第一章 土壤矿物质

第一章土壤矿物质第1页，课件共85页，创作于2023年2月第一节岩石风化与土壤矿物质一、地壳的元素组成二、成土的主要矿物和岩石三、岩石的风化作用第2页，课件共85页，创作于2023年2月

矿物质是构成土壤的基本物质，又是植物矿质营养的源泉，是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素。土壤中的矿物质来自岩石的风化物。而岩石又是由矿物组成的，不同的矿物构成不同的岩石。不同的岩石经过风化作用，形成土壤中的矿物质。所以矿物能影响土壤的理化性质和土壤养分状况。

第3页，课件共85页，创作于2023年2月是一种或几种矿物组合而成的自然集合体。岩石都有一定的矿物组成，结构和构造。

岩石(Rock):第4页，课件共85页，创作于2023年2月一、地壳的元素组成第5页，课件共85页，创作于2023年2月二、成土的主要矿物和岩石Magmaticrock（岩浆岩）：岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。Sedimentary（沉积岩）：由各种先成的岩石经风化、搬运、沉积、重新固结而成或由生物遗体堆积而成的岩石称为沉积岩。Metamorphic（变质岩）：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。第6页，课件共85页，创作于2023年2月三大岩类物质循环第7页，课件共85页，创作于2023年2月MagmaticRocks（岩浆岩）Formedfrommagma（岩浆）CoarseorfinegrainedCoarse-Grained:Granite（花岗岩）=MostcommonHard&richinquartzWidelyusedUsedformonumentsFine-Grained:Basalt（玄武岩）=mostcommonHard,dense,durableHighbearingcapacity第8页，课件共85页，创作于2023年2月第9页，课件共85页，创作于2023年2月SedimentaryRocks（沉积岩）第10页，课件共85页，创作于2023年2月第11页，课件共85页，创作于2023年2月第12页，课件共85页，创作于2023年2月conglomeratesandstonesiltstoneshaleclaysiltsandgravelsedimentssedimentaryrocks第13页，课件共85页，创作于2023年2月MetamorphicRock（变质岩）

原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石，称变质岩。第14页，课件共85页，创作于2023年2月第15页，课件共85页，创作于2023年2月多姿多彩的变质岩第16页，课件共85页，创作于2023年2月第17页，课件共85页，创作于2023年2月风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种营力作用下所产生的物理化学变化。岩石发生物理和化学的变化称为风化。

（一）风化作用概念三、岩石的风化作用Weatheringprocess第18页，课件共85页，创作于2023年2月（二）风化作用的类型

由于作用因子的不同，岩石风化作用过程的特点各异，可分为物理风化，化学风化和生物风化三大类型。1.物理风化(Mechanical/physicalweathering):

岩石发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。(见下图）第19页，课件共85页，创作于2023年2月岩石的层状剥落示意图第20页，课件共85页，创作于2023年2月MechanicalWeatheringDisintegratesrocksby:TemperaturechangeFrostactionRainfallRunningwaterWindandiceAbrasionOtherphysicalphenomena第21页，课件共85页，创作于2023年2月引起物理风化作用的因素很多，主要有：★冰劈作用进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。

★风和流水的作用主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。★热力作用岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。第22页，课件共85页，创作于2023年2月★冰川作用冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。★卸荷作用指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。第23页，课件共85页，创作于2023年2月

引起化学风化作用的主要因素有:●溶解作用指岩石矿物溶解于水的作用。●水化作用指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。2.化学风化作用（chemicalweathering）

岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。第24页，课件共85页，创作于2023年2月●氧化作用岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。●碳酸化作用碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐的作用称之为碳酸化作用。这种现象在石灰岩地区最为常见。●水解作用指矿物与水发生反应而分解的作用。第25页，课件共85页，创作于2023年2月ChemicalWeatheringReactionswith:OxygenAcidsWaterSaltsWithprocessessuchas:

Oxidation（氧化）SolutioncarbonationLeaching（淋溶）Hydrolysis（水解）第26页，课件共85页，创作于2023年2月ChemicalWeatheringActionsIncreasedvolumeofmaterial(breakdown)DissolvesPartsofrockmatter:YieldsvoidsinrockReactwithcementing（胶结）material:Looseningparticles第27页，课件共85页，创作于2023年2月3.生物风化作用(Biologicalweathering)岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：

A:生物的机械破碎作用由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。B:生物的化学分解作用有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。

第28页，课件共85页，创作于2023年2月Biologicalweathering第29页，课件共85页，创作于2023年2月成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础，因此称为成土母质，简称母质。二、母质的性质及类型（（一）母质的形成第30页，课件共85页，创作于2023年2月2.坡积物(slopdeposit)：

坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。

（二）成土母质的类型1.残积物(residualdeposit)：

原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层。第31页，课件共85页，创作于2023年2月5.湖积物(lacustrinedeposit)：湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一种母质。3.洪积物(diluvialdeposit)：

是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。4.冲积物(alluvialdeposit)：冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。第32页，课件共85页，创作于2023年2月8.黄土及黄土状物质(loess)：

黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。

6.浅海沉积物(marinedeposit)：浅海沉积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。7.风积物(aeroliandeposit)：风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。第33页，课件共85页，创作于2023年2月10.冰川沉积物和冰水沉积物(glacialdeposit)：冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积物质。冰水沉积物指由冰川搬运，后为冰川融水的水流分选、沉积的物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。9.第四纪红色粘土(quaternaryredclay)：指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。第34页，课件共85页，创作于2023年2月SOILDEPOSITSCATEGORY:DEPOSITSRELATIVETOLOCATIONOFPARENTROCKRESIDUALSOILS(残积母质):

RemainwhereformedTRANSPORTEDSOILS(运积母质):

Depositedelsewhere

Transportedparentmaterialmoreextensivethanresidualmaterial第35页，课件共85页，创作于2023年2月CommonFormsofTransportedSoilsGravityAlluvialDeposits（冲积物）GlacialDeposits（冰蚀物）Winddeposits（风积物）第36页，课件共85页，创作于2023年2月第37页，课件共85页，创作于2023年2月EffectsofGravityonFlowofSoilDownslope(CanMoveRapidorSlow)第38页，课件共85页，创作于2023年2月Alluvial(冲积物)第39页，课件共85页，创作于2023年2月Particlesizesortingbyrivers

HeadwatersMouthGrade=changeinelevation/length第40页，课件共85页，创作于2023年2月GravelRiverPlainMountains第41页，课件共85页，创作于2023年2月SandRiverPlainMountainsGravel第42页，课件共85页，创作于2023年2月PlainSiltandclayMountainsSandRiverPlainGravel第43页，课件共85页，创作于2023年2月CoarseGravel(Boulders)Normallydepositedinornearsteepmountainsatriverheadwaters第44页，课件共85页，创作于2023年2月Beachbouldersrounded

byabrasion第45页，课件共85页，创作于2023年2月SandDepositiononGentlePlain第46页，课件共85页，创作于2023年2月Steepterrainaccelerateserosion第47页，课件共85页，创作于2023年2月第48页，课件共85页，创作于2023年2月第三节土壤矿物组成和化学组成土壤矿物土壤矿物的化学组成第49页，课件共85页，创作于2023年2月一、土壤矿物

（一）矿物的概念

矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位。

第50页，课件共85页，创作于2023年2月（二）矿物的类型矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.

1、原生矿物(primarymineral)：由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。2、次生矿物(secondarymineral)：

原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。

第51页，课件共85页，创作于2023年2月1、原生矿物指那些在风化过程中末改变化学成分和结构的原始成岩矿物。主要类型有：

（1）硅酸盐类：包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类：主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类：主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类：主要有氟磷灰石、氯磷灰石。第52页，课件共85页，创作于2023年2月2、次生矿物定义：原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物。（1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物：

土壤中粘粒的主体，主要有1：1型的高岭石组和2：1型的蒙脱石、伊利石组。（2）二、三氧化物类矿物：

有针铁矿（Fe2O3.H2O）、褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）、三水铝石（

AI2O3.3H2O）、水铝石（Al2O3.H2O）、水锰矿（MnO(H2O)）、软锰矿（

MnO2）等，有结晶态的和非结晶态的。（3）简单盐类：

最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。第53页，课件共85页，创作于2023年2月土壤无机矿物质颗粒的化学组成成土矿物的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素，主要元素包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳等10余种，占土壤矿物质总质量的99%以上，其中以氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。土壤中主要的原生矿物所含化学成分有一定规律如表，石英、长石、白云母这些矿物的SiO2及K2O、Na2O含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等养分元素的含量变化趋势正相反。在总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主要成分，如表：第54页，课件共85页，创作于2023年2月表：土壤中主要原生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石英100－－－－－－－正长石62－6618－20－0－3－9－159－4－钠长石61－7019－26－0－9－0－46－11－钙长石40－4528－37－10－20－0－20－5－白云母44－4634－370－2－0－38－110－2－黑云母33－3613－303－110－22－206－9－－辉石45－553－100－616－266－20－－－橄榄石25－43－0－3－27－51－－－磷灰石－－－54－55－－－40－42磁铁矿－－69－－－－－第55页，课件共85页，创作于2023年2月表:土壤中主要次生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石50-5618－312－50－0.80－21－44－70－1蒙脱石42-450－280－300－0.50－30－250－0.50－3高岭石31-3338－40－－－－－－绿泥石－18－20－－－35－38－－褐铁矿－－75－90－－－－－水铝石－85－－－－－－三水铝石－65－－－－－－第56页，课件共85页，创作于2023年2月第四节土壤的机械组成土壤粒级的概念及其划分依据土壤颗粒组成和质地的概念、意义土壤质地与土壤肥力的关系土壤质地的改良方法第57页，课件共85页，创作于2023年2月一、土壤粒级的概念及其划分依据土壤中的各种固体颗粒简称土粒。分单粒和复粒。粒级（粒组）：土粒大小不同，性质也随之而异。可按照土粒粒径的大小及其性质分成若干粒级(或粗细)。粒级分类常用的标准有以下四种：国际制、卡庆斯基制、美国制、中国制第58页，课件共85页，创作于2023年2月1．国际制：

国际制原为瑞典土壤学家爱特伯所拟定。粒级分类标准为十进位的，简明易记，西欧多采用。其分级标准如下表：

粒级名称单粒直径（mm）

石砾 >2

砂粒粗砂粒2—0.2细砂粒 0.2—0.02

粉砂粒 0.02—0.002

粘粒 <0.002第59页，课件共85页，创作于2023年2月2．卡庆斯基制：

由前苏联卡庆斯基拟定的分类标准。将大于1毫米的称为石砾；小于1毫米的又以0．01毫米为界，大于0．01毫米的土粒称为物理性砂粒，小于0，01米的土粒称为物理性粘粒，其标准如下表：

第60页，课件共85页，创作于2023年2月表：卡庆斯基制第61页，课件共85页，创作于2023年2月3.美国制土壤粒级分级标准第62页，课件共85页，创作于2023年2月4.中国制：

中国科学院南京土壤所等单位，按我国习用的标准，并结合群众经验综合而成。我国这个分类标准与目前国际上通用的标准大体相近，但也有一些差别，它把粘粒的上限移至2微米，而把粘粒级分为粗和细两个粒级。其标准如下表：第63页，课件共85页，创作于2023年2月中国制土壤粒级分级标准（暂拟方案）1978石块>10石砾粗石砾10－3细石砾3－1砂粒粗砂粒1－0.25细砂粒0.25－0.05粉粒粗粉粒0.05－0.01细粉粒0.01－0.005黏粒粗黏粒0.005－0.001黏粒<0.001第64页，课件共85页，创作于2023年2月各粒级的基本特征石砾及砂粒：它们是风化碎屑，其所含矿物成分和母岩基本一致，粒径大，抗风化，养分释放慢，比表面积小，无可塑性、黏结性、黏着性和吸附性。无收缩性和膨胀性。氧化硅含量在80％以上，有效养分贫乏。粉粒：颗粒较小，容易进一步风化，其矿物成分中有原生的也有次生的，有微弱的可塑性、膨胀性和收缩性；湿时有明显的黏结性，干时减弱。粒间孔隙毛管作用强，毛管水上升速度快。氧化硅含量在60％一80％之间，营养元素含量比砂粒丰富。粘粒：颗粒极细小，比表面积大，粒间孔隙小，吸水易膨胀，使孔隙堵塞，毛管水上升极慢。可塑性、黏着性、黏结性极强，干时收缩坚硬，湿时膨胀，保水保肥性强．氧化硅含量在40％一60％之间，营养元素丰富。第65页，课件共85页，创作于2023年2月二、土壤颗粒组成和质地的概念、意义机械组成和质地的概念粗细不同的土粒在土壤中占有的不同的比例，这种大小不同土粒的比例组合，叫矿物质土粒的机械组成根据机械组成的一定范围划分的土壤类型叫土壤质地。常用的质地分类标准：

1．国际制土壤质地分类标准；2．卡庆斯基土壤质地分类；

3．我国土壤质地分类；

4.美国土壤质地分类第66页，课件共85页，创作于2023年2月1、国际制土壤质地分类是一种三级分类法，即按砂粒(sand)、粉粒(silt)、粘粒(clay)三种粒级占百分数进行分类，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四类十二级。＜15%者为砂土质地组和壤土质地组；15%～25%者为粘壤组；＞25%为粘土组。当土壤含粉粒＞45%时，在各组质地的名称前冠以“粉质”字样；当土壤含粉粒55%～

45%时，则冠以“砂质”字样；当砂粒含量＞85%时，则为壤砂土或砂土。第67页，课件共85页，创作于2023年2月国际制土壤质地分类第68页，课件共85页，创作于2023年2月第69页，课件共85页，创作于2023年2月2．卡庆斯基土壤质地分类这是一种二级分类法，按物理性砂粒和物理性粘粒的百分数划分为砂土、壤土及粘土三类九级。解放后，我国多采用这种分类。如下表：第70页，课件共85页，创作于2023年2月石块(＞3mm)含量(％)石质程度<0.5非石质土0.5－5弱石质土5－10中石质土>10强石质土第71页，课件共85页，创作于2023年2月3.我国土壤质地分类方案质地组质地名称颗粒组成（％）（粒径：mm）砂粒（1－0.05）粗粉粒（0.05－0.01）粘粒（<0.01）砂土粗砂土>70－<30细砂土60－70－面砂土50－60－壤土砂粉土>20>40粉土<20粉壤土>20<40黏壤土<20砂黏土>50>30黏土粉黏土－－－30－35壤黏土35－40黏土>40第72页，课件共85页，创作于2023年2月四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良（一）不同质地土壤的肥力特点和利用1．砂土类(sandy)砂质土常处于透气、缺水、温度高而不稳的状态。种子萌发出苗快，发小苗不发老苗，但如果根据它的优点，种植生长期短而耐瘠薄的作物，如高粱、芝麻、花生等作物，并逐年加以调剂改良，也能发挥其生产潜力。在制定生产措施时应加以注意。第73页，课件共85页，创作于2023年2月2．粘土类(clay)粘土比较紧实板结，湿时泥泞，于时坚硬，耕作费力，宜耕时间短；在粘土上顶土弱的种子不易发芽出苗，可能产生缺苗断垄的现象；在小苗生长期，由于土壤温度低，透气难而又紧实，限制幼苗根系伸长，小苗表现瘦弱矮黄。但生产后期，根系开始扩张，供水供肥能力强，所以生长旺盛，控制不好甚至贪青晚熟。与砂土相反，这种土“发者苗不发小苗”；宜种植禾本科作物如小麦、水稻、玉米等。第74页，课件共85页，创作于2023年2月3．壤土类(loam)该土类由于砂粘适中，大小孔隙比例适当，通透性好，保水保肥性好，养分含量丰富，有机质分解快，保肥性能也强，土性温暖，耕作方便，宜耕期长，耕作质量好，发小苗也发老苗，故适宜种植各种作物。第75页，课件共85页，创作于2023年2月（二）、不同质地土壤的改良1．客土法

客土是改良土壤质地的较有效的方法。一般要就地取材，因地制宜。在砂地附近有粘土或胶粘土、河沟淤泥，可采用搬粘压砂的办法；粘土地块附近有砂土或河砂可采用搬砂压泥的办法，通过耕作使砂粘掺合。逐年改良达到三成泥七成砂或四成泥六成砂的范围内。第76页，课件共85页，创作于2023年2月2．施用有机肥

有机肥料中，含有大量有机质，有机质的粘结力和粘着力都比砂粒强，而比粘粒弱。施用有机肥可以克服砂土过砂，粘土过粘的缺点；有机质还可改善土壤结构状况，使土壤松紧程度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提高土壤的肥力。山西省晋中地区许多社队连年施用大量秸杆肥，就显著地改良了不同质地的土壤性质。第77页，课件共85页，创作于2023年2月3．耕翻法砂土表层下不深处有淤泥层，称为夹粘层，粘土表层下不深处有砂土层，称为腰砂地或隔砂地，对作物生长都不利。改良这种土壤，可采取表土“大锅盖”的办法，把表土翻到一边，然后把下层的砂土或粘土翻到表层来，上下砂粘土层搅棍掺和，调剂土质。深翻的深度，应根据砂层粘层的具体位置而定。第78页，课件共85页，创作于2023年2月4．引洪放淤，引洪漫砂

在洪水地区可以引洪放淤，引洪漫砂，这是改良土壤质地行之有效的办法。山西省河曲县曲峪大队，引洪淤没河滩，压住了砂石，淤平了河滩，使沙石荒滩变成4000亩好地，亩产800多斤。陕西省榆林地区群众创造了“引水拉砂”、“引洪淤地”的治砂办法，选出了数万亩良田。

第79页，课件共85页，创作于2023年2月思考题1.

简述风化作用的概念、类型、特点。

2．

试述岩石、母质、土壤三者的区别与联系3．

矿质土粒和土壤质地是如何分类的？4．

试述土壤质地与土壤肥力间的关系？5．

如何对不同质地的土壤进行改良和利用？第80页，课件共85页，创作于2023年2月SoilMineralParticlesOrganicParticlesWaterAirOrganisms1acre-footofsoi