第章土壤矿物质土粒-土壤肥料学

第一章土壤矿物质土粒第一节形成土壤母质的矿物、岩石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。一、主要的成土矿物（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。矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。形成岩石的矿物称为造岩矿物。自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。（二）矿物的类型矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.原生矿物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。次生矿物原生矿物经物理、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。硅酸盐类氧化物类硫化物类磷化物类1.原生矿物次生硅铝酸盐矿物氧化物类矿物有结晶和非结晶两种简单盐类矿物2.次生矿物(三)主要成土矿物的性质一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩和变质岩中也常见。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英的伴生矿物是云母、长石。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤，含盐基少，形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。石英正长石KalSi3O8晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解理，硬度6.0。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。伴生矿物为石英、云母等。正长石易风化，风化后形成粘土矿物高岭石等，可为土壤提供大量K养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9％。斜长石Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，完全解理，硬度6．0～6．5。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。伴生矿物主要是辉石和角闪石。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。白云母KH2Al3Si3O12常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2．0～3．0。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母主要分布在花岗岩、片麻岩和结晶片岩中，伴生矿物是石英、正长石等。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母。角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～6.0,角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中。在岩石中呈针状或纤维状。伴生矿物为正长石、斜长石和辉石，角闪石易风化，风化产物为粘土矿物。普通角闪石Ca（Mg，Fe）3Si4O12呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5．5。辉长岩和玄武岩中，在岩石中多呈晶粒状。伴生矿物为角闪石、斜长石、辉石等，较角闪石难风化，风化物为粘土矿物，富含Fe。辉石Ca（Mg，Fe）Si2O6普通辉石橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄榄石为超基性岩的主要组成矿物，伴生矿物为斜长石、辉石，不与石英共生，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。蛇纹石呈污绿色，玻璃光泽或油脂光泽，断口上有时呈蜡状光泽，比重2．5，硬度2．0～4．0。橄揽石（Mg，Fe）2SiO4方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。无色透明者称冰洲石。方解石分布很广，是大理岩、石灰岩的主要矿物，常为砂岩、砾岩的胶结物，也可在基性喷出岩气孔中出现。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。方解石CaCO3绿泥石种类多，成分变化大，结晶体呈片状、板状，一般呈鳞片状存在。暗绿色至绿黑色。完全解理，玻璃光泽至珍珠光泽。绿泥石由黑云母、角闪石、辉石变质而成。存在于变质岩中，如绿泥石片岩。较难风化，风化物为细粒。绿泥石（Mg，Fe）5Al（AlSi3O10）（OH）8白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。白云石CaCO3·MgCO3磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，不完全解理，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。磷灰石Ca5（PO4）3·（F，Cl）石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度2．0，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。石膏CaSO4·2H2O8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。二、主要成土岩石（二）岩石的概念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。岩浆岩的类型:岩浆岩深成岩浅成岩喷出岩侵入岩（二）岩石的类型主要的岩浆岩酸性岩SiO2含量在65％以上如花岗岩,流纹岩中性岩SiO2含量52％～65％如闪长岩,安山岩基性岩SiO2含量45％～52％如辉长岩,玄武岩超基性岩SiO2含量小于45％如橄榄岩脉岩如伟晶岩侵入性岩浆岩喷出性岩浆岩玄武岩花岗岩2.沉积岩沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。以颗粒大小分为:砾状结构(如砾岩),粒状结构(如沙岩),中粒状结构(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)主要的沉积岩:角砾岩,砾岩,砂岩页岩,石灰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。3.变质岩(三)主要的变质岩:岩片,麻岩,石英,岩板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩第二节矿物岩石的风化作用与土壤母质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、风化作用的概念和类型（一）风化作用概念（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）岩石的层状剥落示意图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。★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。2.化学风化作用岩石和矿物在大气，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。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。●水解作用指矿物与水发生反应而分解的作用。3.生物风化作用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：●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。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。▲▲上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,只是在不同的外界条件下各有侧重。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、土壤母质的形成及我国的主要成土母质（（一）母质的形成2.坡积物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。5.湖积物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。8.黄土及黄土状物质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。10.冰川沉积物和冰水沉积物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的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。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。第三节土壤矿物质土粒的组成及特性一、粒径对矿物质土粒的矿物组成与化学组成的影响土壤中的各种固体颗粒简称土粒。分单粒和复粒。二、矿物质土粒的大小分级（一）粒级的概念粒级（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)。（二）粒级的分类粒级分类常用的标准有以下三种：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：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：3.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：三、矿物质的机械组成和质地分类（一）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。（二）土壤质地分类制1.国际制土壤质地分类：是一种三级分类法，即按砂粒、粉粒、粘粒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。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：1.