第一章土壤的形成和发育

第一章土壤的形成和发育教学重点了解主要成土矿物、岩石及其基本特性。

掌握风化作用的几种类型，影响物理、化学风化作用和生物风化作用的因素。

了解不同土壤母质类型的成因和特点。

正确理解岩石与母质的关系。

了解土壤的成土因素；熟悉主要成土因素在土壤形成过程中的作用，以及各成土因素之间的相互关系。

掌握自然土壤的形成过程和实质，并区别与农业土壤形成的不同之处。

第一节形成土壤母质的矿物岩石一、主要的成土矿物(一)矿物(mineral) 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。

有的矿物是由单一元素所组成的。

有的是由几种元素组成的化合物，它们具有一定的化学性质，内部构造和物理特性，并以各种形态， (固、液、气)存在于自然界中(二)成土的主要矿物1、原生矿物(primary mineral) 由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物，在风化过程中没有改变原来的化学成分和结构，只遭到物理性的破坏，而留存于土壤中。

在土壤中常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、磷灰石等。

2、次生矿物(secondary mineral)由原生矿物经过化学变化， (如变质作用和风化作用)形成的新矿物。

它的性质、成分、形态都发生了变化。

土壤中颗粒最细的粘粒大都是次生矿物，由于这些次生矿物颗粒很细，又称粘土矿物。

它们有高岭石、蒙脱石、水云母(伊利石) ，含水氧化物和二、三氧化物，铝土矿AI2O3・3H2O、褐铁矿2Fe2O3・3H2O、针铁矿等。

不同地理环境中次生矿物形成的一般模式二、成土的主要岩石(一)岩石(rock ) 的概念岩石是由一种或数种矿物组成的自然集合体。

由多种矿物集合而成的岩石称为复成岩，如花岗石就是一种复成岩，它是由石英、长石和云母以及少量的其它矿物组成的。

由一种矿物组成的岩石称为单成岩，如烧石灰用的石灰岩，就是一种单成岩，是由方解石一种矿物组成的。

(二)成土的岩石1 、岩浆岩(magmatic rock ) 火成岩岩浆岩是由地下的岩浆，经熔融作用以后上升到地表或地壳内，经过冷凝以后形成的岩石。

在地壳深处冷凝的叫侵入岩，岩浆流出地表形成的叫喷出岩。

(1)酸性岩含SiO2> 65%，有花岗岩、花岗斑岩、石英斑岩、流纹岩，主要含石英、长石等难以风化的矿物。

( 2)中性岩含SiO252%~65% ，有正长石、粗面岩，所含矿物以石英、长石为主，闪长岩、安山岩主要含斜长石，角闪石。

(3)基性岩含SiO245%~52% ，常见的有辉长岩、玄武岩等，含盐基丰富，无游离SiO2。

(4)超基性岩含SiO2 V 45%,常见的有橄榄岩、辉岩。

岩浆岩的共同特点是不具层理、不含化石，侵入岩多具大形的矿物结晶，喷出岩则具玻璃质结晶与气孔构造。

2、沉积岩（sedimentary rock）沉积岩是由地壳上早期形成的各种岩石，经风化、搬运、沉积、胶结作用形成的岩石。

其特点是有明显的层理，常含有化石、所含矿物成分极其复杂常见的有砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等。

3、变质岩（metamorphic rock）变质岩是由岩浆岩、沉积岩在高温高压下发生变质作用所形成的，其矿物组成、结构和化学成分较岩浆岩、沉积岩有显著改变。

一般特点是片状（或片麻状）组织，变质后的岩石较变质前致密、坚硬、比较不容易风化。

常见的有片麻岩、板岩、石英岩、大理岩。

主要成土岩石的风化和风化产物三、矿物岩石对土壤性质的影响（一）影响土壤颗粒的粗细如花岗岩、石英岩、片麻岩、含石英多、抗风化力强形成的土壤粗的颗粒多，土壤通气透水性好，保水保肥力差，由云母、角闪石、页岩、板岩、玄武岩形成的土壤粘重，其保水保肥性强。

（二）影响土壤的酸碱性石灰岩地区，岩石内含CaCO3 多，土壤为碱性、微碱性、花岗岩地区，由于含大量酸性硅酸盐土壤呈酸性反应。

（三）影响土壤养分状况如母质中含长石、云母较多时，土壤中遗留的钾素较多，含有磷灰石则土壤中磷素含量增加，含辉石、角闪石、橄榄石、褐铁矿、白云母等矿物。

土壤中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等养分物质较多。

含石英较多时，则土壤中养分贫乏。

第二节岩石矿物的风化与土壤母质一、风化过程（weathering porocess）（一）概念岩石风化指的是露出地面的大块岩石，在地表各种自然因素的作用下，逐渐由大块散碎成小块，同时化学成分也发生了改变，岩石所发生的这一切变化，就叫岩石的风化过程。

（二）风化作用的类型1、物理风化作用（physical weathering）岩石在外力影响下，机械地分裂成碎屑，只改变大小与形状，而不改变其成分的过程。

影响物理风化的因素（1）温度温度主要影响岩石的膨胀及收缩。

由于组成岩石的各种矿物具有不同的吸热和膨胀系数，因此，白天因增温而膨胀，夜间因降温而收缩的能力不均一，同时由于岩石导热率小，热量不易传导，白天岩石表面受热增温强度大于内部，夜间则相反，这样岩石的表面和内部因增温不均一就产生了上下交错的裂隙。

天长日久，岩石则破碎崩解。

如石英的膨胀系数为0.000036，正长石为0.000017，角闪石为0.000028，方解石为0.00002 。

（2）冻结主要使冰的体积增大，使岩石分裂成大小不同的多角形碎块，一旦岩石有了裂隙，水分便可进入其中促使裂隙扩大加速崩解作用，一般冻结后体积可增大1/11，所产生的压力可高达960kg/cm2 这种作用对含水的多的岩石（如砂岩含水10%~25%）特别明显。

（3）水分雨水冲刷的重力作用。

如屋檐下的砖被雨水滴成洞，河流两岸的岩石，由于浪击，被磨蚀。

（4）风将岩石表面的碎屑吹走，使岩石暴露，从而加速岩石的物理风化。

物理风化的结果，使紧密的实体变成了疏松的多孔体，给水分、空气进入创造了条件，风化产物较粗，形成的母质偏砂，石砾多，养分不易释放。

2、化学风化作用(chemical weathering)岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的改变，产生新的物质的过程。

影响化学风化的因素(1)水的溶解作用指矿物溶于水的作用，一般矿物不溶于水，但在大量水分和较高温度下，也可以使矿物的溶解度增大，尤其是当水中溶有二氧化碳(生物呼吸作用和有机物分解产生)而形成碳酸时，可大大促进矿物的溶解。

例：滑石的溶解度1：115000 云母1：340000石英1：10000(热水70°以上)据估计，地球上所有的河流每年把溶解状态的盐类带入海洋的量达40 亿公斤。

(2)水化作用无水的矿物与水接触后，生成含水矿物的作用。

常使矿物体积增大一半至一倍半，因而促进岩石崩解。

(3)水解作用是化学风化过程中最基本的，也是最重要的作用，当水中含有CO2 或其他酸类时，由于水的解离作用而产生氢离子。

3、生物风化作用(biological weathering) 生物风化作是指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石的风化作用。

生物风化作用具有重要的意义。

首先，没有生物的生命活动，大气成分中就不可能补充光合作用所消耗的大量的C02,没有C02化学风化就不能迅速进行，由于土壤中为数巨大的微生物生命活动的结果，每年可产生大量的C02，这样就加强了岩石的化学风化作用，其次更重要的是, 生物风化作用不仅使岩石破碎，分解，而且还能积累养分，创造有机质，发展土壤肥力。

二、土壤母质(一)土壤母质(soil parent material) 地表的岩石经过风化、搬运、堆积等过称所形成的在地质历史上最年轻的疏松矿物质层。

(二)母质的类型和特点1、残积母质(residual parent material) 由当地基岩风化而成的，残留在原地未经搬运的母质。

特点：从上到下，由细变粗跟基岩接近，本身的性质和化学成分和基岩一致。

2、坡积母质(slope parent material) 山坡上部的风化碎屑物质，经雨水或融雪水的冲刷，搬运到山坡中，下部堆积形成。

特点：由上到下，逐渐增厚，颗粒逐渐变细，透水通气性好，养分较丰富3、洪积母质(diluvial parent material) 由山洪所携带的泥砂冲刷到山前平缓地带，由于山洪的流速不同，形成扇形，称为洪积扇。

特点：分选性较差，颗粒粗细不同，洪积扇上部有大块砾石，细颗粒少，层次不明显，透水性能好，边缘沉积物质细，层次明显。

5、湖积母质(lacustrine parent material) 是湖泊的静水沉积物。

特点：质地偏粘、养分丰富、有机物含量高，淤泥厚，内陆地区有盐矿存在，改良后才能利用。

湖积母质6、风积母质(wind-blown parent material) 风力的搬运沉积而成。

我省雁北西南、西北沿黄河一带都是风积物。

特点：分选性强，砂粒磨圆度高，砂性大7、黄土(loess)、黄土性母质(loessal parent material) 黄土是第四纪地质时期的一种特殊沉积物。

特点：黄土为淡黄或暗黄色，土层厚度达数十米，粉砂质地，粗细适宜，通体颗粒均匀一致，疏松多孔，通透性好，具有发达的直立性状，含10%~15% 的CaCO3 常形成石灰质结核。

黄土中有新黄土，又称为马兰黄土（malan loess）。

形成时间晚，淡灰黄色，较疏松、无层理、石灰含量高，轻壤土。

老黄土是离石黄土（lishi loess）和午城黄土（wucheng loess）的总称，又称为红色黄土，形成时间早, 为棕黄色或红黄色，重壤土，有石灰结核。

黄土性母质又称次生黄土，是由马兰黄土经流水侵蚀，搬运后，再沉积而形成的。

特点：土层深厚，无明显层次，颗粒细小均匀，为棕黄色粉砂质粘土，具有棱柱状结构，并含有大量铁、锰结核及胶膜。

第三节土壤的形成一、成土因素19世纪末，俄国土壤学家B?B?道库恰耶夫对俄罗斯大草原土壤进行了调查，提出了土壤是地理景观的一面镜子，是一个独立的历史自然体；土壤是在母质、气候、生物、地形和时间的综合作用下形成的，这五大成土因素始终是同时地、不可分割地影响着土壤的发生和发展，同等重要和不可相互代替地参加了土壤的形成过程，制约着土壤的形成和演化。

随着农业生产的发展和科学技术的进步，人为因素对土壤形成的干预日益深刻和广泛，它在农业土壤的发展变化上已成为一个具有特殊重大作用的因素。

（一）母质因素母质不同于岩石，它已有肥力因素的初步发展，可释放出少量的矿质养分，但释放的养分分散难以满足植物生长的需要；母质疏松多孔，有一定的吸附作用、透水性和蓄水性。

母质又不同于土壤，其缺乏养分，几乎不含氮、碳。

母质是形成土壤的物质基础，是土壤的“骨架”，是土壤中植物所需矿质养分的最初来源。

母质中的某些性质，例如机械性质、渗透性、矿物组成和化学特性等都直接影响成土过程的速度和方向。

（二）气候因素气候支配着成土过程的水热条件，水分和热量不但直接参与母质的风化过程和物质的地质淋溶过程，而且更重要的是它们在很大程度上控制着植物和微生物的生长，影响土壤有机物质的积累和分解，决定着营养物质的生物学循环的速度和范围。