土壤矿物质和土壤质地

1、第三章土壤矿物质和土壤质地 目的要求： 使学生了解土壤矿物质组成和化学组成，层状铝硅酸盐粘土矿物、非硅酸盐粘土矿物的主要性状及其分布。掌握土壤质地的概念及分级。 第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成一、元素组成 1. 几乎包括元素周期表中所有元素； 2.O 、 Si 、 Al 、 Fe 为主，四者共占 88.7% 以上； 3. 植物必需营养元素含量低，分布不平衡。 二、矿物组成 ( 一 ) 原生矿物 1. 原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主； 以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。常见石英、长石、云母、辉石、角闪石等。 2. 原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性； 石英最稳定，是粗土粒的主要成分； 白

2、云母和长石较稳定，在粗土粒中较多； 黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。 3. 原生矿物是植物养分的重要来源 ： Ca 、 Mg 、 K 、 P 、 S 等 。 （二）次生矿物 1. 原生矿物分解转化形成的矿物。 2. 以粘土矿物为主，又以结晶层状硅酸盐矿物为主； 3. 此外有 Si 、 Al 、 Fe 的氧化物及其水合物 。 第二节 粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物 ( 一 ) 构造特征 1. 基本结构单位 (1) 硅氧四面体 (2) 铝氧八面体 2. 单位晶片 硅氧四面体 硅层 铝氧八面体 铝层 3. 单位晶层 （ 1 ） 1:1 型 一层硅层与一层铝层重叠而成 （ 2 ） 2:1 型 两

3、层硅层中间夹一铝层 （ 3 ） 2:1:1 型 2:1 型基础上增加一铝层 ( 或镁层 ) 4. 同晶替代 指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。 发生同晶替代后，硅酸盐矿物产生负电荷。 ( 二 ) 硅酸盐矿物的种类  高岭石组蒙脱石组水化云母组绿泥石组构造类型1：1·2：12：12：1：1键合力氢键分子键离子键 胀缩性胀缩性弱胀缩性强胀缩性弱胀缩性较强晶层间距nm0.72121.014同晶置换少多较多较多阳离子交换量cmol（+）/kg土3158015020401040颗粒表面m2/kg*10*103700* 1

4、03100* 103100* 103分布南方酸土温带草原干旱土壤 二、非硅酸盐粘土矿物 1、氧化铁:针铁矿（aFeOOH）（温带热带亚热带土壤中）赤铁矿（ aFe2O3）：在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在。氧化铝2、三水铝石：Al（OH)3,分布在热带和亚热带高度风化的孙兴土壤中。我国300以南地区土壤中才有。3、水铝英石水铝英石：x Al2O3.ySiO2.nH2O，是火山灰土壤的主要粘土矿物。温带半湿润和湿润地区土壤。4、氧化硅蛋白石：SiO2.nH2O，火山灰土壤。灰化土壤，来与于有机体形成有机酸产生酸性淋溶的土壤中。三、粘土矿物的形成和分布规律 1. 粘土矿物形成途

5、径 风化和成土过程中形成的次生矿物 , 有两种形成途径。 （ 1 ）原生矿物风化淋溶直接演变 +H 2 O ， -K -K -Mg -Si -Si 云母类 伊利石 蛭石 蒙脱石 高岭石 三水铝石 （ 2 ） 风化沉淀（自然合成）学说 原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。 SiO 2 ·nH 2 O ：土壤 pH 条件下带负电荷，酸胶基。 Al 2 O 3 ·nH 2 O ， Fe 2 O 3 ·nH 2 O ：带正电荷，碱胶基。 盐基离子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 K + 、 Na + 等，决定溶液 pH ，并参与矿物形成。 正负电荷胶体相互中和沉淀组成新

6、矿物。 沉淀 老化、结晶 溶胶 凝胶（非晶质） 结晶质 当溶胶 SiO 2 /Al 2 O 3 3 ，可形成 2:1 型矿物； 当溶胶 SiO 2 /Al 2 O 3 3 ，可形成 1:1 型矿物及氧化铝矿物 风化液 pH 与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、负电荷数量和沉淀凝胶中正负电荷胶体的比例。 盐基离子 Mg 2+ 、 K + 等直接参与新矿物合成，分别形成富钾（伊利石）、富镁（蛭石、绿泥石）等矿物。 2. 粘土矿物的形成条件 粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关。 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高，粘土矿物以 1:1 型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率为 2 左右，属铁铝土。 北

7、方温带地区，粘粒矿物为各种 2:1 型 ( 伊利石、蒙脱石等 ) ，粘粒硅铝铁率多在 3 以上。风化度低，属硅铝土。 3. 我国土壤粘土矿物分布规律 ： 全国分为 7 个分布区。 北方以水云母（伊利石）为主的 1 、 2 、 3 区； 秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分布区 (4 区 ) ； 南方西部蛭石和高岭石为主的分布区（ 5 区）； 南方以高岭石为主的 6 、 7 分布区。 西北和青藏高原水云母区 (1 区 ) ，土壤风化程度最低； 华南高岭区（ 7 区）土壤风化程度最高。 第三节 土壤质地一、土粒和粒级 1. 土粒： 土壤颗粒 土粒，通常专指矿物颗粒。 土粒大小以粒径为标准，土

8、粒形状大多不是球形，只能用当量粒径（即与其静水沉降速度相同的圆球直径）代替之。 土壤 1mm( 卡氏制 ) 或 2mm 部分 ( 国际制、美国制 ) 2. 土粒的大小划分 粒级：分级标准：国际制、美国制、卡庆斯基制 及中国制。 二、各级土粒的组成和性质 （一）矿物组成 (1) 砂粒以原生矿物为主，最多的是石英； (2) 粉粒除原生矿物外 , 还有一些风化后形成的次生矿物； (3) 粘粒则以次生矿物为主。 （二）化学组成 (1) 随粒径由大到小， SiO 2 含量由多到少； (2) R 2 O 3 ( 即 Fe 2 O 3 与 Al 2 O 3 的总称 ) 与 SiO 2 相反，随粒径由大到小，

9、 R 2 O 3 含量由少到多； (3) CaO 、 MgO 、 P 2 O 5 、 K 2 O 随土粒由大到小，含量增加。 （三）各级土粒的物理性质 土粒由大到小，保水能力增加，但通透性降低。随着土粒由大到小 , 土壤湿胀性和可塑性增加，对耕作带来不利影响。 三、土壤机械组成和质地 1. 土壤机械组成 土壤中各级土粒的百分含量，又称土壤颗粒组成。 2. 土壤质地概念 按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地 (Soil texture) 。 划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利用土壤和改良土壤。 3 、土壤质地分类制 （ 1 ）

10、国际制 根据粘粒含量将质地分为三类即： 粘粒含量小于 15% 为砂土类、壤土类； 粘粒含量 15%25% 为粘壤土类； 粘粒含量大于 25% 为粘土类。 根据粉砂粒含量，凡粉砂粒含量大于 45% 的，在质地名称前冠 “ 粉砂质 ” 。 根据砂粒含量，凡砂粒含量大于 55% 的，在质地名称前冠 “ 砂质 ” 。（ 2 ）美国制 等边三角形的三个边分别表示砂粒、粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的交点即为该土壤的质地。 （ 3 ）卡庆斯基制：卡庆斯基质地分类可归纳为以下几个步骤： 根据物理性粘粒含量，将土壤分为三大质地类型九种质

11、地，通过查表 4-6 确定。 根据砂粒（砂质）、粗粉粒（粗粉质）、中细粉粒（粉质）、粘粒含量（粘质），进一步划分质地，确定质地详细名称。 第二优势粒级第一优势粒级质地名称 根据石砾含量，查下表，冠在质地详细名称之前。 大于 1 毫米的石砾含量 % 石质程度 <0.5 非石质土 0.55.0 轻石质土 5.010.0 中石质土 >10.0 重石质土美国制质地前苏联卡钦斯基（4）我国的土壤质地分类过去多采用国外划分标准。1958年我国群众性土壤普查鉴定中，在总结群众经验的基础上，拟定了一个土壤质地分类暂行方案，并附有鉴定规格。中国制质地分级四、不同质地土壤的肥力特征和利用改良 （一）不

12、同质地土壤的肥力特征 1. 砂质土类 （ 1 ）水 粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝； （ 2 ）气 大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质； （ 3 ）热 水少气多，温度容易上升，称为热性土，有利于早春作物播种； （ 4 ）肥 养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰； （ 5 ）耕性 松散易耕。 2. 粘质土类 （ 1 ）水 粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流 , 保水抗旱力强，易涝不易旱； （ 2 ）气 小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质； （ 3 ）热 水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利； （ 4 ）肥 养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素； （ 5 ）耕性 耕性差，粘着难耕。 3. 壤质土类 土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点 。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。 （二）土壤质地层次组合 1. 粘盖砂不良组合 2. 砂盖粘优良组合 （三）土壤质地改良 1. 客