2-1土壤矿物质

第2章土壤的基本物质组成2.1土壤矿物质与岩石的风化矿物质38%，(95%)有机质12%，(5%)溶液(15%-35%)空气(15%-35%)岩石：岩石是一种或数种矿物的集合体。其中植物所需的营养元素含量少。（矿物：一类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。）土壤母质：岩石的风化产物，又称成土母质。土壤矿物质：岩石风化形成的矿物颗粒统称（土壤）岩石风化成母质，营养元素得以释放，土壤才有肥力成土作用（5大成土因素）风化作用（各种作用力，从大到小，从小到细，从细到粉）2.1.1岩石的风化一、地壳的元素组成1、土壤元素组成二、主要成土矿物、岩石（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。元素地壳中土壤中元素地壳中土壤中OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.370.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.0003土壤矿物质的化学元素组成土壤（1）原生矿物(primarymineral)：由岩浆冷凝形成的矿物，化学组成未改变的矿物。2、主要成土矿物、岩石（2）次生矿物(secondarymineral)：由原生矿物风化演变而形成的新矿物。云母水化云母（伊利石）蛭石蒙脱石高岭石氧化物成土矿物风化进程：南方红壤的重要组成成分①石英矿物不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。②长石类矿物正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。③云母类白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。黑云母也是钾元素的来源，更易分解，风化。④角闪石与辉石类矿物含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。（3）土壤中的原生矿物的具体特性⑤氧化铁类矿物赤铁矿（Fe2O3），常使土壤染成红色。磁铁矿（Fe3O4），具磁性。黄铁矿（FeS2），分解后形成硫酸盐。⑥磷酸盐类矿物磷灰石是制造磷肥的主要原料，是植物磷元素的主要来源。⑦方解石（CaCO3）方解石是土壤中碳酸钙的主要来源。⑧褐铁矿（Fe2O33H2O）由赤铁矿水化形成的一种含水氧化铁，是土壤黄色和棕色染色剂。岩石：是由一种或几种矿物构成的，是矿物的天然集合体。按组成岩石矿物种类分：单矿岩复矿岩按岩石形成方式分岩浆岩(magmaticrock)沉积岩(sedimentaryrock)变质岩(metamorphicrock)（4）几种主要岩石类型和特性（1）岩浆岩(magmaticrock)：由岩浆冷凝而成。（2）沉积岩(sedimentaryrock)：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。（3）变质岩(metamorphicrock)：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。岩浆岩：指地球内部熔融岩浆上浸地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。共性：非碎屑壮的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。岩浆岩沉积岩：地壳表面的岩石经风化、搬运、沉积等作用后，在一定条件下胶结硬化所形成的岩石。其约占地表总面积的75%。共同特点：有明显的层理构造；矿物成分复杂并呈碎屑状组织；有时含有化石。一般分为：机械沉积岩、化学沉积岩、生物沉积岩。沉积岩沉积物（砂矿，含有雨花石）变质岩：是沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵入的影响，其矿物组成、结构、构造，以至化学成分发生剧烈改变后形成的。共性是：一般具有片理及片麻构造；矿物质地致密，坚硬；不易风化。例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。变质岩片岩大理岩片麻岩火成岩变质岩沉积岩变质作用埋藏岩化作用搬运沉积崩解分解溶蚀三大类岩石的相互关系风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。风化作用所产生的疏松物质就是土壤母质。三、岩石的风化（weathering)1、风化作用的类型（1）物理风化作用指使岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程，特点是成分未变。①主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。②盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图a、b、c、d表示风化过程由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙（2）化学风化作用指岩石在水和空气（主要是氧气和二氧化碳）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。①溶解作用CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-②水化作用CaSO4+2H2OCaSO42H2O(硬石膏)（石膏）2Fe2O3+3H2O2Fe2O33H2O(赤铁矿)(褐铁矿)Fe2O3（赤铁矿）……………………………红色2Fe2O3H2O（赤褐铁矿）…………………浅红棕色Fe2O3H2O（针铁矿）……………………棕色2Fe2O33H2O（褐铁矿）…………………棕黄色Fe2O32H2O（褐铁矿）……………………黄色③水解作用——最基本、最重要④氧化作用2KAlSi3O8+CO2+2H2OH2Al2Si2O8H2O+2SiO2+K2CO3(正长石)(高岭石)(含水二氧化硅)(钾盐)Ca2(PO4)+2H2O+2CO2Ca(H2PO4)2+2CaCO3(磷灰石)(磷酸二氢钙)2FeS2+16H2O+7O22FeSO47H2O+2H2SO4(黄铁矿)(硫酸亚铁)①根系的挤压；②地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化；③呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。植物根的机械破坏作用（3）生物风化作用指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。四、母质的类型及分布规律1、残积母质(residualmaterial)指岩石风化形成土壤母质后未经搬运而残留于原地。a、分布：山区比较平缓的高地。b、特点：（1）粗骨性；（2）浅薄。2、运积母质(transportationmaterial)①坡积物(slopdeposit)②洪积物(diluvialdeposit)③冲积物(alluvialdeposit)④湖积物(lacustrinedeposit)⑤海积物(marinedeposit)⑥风积物(aeroliandeposit)⑦黄土(loess)⑧红土(quaternaryredclay)坡积物海积物滩涂MudflatRudongCountyChinaMudflatRudongCountyChina风积物：流动沙地沙波纹（毛乌素）一、土壤矿物1、原生矿物(Primarymineral):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。（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。如石英、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2.1.2土壤的矿物组成和化学组成2、次生矿物(secondarymineral)：原生矿物在风化和成土作用下，形成的矿物。以粘土矿物为主，其中又以结晶层状硅酸盐矿物为主；此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物。此外有简单盐类，包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等1、土粒（土壤颗粒）•土粒：土壤中的颗粒矿质颗粒数量优势，稳定存在，固相骨架有机质颗粒数量较少，复粒存在单粒砂性土壤，矿质颗粒单独存在复粒粘性土壤，颗粒相互聚集•颗粒分析中把复粒分散成单粒。三、土壤的机械组成2、当量粒径（有效粒径）•土壤中的颗粒的形状各异•当量粒径（有效粒径）：光滑的实心圆球的直径，用以表征具有相似性质土壤颗粒的大小土壤的粒组分级3、土壤的粒级土壤颗粒分级(mm)直径国际制美国制卡庆斯制中国制石砾2211砂粒2-0.022-0.051-0.051-0.05粉粒0.02-0.0020.05-0.0020.05-0.0010.05-0.002粘粒〈0.002〈0.002〈0.001〈0.002物理性砂粒：1-0.01mm物理性粘粒：〈0.01mm粒径(mm)中国制(1987)卡庆斯基制(1957)美国制(1951)国际制(1930)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粘砂粒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细粘粒粘粒粗粘粒0.0005～0.0001细粘粒＜0.0001胶质粘粒图示∶土壤颗粒大小与矿物类型的关系土壤机械组成（颗粒组成）：土壤各粒级的相对含量(%),是一个固定的数值。4、土壤质地土壤质地：反映特定土壤性质的机械组成范围的名称。（占优势的土壤粒级）•砂土，壤土，粘土土壤质地分类制：国际制：三级美国制：三级卡庆斯制：二级中国制：特殊粒级国际制土壤质地分类标准前苏联制土壤质地分类标准（1958）我国土壤质地分类标准粘粒20%粉粒40%砂粒40%先找到某颗粒的顶点（100%），在三角形中，根据3（2）个粒级含量分别做各顶点对应的底边的平行线，3（2）线相交点，即为所查质地区5、土壤质地与肥力（1）砂质土壤主要特性（优势粒级性质）砂粒大于50%；通气透水；养分少，不保水肥；易耕；温度变化快，暖性土；发小苗不发老苗。（2）粘质土壤主要特性粘粒高于30%；通气透水不良；保水保肥；养分含量高；升温慢，冷性土；耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物。（3）壤质土壤主要特性：粉粒大于30%，北方称为二合土；性质介于粘土与砂土之间。土壤质地剖面夹砂层夹粘层6、不同质地土壤的利用和改良（1）各种作物对土壤质地的要求（2）土壤质地改良a、增施有机肥料。增施有机肥料，提高土壤有机质含量，既可改良砂土，也可改良粘土，这是改良土壤质地最有效和最简便的方法。b、掺砂掺粘、客土调剂。c、翻淤压砂、翻砂压淤。d、引洪放淤、引洪漫沙。e、根据不同质地采用不同的耕作管理措施。思考题1、什么是原生矿物、次生矿物？2、试述岩石的几种风化作用。3、简述土壤的矿物组成。4、试述土壤质地与肥力的关系。5、简述土壤矿物质的化学组成。6、试述土壤质地的改良措施。7、土壤质地。