第二章土壤矿物质

1、第二章 土壤矿物质【教学目标】 土壤矿物1了解土壤原生矿物的种类。2 重点掌握次生矿物的种类及特性。 矿物质土粒 1了解矿物质土粒的分类系统。2掌握矿物质土粒水分物理特性。 土壤质地1. 了解土壤质地的分类系统。2掌握不同质地土壤的水分物理特性。1 土壤矿物土壤母质来源于岩石、矿物的风化产物，岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体。 1.1 几种主要岩石类型与特性 地壳中的岩石可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆岩（火成岩）由岩浆冷却凝固形成，如花岗岩、闪长岩、玄武岩等，它们含有石英、长石、深色矿物（如黑云母、辉石、角闪石等原生矿物）。 沉积岩是由岩石风化物经搬运、沉积再胶结而

2、形成的，如花岗岩风化形成的石英沙沉入海底经地质变化胶结成的岩石，称为沙岩。 变质岩是火成岩或沉积岩在高温、高压下发生质变而形成的，如花岗岩变质形成片麻岩、沙岩和页岩变质形成石英岩和板岩，石灰岩变质可形成大理岩。1.1.1 岩浆岩（1）花岗岩 为粗粒、中粒或细粒全晶质的岩石，呈红色、灰色或浅灰色。主要矿物有石英、正长石、黑云母，也有角闪石、斜长石，由于矿物结晶颗粒较大，组成复杂，容易发生物理风化。在干旱地区崩解成砂粒，在湿润地区暗色矿物被分解为含水氧化铁次生矿物，长石类矿物分解为高岭石，石英以砂粒残留于风化物中。（2）流纹岩：化学成分与花岗岩基本相似，灰白、浅黄或浅红色。斑状结构，斑晶为圆柱状的

3、石英和长方形透长石。因结晶颗粒较小，难以发生物理风化。在温暖湿润地区所形成深厚的风化层，多呈红色的粘壤土或砂质粘壤土。 （3）正长岩：其矿物组成以正长石和角闪石为主，不含石英，有少量的磷灰石，磁铁矿，色浅红，呈块状或粒状构造。风化后形成砂壤或壤质土壤，通气性良好，富含磷、钾、钙、镁等营养元素。土壤多为中性至微酸性反应。 （4）玄武岩：是基性喷出岩，在地壳中分布较广。化学成分与辉长岩相当。色暗近似黑色，隐晶质结构，常有气孔构造，风化后质地较黏，含盐基物质较多。 （5）橄榄岩： 主要由橄榄石和辉石组成，一般为暗绿色或黑绿色，全晶质粗粒或中粒结构，容易风化。 1.1.2 沉积岩（1）砾岩 砾岩是各种

4、岩石碎块经过搬运沉积再经胶结硬化而成。直径一般2mm，如经河水长途搬运，其棱角磨圆，其间有孔隙，易透水，风化后呈砂砾状。实物图片：砾岩（2）砂岩 一般由直径0.12.0mm的砂粒胶结而成，主要成分为石英，其次为长石、白云母、磁铁矿、石榴子石等。石英含量大于95%以上的为石英砂岩；长石含量达25%60%的为长石砂岩。以氧化硅为胶结剂的称为硅质砂岩；以氧化铁为胶结剂的称为铁质砂岩；以粘土为胶结剂的称为泥质砂岩。胶结紧实的砂岩，因抗风化力强，形成土层较薄，砂性大，尤其是石英砂岩比较明显。实物图片：粗粒石英砂岩（3）页岩 粘土经过压实、脱水和胶结作用，硬化后变成页岩，呈页片状或层状构造。矿物组分较复杂

5、，多为灰色、紫红色，也有黄色、黑色。比砂岩容易风化，形成的土质较粘，含片状碎屑多，养分含量较丰富。实物图片：页岩（4）石灰岩 石灰岩由化学沉积或生物沉积作用而成。矿物组成主要有方解石，块状构造，岩体层理明显，多为致密结构，硬度小，遇稀盐酸可发生气泡反应，灰、青灰色，有机质含量高时呈黑色。石灰岩风化主要是化学溶解作用，风化后土层较薄，稍粘、钙质丰富，抗酸力强。实物图片：竹叶状灰岩1.1.3变质岩： （1）片麻岩 由花岗岩或砂岩变质而成。成分近于花岗岩，矿物组成为石英、长石、云母等，因受到高温高压，矿物结晶呈带状排列，具有一定的方向性，呈条带状。实物图片：花岗片麻岩（2）石英岩 石英岩由石英砂岩，

6、在高温高压条件下，经过重结晶变质而成。硬度大，抗机械性和抗化学腐蚀性强，不易风化。脂肪光泽，一般为乳白色，如含有少量氧化铁呈红色和褐色，风化后形成砂质或砾质颗粒。（3）板岩 板岩由泥质页岩、粉砂岩和其它细粒碎屑沉积物质变质而成。有完整的片理，劈开后呈平的薄块状平面，北方农民开采后做房瓦用。矿物组成主要是云母、绿泥石、石英等，颜色多为青灰色。实物图片：千枚状板岩（4）片岩 片岩由各种岩石在高温高压下变质而成，也可由千枚岩进一步变质而成。具有明显的片状构造，片理面呈粗糙皱纹状，含有云母、角闪石及少量长石。实物图片：方柱石黑云母片岩（5）大理岩 大理岩由碳酸岩类（石灰岩、白云岩）变质而成。一般由方解

7、石、白云石和少量的石英、角闪石和辉石矿物组成。具有各色花纹，是优良的建筑装饰材料。纯白色的大理岩称为汉白玉，在我国云南分布较广。实物图片：大理岩综上所述，土壤矿物质来 源于岩石、矿物的风化产物。岩石、矿物的组成和特性对土壤的化学组成和物理性质影响甚大，这种影响主要表现在土壤颗粒粗细、土壤物理性质、土壤的酸碱性以及土壤养分等方面（详见有关章节）。因此，学习与成土有关的岩石和矿物的组成及基本特性，有助于我们学习、认识土壤并有目的去改造土壤，尤其是对山区土壤的改良，更是如此。1.2 土壤矿物质的来源 土壤矿物质来源于岩石、矿物风化产物, 岩石矿物质影响土壤的物理化学性质土壤颗粒粗细，土壤酸碱性，土壤

8、养分矿物是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质的元素或化合物。 成土矿物: 与土壤矿物质组成密切相关的矿物叫成土矿物包括：原生矿物和次生矿物1.2.1 原生矿物原生矿物是指由熔融的岩浆直接冷凝所形成的矿物（1）长石类矿物（包括正长石和斜长石）正长石（KAlSi3O8），又称钾长石。颜色多呈肉红色，广泛分布于浅色岩浆岩中，如花岗岩、正长岩、斑岩等。正长石抗风化能力较弱。风化后形成次生粘土矿物，是土壤中钾元素的重要来源（如图01-01）。（2）云母类矿物（包括白云母和黑云母）白云母KAl2Si3O10(OH)2，又称钾云母。颜色为无色或浅色，有时带绿色，呈透明或半透明状，薄片状。片

9、状崩解成碎片后化学分解困难，往往混杂在砂土中，反光性很明显。白云母在分解过程中释放出钾，成为土壤中钾元素的来源之一。黑云母KH2(MgFe)2AlSi3O12，其性状与白云母相似，只是颜色呈黑色，不透明或半透明。容易分解，风化后形成粘土矿物，释放出钾元素（如图01-02）。（3）角闪石与辉石类矿物（铁镁矿物，属于偏硅酸盐矿物） 角闪石Ca2Na(MgFe)4(AlFe)(SiAl)4O11(OH)2。颜色呈褐或黑色，主要分布于岩浆岩中。辉石Ca(MgFeAl)(SiFe)2O6，颜色呈绿黑色，短柱状晶体。角闪石和辉石二者性质相近，色深暗，属于深色矿物，含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解（

10、如图01-03, 01-04）。（4）石英矿物（SiO2） 普通石英呈透明或半透明的晶粒状的集合体。纯石英为无色，含有杂质时呈白、灰、黄、红、绿、天蓝及紫色。完整晶形为两端锥形的六方柱状晶体或不规则块状。除氟酸外，不与任何酸类起作用，物理及化学性质稳定，不易风化，常以颗粒状残留于土壤中，是土壤中砂粒的主要来源（如图01-05, 01-06）。 （5）氧化铁类矿物 赤铁矿（Fe2O3），红色，条痕樱红色，常使土壤染成红色。磁铁矿（Fe3O4），常呈八面体晶形，铁黑色，条痕为黑色，具有磁性。 黄铁矿（FeS2），金黄色，类似金属铜，断口参差状，金属光泽，条痕绿色至深棕色，较易风化，分解后形成硫酸盐

11、（如图01-07, 01-08）。 （6）磷酸盐类矿物磷灰石Ca(PO4)3(FCl)。呈六方柱状晶体，颜色灰白、黄、绿、黄褐色，是制造磷肥的主要原料，高品位的磷灰石含P2O5 42.3%，一般含P2O528%30%时，可用来生产过磷酸钙肥料；18%可粉碎为磷矿粉肥料，含量0.05 mm) 土壤中的粗骨部分, 严格地讲，它们只是侵入土壤中的母岩碎屑，还不能算是土粒。所含矿物均为原生矿物，矿物组成与母岩基本一致, 它本身为非疏松多孔体,无通透性和蓄水性，也不能提供有效养分。含石砾和沙粒较多的土壤疏松多孔，粒间孔隙大, 通气透水好，排水通畅。由于颗粒粗比表面积小，无黏结性、黏着性、可塑性和胀缩性，

12、吸水保肥能力弱, 大孔隙多，养分转化快，但容易随水流失，耕性较好。2.3.2 黏粒(0.001 mm)颗粒细小, 属于胶体范畴, 是化学风化的产物其矿物成分主要为次生矿物，与母岩成分相差很大。颗粒小，比表面大，粒间孔隙小,通气透水性弱，排水不畅.黏结性、黏着性、可塑性、胀缩性均强 养料含量丰富，且吸水保肥能力强，潜在养分贮量多 土温较低，土温变幅小，养分不易转化2.3.3 粉粒(0.050.001 mm) 颗粒大小介于黏粒和沙粒之间，矿物成分有原生矿物，也有次生矿物 粉粒很多性质介于沙粒和黏粒之间, 含粉粒较多的土壤具有一定的可塑性、黏结性、黏着性和吸附性。2.3 土壤质地 土壤质地:根据机械

13、组成划分的土壤类型。2.3.1 土壤质地分类2.3.2 不同土壤质地的生产性状 土壤的肥力性状(作物在生长过程中, 土壤的水、肥、气、热、扎根条件以及有无产生毒害物质的协调程度)耕作性状(耕作时的难易程度、阻力大小、耕作质量好坏以及宜耕期的长短等) 作物反应(出苗难易、 快慢、整齐度、早发苗或发晚苗以及成熟早晚等) （1）沙质土类 沙粒含量高,颗粒粗,比表面积小,组成的粒间大孔隙数量多。 保蓄性差。保水、持水、保肥性能弱，雨后容易造成水肥流失，水分蒸发速率快，失墒多易引起土壤干旱 土壤中原生矿物以石英、长石为主，潜在养料含量少，但养分转化快。土温变幅大, 但晚秋也容易造成霜冻。沙性土耕性好,宜

14、耕期长，耕作阻力小, 耕后质量好。这种土又称“轻质土”。沙性土大孔隙多, 氧气充足, 以氧化过程为主, 土壤中无毒害物质存在。发小苗不发老苗。沙性土“口松”，出苗快、齐、全。但因养分贫乏容易造成作物中后期脱肥，早熟，早衰。（2）黏质土类(1)通透性差，颗粒细微，粒间孔隙小（2)保蓄性强，土粒细小，胶体物质含量多，土壤固相比表面积巨大，表面能高，吸附能力强。肥效缓慢。（3）养分含量丰富，土壤中以次生矿物为主，其本身养分和吸附外界养分多，潜在养分贮量丰富。但养分转化速度慢。（4）土温变幅小，黏性土水分含量高，空气相对少，地温上升下降均缓慢，故常把黏质土称为冷性土。（5）耕性差，由于黏质土比表面积大

15、，土壤的黏结性、黏着性、可塑性、湿胀性强，耕作阻力大，耕作质量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。 （6）有毒物质多，由于大孔隙数量少，造成还原性状态 （7）发老苗不发小苗 （3）壤质土类233 土壤质地层次性及其评价 除了以上提到的土壤表层(耕层)质地粗细有较大差别外, 在同一土壤上下层之间, 其质地粗细和厚度亦有很大差异。 土壤质地剖面：土壤不同质地层次在土体中的排列状况, 称为土壤质地剖面。 主要有三个方面：一是母质本身排列的层次性；二是成土过程中物质的淋溶和淀积；三是人为耕作管理活动。 1）母质本身：华北平原主要由冲积物多次冲积构成,质地剖面层次复杂多样一般的模式有：通体均一型(通体沙、通体黏或通体壤)上粗下细型(蒙金型)上细下粗型中间夹沙型和夹黏型2）土壤在长期风化和成土过程中黏粒或细土粒随水渗漏向下移动，下层化学风化使黏粒增多，致使土体各层出现不同质地的分异现象，一般剖面上部较轻，下部在一定深度黏粒增多，形成黏化层。雨水长期冲洗、地表径流也可出现表层黏粒大量流失，形成上沙下黏