第二章 土壤的基本物質(zhì)組成

1、第二章第二章 土壤的基本物組成土壤的基本物組成第一節(jié)第一節(jié) 土壤礦物質(zhì)與巖石土壤礦物質(zhì)與巖石Soil- forming rocks and minerals土土壤壤固固體體的的土土粒粒礦礦物物質(zhì)質(zhì) 由巖石風(fēng)化而來(lái)，一般占固體部分重量的由巖石風(fēng)化而來(lái)，一般占固體部分重量的95以上，以上，就整個(gè)土體容積而言，約占就整個(gè)土體容積而言，約占38以上。以上。有有機(jī)機(jī)質(zhì)質(zhì) 由生物殘?bào)w及其腐敗物質(zhì)組成，一般占固體部分重量由生物殘?bào)w及其腐敗物質(zhì)組成，一般占固體部分重量的的5以下，就整個(gè)土體容積而言，約占以下，就整個(gè)土體容積而言，約占12左右。左右。粒粒間間的的空空隙隙氣氣體體 一部分由地上大氣層進(jìn)入，主要為氧

2、氣、氮?dú)獾?，另一部分由地上大氣層進(jìn)入，主要為氧氣、氮?dú)獾?，另一部分由土壤?nèi)部自己產(chǎn)生，主要為一部分由土壤內(nèi)部自己產(chǎn)生，主要為CO2，水汽等。，水汽等。水水分分 主要由地上進(jìn)入土體。由于含有溶解物質(zhì)（其中包括主要由地上進(jìn)入土體。由于含有溶解物質(zhì)（其中包括許多養(yǎng)料），所以所謂土壤水分，實(shí)際上是濃度不等許多養(yǎng)料），所以所謂土壤水分，實(shí)際上是濃度不等的土壤溶液。的土壤溶液。各各種種生生物物 種類(lèi)很多，包括動(dòng)物區(qū)系中的昆蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、各種原生動(dòng)物、種類(lèi)很多，包括動(dòng)物區(qū)系中的昆蟲(chóng)、蠕蟲(chóng)、各種原生動(dòng)物、植物區(qū)系中的藻類(lèi)，以及各種微生物等。其中微生物的數(shù)量植物區(qū)系中的藻類(lèi)，以及各種微生物等。其中微生物的數(shù)量特別多

3、，特別多，1g土中往往可以多至數(shù)十億個(gè)，因此其重要性也特土中往往可以多至數(shù)十億個(gè)，因此其重要性也特別大。別大。一、土壤無(wú)機(jī)礦物質(zhì)顆粒的來(lái)源一、土壤無(wú)機(jī)礦物質(zhì)顆粒的來(lái)源（一）礦物的概念（一）礦物的概念（Concept of minerals） 1、礦物（、礦物（ minerals ）：）：自然存在于地殼中的具有一定物理自然存在于地殼中的具有一定物理性質(zhì)、化學(xué)組成和內(nèi)部構(gòu)造的單質(zhì)或化合物。性質(zhì)、化學(xué)組成和內(nèi)部構(gòu)造的單質(zhì)或化合物。（Primary mineral）（Primary mineral）(二二)幾種主要成土礦物（幾種主要成土礦物（Soil-forming minerals) 1、石英（、石

4、英（quartz, SiO2）:rock rystal,agate,opal 2、長(zhǎng)石（、長(zhǎng)石（feldspar） 3、輝石和角閃石、輝石和角閃石(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、鐵礦石（黃鐵礦、鐵礦石（黃鐵礦 pyrite） 8、粘土礦物、粘土礦物(clayey minerals):高嶺石（高嶺石（kaolinite）,蒙蒙脫石（脫石（ 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) )土壤中的原生礦物組成土壤中的原生礦物組成 ( (二二) )土壤中的次生礦物組成土壤中的次生礦物組成礦物礦物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石英石英100正長(zhǎng)石正長(zhǎng)石626618200391594鈉長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石617019260904611鈣長(zhǎng)石鈣長(zhǎng)石4045283710200205白云母白云母44463437020381102黑云母黑云母333613303110222069輝石輝石4555310061626620橄欖石橄欖石2543032751磷灰石磷灰石 54 554042磁鐵礦磁

6、鐵礦69礦物礦物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石伊利石50-5618312500.802144701蒙脫石蒙脫石42-4502803000.50302500.503高嶺石高嶺石31-333840綠泥石綠泥石18203538褐鐵礦褐鐵礦7590水鋁石水鋁石85三水鋁石三水鋁石65二、成土巖石的種類(lèi)和性質(zhì)（一）巖石的概念 巖石（rock）: 一種或多種礦物的天然集合體?？煞譃閱钨|(zhì)巖和復(fù)成巖。 （二）巖石的種類(lèi)和性質(zhì) 1、巖漿巖（火成巖，igneous rock, magma rock） 由熔巖直接冷凝而形成的巖石，其共同的特征是沒(méi)有層次和化石。依產(chǎn)狀可分為： （

7、1）噴出巖（erupted rock）：巖漿噴出地面而冷凝形成的巖石，冷卻快，結(jié)晶細(xì)，呈多孔斑狀結(jié)構(gòu)，如玄武巖。 （2）侵入巖 (intrusive rock) ：巖漿侵入地殼在深處逐漸冷若冰霜凝而成，其冷卻慢，結(jié)晶粗，如花崗巖，正長(zhǎng)巖。 按質(zhì)量，巖漿巖占地殼重量的65%， 但地表出露面積僅20%左右。我國(guó)大興安嶺、陰山、祁連山、秦嶺、南嶺多為火成巖。該區(qū)蘊(yùn)藏豐富礦藏（黃金、金剛石、重金屬等）。2、沉積巖（水成巖，、沉積巖（水成巖，sedimentary rock） （1）定義：）定義：各種巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、膠結(jié)或由生物體各種巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、膠結(jié)或由生物體堆積所形成的巖石，沉積巖

8、有層次，常含有生物化石，如礫石、堆積所形成的巖石，沉積巖有層次，常含有生物化石，如礫石、頁(yè)巖等。也叫次生巖石。沉積巖僅占地殼重量的頁(yè)巖等。也叫次生巖石。沉積巖僅占地殼重量的5%，但分布面，但分布面積占積占75%。 沉積巖富含礦藏（全部石油、煤炭、天然氣）和沉積巖富含礦藏（全部石油、煤炭、天然氣）和90%的鐵礦及的鐵礦及其它重金屬等。其它重金屬等。 （2）沉積機(jī)制（）沉積機(jī)制（sediment mechanism） 物理膠結(jié)物理膠結(jié)(physical cementation): 礫巖礫巖 生物化學(xué)膠結(jié)生物化學(xué)膠結(jié)( biochemical cementation)：石灰?guī)r：石灰?guī)r 特點(diǎn)：具水平層

9、理構(gòu)造和一定的層面構(gòu)造。特點(diǎn)：具水平層理構(gòu)造和一定的層面構(gòu)造。3 、變質(zhì)巖（、變質(zhì)巖（metamorphic rock） 定義：定義：地殼中已經(jīng)存在的巖石經(jīng)高溫高壓，發(fā)生變地殼中已經(jīng)存在的巖石經(jīng)高溫高壓，發(fā)生變質(zhì)作用所形成的巖石。其原來(lái)的形態(tài)、性質(zhì)及組成都質(zhì)作用所形成的巖石。其原來(lái)的形態(tài)、性質(zhì)及組成都發(fā)生明顯的變化。發(fā)生明顯的變化。 如花崗巖（如花崗巖（granite） 片麻巖（片麻巖（gneiss） 頁(yè)巖頁(yè)巖 板巖（板巖（board rock） 石灰?guī)r石灰?guī)r 大理巖大理巖 砂巖砂巖 石英巖（石英巖（quartzite)三、成土巖石和礦物對(duì)土壤性質(zhì)的影響三、成土巖石和礦物對(duì)土壤性質(zhì)的影響 1

10、1、土壤質(zhì)地、土壤質(zhì)地（soil texturesoil texture） 淺色礦物石英、長(zhǎng)石及花崗巖等因含有較多淺色礦物石英、長(zhǎng)石及花崗巖等因含有較多石英石英，易形成砂粒，易形成砂粒，質(zhì)地偏砂，保水保肥性差；質(zhì)地偏砂，保水保肥性差；深色礦物及頁(yè)巖、板巖、石灰?guī)r等含有較多的深色礦物及頁(yè)巖、板巖、石灰?guī)r等含有較多的黑云母黑云母等易風(fēng)化為等易風(fēng)化為深色礦物，形成較多粘粒深色礦物，形成較多粘粒 質(zhì)地偏粘，保水保肥性強(qiáng)質(zhì)地偏粘，保水保肥性強(qiáng)2 2、土壤酸堿度、土壤酸堿度（soil aciditysoil acidity） 花崗巖、片麻巖發(fā)育土壤多呈酸性花崗巖、片麻巖發(fā)育土壤多呈酸性 石灰?guī)r、大理巖含鈣

11、多，土壤中性石灰?guī)r、大理巖含鈣多，土壤中性微堿性微堿性3 3、土壤養(yǎng)分、土壤養(yǎng)分（soil nutrientssoil nutrients） 長(zhǎng)石、云母富含鉀素；石英巖、砂巖養(yǎng)分貧乏，而頁(yè)巖、板巖長(zhǎng)石、云母富含鉀素；石英巖、砂巖養(yǎng)分貧乏，而頁(yè)巖、板巖地區(qū)土壤富含養(yǎng)分；含磷灰石土壤富含磷素。地區(qū)土壤富含養(yǎng)分；含磷灰石土壤富含磷素。4 4、土壤顏色及其它性質(zhì)、土壤顏色及其它性質(zhì)(soil color and other properties)(soil color and other properties)： 鐵、錳屬染色元素。鐵、錳屬染色元素。 第二節(jié)第二節(jié) 巖石礦物的風(fēng)化巖石礦物的風(fēng)化 （Th

12、e weathering of rocks and minerals）一、風(fēng)化作用（一、風(fēng)化作用（weathering ）定義：指巖石、礦物在外界因素和內(nèi)部因素的共同作用下，定義：指巖石、礦物在外界因素和內(nèi)部因素的共同作用下， 巖石礦物發(fā)生的一系列分解、破碎的過(guò)程。巖石礦物發(fā)生的一系列分解、破碎的過(guò)程。二、風(fēng)化作用的類(lèi)型二、風(fēng)化作用的類(lèi)型1、物理風(fēng)化（機(jī)械崩解作用）：外力作用使巖石、礦物發(fā)生、物理風(fēng)化（機(jī)械崩解作用）：外力作用使巖石、礦物發(fā)生崩解破碎，但不改變基化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。崩解破碎，但不改變基化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。（1）水力作用）水力作用 （hydrodynamic action）（2）熱力作用

13、）熱力作用 (thermal dynamic action)（3）風(fēng)力作用）風(fēng)力作用 (wind erosion, deflation)（4）重力作用）重力作用 (gravitational action )（5）冰川運(yùn)動(dòng)）冰川運(yùn)動(dòng) (glacier movement)物理風(fēng)化的結(jié)果：物理風(fēng)化的結(jié)果： 1 1、大塊巖石變成碎塊、碎屑狀；、大塊巖石變成碎塊、碎屑狀； 2 2、比表面積增大：、比表面積增大： 3 3、通氣透水性增強(qiáng)；、通氣透水性增強(qiáng)； 4 4、化學(xué)成分未改變、化學(xué)成分未改變。（二）化學(xué)風(fēng)化（二）化學(xué)風(fēng)化（chemical weathering） 定義：巖石礦物在定義：巖石礦物在H2

14、O、O2、CO2等因素的作用等因素的作用下所發(fā)生的一系列化學(xué)變化而產(chǎn)生新物質(zhì)的過(guò)程。下所發(fā)生的一系列化學(xué)變化而產(chǎn)生新物質(zhì)的過(guò)程。 1、溶解作用、溶解作用（dissolution）：弱酸對(duì)巖石的溶解）：弱酸對(duì)巖石的溶解 2 、水化作用、水化作用 (hydration) CaSO4 + 2H2O CaSO4.2H2O 硬石膏硬石膏 軟石膏軟石膏 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）生物化學(xué)風(fēng)化（三）生物化學(xué)風(fēng)化（biochemical weathering)：指指巖石礦物在生物及其分泌物或有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)物

15、的作巖石礦物在生物及其分泌物或有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)物的作用下，進(jìn)行的機(jī)械破碎作用和化學(xué)分解過(guò)程用下，進(jìn)行的機(jī)械破碎作用和化學(xué)分解過(guò)程1、機(jī)械破碎作用、機(jī)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）、苔蘚）、苔蘚(moss)、菌類(lèi)、菌類(lèi) (fungi)等。等。 穴居動(dòng)物穴居動(dòng)物(troglodyte animals ) 原生動(dòng)物原生動(dòng)物(protozoa)2、生化作用、生化作用動(dòng)植物生命活動(dòng)分泌（動(dòng)植物生命活動(dòng)分泌（excrete）有機(jī)酸及二氧化碳）有機(jī)酸及二氧化碳等對(duì)巖石礦物產(chǎn)生溶蝕作用。等對(duì)巖石礦物產(chǎn)生溶蝕作用。二、土壤

16、母質(zhì)二、土壤母質(zhì)soil parent material(一一)母質(zhì)的概念母質(zhì)的概念巖石礦物經(jīng)過(guò)各種風(fēng)化作用，變成疏松的、粗細(xì)不等巖石礦物經(jīng)過(guò)各種風(fēng)化作用，變成疏松的、粗細(xì)不等的礦物質(zhì)顆粒。的礦物質(zhì)顆粒。（二）母質(zhì)的特點(diǎn)（與巖石礦物比較）（二）母質(zhì)的特點(diǎn)（與巖石礦物比較）1、具分散性，疏松，但結(jié)構(gòu)仍差。、具分散性，疏松，但結(jié)構(gòu)仍差。2、表面積增大，具一定的吸附養(yǎng)分的能力。、表面積增大，具一定的吸附養(yǎng)分的能力。3、具有孔隙，通氣透水性增強(qiáng)。、具有孔隙，通氣透水性增強(qiáng)。4、養(yǎng)分有所釋放，但仍處于分散狀態(tài)。、養(yǎng)分有所釋放，但仍處于分散狀態(tài)。5、由于沒(méi)有成土，、由于沒(méi)有成土， 故缺乏氮素，不具備完整肥

17、力。故缺乏氮素，不具備完整肥力。（三）土壤母質(zhì)的類(lèi)型（三）土壤母質(zhì)的類(lèi)型1、殘積母質(zhì)（、殘積母質(zhì)（residual deposit） 巖石礦物風(fēng)化后殘留在原地未經(jīng)搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)。巖石礦物風(fēng)化后殘留在原地未經(jīng)搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)。多分布在山地和丘陵上部，特點(diǎn)是層次薄膜，理化性質(zhì)多分布在山地和丘陵上部，特點(diǎn)是層次薄膜，理化性質(zhì)與母巖幾乎一致，表層質(zhì)較細(xì)，往下漸粗，逐漸過(guò)渡到與母巖幾乎一致，表層質(zhì)較細(xì)，往下漸粗，逐漸過(guò)渡到巖石層，母巖對(duì)基特性影響很大。巖石層，母巖對(duì)基特性影響很大。2、坡積母質(zhì)（、坡積母質(zhì)（slope deposit） 風(fēng)化物在重力或間歇性流水的作用下，被搬運(yùn)到山風(fēng)化物在重力或間歇性流水的

18、作用下，被搬運(yùn)到山坡中下部堆積而成。其特點(diǎn)是層次稍厚，無(wú)分選性，坡坡中下部堆積而成。其特點(diǎn)是層次稍厚，無(wú)分選性，坡積物的性質(zhì)決定于山坡上部的巖性，與下部母巖無(wú)過(guò)渡積物的性質(zhì)決定于山坡上部的巖性，與下部母巖無(wú)過(guò)渡關(guān)系。關(guān)系。3、洪積母質(zhì)、洪積母質(zhì)(flood deposit) 山洪搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)在山前平原地區(qū)沉積形成的山洪沉積山洪搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)在山前平原地區(qū)沉積形成的山洪沉積體，形狀如扇，其特占是扇頂沉積物分選差，多為石礫、粘體，形狀如扇，其特占是扇頂沉積物分選差，多為石礫、粘粒與砂?；齑?，在扇緣其沉積物多為粘粒及粉砂粒，水分條粒與砂?；齑?，在扇緣其沉積物多為粘粒及粉砂粒，水分條件好，養(yǎng)分豐富。

19、件好，養(yǎng)分豐富。4 4、沖積母質(zhì)（、沖積母質(zhì)（alluvial depositalluvial deposit） 巖石礦物的巖石礦物的 風(fēng)化碎屑物質(zhì)在河流沿岸或入?？诔练e風(fēng)化碎屑物質(zhì)在河流沿岸或入?？诔练e而成。而成。 我國(guó)的華北平原我國(guó)的華北平原(plain)，東北三江平原，江漢平原、，東北三江平原，江漢平原、長(zhǎng)江、黃河、珠江等的三角洲（長(zhǎng)江、黃河、珠江等的三角洲（delta）等。）等。 沖積物的特點(diǎn)：（沖積物的特點(diǎn)：（1）在質(zhì)地上呈現(xiàn)出水平方向上的）在質(zhì)地上呈現(xiàn)出水平方向上的成帶性（帶狀分布）和垂直方向上的成層性（砂粘相成帶性（帶狀分布）和垂直方向上的成層性（砂粘相間）。符合間）。符合“ 緊

20、出砂，慢出淤，不緊不慢出兩合緊出砂，慢出淤，不緊不慢出兩合”的沉的沉積規(guī)律。（積規(guī)律。（2）地形平坦，地下水位高。）地形平坦，地下水位高。 5、湖積母質(zhì)、湖積母質(zhì)(lacustrine deposit) 指古湖泊靜水沉積物。其特點(diǎn)是：（指古湖泊靜水沉積物。其特點(diǎn)是：（1）顆粒細(xì)小，粘）顆粒細(xì)小，粘粒多夾雜有生物遺體；（粒多夾雜有生物遺體；（2）顏色暗：鐵錳處于低價(jià)態(tài)，還）顏色暗：鐵錳處于低價(jià)態(tài)，還原性物質(zhì)多；（原性物質(zhì)多；（3）腐殖質(zhì)及養(yǎng)分含量高，但有效性低；）腐殖質(zhì)及養(yǎng)分含量高，但有效性低；（4）物理機(jī)械性差。）物理機(jī)械性差。6、風(fēng)積母質(zhì)、風(fēng)積母質(zhì)(wind-laid deposit) 由于

21、風(fēng)力搬運(yùn)而沉積下來(lái)的母質(zhì)。主要是沙丘、砂崗。由于風(fēng)力搬運(yùn)而沉積下來(lái)的母質(zhì)。主要是沙丘、砂崗。特點(diǎn)：質(zhì)地粗，砂性磊，形成的土壤肥力低，漏水肥，植特點(diǎn)：質(zhì)地粗，砂性磊，形成的土壤肥力低，漏水肥，植被稀疏。被稀疏。7、黃土母質(zhì)與黃土狀母質(zhì)、黃土母質(zhì)與黃土狀母質(zhì)(Loess deposit and loess-like deposit)有人認(rèn)為是風(fēng)力搬運(yùn)堆積而成，也有人認(rèn)為是水流搬運(yùn)而成。有人認(rèn)為是風(fēng)力搬運(yùn)堆積而成，也有人認(rèn)為是水流搬運(yùn)而成。8、海積母質(zhì)（marine deposit） 由海水?dāng)y帶的泥砂沉積，海岸上升，海退或江河入海的回流淤積物露出水面而成。特點(diǎn)：砂粘不一，含鹽較多。濱海鹽土，海涂資源

22、。9、冰積母質(zhì)（glacial till） 冰川運(yùn)動(dòng)形成的母質(zhì)。巖石碎屑，分選性、層次性差，棱冰川運(yùn)動(dòng)形成的母質(zhì)。巖石碎屑，分選性、層次性差，棱角明顯。角明顯。10、紅土母質(zhì)（red earth deposit） 第四紀(jì)古土壤（第四紀(jì)古土壤（Q2）。）。 多呈紅色、紅棕色，多呈紅色、紅棕色， 質(zhì)地粘重，質(zhì)地粘重，養(yǎng)分少，結(jié)持力大。養(yǎng)分少，結(jié)持力大。土壤的礦物組成和化學(xué)組成特點(diǎn)土壤的礦物組成和化學(xué)組成特點(diǎn)一、礦物組成（一、礦物組成（mineral composition)1、土壤中的原生礦物、土壤中的原生礦物(primary minerals) 在風(fēng)化過(guò)在風(fēng)化過(guò)程中沒(méi)有改變化學(xué)組成而遺留在土壤中的一類(lèi)礦物稱(chēng)為原生程中沒(méi)有改變化學(xué)組成而遺留在土壤中的一類(lèi)礦物稱(chēng)為原生礦物。礦物。 主要種類(lèi)：石英、長(zhǎng)石、云母、輝石等，主要種類(lèi)：石英、長(zhǎng)石、云母、輝石等， 主要存主要存在于土壤粗顆粒中在于土壤粗顆粒中石礫、砂粒。石礫、砂粒。2、土壤中的次生礦物、土壤中的次生礦物(secondary minerals)原生礦物在原生礦物在風(fēng)化和成土作用下，新形成的礦物稱(chēng)次生礦物。風(fēng)化和成土作用下，新形成的礦物稱(chēng)次生礦物。 層狀鋁硅酸鹽粘土礦物（高嶺石、蒙脫石