土壤基本物质组成-土壤矿物质

第二章 土壤基本物质组成
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
(一) 岩石的风化
1、地壳的元素组成 2、主要成土矿物、岩石 3、岩石的风化作用的类型 4、母质的类型及分布规律
第二章 土壤基本物质组成
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
1 、 地壳的元素组成
a. 主要成分是O、Si、Al 、 Fe四种元素。
b. 某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、 Cu、
B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在
坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。
第二章 土壤基本物质组成
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
岩石 ？？？ 土壤
风化
风化作用
成土作用
岩石
母质
土壤
第二章 土壤基本物质组成
海积母质 风积母质 黄土及黄土性母质 红土母质
坡积物
海积物
风积物：流动沙 地沙波纹（毛乌 素）
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
（二）土壤的矿物组成和化学组成
1. 土壤中的矿物组成
2. 土壤矿物质的化学组成 3. 土壤机械组成
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
（一）母质的概念
母质是指经各种风化作用形成的疏松、粗细不同的矿物
颗粒。它是岩石的风化产物,是形成土壤的基础物质。
（二）母质的形成与类型
母 质
残积母质（残积物） 指岩石经风化后的碎屑 就地堆积而成。 运积母质 指风化的碎屑经过地质 动力作用的搬运，在它 处重新沉积而成。
坡积母质 洪积母质 冲积母质
湖积母质
（约占土壤总容积的50%）
土壤水分(15%-35%)—主要由地 上进入土中，其中含有溶质，包 括离子、分子、胶体颗粒等，实 际上是浓度不同的溶液（土壤溶 液）。
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
第一节 土壤矿物质与岩石的风化
(一) 岩石的风化 (二) 土壤的矿物组成 和化学组成 (三) 土壤的机械组成
使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性 质，产生了一批新的次生粘土矿物，它们的颗粒很细，一般均 ＜0.001㎜，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粘 性和可塑性，并出现了毛管现象，有一定的蓄水性，同时也释 放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。
C.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。 1、根系的挤压；
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
土壤质地分类制
A、 国际制质地分类标准： 要点： a. 以粘粒的含量为主要标准，＜15%→砂土或壤土，15%25%→粘壤土 ＞25%→粘土。
b. 当粉粒含量达到45%以上时，在质地分类名称前要加冠“
粉质”字样，当砂粒含量达到55—85%时，在质地类别名 称前要加冠“砂质”字样。 c. 当砂粒含量＞85%时，直接称为壤砂土，＞90%→砂土。
物理性砂粒
物理性粘粒
粗 砂粒 中 细 粗 粉砂粒 中 细 粗 粘粒 中 胶粒
c. 中国制（暂拟方案）1987
名称
石砾 砂粒 粗砂粒
粒径（mm）
>1.0 1－0.25
细砂粒
粗粉粒 中粉粒 细粉粒 粗黏粒 黏粒
0.25－0.05
0.05－0.01 0.01—0.005 0.005－0.002 0.002－0.001 <0.001
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
2. 土壤矿物质的化学组成
土壤
第二章 土壤基本物质组成
元素 O Si Al Fe Ca Na K Mg Mn 地壳中 47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.10
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
土壤中 49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.085 元素 P S C N Cu Zn B Mo 地壳中 0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003 土壤中 0.08 0.085 2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
艾雅斯岩（Ayers Rock）
主要的成土岩石
(1)岩浆岩 (2)沉积岩 (3)变质岩
波浪
北爱尔兰巨人堤
澳大利亚十二使徒岩
布赖斯峡谷
美国国家公园拱门
羚羊谷
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
(1) 岩浆岩
又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷 凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。
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方解石 CaCO3
白云石 CaCO3·MgCO3
易风化，是土壤中碳酸盐和钙、镁的主要来源
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磷灰石 Ca5（PO4）3· （F，Cl）
风化后是土壤中磷素的主要来源
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
岩石：是由一种或几种矿物构成的，是矿物的天然 集合体。
地壳和土壤的元素组成
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。
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3. 土壤机械组成
（1）土壤粒级 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
1. 土壤中的矿物组成 A. 原生矿物(Primary mineral)
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
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化 (一）岩石的风化
2
、主要的成土矿物岩石
矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理
特性、内部构造的化合物或单质元素。它 是土壤矿物质的来源。
绝大多数：化合物、结晶质、固态的。 少 数： 单质、非结晶质、液态的。
按成因可分为:
(1) 原生矿物 直接来源于母岩的矿物，经过不同程度 的物理分化，未改变化学组成和结晶结构的原始成 岩矿物等。主要分布在土壤沙粒和粉粒中。 (2) 次生矿物 原生矿物经物理、化学风化作用，组成
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
国际制
国际制土壤粒级分级标准
粒级名称 石砾 砂粒 粉砂粒 粘粒 单粒直径（mm） >2 2—0.2 0.2—0.02 0.02—0.002 <0.002
粗砂粒 细砂粒
b.卡庆斯基土壤粒组分类表
粒组 石砾 粒径（mm） 3-1 1-0.5 0.5-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.001 0.001-0.0005 0.0005-0.0001 <0.0001
风化作用的类型
A. 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。
由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙
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
粉粒
粘粒
各级土粒的组成和性质 a：各粒级的矿物组成 石英，正长石、白云母——砂粒和粗粉粒
斜长石、辉石、角闪石、黑云母——细粉粒
次生矿物：层状硅酸盐Leabharlann Baidu物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化 物——粘粒
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
图示∶土壤颗粒大小与矿物类型的关系
各级土粒的组成和性质 b：各级土粒的化学组成 颗粒由粗到细 SiO2↓Al2O3、Fe2O3↑SiO2/R2O3↓。 养分含量：细土粒＞粗土粒，
Ca、Mg、K、P、S等
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
B.次生矿物(secondary mineral) 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
第二章 土壤基本物质组成
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第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
（2）土壤质地
土壤质地：土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合。
三元制：根据砂粒、粉粒、粘粒三粒级的含量来确定土壤质地。 比如美国制、国际制及其它大多数质地分类制。 二元制：根据物理性砂粒和物理性粘粒的含量来确定土壤质地 。比如卡庆斯基质地制。
第二章 土壤的基本物质组成
YangZhou University
矿物质(38%) —来自岩石的风化， 包括原生矿物和次生矿物，约占 固体重量的95%以上。
固体土壤
（约占土壤总容积的50%）
土 壤
粒间孔隙
有机质(12%)—动物残体及其转 化产物，约占固体重量的5%以 下。 土壤空气(15%-35%)—一部分由 地上大气层进入，主要为O2 、 N2 等，另一部分由土壤内部产 生，主要为CO2、水汽等。
共性：没有碎屑的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。 例如: 玄武岩、石英、花岗岩、正长岩
花岗岩
喷出性岩浆岩
玄武岩
侵入性岩浆岩
（2)沉积岩
又称次生岩，是裸露于地表的各种类型的岩石经风 化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再 经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残 骸堆积沉积而成。
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
生物风化结果
一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物 中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时 累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用， 也就意味着成土作用的开始。
4.母质的类型及分布规律
共性：有层次排列；矿物成分非常复杂，含化石。
沉积岩
(3)变质岩
指各类岩石受高温作用或受岩浆侵入发生接触变质，使
原来岩石中的矿物重新排列，重新结晶而成的岩石。
共性：构造上具有定向排列，致密坚硬，片状组织，不
易风化
例如：常见的有大理岩、片麻岩、片岩、板岩、石英岩等
变质岩
3.岩石的风化
岩石的风化作用：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。所产 生的疏松物质就是土壤母质。
黑云母 KH2(Mg，Fe)3AlSi3O12
白云母抗分化、黑云母易分化，均形成粘粒，是土壤中 钾素和粘粒的主要来源
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普通角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12
辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6
易风化，风化后形成粘粒，并释放出盐基离子
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橄揽石（Mg，Fe）2SiO4
易风化，风化后形成蛇纹石
第二章 土壤基本物质组成
土壤质地三角图
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
先找到该颗粒的 定点（100%），按 3个粒级含量分别做 各顶点对应的三角
粘粒
形的3条底边的平行
线，3线相交点，即 为所查质地区。
粘粒20%
粉粒40%
砂粒40%
砂粒
粉粒
第二章 土壤基本物质组成
土壤质地手测法
第 一 节 土壤矿物质与岩石风化
和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。
石 英 SiO2
不易分化，使土壤中砂粒的主要来源
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正长石
KAlSi3O8
斜长石
Na（AlSi3O8）· CaAl2Si2O8）
较易风化，风化后产生高岭土、二氧化硅和盐基物质， 正长石含钾较多， 是土壤中钾素和粘粒的主要来源
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白云母 KAl3Si3O10(OH)2
砂土：能见到或感觉到单个砂粒。干时抓在手中，稍松开后即 散落；湿时可捏成团，但一碰即散。
砂壤土：干时手握成团，但极易散落；润时握成团后，用手小
心拿不会散开。
壤土：干时手握成团，用手小心拿不会散开；润时手握成团后， 一般性触动不至散开。 粉壤土：干时成块，但易弄碎；湿时成团或为塑性胶泥。湿 时以拇指与食指撮捻不成条，呈断裂状。
风蚀柱示意图
风蚀蘑菇示意图
风蚀残土墩
风蚀根露
风蚀留砾
魔鬼城
B. 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。
化学风化的结果
粘壤土：湿土可用拇指与食指撮捻成条，但往往受不住自身