第二章 土壤的基本物质组成

1、第二章第二章 土壤的基本物组成土壤的基本物组成第一节第一节 土壤矿物质与岩石土壤矿物质与岩石Soil- forming rocks and minerals土土壤壤固固体体的的土土粒粒矿矿物物质质 由岩石风化而来，一般占固体部分重量的由岩石风化而来，一般占固体部分重量的95以上，以上，就整个土体容积而言，约占就整个土体容积而言，约占38以上。以上。有有机机质质 由生物残体及其腐败物质组成，一般占固体部分重量由生物残体及其腐败物质组成，一般占固体部分重量的的5以下，就整个土体容积而言，约占以下，就整个土体容积而言，约占12左右。左右。粒粒间间的的空空隙隙气气体体 一部分由地上大气层进入，主要为氧

2、气、氮气等，另一部分由地上大气层进入，主要为氧气、氮气等，另一部分由土壤内部自己产生，主要为一部分由土壤内部自己产生，主要为CO2，水汽等。，水汽等。水水分分 主要由地上进入土体。由于含有溶解物质（其中包括主要由地上进入土体。由于含有溶解物质（其中包括许多养料），所以所谓土壤水分，实际上是浓度不等许多养料），所以所谓土壤水分，实际上是浓度不等的土壤溶液。的土壤溶液。各各种种生生物物 种类很多，包括动物区系中的昆虫、蠕虫、各种原生动物、种类很多，包括动物区系中的昆虫、蠕虫、各种原生动物、植物区系中的藻类，以及各种微生物等。其中微生物的数量植物区系中的藻类，以及各种微生物等。其中微生物的数量特别多

3、，特别多，1g土中往往可以多至数十亿个，因此其重要性也特土中往往可以多至数十亿个，因此其重要性也特别大。别大。一、土壤无机矿物质颗粒的来源一、土壤无机矿物质颗粒的来源（一）矿物的概念（一）矿物的概念（Concept of minerals） 1、矿物（、矿物（ minerals ）：）：自然存在于地壳中的具有一定物理自然存在于地壳中的具有一定物理性质、化学组成和内部构造的单质或化合物。性质、化学组成和内部构造的单质或化合物。（Primary mineral）（Primary mineral）(二二)几种主要成土矿物（几种主要成土矿物（Soil-forming minerals) 1、石英（、石

4、英（quartz, SiO2）:rock rystal,agate,opal 2、长石（、长石（feldspar） 3、辉石和角闪石、辉石和角闪石(picrite and hornblende) 4、云母（、云母（mica） 5、方解石和白云石（、方解石和白云石（calcite and dolomite） 6、磷灰石、磷灰石(apatite, phosphorite) 7、铁矿石（黄铁矿、铁矿石（黄铁矿 pyrite） 8、粘土矿物、粘土矿物(clayey minerals):高岭石（高岭石（kaolinite）,蒙蒙脱石（脱石（ montmorillionite）,伊利石（伊利石（ illi

5、te）及含水氧）及含水氧化物（化物（hydrous oxides） ( (一一) )土壤中的原生矿物组成土壤中的原生矿物组成 ( (二二) )土壤中的次生矿物组成土壤中的次生矿物组成矿物矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石英石英100正长石正长石626618200391594钠长石钠长石617019260904611钙长石钙长石4045283710200205白云母白云母44463437020381102黑云母黑云母333613303110222069辉石辉石4555310061626620橄榄石橄榄石2543032751磷灰石磷灰石 54 554042磁铁矿磁

6、铁矿69矿物矿物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石伊利石50-5618312500.802144701蒙脱石蒙脱石42-4502803000.50302500.503高岭石高岭石31-333840绿泥石绿泥石18203538褐铁矿褐铁矿7590水铝石水铝石85三水铝石三水铝石65二、成土岩石的种类和性质（一）岩石的概念 岩石（rock）: 一种或多种矿物的天然集合体。可分为单质岩和复成岩。 （二）岩石的种类和性质 1、岩浆岩（火成岩，igneous rock, magma rock） 由熔岩直接冷凝而形成的岩石，其共同的特征是没有层次和化石。依产状可分为： （

7、1）喷出岩（erupted rock）：岩浆喷出地面而冷凝形成的岩石，冷却快，结晶细，呈多孔斑状结构，如玄武岩。 （2）侵入岩 (intrusive rock) ：岩浆侵入地壳在深处逐渐冷若冰霜凝而成，其冷却慢，结晶粗，如花岗岩，正长岩。 按质量，岩浆岩占地壳重量的65%， 但地表出露面积仅20%左右。我国大兴安岭、阴山、祁连山、秦岭、南岭多为火成岩。该区蕴藏丰富矿藏（黄金、金刚石、重金属等）。2、沉积岩（水成岩，、沉积岩（水成岩，sedimentary rock） （1）定义：）定义：各种岩石经风化、搬运、沉积、胶结或由生物体各种岩石经风化、搬运、沉积、胶结或由生物体堆积所形成的岩石，沉积岩

8、有层次，常含有生物化石，如砾石、堆积所形成的岩石，沉积岩有层次，常含有生物化石，如砾石、页岩等。也叫次生岩石。沉积岩仅占地壳重量的页岩等。也叫次生岩石。沉积岩仅占地壳重量的5%，但分布面，但分布面积占积占75%。 沉积岩富含矿藏（全部石油、煤炭、天然气）和沉积岩富含矿藏（全部石油、煤炭、天然气）和90%的铁矿及的铁矿及其它重金属等。其它重金属等。 （2）沉积机制（）沉积机制（sediment mechanism） 物理胶结物理胶结(physical cementation): 砾岩砾岩 生物化学胶结生物化学胶结( biochemical cementation)：石灰岩：石灰岩 特点：具水平层

9、理构造和一定的层面构造。特点：具水平层理构造和一定的层面构造。3 、变质岩（、变质岩（metamorphic rock） 定义：定义：地壳中已经存在的岩石经高温高压，发生变地壳中已经存在的岩石经高温高压，发生变质作用所形成的岩石。其原来的形态、性质及组成都质作用所形成的岩石。其原来的形态、性质及组成都发生明显的变化。发生明显的变化。 如花岗岩（如花岗岩（granite） 片麻岩（片麻岩（gneiss） 页岩页岩 板岩（板岩（board rock） 石灰岩石灰岩 大理岩大理岩 砂岩砂岩 石英岩（石英岩（quartzite)三、成土岩石和矿物对土壤性质的影响三、成土岩石和矿物对土壤性质的影响 1

10、1、土壤质地、土壤质地（soil texturesoil texture） 浅色矿物石英、长石及花岗岩等因含有较多浅色矿物石英、长石及花岗岩等因含有较多石英石英，易形成砂粒，易形成砂粒，质地偏砂，保水保肥性差；质地偏砂，保水保肥性差；深色矿物及页岩、板岩、石灰岩等含有较多的深色矿物及页岩、板岩、石灰岩等含有较多的黑云母黑云母等易风化为等易风化为深色矿物，形成较多粘粒深色矿物，形成较多粘粒 质地偏粘，保水保肥性强质地偏粘，保水保肥性强2 2、土壤酸碱度、土壤酸碱度（soil aciditysoil acidity） 花岗岩、片麻岩发育土壤多呈酸性花岗岩、片麻岩发育土壤多呈酸性 石灰岩、大理岩含钙

11、多，土壤中性石灰岩、大理岩含钙多，土壤中性微碱性微碱性3 3、土壤养分、土壤养分（soil nutrientssoil nutrients） 长石、云母富含钾素；石英岩、砂岩养分贫乏，而页岩、板岩长石、云母富含钾素；石英岩、砂岩养分贫乏，而页岩、板岩地区土壤富含养分；含磷灰石土壤富含磷素。地区土壤富含养分；含磷灰石土壤富含磷素。4 4、土壤颜色及其它性质、土壤颜色及其它性质(soil color and other properties)(soil color and other properties)： 铁、锰属染色元素。铁、锰属染色元素。 第二节第二节 岩石矿物的风化岩石矿物的风化 （Th

12、e weathering of rocks and minerals）一、风化作用（一、风化作用（weathering ）定义：指岩石、矿物在外界因素和内部因素的共同作用下，定义：指岩石、矿物在外界因素和内部因素的共同作用下， 岩石矿物发生的一系列分解、破碎的过程。岩石矿物发生的一系列分解、破碎的过程。二、风化作用的类型二、风化作用的类型1、物理风化（机械崩解作用）：外力作用使岩石、矿物发生、物理风化（机械崩解作用）：外力作用使岩石、矿物发生崩解破碎，但不改变基化学成分和结构。崩解破碎，但不改变基化学成分和结构。（1）水力作用）水力作用 （hydrodynamic action）（2）热力作用

13、）热力作用 (thermal dynamic action)（3）风力作用）风力作用 (wind erosion, deflation)（4）重力作用）重力作用 (gravitational action )（5）冰川运动）冰川运动 (glacier movement)物理风化的结果：物理风化的结果： 1 1、大块岩石变成碎块、碎屑状；、大块岩石变成碎块、碎屑状； 2 2、比表面积增大：、比表面积增大： 3 3、通气透水性增强；、通气透水性增强； 4 4、化学成分未改变、化学成分未改变。（二）化学风化（二）化学风化（chemical weathering） 定义：岩石矿物在定义：岩石矿物在H2

14、O、O2、CO2等因素的作用等因素的作用下所发生的一系列化学变化而产生新物质的过程。下所发生的一系列化学变化而产生新物质的过程。 1、溶解作用、溶解作用（dissolution）：弱酸对岩石的溶解）：弱酸对岩石的溶解 2 、水化作用、水化作用 (hydration) CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O 硬石膏硬石膏 软石膏软石膏 3、水解作用、水解作用 (hydrolysis)（碳酸化作用）（碳酸化作用） 4、氧化作用、氧化作用 (oxidation) （三）生物化学风化（三）生物化学风化（biochemical weathering)：指指岩石矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物

15、的作岩石矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行的机械破碎作用和化学分解过程用下，进行的机械破碎作用和化学分解过程1、机械破碎作用、机械破碎作用 高等植物高等植物(high plants) 低等植物低等植物(low plants)：地衣（地衣（lichen）、苔藓）、苔藓(moss)、菌类、菌类 (fungi)等。等。 穴居动物穴居动物(troglodyte animals ) 原生动物原生动物(protozoa)2、生化作用、生化作用动植物生命活动分泌（动植物生命活动分泌（excrete）有机酸及二氧化碳）有机酸及二氧化碳等对岩石矿物产生溶蚀作用。等对岩石矿物产生溶蚀作用。二、土壤

16、母质二、土壤母质soil parent material(一一)母质的概念母质的概念岩石矿物经过各种风化作用，变成疏松的、粗细不等岩石矿物经过各种风化作用，变成疏松的、粗细不等的矿物质颗粒。的矿物质颗粒。（二）母质的特点（与岩石矿物比较）（二）母质的特点（与岩石矿物比较）1、具分散性，疏松，但结构仍差。、具分散性，疏松，但结构仍差。2、表面积增大，具一定的吸附养分的能力。、表面积增大，具一定的吸附养分的能力。3、具有孔隙，通气透水性增强。、具有孔隙，通气透水性增强。4、养分有所释放，但仍处于分散状态。、养分有所释放，但仍处于分散状态。5、由于没有成土，、由于没有成土， 故缺乏氮素，不具备完整肥

17、力。故缺乏氮素，不具备完整肥力。（三）土壤母质的类型（三）土壤母质的类型1、残积母质（、残积母质（residual deposit） 岩石矿物风化后残留在原地未经搬运的碎屑物质。岩石矿物风化后残留在原地未经搬运的碎屑物质。多分布在山地和丘陵上部，特点是层次薄膜，理化性质多分布在山地和丘陵上部，特点是层次薄膜，理化性质与母岩几乎一致，表层质较细，往下渐粗，逐渐过渡到与母岩几乎一致，表层质较细，往下渐粗，逐渐过渡到岩石层，母岩对基特性影响很大。岩石层，母岩对基特性影响很大。2、坡积母质（、坡积母质（slope deposit） 风化物在重力或间歇性流水的作用下，被搬运到山风化物在重力或间歇性流水的

18、作用下，被搬运到山坡中下部堆积而成。其特点是层次稍厚，无分选性，坡坡中下部堆积而成。其特点是层次稍厚，无分选性，坡积物的性质决定于山坡上部的岩性，与下部母岩无过渡积物的性质决定于山坡上部的岩性，与下部母岩无过渡关系。关系。3、洪积母质、洪积母质(flood deposit) 山洪搬运的碎屑物质在山前平原地区沉积形成的山洪沉积山洪搬运的碎屑物质在山前平原地区沉积形成的山洪沉积体，形状如扇，其特占是扇顶沉积物分选差，多为石砾、粘体，形状如扇，其特占是扇顶沉积物分选差，多为石砾、粘粒与砂粒混存，在扇缘其沉积物多为粘粒及粉砂粒，水分条粒与砂粒混存，在扇缘其沉积物多为粘粒及粉砂粒，水分条件好，养分丰富。

19、件好，养分丰富。4 4、冲积母质（、冲积母质（alluvial depositalluvial deposit） 岩石矿物的岩石矿物的 风化碎屑物质在河流沿岸或入海口沉积风化碎屑物质在河流沿岸或入海口沉积而成。而成。 我国的华北平原我国的华北平原(plain)，东北三江平原，江汉平原、，东北三江平原，江汉平原、长江、黄河、珠江等的三角洲（长江、黄河、珠江等的三角洲（delta）等。）等。 冲积物的特点：（冲积物的特点：（1）在质地上呈现出水平方向上的）在质地上呈现出水平方向上的成带性（带状分布）和垂直方向上的成层性（砂粘相成带性（带状分布）和垂直方向上的成层性（砂粘相间）。符合间）。符合“ 紧

20、出砂，慢出淤，不紧不慢出两合紧出砂，慢出淤，不紧不慢出两合”的沉的沉积规律。（积规律。（2）地形平坦，地下水位高。）地形平坦，地下水位高。 5、湖积母质、湖积母质(lacustrine deposit) 指古湖泊静水沉积物。其特点是：（指古湖泊静水沉积物。其特点是：（1）颗粒细小，粘）颗粒细小，粘粒多夹杂有生物遗体；（粒多夹杂有生物遗体；（2）颜色暗：铁锰处于低价态，还）颜色暗：铁锰处于低价态，还原性物质多；（原性物质多；（3）腐殖质及养分含量高，但有效性低；）腐殖质及养分含量高，但有效性低；（4）物理机械性差。）物理机械性差。6、风积母质、风积母质(wind-laid deposit) 由于

21、风力搬运而沉积下来的母质。主要是沙丘、砂岗。由于风力搬运而沉积下来的母质。主要是沙丘、砂岗。特点：质地粗，砂性磊，形成的土壤肥力低，漏水肥，植特点：质地粗，砂性磊，形成的土壤肥力低，漏水肥，植被稀疏。被稀疏。7、黄土母质与黄土状母质、黄土母质与黄土状母质(Loess deposit and loess-like deposit)有人认为是风力搬运堆积而成，也有人认为是水流搬运而成。有人认为是风力搬运堆积而成，也有人认为是水流搬运而成。8、海积母质（marine deposit） 由海水携带的泥砂沉积，海岸上升，海退或江河入海的回流淤积物露出水面而成。特点：砂粘不一，含盐较多。滨海盐土，海涂资源

22、。9、冰积母质（glacial till） 冰川运动形成的母质。岩石碎屑，分选性、层次性差，棱冰川运动形成的母质。岩石碎屑，分选性、层次性差，棱角明显。角明显。10、红土母质（red earth deposit） 第四纪古土壤（第四纪古土壤（Q2）。）。 多呈红色、红棕色，多呈红色、红棕色， 质地粘重，质地粘重，养分少，结持力大。养分少，结持力大。土壤的矿物组成和化学组成特点土壤的矿物组成和化学组成特点一、矿物组成（一、矿物组成（mineral composition)1、土壤中的原生矿物、土壤中的原生矿物(primary minerals) 在风化过在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物称为原生程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物称为原生矿物。矿物。 主要种类：石英、长石、云母、辉石等，主要种类：石英、长石、云母、辉石等， 主要存主要存在于土壤粗颗粒中在于土壤粗颗粒中石砾、砂粒。石砾、砂粒。2、土壤中的次生矿物、土壤中的次生矿物(secondary minerals)原生矿物在原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物称次生矿物。风化和成土作用下，新形成的矿物称次生矿物。 层状铝硅酸盐粘土矿物（高岭石、蒙脱石