1、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。自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或气态。矿物可以是单一元素所组成的单质矿物，也可
2、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。,（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（主要来自火成岩或变质岩）。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(粘土矿物、氧化物矿物）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,次生铝硅酸盐矿物,氧化物类矿物,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
3、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K(AlSi3O8）,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（Al2S
4、i2O8）,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6.06.5。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KH2AlSi3O12 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2.03.0。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
5、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5.06.0,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,Al)Si2O6,普通辉石,橄榄石呈
6、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2.04.0。,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
7、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 CaC
8、O3MgCO3,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CaSO42H2O8,岩石 是一种或几种矿物组合而成的天然集合体。岩石都有一定的矿物组成、结构和构造。,二、主要成土岩石,（一）岩石的概念,1.岩 浆 岩岩浆岩（火成岩）是地球内部岩浆侵入地壳或喷出
9、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5265 如闪长岩,安山岩,基性岩SiO2 含量4552 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:
10、角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如粒岩) 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。主要的变质岩：片麻岩，石英岩，板岩，千枚岩，大理岩,3.变质岩,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自然环境中的各种外力作用下所产生的物理、化学变化。,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
11、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）,引起物理风化作用主要因素：,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 主要指风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。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。,物理风化的结果：岩石由大变小，再变细碎；岩石的矿物组成和成分没有发生改变，但岩石的透气透水性却
12、发生了巨大的变化，为进一步风化创造了必要的条件。,2、化学风化岩石和矿物在大气、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。特点：岩石进一步破碎变细，矿物组成和化学成分发生了改变，产生新物质。影响因素：H2O、CO2、O2,主要的化学风化：,溶解作用 指岩石中的矿物溶解于水中的作用。一般情况下矿物很难溶于水，但当水的量足够大或水的温度较高时，矿物的溶解度会因此而改变。 水化作用 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。经过水化作用后的矿物，体积增大、硬度下降，更易于崩解破碎，进一步促进化学风化的进行。 水解作用 指矿物与水发生反应而分解的作用。实质是水中解离的氢离子与岩石
13、矿物中的碱金属或碱土金属起置换反应。水解作用使矿物彻底分解，引起岩石内部矿物的组成和性质彻底的改变。水解作用是化学风化中最主要、最基本的作用。, 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。实质上这是一种特殊的水解作用。氧化作用 岩石中的很多矿物（含变价元素的）都能被自然界的氧氧化生成新矿物。氧化作用的结果不仅使岩石、矿物的体积增大、硬度下降，而且还有可能产生各种酸，腐蚀原来的岩石，继续对其他矿物进行分解，从而加快岩石的风化。,化学风化的结果：（1）岩石进一步崩解破裂变细，颗粒直径一般小于0.001mm； （2）使母质开始具有吸附能
14、力、粘结性并出现毛管现象，有一定的蓄水性； （3）彻底改变了原来岩石内部矿物的化学组成和性质； （4）释放出了一些简单的可溶性盐物质，成为植物养料的最初来源。,3.生物风化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。它能使风化产物中的植物营养元素在母质表层集中，同时累积了有机质，发展肥力。生物开始参与岩石矿物的风化作用标志着土壤成土过程的开始,生物风化作用主要有三个方面： 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、动物穴居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。生物的生物化学作用 引起岩石化学
15、风化的CO2、O2，同时也是生物体生命活动的产物。,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。一般说来，在湿热的南方以化学风化和生物风化为主，风化较彻底，风化后形成颗粒较细的粘粒；在干寒的北方主要以物理风化为主，风化度浅，风化后形成的矿物颗粒较大。,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。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.
16、 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
17、 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（一）概念 土粒：指的是土壤中的各种固
18、体颗粒。 单粒：岩石矿物风化的碎片、屑粒，完全分散时可单独存在。又称为矿质土粒或矿质颗粒。 复粒：各种单粒在物理化学和生物化学作用下复合而成的粘团、有机矿质复合体和微团聚体。,（二）土壤颗粒粒径对土壤颗粒成分的影响,粒径（主要是单粒的）对土壤颗粒的矿物组成与化学组成有重要的影响。因此，矿质土粒粗细不同，所含的植物营养元素也就有差别了。粒径粗的矿物质土粒主要由原生矿物组成，石英占的份量最多；粒径细的矿物质土粒主要由次生矿物组成，石英所占的份量逐步减少，铁、铝氧化物的水合物逐渐变多。,二、矿物质土粒的大小分级（一）粒级的概念通常根据矿质土粒的大小及其性质上的差异，将土壤颗粒划分为若干组，称为土壤粒
19、级(粒组)。（二）粒级的分类目前，粒级分类常用的标准有以下三种：国际制、卡庆斯基制、中国制。,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。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毫米的土粒称为物理性粘粒。3、中国制 中国科学院南京土壤所等单位，按我国习惯用的标准，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。,三、矿物质土粒的机械组成
20、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。土壤质地是一种较为稳定的属性，主要继承了成土母质的类型和特点，当然也受人类活动的影响。一般分为砂土、粘土和壤土三大类。,（二）土壤质地分类制,1、国际制土壤质地分类 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。,粘粒质量分数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
21、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。,3.我国土壤质地分类 近来中国科学院主编的中国土壤一书中，介绍了我国土壤质地分类方案(20世纪70年代邓时琴)。,四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良 （一）不同质地土壤的肥力特点和利用,1砂土类,砂质土，土粒间多为大孔隙，土壤通透性良好，排水快；由于缺乏小空隙（毛管孔隙），蓄水抗旱能力差；主要矿物为石英，缺乏养分元素，土壤保蓄养分能力差，施肥时肥效来的快而猛，但不持久；
22、砂质土水少气多，土温变化大，温度高而不稳的状态。种子萌发出苗快，发小苗不发老苗，但如果根据它的优点，种植生长期短而耐瘠薄的作物，如高粱、芝麻、花生等作物，并逐年加以调剂改良，也能发挥其生产潜力。在制定生产措施时应加以注意。,2粘土类,粘质土，毛管孔隙发达，但大孔隙少，土壤透水通气性差，不耐涝；虽然持水量很大，但水分损失快，不耐旱；含矿质养分丰富，但通透性差，不利于有机质的分解；土壤保肥能力强，肥效慢，稳而持久。在粘土上育苗，顶土弱的种子不易发芽出苗，可能产生缺苗断垄的现象。在小苗生长期，由于土壤温度低，透气难而又紧实，限制幼苗根系伸长，小苗表现瘦弱矮黄。但生产后期，根系开始扩张，供水供肥能力强
23、，所以生长旺盛，控制不好甚至贪青晚熟。与砂土相反，这种土“发老苗不发小苗”。宜种植禾本科作物如小麦、水稻、玉米等。,该土类由于砂粘适中，大小孔隙比例适当，通透性好，保水保肥性好，养分含量丰富，有机质分解快，保肥性能也强，土性温暖，耕作方便，宜耕期长，耕作质量好，发小苗也发老苗，故适宜种植各种作物。,3壤土类,（二）不同质地土壤的改良,1、客土法 客土是改良土壤质地的较有效的方法。一般要就地取材，因地制宜。在砂地附近有粘土或胶粘土、河沟淤泥，可采用搬粘压砂的办法；粘土地块附近有砂土或河砂可采用搬砂压泥的办法，通过耕作使砂粘掺合。逐年改良达到三成泥七成砂或四成泥六成砂的范围内。,2、施有机肥/种植
24、绿肥 有机肥料中，含有大量有机质，有机质的粘结力和粘着力都比砂粒强，而比粘粒弱。施用有机肥可以克服砂土过砂，粘土过粘的缺点；有机质还可改善土壤结构状况，使土壤松紧程度、孔隙状况、吸收性能都得到改善，从而提高土壤的肥力。,3、耕翻法 砂土表层下不深处有淤泥层，称为夹粘层，粘土表层下不深处有砂土层，称为腰砂地或隔砂地，对作物生长都不利。改良这种土壤，可采取表土“大锅盖”的办法，把表土翻到一边，然后把下层的砂土或粘土翻到表层来，上下砂粘土层搅棍掺和，调剂土质。深翻的深度，应根据砂层粘层的具体位置而定,4、引洪放淤， 引洪漫砂 在洪水地区可以引洪放淤，引洪漫砂，这是改良土壤质地行之有效的办法。山西省河曲县曲峪大队， 引洪淤没河滩，压住了砂石，淤平了河滩，使沙石荒滩变成4000亩好地，亩产800多斤。陕西省榆林地区群众创造了“引水拉砂”、“引洪淤地”的治砂办法，选出了数万亩良田。,思考题,1. 简述风化作用的概念、类型、特点。 2 试述岩石、母质、土壤三者的区别与联系3 矿质土粒和土壤质地是如何分类的？4 试述土壤质地与土壤肥力间的关系？ 5 如何对不同质地的土壤进行改良和利用？,
