壤矿物的化学成分表2-3 地壳和土壤主要元素平均组成（%）元素地壳土壤O

14、46.649.0Si27.733.0Al8.17.1Fe5.03.8Ca3.61.4K2.61.2Na2.80.6Mg2.10.6 97%表表 几种主要的土壤原生矿物的元素组成几种主要的土壤原生矿物的元素组成稳定稳定性性矿物矿物常量元素常量元素微量元素微量元素极稳定极稳定易风化易风化石英石英Si磁铁矿磁铁矿 FeZn,Co,Ni,Cr,V钛铁矿钛铁矿 Fe,TiCo,Ni,Ct,V白云母白云母 K,Al,SiF,Rb,Sr,Ga,V,Ba正长石正长石 K,Al,SiRb,Ba,Sr,Cu,Ga钠长石钠长石 Na,Al,SiCu,Ga钙长石钙长石 Ca,Al,SiSr,Cu,Ga,Mn磷灰石磷灰

15、石 Ca,P,F稀土元素，稀土元素，Pb,Sr黑云母黑云母 K,Mg,Fe,Al,SiRb,Ba,Ni,Co,Se,Li,Mn,V,Zn,Cu,Ga辉石辉石Ca,Mg,Al,SiNi,Co,Mn,Se,Li,V,Zn,Pb,Cu,Ga角闪石角闪石 Mg,Fe,Ca,Al,Si Ni,Co,Mn,Se,Li,V,Zn,Cu,Ga橄榄石橄榄石 Mg,Fe,SiNi,Co,Mn, Li, Zn,Cu,Mo五、土壤质地五、土壤质地1、概念、概念 1)、土壤颗粒组成或土壤机械组成：指土壤中颗粒大小和数量的构成状况。 2)、土壤质地：是根据机械组成(土粒大小和数量构成)划分的土壤类型。2、土壤颗粒分级、土

16、壤颗粒分级 1)、国际制：0.02mm 2)、卡庆斯基制：10.01mm的土粒为物理性砂粒 0.01 mm的土粒为物理性粘粒2、土壤颗粒分级、土壤颗粒分级 1)1)、国际制：、国际制：0.02mm 2)2)、卡庆斯基制：、卡庆斯基制： # 10.01mm的土粒为物理性砂粒的土粒为物理性砂粒 # 0.01 mm的土粒为物理性粘粒的土粒为物理性粘粒3、不同粒级土壤颗粒的性质差异、不同粒级土壤颗粒的性质差异 1) 1) 矿物组成矿物组成 2) 2) 元素含量元素含量 3) 3) 比表面比表面 4) 4) 物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性 5) 5) 化学性质：阳离子交

17、换量化学性质：阳离子交换量图2-6 土粒矿物组成示意图 砂粒和粉粒主要由各种原生矿物组成，其中以石英最多，其次砂粒和粉粒主要由各种原生矿物组成，其中以石英最多，其次是各种原生硅酸盐矿物（长石、云母）；粘粒粒级中，原生矿物是各种原生硅酸盐矿物（长石、云母）；粘粒粒级中，原生矿物很少，基本上是次生矿物（主要是各种层状硅酸盐和铁、硅、铝很少，基本上是次生矿物（主要是各种层状硅酸盐和铁、硅、铝氧化物）。氧化物）。 砂粒 粉粒 粘粒3、不同粒级土壤颗粒的性质差异、不同粒级土壤颗粒的性质差异 1) 1) 矿物组成矿物组成 2) 2) 元素含量元素含量 3) 3) 比表面比表面 4) 4) 物理性质：吸湿性

18、、胀缩性、可塑性物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性 5) 5) 化学性质：阳离子交换量化学性质：阳离子交换量表表2-7 各粒径土粒的化学组成（重量各粒径土粒的化学组成（重量%）粒径范粒径范围围(mm)SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OP2O51-0.296.31.61.20.40.50.80.050.2-0.0494.02.01.20.50.11.50.10.04-0.0189.45.11.50.80.32.30.20.01-0.00274.213.25.11.60.34.20.1 80 85 652) 国际制：国际制：将质地分为四大类。将质地分为四大类。表表 2-11国际制土壤质地

19、分类国际制土壤质地分类土壤质分类土壤质分类各粒级所占各粒级所占%类别类别质地名称质地名称粘粒粘粒0.002粉砂粒粉砂粒0.02-0.002砂粒砂粒 2-0.02mm砂土类砂土类砂土及壤质砂土砂土及壤质砂土0-150-1585-100壤土类壤土类砂质壤土砂质壤土0-150-4555-85壤壤 土土0-1535-4540-55粉砂质壤土粉砂质壤土0-1545-1000-55粘壤土粘壤土类类砂质粘壤土砂质粘壤土15-250-3055-85粘壤土粘壤土15-2520-4530-55粉砂质粘壤土粉砂质粘壤土15-2545-850-40粘土类粘土类砂质粘土砂质粘土25-450-2055-75壤质粘土壤质粘

20、土25-450-4510-55粉砂质粘土粉砂质粘土25-4545-750-30粘粘 土土45-650-550-55重粘土重粘土65-1000-350-353) 我国土壤质地分类：我国土壤质地分类：3大组大组12种质地名称种质地名称颗粒组成颗粒组成(%)组别组别名称名称砂粒砂粒(1-0.05mm)粗粉粒粗粉粒(0.05-0.01mm)细粘粒细粘粒(80-30重砂土重砂土70-80-30中砂土中砂土60-70-30轻砂土轻砂土50-60-30壤土壤土砂壤土砂壤土204030粉土粉土204030砂壤土砂壤土204030壤土壤土204060我国土壤质地分类标准我国土壤质地分类标准5、各类质地土壤的肥力

21、特点及质地改良、各类质地土壤的肥力特点及质地改良1) 砂土类砂土类抗旱能力弱抗旱能力弱 种植耐旱品种，土表覆盖种植耐旱品种，土表覆盖养分少，保肥性能差养分少，保肥性能差 增施有机肥，适时追肥增施有机肥，适时追肥昼夜温差大昼夜温差大 有利块茎作物生长，称为暖土有利块茎作物生长，称为暖土有机含量低有机含量低松散易耕，宜耕期长松散易耕，宜耕期长 ；但泡水后易板结，不易种水稻；但泡水后易板结，不易种水稻2) 粘土类粘土类易上层滞水易上层滞水 影响根系下伸影响根系下伸矿质养分含量丰富，有机含量高矿质养分含量丰富，有机含量高保肥能力强保肥能力强昼夜温差变化小昼夜温差变化小 冷土冷土湿胀干缩剧烈湿胀干缩剧烈易板结，耕作费