第一章 土壤矿物质

化学风化特点：
化学风化作用必须有水参与。 化学风化作用可以使岩石矿物的颗粒进 一步变细、并改变其化学成分。 化学风化的产物可以分为三类： ---简单盐类； ---次生矿物； ---含水的硅铁铝的氧化物
（三）生物风化作用
岩石在生物的作用下发生破碎、分解的过程称为 生物风化。
1、根系的挤压； 2、土壤中各种动物对岩石 引起的机械破碎作用。
• 颗粒分布很有规律：上游粗、下游细；靠河
床粗、远离河床细；层理常见。
• 该母质上形成的土壤，土层深厚、养分充足， 是重要的农业土壤资源。
河流沉积二元结构，延庆盆地
5、湖泊沉积母质
• 湖泊的静水沉积物。 • 分布在湖泊和大的洼淀周围，由湖水泛 滥沉积下来的沉积物。 • 颗粒较细、主要是粘土、富含有机质、 层理不明显；人工开垦后可以成为肥沃 的农田。
溶解作用，水化作用，水解作用，氧化 作用
1、溶解作用
：指岩石矿物溶解于水的作用。
CaCO3+H2O+CO2 Ca2++2HCO3-
•矿物的溶解度差异很大 •在漫长的时间中，溶解的量是可观的
•水中的有机酸或无机酸可以促进矿物的溶解
•常见矿物的溶解度顺序是： 石盐>石膏>方解石>橄榄石>辉石>角闪石>滑 石>蛇纹石>绿帘石>正长石>黑云母>白云母>石 英
引起物理风化作用的因素很多，主要有： ★ 温度作用 岩石受热后引起表层和内部热胀 冷缩不同引起。 ★ 冰作用 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。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。 ★ 风的作用 ★ 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。
3、水解作用--最基本、最重要
是指水分子解离出的氢离子与矿物中的盐基离子 所起置换作用。
• • • • •
水解作用是最主要的化学风化作用。 温度升高，水的电离度升高，水解作用加强。 CO2显著提高水的水解能力； 热带亚热带地区的水解作用比高寒地区强的多。 在合适的条件下，水解作用可以使矿物彻底分 解成简单的氧化物。
风化过程是形成土壤母质的先决条件 ,按风化作 用的因素和特点分为：物理风化、化学风化、和生 物风化。
（一）物理风化 指在物理因素作用下,岩石,矿 物破碎崩解成大小不同的颗粒而不改变其化学 成分的过程.它为进一步风化提供了条件。
• 物理风化作用的结果，使岩石矿物
破碎，产生新的物理性质，使岩石
获得了对水的通透性，为化学风化 创造了条件。
*
土壤中 0.085 0.08 0.085 2.0 0.1 0.002 0.005 0.0008 0.001 0.0003
* 根据克拉克等(1924)、费尔斯曼(1939)和泰勒(1964)的估计,地壳的化学元素组成与此表稍有不同,但总 的趋势是一致的。
元素分布规律
（1）氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多 的二种元素铝、铁次之，四者相加共占88.7 ％的重量。在组成地壳的化合物中，以硅酸 盐最多。 （2）在地壳中，植物生长必需的营养元素 含量很低而且分布很不平衡。
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按矿物化学成份分类：共分三类 第一类：硅酸盐类矿物： 正长石、斜长石、白云母、黑云母、角闪石、辉石、 橄榄石、高岭石 第二类：碳酸盐类矿物：方解石、白云石等， 已知 有近80多种矿物，他们占地壳重量的1.7％，其中 分布最广的是Ca和Mg的碳酸盐。 第三类：氧化物和氢氧化物矿物： 氧化物矿物有200多种，约占地壳重量的17％，如， 石英约占地壳重量的12.6％，铁的氧化物约占地壳 重量的3.4％，这类矿物有，石英，赤铁矿、褐铁 矿、磁铁矿。
风积体：流动沙地沙波纹（陕西省榆林市毛乌素沙漠）
8、黄土性母质
• 成因：黄土是由风搬运沉积的 第四纪（近一二百万年内的地质年 代）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
• 拒统计，全球陆地上的4%的面 积被黄土覆盖，我国是世界上 最大的黄土覆盖区，除部分为 风积的原生黄土外，大部分为 流水搬运而再沉积的次生黄土。
3、藻类、地衣、苔藓保
蓄水分，加强化学风化；
4、呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。
第二节 风化产物的新性质和类型
一、风化产物的新性质
1通气透水性、保水保肥性 2不溶状态的营养元素从岩石矿物中释放出来 3养分元素与植物需要不相适应
二、母质的类型 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。
1、残积母质
• 就地风化而未经搬运的岩石风化产物。 • 主要分布于山地丘陵上部比较平缓的地 带。通常较粗，疏松，通透性好。 • 特点：层次薄，其性质与母岩关系密切。 其组成和性质自表层到基岩是逐渐过渡 的。表层质地较细，往下渐粗。
2、坡积母质
• 指山坡上部的风化母质，在重力或流水作用 下移动沉积在山坡的中部、下部的沉积物。 • 分布在山坡或山麓。 • 坡积物的性质取决于山坡上部的岩石，与下 部基岩无过度关系。 • 颗粒大小不一、无明显层理。在山坡上部， 堆积层较薄，颗粒较粗；在山坡下部，堆积 层较厚，颗粒较细。
的，而是有几种成因共同起作用。如： 残积-坡积母质，坡积-冲积母质等。
第三节
一、土壤粒级
土壤的机械组成
土壤的固体颗粒简称为土粒。在自然状况下， 这些大小不一的土粒有的单个地存在于土壤中， 称为单粒；有的则相互黏结成为集合体，称为 复粒。
♥粒级的概念根据土粒的当量直径把土粒由粗 粒到细粒划分成几组，这些等级即为粒组或粒 级。同组的土粒性质基本相近。 ♥（土壤颗粒的大小分级简称粒级）
长石
粘膜
粘膜
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石英
石英
长石
石英
斜长石
有效粒径和当量粒径
• 岩石是一种或数种矿物的天然集合体。根据 其成因可分为三类： • （一）岩浆岩
• 指地球内部熔融岩浆浸入地壳的一定深度或 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
玄武岩
岩浆岩：玄武岩
安山岩
流纹岩
（二）沉积岩 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%。 砂岩、砾岩、页岩、石灰岩。 共同特点是：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。
第一章
土壤矿物质
矿物质 38%，(95%)
有机质 12%，(5%)
溶液 (15-35%)
空气 (15-35%)
第一节 岩石的风化
岩石风化形成的矿物颗粒统称土壤矿物质。
• 一 、 地壳的元素 组成 • 地壳的成分极其复 杂，几乎包括绝大 多数已知元素，但 以氧、硅、铝、铁 四种元素为主。
表 1-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%） （维诺格拉多夫，1950、1962） 元 素 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H 地壳中 47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.45 (0.15) 土壤中 49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.40 ? 元 素 Mn P S C N Cu Zn Co B Mo 地壳中 0.10 0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003 0.003
黄土母质
黄土母质特点
颜色淡黄或暗黄色,质地轻且疏松多孔，通透性好，颗粒以 粗粉粒为主，约占50%以上； 易受侵蚀； 富含碳酸钙,有时含新生体（土壤呈中性至微碱性反应）； 垂直节理发育（有直立性）。
由于侵蚀作用而形成的高度破碎的黄土地貌
黄土母质：峁边线
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• 自然界存在的母质，其成因往往不是单一
（3）土壤矿物的化学组成反映了成土过程 中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。
• 二、 主要成土矿物 • 矿物的概念:
矿物是指天然存在于地壳中，具有
一定的化学成分、物理性质和内部
结构的单质或化合物。
• 矿物的种类： • 按矿物成因分类：原生矿物和次生矿物两大类 • （1）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。 特点：颗粒粗大，呈结晶态。 • （2）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。如蒙脱石、高岭石等。 特点：颗粒比较细小，一般以胶体的分散状态 存在。
沉积岩
页岩
（三）变质岩
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，以至化学 成分发生剧烈改变后形成的。 共性是：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
火山爆发
意大利庞贝城被岩浆吞噬后人们的遗体
• 四、岩石的风化 • 风化(weathering)是指岩石、矿物在外 界因素和内部因素的共同作用下，逐渐 发生崩解和分解的过程。
含Ca Mg矿物的水解作用 白云石 MgCO3+H.HC03 Mg(HCO3)2 含钙的方解石，其水解作用反应： CaCO3+H.HC03 Ca(HCO3)2
4、氧化作用 空气中的氧在湿润的条件下，对矿物的氧化作 用,促使矿物风化。 氧化作用在水的参与下完成，湿润地区的氧化 作用更强烈。
2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁)
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二氧化硅凝胶（玛瑙）
石
英
紫水晶
烟水晶
正长石 KAlSi3O8
正长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料，也可用于制取钾肥
斜长石
橄揽石（Mg，Fe）2SiO4
石膏
CaSO4·2H2O 2CaSO4·H2O
白云母
黑云母
方解石 CaCO3
肾状赤铁矿（Fe2O3）
• 三、成土的主要岩石
图2-18 由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙
图2-17 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
风蚀残土墩
风蚀根露
风蚀留砾
魔鬼城
（二） 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。
化学风化作用包括如下几种作用：
6、浅海沉积母质
• 海边的海相沉积物。由于海岸上升或江河入
海的回流淤积物露出水面而形成。
• 其主要物质来源是内陆河流携带来的泥沙。
• 质地变异大，粗细不一，粗的养分少，细的
养分多。都含有盐分。
• 要开垦利用，必须解决洗盐问题。
7、风积母质
• 由风力将其他成因的堆积物搬运沉积而成。 • 在干旱地区分布比较普遍。滨海地区也有 风积物。 • 土层厚，质地粗，颗粒粗细均匀，层理分 明，养分水分缺乏。 • 这些沙荒地是土壤改良中的重点工作之一。
含钾矿物的水解作用
2KAlSi3O8 + CO2 + 2H2O (正长石) H2Al2Si2O8 H2O + 2SiO2 + K2CO3 (高岭石) (含水二氧化硅) (钾盐)
含磷矿物的水解作用
Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2 (磷灰石) Ca(H2PO4)2 + 2CaCO3 (磷酸二氢钙)
二、母质的类型
由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位不 同，因而类型有区别，分为以下几种类型：
母
残积母质（残积物）指岩石经风化后的碎屑就地堆积而成。 坡积母质
质
运积母质
洪积母质
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
冲积母质
湖积母质 海积母质 风积母质 黄土及黄土性母质
3、洪积母质
• 在山洪的作用下移动沉积在山前的坡麓、 山口及平原边缘的沉积物。 • 洪积物常形成洪积扇地形。
• 颗粒大小不一。在山口处以砾石、粗砂为 主，层次不明显。向外逐渐过渡为细砂和 粘土，层次相对明显,水分条件好，肥力水 平高。
4、河流冲积母质
的沉积物。
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• 风化的碎屑物，经过河流长距离搬运而沉积 • 分布在河流两岸。
溶洞
2、水化作用
岩石中的矿物与水化合成为新的含水矿物的过 程，称为水化作用。 •实质是水分子进入矿物晶格。
•水化作用使矿物体积增大、硬度降低、溶解度 加大，有利于进一步的风化崩解。
CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O (硬石膏) （石膏） 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 3H2O (赤铁矿) (褐铁矿)