11级土壤地理学02 (恢复)

第一节土壤矿物质土壤矿物质——土壤中的无机物质，源于岩石的风化作用，它在大小和组成上都是多变的。从起源来说，土壤矿物质包括：岩石碎屑（detritus）、原生矿物（primarymineral）、次生矿物（secondarymineral）三个部分。土壤发育阶段示意图

砾石和粗砂砂粒和粉砂粘粒一.原生矿物长石长石类矿物（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1、硅酸盐及铝硅酸盐类矿物正长石是一类常见的含Ca\Na\K的铝硅酸盐类造岩矿物云母蛇纹石橄榄石辉石角闪石角闪石普通石英呈透明或半透明的晶粒状的集合体。纯石英为无色，含有杂质时呈白、灰、黄、红、绿、天蓝及紫色。完整晶形为两端锥形的六方柱状晶体或不规则块状。除氟酸外，不与任何酸类起作用，物理及化学性质稳定，不易风化，常以颗粒状残留于土壤中，是土壤中砂粒的主要来源2、氧化物类石英赤铁矿（Fe2O3），红色，条痕樱红色，常使土壤染成红色褐铁矿（Fe2O3

3H2O）它是赤铁矿水化而形成的一种含水氧化铁，分布较广。一般为棕色、黄色，是土壤黄色和棕色染色剂，以胶状包被于土粒的表面。磁铁矿（Fe3O4），常呈八面体晶形，铁黑色，条痕为黑色，具有磁性。黄铁矿（FeS2），金黄色，类似金属铜，断口参差状，金属光泽，条痕绿色至深棕色，较易风化，分解后形成硫酸盐.3、硫化物类磷灰石4、磷灰石Ca(PO4)3(F·Cl)。呈六方柱状晶体，颜色灰白、黄、绿、黄褐色，是制造磷肥的主要原料.气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙二.土壤矿物的形成与转化1、物理风化作用

指岩石在外力的影响下，机械地破裂成碎屑，只改变大小与外形，而不改变化学成分的过程。

此外，干旱沙漠地区的岩石裂隙中，因盐类结晶的裂胀作用；流水的冲刷和磨蚀作用；高山地区冰川磨蚀作用；干旱沙漠地区风沙磨蚀作用等均可促进岩石的物理风化风蚀柱风蚀蘑菇2、化学风化

指岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的改变，产生新的物质的过程。1)水的作用①水化作用②溶解作用③水解作用2)CO2的作用3)氧化作用

岩石在空气和水中游离氧的作用下，使其中低价元素转变为高价元素、低价化合物转变为高价化合物，如黄铁矿中的低价铁变为含高价铁的褐铁矿等。生物及其生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用称为生物风化。实际上表现为物理的与化学的两种形式。生物风化主要对岩石的风化起促进作用。（1）根系穿插，穴居动物如田鼠，蚯蚓的挖掘等，促进了物理风化，（2）生物活动所产生的各种有机酸（如细菌作用所产生的腐殖酸），无机酸（如固氮菌产生的硝酸，硫化菌产生的硫酸）等加速了化学风化。3、生物风化三、矿物风化程度的量度指标1、原理土壤矿物质脱盐基，脱硅，富铁铝化的程度，可表明其分解迁移的强度。硅铝铁率：土壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3（R2O3）含量的分子比硅铝率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比硅铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3的分子比2、指标例：某土壤粘粒部分SiO2含量为41.89%，Al2O3含量33.27%，Fe2O3含量11.85%，计算其硅铝铁率、硅铁率。解：41.89

33.27SiO2的分子含量＝———＝0.698Al2O3的分子含量＝———＝0.32660102

11.85

SiO2

0.698Fe2O3的分子含量＝———＝0.074———＝——————＝1.75160

R2O30.326+0.074

3意义1）可以用来判断粘粒矿物的组成特征及大体类型；2）和母岩与母质对照起来，说明成土过程的特征；3）对照剖面上下层的SiO2/R2O3分子比值，说明剖面中物质的淋溶与分解的情况。四、次生矿物简单盐类次生氧化物类次生氧化硅氧化铝氧化铁氧化锰次生铝硅酸盐类高岭石类蒙脱石类它们在土壤中均以黏粒形式存在，粒径极小，并具有胶体性质，它们对土壤理化性质如保肥性、供肥性、缓冲性和耕性等都会产生深刻的影响。

硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图

硅氧四面体，是由四个氧原子围绕一个硅原子，形成具有四面构造而得名。一系列的硅氧四面体通过共同氧原子联结成平面，形成一个片状的四面体层，或称硅氧片一、硅酸盐粘土矿物铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图

铝氧八面体，是由六个氧原子或氢氧根（-OH）围绕一个铝原子，形成具有八面构造而得名。一系列的铝氧八面体通过共用氧原子互相联结成平面，排列成片状的八面体层，或称铝氧片或水铝片。1:1型高岭石类晶体结构模型图

由一层硅氧片和一层铝氧片组成一晶层，属1∶1型晶格，如高岭石、埃洛石等2：1型蒙脱石类晶体结构模型图

由二层硅氧片夹一层铝氧片结合而成一晶层，属2∶1型晶格，如蒙脱石、蛭石和伊利石等。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硅酸盐矿物的种类

1、高岭(石)组(Kaolinite)

包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等

特点：

(1)1:1型单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8

SiO2/Al2O3=4/2=2

(2)膨胀性小

晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢键

(3)电荷数量少同晶替代极少

(4)颗粒较大（有效直径0.2～2μm）

可塑性、粘结性、吸湿性弱

2、蒙脱石组(Montmorillonite)包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等

特点：

(1)2:1型单位晶胞的理论化学式：Al4Si8O20(OH)4·nH2O

蒙脱石理论硅铝率SiO2/Al2O3=8/2=4

(2)膨胀性大

晶层以分子引力联结，晶层间距：蒙脱石0.96～2.14nm蛭石0.96～1.45nm(3)电荷数量大同晶替代现象普遍

(4)颗粒较细，呈片状

可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著，对耕作不利3、水化云母(伊利石)组(Hydromica)（又称2:1型非膨胀性矿物）特点：

(1)2:1型

(2)膨胀性小

晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm

(3)电荷数量和可塑性介于高岭组和蒙脱组之间

同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间K+中和，有效电荷量少于蒙脱石自然土壤的矿物是由大小不同的土粒组成的，各个粒级在土壤中所占的质量百分数，称为土壤质地(soiltexture)。土壤质地分类及划分标准世界各国不一。第二节土壤质地土壤的粒组（soilseparates）——根据颗粒的大小进行分组，分别给予特定的名称，这些不同的组合就称为土壤的粒组。粒组通常是按照颗粒直径划分的。粒组名称直径（mm）砾石(stone)＞2.00

粗砂(coarsesand)2.00～0.2

细砂(finesand)0.20～0.02

粉砂(silt)0.02～0.002

粘粒(clay)＜0.002世界主要土粒分级标准的比较土壤的粒组分土壤质地三角表黏性土壤性土沙性土（1）砂质土类（sandysoils）—砂粒含量在70%以上的土壤。特点:由于颗粒组成粗大，相应的空隙也较大，排水和通气条件良好。但也有保水和蓄肥能力弱的缺点，土体多呈松散状态，结构性不强。细分类:砂质土壤中可以区分出两种具体的质地类型：砂土和壤砂土。（2）粘质土类（clayeysoils）——粘粒占优势的土壤属于粘质土类，粘粒的含量一般不低于40%。特点:由于粘质土的颗粒细小，有巨大的表面积，所以对水分和养分有很强的保持力。粘质土中虽然空隙较多，但都属于小空隙。水、气的运动缓慢，排水和通气状况不佳。粘质土通常有较强的粘结性和可塑性。湿时粘着，干时硬结，胀缩幅度较大。细分类:粘质土类中根据所含砂粒和粉砂的比例，可分出粘土、砂质粘土和粉砂粘土