土壤学课件第2章土壤矿物质

,第二章土壤矿物质,一、矿物、岩石的概念,矿物：天然产生于地壳中的单质和化合物，是组成岩石的基本单位。矿物的种类很多，共约3300多种以上。成土矿物、肥料和土壤改良剂来源的矿物,第一节岩石的风化和土壤形成,岩石：一种或数种矿物的集合体。岩浆岩沉积岩变质岩,*、几种主要岩石的类型和特性,岩浆岩岩浆岩：指地球内部熔融岩浆上浸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,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%。,共性：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。,变质岩变质岩：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、构造,以至化学成分发生剧烈改变后形成的。,共性：一般具有片理及片麻构造；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。,土壤中的矿物质占固体部分的95%以上，是土壤的骨胳，对土壤的理化性质有重要影响。元素周期表中的全部元素，主要20余种。,土壤的元素组成（%）：,土壤与地壳元素组成相似；均以铝硅酸盐为主。成土过程中，C、N积聚明显。氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多的二种元素,铁、铝次之，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。在地壳中，植物生长必需要的营养元素含量很低而且分布很不平衡,土壤矿物质的主要元素组成,原生矿物直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源；在风化过程中没有改变化学组成的原始成岩矿物，如石英、长石、云母等。次生矿物在风化过程中新形成的矿物。如高岭石，蒙脱石、氧化铝等。,结晶状态,结晶质非晶质,矿物来源,土壤中的矿物组成,*土壤中主要的原生矿物,（一）长石类矿物正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。斜长石（二）云母类白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。黑云母也是钾元素的来源，更易分解，风化。（三）角闪石与辉石类矿物含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。（四）石英矿物不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。,（五）氧化铁类矿物磁铁矿（Fe3O4），具磁性。黄铁矿（FeS2），分解后形成硫酸盐。（六）磷酸盐类矿物磷灰石是制造磷肥的主要原料，是植物磷元素的主要来源。（七）方解石（CaCO3）方解石是土壤中碳酸钙的主要来源。,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。,二、风化的概念和类型,（一）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，特点是成分未变主要是温度引起岩石的热力学变化-昼夜温差、冻结。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,【魔鬼城】,雅丹地貌现泛指干燥地区一种风蚀地貌，河湖相土状沉积物所形成的地面，经风化作用、间歇性流水冲刷和风蚀作用，形成与盛行风向平行、相间排列的风蚀土墩和风蚀凹地（沟槽）地貌组合。,是丝绸古道西出敦煌进入西域北道和中道的必经关口,（二）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。1、溶解作用:岩石溶解于水中的作用,CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3-,2、水化作用:,CaSO4+2H2OCaSO42H2O(硬石膏)（石膏）,Fe2O3（赤铁矿）红色2Fe2O3H2O（赤褐铁矿）浅红棕色Fe2O3H2O（针铁矿）棕色2Fe2O33H2O（褐铁矿）棕黄色Fe2O32H2O（褐铁矿）黄色,指矿物与水化合成为一种含水矿物的作用。水化后的矿物往往体积增大，成为易于崩解的疏松状态。,石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为可溶性的碳酸氢钙。,3、水解作用-最基本、最重要,4、氧化作用,2KalSi3O8+CO2+2H2OH2Al2Si2O8H2O+2SiO2+K2CO3(正长石)(高岭石)(含水二氧化硅)(钾盐),Ca2(PO4)+2H2O+2CO2Ca(H2PO4)2+2CaCO3(磷灰石)(磷酸二氢钙),2FeS2+16H2O+7O22FeSO47H2O+2H2SO4(黄铁矿)(硫酸亚铁),指水分子解离出的氢离子与矿物中盐基离所起的置换作用,指大气中的氧与矿物发生的作用,（三）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；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。,图2-21植物根的机械破坏作用,三、风化物类型和特点,1、成土母质：矿物岩石经各种风化作用后形成的疏松多孔体2、土壤母质与岩石和土壤相比，有很大区别。母质有别于岩石，其颗粒小，单位体积或单位质量的表面积增大，颗粒间多孔隙，疏松，有一定的透水性、通气性及吸附性能。母质所具有的这些肥力因素还远远不能满足植物的需要。3、母质类型岩石矿物风化形成的母质，有的就地堆积，但大多数是在重力、水流、风力、冰川等外力的作用下搬运到其他地方，形成各种沉积物，有的甚至经过多次搬运沉积。,四、土壤的形成和土壤剖面的发展,土壤形成过程是地壳表面的岩石风化体及其搬运的沉积体，受其所处环境因素的作用，形成具有一定剖面形态和肥力特征的土壤的历程。,它是由母质、气候、地形、生物、年龄五大成土因素推动下长期相互作用形成的历史自然体,土壤形成过程中的剖面发育,土壤发生学土层土体构型,颜色质地结构新生体,长2m宽1m深1-1.5m,自然土壤剖面示意（传统代号为例）,淋溶层（A）：有机质的积聚层和物质的淋溶层。最为重要的发生学土层，任何土壤都具有这一土层,淀积层（B）：物质淀积作用造成。来自土体上部或下部地下水的上升。发育完全土壤具备这一土层,母质层（C）：没有产生明显的成土作用的土层。母质,A，B，C是土壤中的基本发生层,耕作层（表土层）：15-20cm,疏松多孔，有机质含量高犁底层（亚表土层）：10cm,片状结构，通气透水不良心土层：20-30cm，保水保肥的重要土层，作物后期供水底土层（生土层）：一般在表土50-60cm以下,旱地,农业土壤的土体构型,水稻土,耕作层（Aa)：12-18cm,多锈斑犁底层(Ap)：10cm,片状，青灰色，也多锈斑，可防止水分渗漏过快渗育层(P)：季节性灌溉水渗淋下形成的，它既有物质的淋溶，又有耕层中下淋物质的淀积，10-20cm,棱柱状，（水耕淀积层，白土层）潴育层(W)：淀积层，位于P以下，地下水位周期性变化，明显的棱块状结构，有大量锈斑，铁锰结核，粘粒含量高，水稻土的淀积层可以作为一个诊断层划分出来潜育层(G)：青泥层，水温土温过低，长期被水饱和，通透性不良，还原物质积聚,游离铁活化度高，土体呈灰绿、灰蓝和灰色的矿质层母质层（C）,潴育,潜育,*水稻土按据水文状况分为：,淹育型水稻土：由于所处地势高，地下水位低，形成稻田时间短，水耕熟化程度较低，犁底层浅薄，有的尚未形成，底土层仍保持母土性状，剖面构型为A-P-C或A-C型。渗育型水稻土：季节性灌水、土壤长期受侧渗水或下渗水强烈漂洗，铁、锰和粘粒等物质淋失，渗育层厚离20cm以上，养分淋失，土壤贫瘠化，剖面构型为A-P-E-C、A-PE-E-C或A-P-W-E型。潴育型水稻土：水耕时间长，土壤熟化程度高，不存在干旱、涝渍、咸、酸、毒等土壤障碍因素，耕作层下面有完整的犁底层，犁底层下面有发育良好的潴育层20cm，局部氧化还原明显，“鳝血”，潴育层下是潜育层或母质层。剖面构型为A-P-W-G或A-P-W-C型。潜育型水稻土：因地势低，地下水位高，或因水利设施不完善，雨季排水不畅，使土壤剖面较高层次出现潜育层，潜育层在缺氧条件下，还原作用强烈，土壤中铁、锰氧化物被还原成低价铁、锰，使土壤颜色呈黑灰色、青灰色或蓝灰色。剖面构型A-P-G或P-WG-G型。,土壤矿物质固体部分由大小不等、形状不同、组成各异的土粒组成，其大小由直径几毫米到1纳米，其性质也相差悬殊。,一、土粒分级制,我国常用的土粒分级标准有国际制和卡庆斯基制，都把土粒分为：石砾，砂粒，粉粒（粉砂），粘粒四级。,粒级（粒组）：根据土粒大小和性质，将其分成若干组，称土壤粒级或粒组。,第二节土壤粒级,土壤颗粒,国际制：特点是十进位，分级少而易记，人为因素较突出。卡庆斯基制：有粗分和细分两种，先粗分成石砾（1-3mm），物理性砂粒（1-0.01mm），物理性粘粒(45%时，“粉质”；当砂粒含量在55%-85%时，“砂质”，当砂粒含量85%时，则称壤砂土或砂土,国际制土壤质地分类,依据物理性粘粒(0.01mm)和物理性砂粒（1-0.01mm）的相对含量来划分，共9种质地，同时照顾了土壤类型的差别。浙江省土壤大致可按其草原土壤、红壤、黄壤类来划分：,2）卡庆斯基制质地分类（58年简制）,一、土壤质地与肥力,理化性质,通气、透气、保水、保肥、供肥、保温、导温和耕性等,注意土壤质地的层次性,土壤质地,第四节土壤质地与肥力的关系,1、砂土类水分：透水性强，排水通畅；不易保水；不易回润表土。空气：通气良好，有机质分解迅速。热量：热容量小，温度易升易降；早春升温快，称“热性土”。养分：石英为主，养分少；保肥性差；少施勤施肥；肥效前劲大而后劲不足。耕性：松散易耕，易耕期长。利用：不易种水稻，宜种花生、薯类和瓜类。,2、粘土类水分：透水性差，内部排水慢。空气：通气性差，有机质分解缓慢。热量：热容量大，升降温慢；称“冷性土”。养分：矿质营养丰富，与粘粒含量成正相关；保肥力强，肥劲长。耕性：耕作费力，宜耕期短。利用：宜种禾谷类作物如小麦，水稻，玉米等。,3、壤土类砂、粘粒配比较恰当。养分含量丰富，保水保肥性和供水供肥性强，耕性较好以砂质土和粘质土作比较，壤质土介于二者之间，理想土壤利用：适宜种植各种作物。,作物土宜：适宜于作物种植的土壤条件。,砂土：生育期短（蔬菜等），根茎类作物；耐旱、耐贫瘠作物（芝麻，高梁等）；粘质壤土至粘土：需肥较多或生长期较长的谷类作物,二、不同土壤质地土壤的利用与改良,过砂过粘土壤的改良,客土法：这种搬运别的土壤（客土）的方法称为客土法。一般使粘砂比例在3：7或4：6为好引洪漫淤法：即通