第2章土壤的基本物质组成2013

2019/12/201第二章土壤的基本物质组成土壤肥料学2019/12/202提纲土壤矿物质与岩石的风化（掌握基本概念）土壤生物与土壤有机质（重点掌握、难点）土壤水分（掌握概念）土壤空气（掌握概念）土壤热量（掌握概念）土壤水、气、热的调节与氧化还原性（重点掌握、难点）土壤肥料学2019/12/203第一节土壤矿物质与岩石的风化土壤肥料学42019/12/20岩石：一种或数种矿物的集合体。土壤矿物质：岩石风化形成的矿物颗粒，占土粒质量的95%以上，是土体的“骨架”，是植物矿质营养的源泉，也是影响土壤肥力的决定性因素之一。52019/12/20土壤的三相组成：固相：固体土粒占土壤总体积50%，其中，矿物质占38%以上，有机质占12%以上。液相：土壤水、可溶性物质，25-30%气相：土壤空气，15-25%2019/12/206一、岩石的风化以氧、硅、铝、铁四种元素为主，植物营养元素含量较少，且都以难溶的化合物形式被封闭在坚硬的岩石中。(一）地壳的元素组成土壤肥料学72019/12/20（二）主要成土矿物、岩石土壤肥料学1、主要成土矿物矿物：一种产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部构造的单质或化合物。类型原生矿物（primarymineral）：在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物。主要是石英和原生硅铝酸盐类。次生矿物（secondarymineral）：原生矿物在风化和成土作用下新形成的矿物。包括高岭石、蒙脱石、水云母。｛｝｛｝82019/12/20岩石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。自然界的岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。2、主要成土岩石92019/12/20土壤肥料学（1）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。没有层次和化石。岩浆岩的类型:岩浆岩深成岩浅成岩喷出岩侵入岩喷出岩：冷却快、结晶细、呈多孔斑状结构，如玄武岩侵入岩：冷却慢、结晶粗。如花岗岩、正长石等2019/12/2010112019/12/20岩浆岩的结构全晶质等粒结构斑状结构隐晶质（致密状）结构玻璃质结构岩浆岩的结构:指岩石中矿物的颗粒大小、结晶程度与结合方式.122019/12/20岩浆岩的构造:指岩石各组成矿物的排列方式和填充方式所赋予岩石的外貌特征。岩浆岩的构造块状构造如花岗岩。流纹状构造如流纹岩气孔状构造如玄武岩杏仁状构造如方解石，石英，玉髓132019/12/20主要的岩浆岩酸性岩：SiO2含量在65％以上，易风化，K丰富，砂粘适中，如花岗岩,流纹岩中性岩：SiO2含量52％～65％，大量粘土矿物，K丰富，如正长岩，闪长岩,安山岩碱性岩：SiO2含量42％～52％，含Ca、Mg、Fe盐基，如辉长岩,玄武岩超基性岩：SiO2含量小于45％如橄榄岩2019/12/2014五颜六色的花岗岩正长石玄武岩2019/12/2015晶莹剔透的橄榄石伟晶岩2019/12/2016概念：由地壳表面早期形成的岩石（先成岩）经风化、搬运、沉积、压实、胶结、硬化、重新固积形成或由生物遗体堆积而成的岩石。特点：有层次性，常含有生物化石，如砾石、贝岩、砂岩、石灰石等。分类：机械沉积岩化学沉积岩生物沉积岩（2）沉积岩2019/12/20172019/12/2018沉积岩的结构：指沉积颗粒的大小和形状。以颗粒大小分为:砾状结构(如砾岩),粒状结构(如沙岩以颗粒形状分为:角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如砾岩)沉积岩的构造：指沉积物空间分布的相互关系。主要有层理构造，层面构造等2019/12/2019概念：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。如岩片,麻岩,石英,岩板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩特点：致密坚硬、呈片状组织（3）变质岩2019/12/2020变质岩的构造：块状构造，岩石中的矿物无定向排列，均匀分布在岩石中形成不规则的块状体，如石英岩；片理构造，片状矿物受力的作用而平行排列，并沿平行方向易于裂开，如各种片岩；片麻状构造，片状矿物与粒状、块状矿物呈断续的平行相间排列，如片麻岩。变质岩的结构:主要有斑状变晶结构、粒状变晶结构、鳞片状变晶结构。2019/12/2021◎2019/12/2022岩石圈三大岩类的物质循环沉积岩和岩浆岩通过变质作用形成变质岩。岩浆岩和变质岩通过母岩的风化、剥蚀和一系列的沉积作用而形成沉积岩。变质岩和沉积岩进入地下深处后，在高温高压条件下发生熔融形成岩浆，经结晶作用而变成岩浆岩。2019/12/2023（三）岩石矿物对土壤性质的影响1、对土壤质地的影响花岗岩、石英岩、片麻岩、石砾地区的土壤石英含量多，质地粗，通透性好，保水保肥能力差；玄武岩、贝岩、黑云母，角闪石、辉石等地区的土壤粘粒多，通透性差，保水肥力强。2、对土壤养分含量的影响：K（正长石、云母）、P（磷灰石）、Ca、Mg、Fe（辉石、橄榄石、角闪石、褐铁矿等）3、对土壤酸碱度的影响：花岗岩地区，偏酸性；石灰岩地区，偏碱性。土壤肥料学2019/12/2024岩石土壤风化？？？2019/12/2025（四）岩石的风化作用岩石→风化破碎→疏松的堆积物→成土母质→成土作用（地质堆积，重新沉积）→土壤风化作用（weathering）：岩石、矿物在外界因素和内部因素的共同作用下，逐渐发生分解和崩解的过程。包括物理风化、化学风化和生物风化。土壤肥料学262019/12/20物理、化学、生物作用三种作用同时进行：物理风化（physicalweathering)：物理崩解，化学成分和结构未发生改变，外力包括温度、结冰、水流、风。化学风化(chemicalweathering)：化学变化产生新物质的过程，包括水、CO2的溶解、水解、氧化过程。生物风化(biologicalweathering)：生物作用+分泌+有机产物作用下的机械破碎和化学分解过程，实质上既有物理作用，又有化学作用。2019/12/2027物理风化化学风化生物风化理+化+生物风化2019/12/2028（五）母质的类型及分布规律母质：原生基岩经过风化、搬运、堆积等作用在地表形成的一层疏松的堆积物，是形成土壤的基础。沉积和搬运特点从上到下依次为残积物→坡积物→洪积物→冲积物→湖/海积物土壤肥料学292019/12/201、残积物（residualdeposit）：指岩石经过风化后残留在原地未经搬运的风化物，多分布在山地和丘陵上部。其特点是：层次薄、理化性质几乎与母岩一致、表层质地较细、往下渐粗、逐渐过渡到岩石层、母岩对其特性影响很大。2、坡积物（slopdeposit）：指风化物在重力或流水的作用下被搬运到山坡的中下部。其特点是：层次稍厚、无分选性、性质决定于山坡上部的岩石。302019/12/203、洪积物（diluvialdeposit）:又称洪积扇，指山洪搬运的碎屑物在山前平原形成的沉积物，形状如扇。特点是：扇顶沉积物分选差、多为石砾、粘粒和砂粒的混合物；扇缘多为粘粒及粉砂粒、水分条件好、养分丰富。4、冲积物（alluvialdeposit）：河水中挟带的泥沙在中下游两岸和入海口沉积而成。特点是：具有明显的成层性和条带性。312019/12/205、湖积物（lacustrinedeposit）：由湖泊的静水沉积而成。其特点是：质地偏粘、夹杂有大量的生物遗体、含有蓝铁矿和菱铁矿、呈现青灰色。6、海积物（marinedeposit）:是海边的海相沉积物，由于海岸上升、海退或江河入海的回流淤积物露出水面而形成。特点是：各地的粗细不一、有的全为砂粒、有的全为粘粒、质地细的养分含量高、粗的养分少、而且都含有盐分、形成滨海盐土。322019/12/207、风积物（aeroliandeposit）：由风力将其他成因的堆积物搬运沉积而成。特点是：质地粗、砂性大、形成的土壤肥力低。8、黄土（loess）：第四纪沉积物，由风力或水流搬运堆积而成。分为马栏黄土、离石黄土、午城黄土、下蜀黄土。9、红土（quaternaryredclay）:第四纪红色粘土，在湿热条件下形成，分布在我国南方，多为红色，分橙红色、红棕色，质地粘重，养分少。332019/12/202019/12/2034（六）成土因素1、气候因素：气温、降雨量温暖和潮湿的环境下，气温高，降雨量大，植物茂密，微生物活跃，化学风化作用速度快而充分，岩石的分解向纵深发展可形成巨厚的风化层。在极地和沙漠地区，由于气候干冷，化学风化的作用不大，岩石易破碎为棱角状的碎屑。土壤肥料学352019/12/202、母质因素矿物学和化学组成土壤的物理性质：孔隙度、团聚体土壤的化学性质：养分3、地形因素影响母质在地表的再分配；影响水、热、气的再分配。地势起伏大的山区，风化产物易被外力剥蚀而使基岩裸露，加速风化。山坡的方向涉及到气候和日照强度，例如山体的向阳坡日照强，雨水多，风化强烈。362019/12/204、生物因素（动物、植物、微生物）影响营养元素的生物积累，腐殖质的形成。5、时间因素影响成土所需的时间：成土速率紫色砂岩十几年俄罗斯平原，3000年形成40cm厚土层2019/12/2037成土过程示意图岩石风化成土壤微粒形成C层。地表的机械和化学风化作用使A层从C层中发育完成。降雨滤过A层黏土层到达C层以上形成B层。2019/12/2038二、土壤的矿物组成和化学组成（一）土壤矿物分类原生矿物：风化过程中没有改变化学组成。次生矿物：原生矿物在风化和成土作用下，形成的新矿物。（1）成分简单的盐类：碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等（2）成分复杂的次生铝硅酸盐（3）各种晶质和非晶质的含水硅、铁、铝的氧化物次生粘土矿物：次生铝硅酸盐和氧化物，是土壤粘粒的主要组成。土壤胶体：粘土矿物与土壤腐殖质的复合体。土壤肥料学392019/12/20（二）土壤矿物的化学组成1、主要元素：O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Ti、C等，占土壤矿物质总质量的99%以上2、SiO2、Al2O3、Fe2O3,占土壤矿质总质量75%，土壤的骨干。402019/12/20（三）土壤机械组成土壤机械组成（颗粒组成）：据机械分析，分别计算各粒级的相对含量。是划分土壤质地的依据。土粒分级：石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒粒径：由大变小组成：原生矿物次生矿物2019/12/20411、常见的土壤粒级制当量粒级mm中国制（1987年）卡庆斯基制（1957年）美国制（1951年）国际制（1930年）3-2石砾石砾石砾石砾2-1极粗砂粒粗砂粒1-0.5粗砂粒物理性砂粒粗砂粒粗砂粒0.5-0.25中砂粒中砂粒0.25-0.2细砂粒细砂粒细砂粒0.2-0.1细砂粒0.1-0.05极细砂粒0.05-0.02粗粉粒粗粉粒粉粒0.02-0.01粉粒0.01-0.005中粉粒物理性粘粒中粉粒0.005-0.002细粉粒细粉粒0.002-0.001粗粘粒粘粒粘粒0.001-0.0005细粘粒粗粘粒0.0005-0.0001中粘粒＜0.0001细粘粒422019/12/202、各粒级的组成（1）矿物组成砂粒和粉砂粒：主要由原生矿物组成，如石英和原生硅酸盐矿物粘粒：以次生矿物为主。如高岭石、蒙脱石、水云母，铁、铝等的氧化物和氢氧化物（2）化学组成砂粒和粉砂粒：SiO2含量较高粘粒：Fe、K、Ca、Mg含量较高2019/12/2043（四）土壤质地土壤质地（soiltexture）：据土壤中各粒级土粒含量（质量）百分率的组合划分的土壤类型。又称土壤颗粒组成、土壤机械组成。种类：砂土、壤土、粘土土壤肥料学442019/12/201、土壤质地分类（1）国际质地制（4类12种）（见表2-7）按照砂粒（2～0.02mm）、粉粒（0.02～0.002mm）、粘粒（0.002mm）划分：以粘粒含量为主要标准：15%：砂质质地和壤质质地15%-25%：粘壤质25%：粘土质粉粒含量45%