第二章 土壤的基本物质组成

第二章土壤的基本物组成本章 要点 综治信访维稳工作要点综治信访维稳工作要点2018综治平安建设工作要点新学期教学工作要点医院纪检监察工作要点 1、主要成土矿物与岩石的鉴别2、不同岩石矿物与土壤化学组成和物理性质的影响3、岩石与矿物的风化过程与影响因素4、土壤母质类型第一节土壤矿物质与岩石Soil-formingrocksandminerals土壤的基本物质组成自然界里的土壤不论农地、林地、草地还是荒地，其基本物质组成都不外以下几种:土壤固体的土粒矿物质由岩石风化而来，一般占固体部分重量的95％以上，就整个土体容积而言，约占38％以上。有机质由生物残体及其腐败物质组成，一般占固体部分重量的5％以下，就整个土体容积而言，约占12％左右。粒间的空隙气体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CO2，水汽等。水分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，实际上是浓度不等的土壤溶液。各种生物种类很多，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。其中微生物的数量特别多，1g土中往往可以多至数十亿个，因此其重要性也特别大。表基本物质组成一、土壤无机矿物质颗粒的来源（一）矿物的概念（Conceptofminerals）1、矿物（minerals）：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。土壤中的无机矿物质颗粒是陆地表层的岩石、矿物风化的产物。2、原生矿物（Primarymineral）：由地壳深处的岩浆直接冷凝和结晶而成的矿物。3、次生矿物（Primarymineral）：在地壳中或地表面，由原生矿物经风化和变质作用后，改变了原来的形态、性质和成分而形成的新的矿物。岩石矿物经过物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用后，一部分难风化的或是尚未风化的原生矿物残留下来，成为形成土壤母质的一部分。一部分岩石矿物在风化过程中生成了结晶质的层状硅铝酸盐次生矿物和硅、铁、铝的氧化物，这些矿物统称为土壤次生矿物或黏土矿物。(二)几种主要成土矿物（Soil-formingminerals)1、石英（quartz,SiO2）:rockrystal,agate,opal2、长石（feldspar）3、辉石和角闪石(picriteandhornblende)4、云母（mica）5、方解石和白云石（calciteanddolomite）6、磷灰石(apatite,phosphorite)7、铁矿石（黄铁矿pyrite）8、粘土矿物(clayeyminerals):高岭石（kaolinite）,蒙脱石（montmorillionite）,伊利石（illite）及含水氧化物（hydrousoxides）(二)土壤中的次生矿物组成土壤中次生矿物是在风化及成土过程中新形成的矿物，它常被称为黏粒矿物或黏土矿物。土壤中主要的次生矿物可分三类：(1)次生硅铝酸盐类(2)含水氧化铁、氧化铝等三氧化物类(3)简单的硅铝酸盐、硫酸盐和氯化物等盐类土壤中粗大的矿物质颗粒(如石砾、砂粒)几乎全部由原生矿物组成，多以石英为主；粉粒也绝大部分是由石英和原生硅铝酸盐类矿物组成。极细小的颗粒中少部分为石英，绝大部分是由次生矿物组成。总之矿物质颗粒愈粗大，含石英及原生硅铝酸盐类矿物愈多；反之，矿物质颗粒愈细小，石英和原生的硅铝酸盐类矿物含量愈少，而次生矿物的含量愈多。三、土壤无机矿物质颗粒的化学组成土壤无机矿物质颗粒组成的主要元素约有10余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素，如锰、锌、硼、钼等等。其中以氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。土壤中主要的原生矿物所含化学成分有一定规律（如表）。石英、长石、白云母这些矿物的SiO2及K2O、Na2O含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等养分元素的含量变化趋势正相反。但总的比例中仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主要成分，如表：表：土壤中主要原生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石英100－－－－－－－正长石62－6618－20－0－3－9－159－4－钠长石61－7019－26－0－9－0－46－11－钙长石40－4528－37－10－20－0－20－5－白云母44－4634－370－2－0－38－110－2－黑云母33－3613－303－110－22－206－9－－辉石45－553－100－616－266－20－－－橄榄石25－43－0－3－27－51－－－磷灰石－－－54－55－－－40－42磁铁矿－－69－－－－－返回表1—2土壤中主要次生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石50-5618－312－50－0.80－21－44－70－1蒙脱石42-450－280－300－0.50－30－250－0.50－3高岭石31-3338－40－－－－－－绿泥石－18－20－－－35－38－－褐铁矿－－75－90－－－－－水铝石－85－－－－－－三水铝石－65－－－－－－返回二、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，igneousrock,magmarock）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：（1）喷出岩（eruptedrock）：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(intrusiverock)：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，sedimentaryrock）（1）定义：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5%，但分布面积占75%。沉积岩富含矿藏（全部石油、煤炭、天然气）和90%的铁矿及其它重金属等。（2）沉积机制（sedimentmechanism）物理胶结(physicalcementation):砾岩生物化学胶结(biochemicalcementation)：石灰岩特点：具水平层理构造和一定的层面构造。3、变质岩（metamorphicrock）定义：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、性质及组成都发生明显的变化。如花岗岩（granite）片麻岩（gneiss）页岩板岩（boardrock）石灰岩大理岩砂岩石英岩（quartzite)三、成土岩石和矿物对土壤性质的影响1、土壤质地（soiltexture）浅色矿物石英、长石及花岗岩等因含有较多石英，易形成砂粒，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黑云母等易风化为深色矿物，形成较多粘粒质地偏粘，保水保肥性强2、土壤酸碱度（soilacidity）花岗岩、片麻岩发育土壤多呈酸性石灰岩、大理岩含钙多，土壤中性—微碱性3、土壤养分（soilnutrients）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。4、土壤颜色及其它性质(soilcolorandotherproperties)：铁、锰属染色元素。第二节岩石矿物的风化（Theweatheringofrocksandminerals）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，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1、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。（1）水力作用（hydrodynamicaction）（2）热力作用(thermaldynamicaction)（3）风力作用(winderosion,deflation)（4）重力作用(gravitationalaction)（5）冰川运动(glaciermovement)物理风化的结果：1、大块岩石变成碎块、碎屑状；2、比表面积增大：3、通气透水性增强；4、化学成分未改变。（二）化学风化（chemicalweathering）定义：岩石矿物在H2O、O2、CO2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。1、溶解作用（dissolution）：弱酸对岩石的溶解2、水化作用(hydration)CaSO4+2H2OCaSO4.2H2O硬石膏软石膏3、水解作用(hydrolysis)（碳酸化作用）4、氧化作用(oxidation)（三）生物化学风化（biochemicalweathering)：指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1、机械破碎作用高等植物(highplants)低等植物(lowplants)：地衣（lichen）、苔藓(moss)、菌类(fungi)等。穴居动物(troglodyteanimals)原生动物(protozoa)2、生化作用动植物生命活动分泌（excrete）有机酸及二氧化碳等对岩石矿物产生溶蚀作用。二、土壤母质soilparentmaterial(一)母质的概念岩石矿物经过各种风化作用，变成疏松的、粗细不等的矿物质颗粒。（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。2、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。4、养分有所释放，但仍处于分散状态。5、由于没有成土，故缺乏氮素，不具备完整肥力。（三）土壤母质的类型1、残积母质（residualdeposit）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。2、坡积母质（slopedeposit）风化物在重力或间歇性流水的作用下，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。3、洪积母质(flooddeposit)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。4、冲积母质（alluvialdeposit）岩石矿物的风化碎屑物质在河流沿岸或入海口沉积而成。我国的华北平原(plain)，东北三江平原，江汉平原、长江、黄河、珠江等的三角洲（delta）等。冲积物的特点：（1）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（砂粘相间）。符合“紧出砂，慢出淤，不紧不慢出两合”的沉积规律。（2）地形平坦，地下水位高。5、湖积母质(lacustrinedeposit)指古湖泊静水沉积物。其特点是：（1）颗粒细小，粘粒多夹杂有生物遗体；（2）颜色暗：铁锰处于低价态，还原性物质多；（3）腐殖质及养分含量高，但有效性低；（4）物理机械性差。6、风积母质(wind-laiddeposit)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，植被稀疏。7、黄土母质与黄土状母质(Loessdepositandloess-likedeposit)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（marinedeposit）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。9、冰积母质（glacialtill）冰川运动形成的母质。岩石碎屑，分选性、层次性差，棱角明显。10、红土母质（redearthdeposit）第四纪古土壤（Q2）。多呈红色、红棕色，质地粘重，养分少，结持力大。土壤的矿物组成和化学组成特点一、矿物组成（mineralcomposition)1、土壤中的原生矿物(primaryminerals)—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矿物。主要种类：石英、长石、云母、辉石等，主要存在于土壤粗颗粒中—石砾、砂粒。2、土壤中的次生矿物(secondaryminerals)原生矿物在风化和成土作用下，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、伊利石）和氧化物类矿物。重要存在于土壤细颗粒—粘粒部分。3、随着土壤矿物颗粒由粗到细，原生矿物减少，次生矿物增多。各种次生铝硅酸盐和氧化物称为次生粘土矿物，是土壤粘粒的主要组成部分。粘土矿物与土壤腐殖质一起，构成土壤的最活跃部分——土壤胶体。土壤胶体对土壤的物理、化学及生物学特性产生着深刻的影响。二、土壤矿物的化学组成（chemicalcomposition）土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素。其中O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、C等10种元素占土壤矿物质总质量的99％以上，这些元素中以O、Si、Al、Fe四种元素含量最多。如以氧化物的形态来表示，SiO2、Al2O3和Fe2O3三者之和通常约占土壤矿物质部分总质量的75％以上，因此人们常把它们乍看成土壤的骨干成分。随着土壤矿物颗粒由粗到细，土壤中Si减少，而Al及养分元素K、Ca、Mg、P、Fe等增多。质地越粘，土壤中的养分元素越丰富。