第二章土壤矿物质

第二章土壤矿物质【教学目标】●土壤矿物1．了解土壤原生矿物的种类。2．重点掌握次生矿物的种类及特性。●矿物质土粒1．了解矿物质土粒的分类系统。2．掌握矿物质土粒水分物理特性。●土壤质地1.了解土壤质地的分类系统。2．掌握不同质地土壤的水分物理特性。1土壤矿物土壤母质来源于岩石、矿物的风化产物，岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体。1.1几种主要岩石类型与特性地壳中的岩石可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。岩浆岩（火成岩）由岩浆冷却凝固形成，如花岗岩、闪长岩、玄武岩等，它们含有石英、长石、深色矿物（如黑云母、辉石、角闪石等原生矿物）。沉积岩是由岩石风化物经搬运、沉积再胶结而形成的，如花岗岩风化形成的石英沙沉入海底经地质变化胶结成的岩石，称为沙岩。变质岩是火成岩或沉积岩在高温、高压下发生质变而形成的，如花岗岩变质形成片麻岩、沙岩和页岩变质形成石英岩和板岩，石灰岩变质可形成大理岩。1.1.1岩浆岩（1）花岗岩为粗粒、中粒或细粒全晶质的岩石，呈红色、灰色或浅灰色。主要矿物有石英、正长石、黑云母，也有角闪石、斜长石，由于矿物结晶颗粒较大，组成复杂，容易发生物理风化。在干旱地区崩解成砂粒，在湿润地区暗色矿物被分解为含水氧化铁次生矿物，长石类矿物分解为高岭石，石英以砂粒残留于风化物中。（2）流纹岩：化学成分与花岗岩基本相似，灰白、浅黄或浅红色。斑状结构，斑晶为圆柱状的石英和长方形透长石。因结晶颗粒较小，难以发生物理风化。在温暖湿润地区所形成深厚的风化层，多呈红色的粘壤土或砂质粘壤土。（3）正长岩：其矿物组成以正长石和角闪石为主，不含石英，有少量的磷灰石，磁铁矿，色浅红，呈块状或粒状构造。风化后形成砂壤或壤质土壤，通气性良好，富含磷、钾、钙、镁等营养元素。土壤多为中性至微酸性反应。（4）玄武岩：是基性喷出岩，在地壳中分布较广。化学成分与辉长岩相当。色暗近似黑色，隐晶质结构，常有气孔构造，风化后质地较黏，含盐基物质较多。（5）橄榄岩：主要由橄榄石和辉石组成，一般为暗绿色或黑绿色，全晶质粗粒或中粒结构，容易风化。1.1.2沉积岩（1）砾岩砾岩是各种岩石碎块经过搬运沉积再经胶结硬化而成。直径一般(2mm，如经河水长途搬运，其棱角磨圆，其间有孔隙，易透水，风化后呈砂砾状。实物图片：砾岩（2）砂岩一般由直径0.1－2.0mm的砂粒胶结而成，主要成分为石英，其次为长石、白云母、磁铁矿、石榴子石等。石英含量大于95%以上的为石英砂岩；长石含量达25%－60%的为长石砂岩。以氧化硅为胶结剂的称为硅质砂岩；以氧化铁为胶结剂的称为铁质砂岩；以粘土为胶结剂的称为泥质砂岩。胶结紧实的砂岩，因抗风化力强，形成土层较薄，砂性大，尤其是石英砂岩比较明显。实物图片：粗粒石英砂岩（3）页岩粘土经过压实、脱水和胶结作用，硬化后变成页岩，呈页片状或层状构造。矿物组分较复杂，多为灰色、紫红色，也有黄色、黑色。比砂岩容易风化，形成的土质较粘，含片状碎屑多，养分含量较丰富。实物图片：页岩

（4）石灰岩石灰岩由化学沉积或生物沉积作用而成。矿物组成主要有方解石，块状构造，岩体层理明显，多为致密结构，硬度小，遇稀盐酸可发生气泡反应，灰、青灰色，有机质含量高时呈黑色。石灰岩风化主要是化学溶解作用，风化后土层较薄，稍粘、钙质丰富，抗酸力强。实物图片：竹叶状灰岩

1.1.3变质岩：（1）片麻岩由花岗岩或砂岩变质而成。成分近于花岗岩，矿物组成为石英、长石、云母等，因受到高温高压，矿物结晶呈带状排列，具有一定的方向性，呈条带状。实物图片：花岗片麻岩（2）石英岩石英岩由石英砂岩，在高温高压条件下，经过重结晶变质而成。硬度大，抗机械性和抗化学腐蚀性强，不易风化。脂肪光泽，一般为乳白色，如含有少量氧化铁呈红色和褐色，风化后形成砂质或砾质颗粒。（3）板岩板岩由泥质页岩、粉砂岩和其它细粒碎屑沉积物质变质而成。有完整的片理，劈开后呈平的薄块状平面，北方农民开采后做房瓦用。矿物组成主要是云母、绿泥石、石英等，颜色多为青灰色。实物图片：千枚状板岩（4）片岩片岩由各种岩石在高温高压下变质而成，也可由千枚岩进一步变质而成。具有明显的片状构造，片理面呈粗糙皱纹状，含有云母、角闪石及少量长石。实物图片：方柱石黑云母片岩（5）大理岩大理岩由碳酸岩类（石灰岩、白云岩）变质而成。一般由方解石、白云石和少量的石英、角闪石和辉石矿物组成。具有各色花纹，是优良的建筑装饰材料。纯白色的大理岩称为汉白玉，在我国云南分布较广。实物图片：大理岩综上所述，土壤矿物质来源于岩石、矿物的风化产物。岩石、矿物的组成和特性对土壤的化学组成和物理性质影响甚大，这种影响主要表现在土壤颗粒粗细、土壤物理性质、土壤的酸碱性以及土壤养分等方面（详见有关章节）。因此，学习与成土有关的岩石和矿物的组成及基本特性，有助于我们学习、认识土壤并有目的去改造土壤，尤其是对山区土壤的改良，更是如此。1.2土壤矿物质的来源 土壤矿物质来源于岩石、矿物风化产物,岩石矿物质影响土壤的物理化学性质土壤颗粒粗细，土壤酸碱性，土壤养分矿物是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质的元素或化合物。成土矿物:与土壤矿物质组成密切相关的矿物叫成土矿物包括：原生矿物和次生矿物1.2.1原生矿物原生矿物是指由熔融的岩浆直接冷凝所形成的矿物（1）长石类矿物（包括正长石和斜长石）正长石（KAlSi3O8），又称钾长石。颜色多呈肉红色，广泛分布于浅色岩浆岩中，如花岗岩、正长岩、斑岩等。正长石抗风化能力较弱。风化后形成次生粘土矿物，是土壤中钾元素的重要来源（如图01-01）。（2）云母类矿物（包括白云母和黑云母）机械分析：土粒分级是以单粒大小进行的，对颗粒大小进行分级的测定方法称为机械分析。当量粒径：人为的把土粒直径看成理想球体的直径对待,以便于研究。更确切地说叫做“当量粒径”。粒级：根据粒径的大小和理化性质上的差异，把矿质土粒分为若干组，每组就是一个粒级；组内粒径大小、成分及性质基本相近，而组间有明显的差异。2.2矿物质土粒的化学组成其主要元素有氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、磷、硫以及一些微量元素锰、锌、硼、钼、铜等。氧、硅、铝、铁四种元素占的比例最大。二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)三者之和一般占土壤矿物质部分的75％以上，是土壤矿物质的主要成分。矿物质土粒愈粗,含SiO2愈多,而Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等养料元素含量则愈少.由于原生矿物所含营养元素可溶性很小，以致几乎没有提供有效养分的能力。矿物质土粒的水分物理性质土粒粒径大小不同,性质上有明显的差异,主要表现在土壤的水分物理性质上,如黏性、黏着性、可塑性、胀缩性。随着土粒由大变小，这些性质由不显著到显著，由弱到强。2.3.1石砾和沙粒(>0.05mm)土壤中的粗骨部分,严格地讲，它们只是侵入土壤中的母岩碎屑，还不能算是土粒。所含矿物均为原生矿物，矿物组成与母岩基本一致,它本身为非疏松多孔体,无通透性和蓄水性，也不能提供有效养分。含石砾和沙粒较多的土壤疏松多孔，粒间孔隙大,通气透水好，排水通畅。由于颗粒粗比表面积小，无黏结性、黏着性、可塑性和胀缩性，吸水保肥能力弱,大孔隙多，养分转化快，但容易随水流失，耕性较好。2.3.2黏粒(<0.001mm)颗粒细小,属于胶体范畴,是化学风化的产物其矿物成分主要为次生矿物，与母岩成分相差很大。颗粒小，比表面大，粒间孔隙小,通气透水性弱，排水不畅.黏结性、黏着性、可塑性、胀缩性均强养料含量丰富，且吸水保肥能力强，潜在养分贮量多土温较低，土温变幅小，养分不易转化2.3.3粉粒(0.05～0.001mm)颗粒大小介于黏粒和沙粒之间，矿物成分有原生矿物，也有次生矿物粉粒很多性质介于沙粒和黏粒之间,含粉粒较多的土壤具有一定的可塑性、黏结性、黏着性和吸附性。2.3土壤质地土壤质地:根据机械组成划分的土壤类型。2.3.1土壤质地分类2.3.2不同土壤质地的生产性状土壤的肥力性状(作物在生长过程中,土壤的水、肥、气、热、扎根条件以及有无产生毒害物质的协调程度)耕作性状(耕作时的难易程度、阻力大小、耕作质量好坏以及宜耕期的长短等)作物反应(出苗难易、快慢、整齐度、早发苗或发晚苗以及成熟早晚等)（1）沙质土类①沙粒含量高,颗粒粗,比表面积小,组成的粒间大孔隙数量多。②保蓄性差。保水、持水、保肥性能弱，雨后容易造成水肥流失，水分蒸发速率快，失墒多易引起土壤干旱③土壤中原生矿物以石英、长石为主，潜在养料含量少，但养分转化快。④土温变幅大,但晚秋也容易造成霜冻。⑤沙性土耕性好,宜耕期长，耕作阻力小,耕后质量好。这种土又称“轻质土”。⑥沙性土大孔隙多,氧气充足,以氧化过程为主,土壤中无毒害物质存在。⑦发小苗不发老苗。沙性土“口松”，出苗快、齐、全。但因养分贫乏容易造成作物中后期脱肥，早熟，早衰。（2）黏质土类(1)通透性差，颗粒细微，粒间孔隙小（2)保蓄性强，土粒细小，胶体物质含量多，土壤固相比表面积巨大，表面能高，吸附能力强。肥效缓慢。（3）养分含量丰富，土壤中以次生矿物为主，其本身养分和吸附外界养分多，潜在养分贮量丰富。但养分转化速度慢。（4）土温变幅小，黏性土水分含量高，空气相对少，地温上升下降均缓慢，故常把黏质土称为冷性土。（5）耕性差，由于黏质土比表面积大，土壤的黏结性、黏着性、可塑性、湿胀性强，耕作阻力大，耕作质量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。（6）有毒物质多，由于大孔隙数量少，造成还原性状态（7）发老苗不发小苗（3）壤质土类2．3．3土壤质地层次性及其评价除了以上提到的土壤表层(耕层)质地粗细有较大差别外,在同一土壤上下层之间,其质地粗细和厚度亦有很大差异。土壤质地剖面：土壤不同质地层次在土体中的排列状况,称为土壤质地剖面。主要有三个方面：一是母质本身排列的层次性；二是成土过程中物质的淋溶和淀积；三是人为耕作管理活动。1）母质本身：华北平原主要由冲积物多次冲积构成,质地剖面层次复杂多样一般的模式有：通体均一型(通体沙、通体黏或通体壤)上粗下细型(蒙金型)上细下粗型中间夹沙型和夹黏型2）土壤在长期风化和成土过程中黏粒或细土粒随水渗漏向下移动，下层化学风化使黏粒增多，致使土体各层出现不同质地的分异现象，一般剖面上部较轻，下部在一定深度黏粒增多，形成黏化层。雨水长期冲洗、地表径流也可出现表层黏粒大量流失，形成上沙下黏的剖面层次，这种层次具有托水托肥的优点，但过于靠上不