第二章土壤礦物質(zhì)

第二章土壤礦物質(zhì)【教學(xué)目標(biāo)】●土壤礦物1．了解土壤原生礦物的種類。2．重點(diǎn)掌握次生礦物的種類及特性?！竦V物質(zhì)土粒1．了解礦物質(zhì)土粒的分類系統(tǒng)。2．掌握礦物質(zhì)土粒水分物理特性?！裢寥蕾|(zhì)地1.了解土壤質(zhì)地的分類系統(tǒng)。2．掌握不同質(zhì)地土壤的水分物理特性。1土壤礦物土壤母質(zhì)來源于巖石、礦物的風(fēng)化產(chǎn)物，巖石是由礦物所構(gòu)成，是礦物的天然集合體。1.1幾種主要巖石類型與特性地殼中的巖石可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。巖漿巖（火成巖）由巖漿冷卻凝固形成，如花崗巖、閃長巖、玄武巖等，它們含有石英、長石、深色礦物（如黑云母、輝石、角閃石等原生礦物）。沉積巖是由巖石風(fēng)化物經(jīng)搬運(yùn)、沉積再膠結(jié)而形成的，如花崗巖風(fēng)化形成的石英沙沉入海底經(jīng)地質(zhì)變化膠結(jié)成的巖石，稱為沙巖。變質(zhì)巖是火成巖或沉積巖在高溫、高壓下發(fā)生質(zhì)變而形成的，如花崗巖變質(zhì)形成片麻巖、沙巖和頁巖變質(zhì)形成石英巖和板巖，石灰?guī)r變質(zhì)可形成大理巖。1.1.1巖漿巖（1）花崗巖為粗粒、中?；蚣?xì)粒全晶質(zhì)的巖石，呈紅色、灰色或淺灰色。主要礦物有石英、正長石、黑云母，也有角閃石、斜長石，由于礦物結(jié)晶顆粒較大，組成復(fù)雜，容易發(fā)生物理風(fēng)化。在干旱地區(qū)崩解成砂粒，在濕潤地區(qū)暗色礦物被分解為含水氧化鐵次生礦物，長石類礦物分解為高嶺石，石英以砂粒殘留于風(fēng)化物中。（2）流紋巖：化學(xué)成分與花崗巖基本相似，灰白、淺黃或淺紅色。斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為圓柱狀的石英和長方形透長石。因結(jié)晶顆粒較小，難以發(fā)生物理風(fēng)化。在溫暖濕潤地區(qū)所形成深厚的風(fēng)化層，多呈紅色的粘壤土或砂質(zhì)粘壤土。（3）正長巖：其礦物組成以正長石和角閃石為主，不含石英，有少量的磷灰石，磁鐵礦，色淺紅，呈塊狀或粒狀構(gòu)造。風(fēng)化后形成砂壤或壤質(zhì)土壤，通氣性良好，富含磷、鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)元素。土壤多為中性至微酸性反應(yīng)。（4）玄武巖：是基性噴出巖，在地殼中分布較廣?；瘜W(xué)成分與輝長巖相當(dāng)。色暗近似黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，常有氣孔構(gòu)造，風(fēng)化后質(zhì)地較黏，含鹽基物質(zhì)較多。（5）橄欖巖：主要由橄欖石和輝石組成，一般為暗綠色或黑綠色，全晶質(zhì)粗?；蛑辛＝Y(jié)構(gòu)，容易風(fēng)化。1.1.2沉積巖（1）礫巖礫巖是各種巖石碎塊經(jīng)過搬運(yùn)沉積再經(jīng)膠結(jié)硬化而成。直徑一般(2mm，如經(jīng)河水長途搬運(yùn)，其棱角磨圓，其間有孔隙，易透水，風(fēng)化后呈砂礫狀。實(shí)物圖片：礫巖（2）砂巖一般由直徑0.1－2.0mm的砂粒膠結(jié)而成，主要成分為石英，其次為長石、白云母、磁鐵礦、石榴子石等。石英含量大于95%以上的為石英砂巖；長石含量達(dá)25%－60%的為長石砂巖。以氧化硅為膠結(jié)劑的稱為硅質(zhì)砂巖；以氧化鐵為膠結(jié)劑的稱為鐵質(zhì)砂巖；以粘土為膠結(jié)劑的稱為泥質(zhì)砂巖。膠結(jié)緊實(shí)的砂巖，因抗風(fēng)化力強(qiáng)，形成土層較薄，砂性大，尤其是石英砂巖比較明顯。實(shí)物圖片：粗粒石英砂巖（3）頁巖粘土經(jīng)過壓實(shí)、脫水和膠結(jié)作用，硬化后變成頁巖，呈頁片狀或?qū)訝顦?gòu)造。礦物組分較復(fù)雜，多為灰色、紫紅色，也有黃色、黑色。比砂巖容易風(fēng)化，形成的土質(zhì)較粘，含片狀碎屑多，養(yǎng)分含量較豐富。實(shí)物圖片：頁巖

（4）石灰?guī)r石灰?guī)r由化學(xué)沉積或生物沉積作用而成。礦物組成主要有方解石，塊狀構(gòu)造，巖體層理明顯，多為致密結(jié)構(gòu)，硬度小，遇稀鹽酸可發(fā)生氣泡反應(yīng)，灰、青灰色，有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)呈黑色。石灰?guī)r風(fēng)化主要是化學(xué)溶解作用，風(fēng)化后土層較薄，稍粘、鈣質(zhì)豐富，抗酸力強(qiáng)。實(shí)物圖片：竹葉狀灰?guī)r

1.1.3變質(zhì)巖：（1）片麻巖由花崗巖或砂巖變質(zhì)而成。成分近于花崗巖，礦物組成為石英、長石、云母等，因受到高溫高壓，礦物結(jié)晶呈帶狀排列，具有一定的方向性，呈條帶狀。實(shí)物圖片：花崗片麻巖（2）石英巖石英巖由石英砂巖，在高溫高壓條件下，經(jīng)過重結(jié)晶變質(zhì)而成。硬度大，抗機(jī)械性和抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，不易風(fēng)化。脂肪光澤，一般為乳白色，如含有少量氧化鐵呈紅色和褐色，風(fēng)化后形成砂質(zhì)或礫質(zhì)顆粒。（3）板巖板巖由泥質(zhì)頁巖、粉砂巖和其它細(xì)粒碎屑沉積物質(zhì)變質(zhì)而成。有完整的片理，劈開后呈平的薄塊狀平面，北方農(nóng)民開采后做房瓦用。礦物組成主要是云母、綠泥石、石英等，顏色多為青灰色。實(shí)物圖片：千枚狀板巖（4）片巖片巖由各種巖石在高溫高壓下變質(zhì)而成，也可由千枚巖進(jìn)一步變質(zhì)而成。具有明顯的片狀構(gòu)造，片理面呈粗糙皺紋狀，含有云母、角閃石及少量長石。實(shí)物圖片：方柱石黑云母片巖（5）大理巖大理巖由碳酸巖類（石灰?guī)r、白云巖）變質(zhì)而成。一般由方解石、白云石和少量的石英、角閃石和輝石礦物組成。具有各色花紋，是優(yōu)良的建筑裝飾材料。純白色的大理巖稱為漢白玉，在我國云南分布較廣。實(shí)物圖片：大理巖綜上所述，土壤礦物質(zhì)來源于巖石、礦物的風(fēng)化產(chǎn)物。巖石、礦物的組成和特性對土壤的化學(xué)組成和物理性質(zhì)影響甚大，這種影響主要表現(xiàn)在土壤顆粒粗細(xì)、土壤物理性質(zhì)、土壤的酸堿性以及土壤養(yǎng)分等方面（詳見有關(guān)章節(jié)）。因此，學(xué)習(xí)與成土有關(guān)的巖石和礦物的組成及基本特性，有助于我們學(xué)習(xí)、認(rèn)識土壤并有目的去改造土壤，尤其是對山區(qū)土壤的改良，更是如此。1.2土壤礦物質(zhì)的來源 土壤礦物質(zhì)來源于巖石、礦物風(fēng)化產(chǎn)物,巖石礦物質(zhì)影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)土壤顆粒粗細(xì)，土壤酸堿性，土壤養(yǎng)分礦物是指天然產(chǎn)出的、具有一定的化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造和物理性質(zhì)的元素或化合物。成土礦物:與土壤礦物質(zhì)組成密切相關(guān)的礦物叫成土礦物包括：原生礦物和次生礦物1.2.1原生礦物原生礦物是指由熔融的巖漿直接冷凝所形成的礦物（1）長石類礦物（包括正長石和斜長石）正長石（KAlSi3O8），又稱鉀長石。顏色多呈肉紅色，廣泛分布于淺色巖漿巖中，如花崗巖、正長巖、斑巖等。正長石抗風(fēng)化能力較弱。風(fēng)化后形成次生粘土礦物，是土壤中鉀元素的重要來源（如圖01-01）。（2）云母類礦物（包括白云母和黑云母）機(jī)械分析：土粒分級是以單粒大小進(jìn)行的，對顆粒大小進(jìn)行分級的測定方法稱為機(jī)械分析。當(dāng)量粒徑：人為的把土粒直徑看成理想球體的直徑對待,以便于研究。更確切地說叫做“當(dāng)量粒徑”。粒級：根據(jù)粒徑的大小和理化性質(zhì)上的差異，把礦質(zhì)土粒分為若干組，每組就是一個(gè)粒級；組內(nèi)粒徑大小、成分及性質(zhì)基本相近，而組間有明顯的差異。2.2礦物質(zhì)土粒的化學(xué)組成其主要元素有氧、硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、鈦、磷、硫以及一些微量元素錳、鋅、硼、鉬、銅等。氧、硅、鋁、鐵四種元素占的比例最大。二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鐵(Fe2O3)三者之和一般占土壤礦物質(zhì)部分的75％以上，是土壤礦物質(zhì)的主要成分。礦物質(zhì)土粒愈粗,含SiO2愈多,而Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等養(yǎng)料元素含量則愈少.由于原生礦物所含營養(yǎng)元素可溶性很小，以致幾乎沒有提供有效養(yǎng)分的能力。礦物質(zhì)土粒的水分物理性質(zhì)土粒粒徑大小不同,性質(zhì)上有明顯的差異,主要表現(xiàn)在土壤的水分物理性質(zhì)上,如黏性、黏著性、可塑性、脹縮性。隨著土粒由大變小，這些性質(zhì)由不顯著到顯著，由弱到強(qiáng)。2.3.1石礫和沙粒(>0.05mm)土壤中的粗骨部分,嚴(yán)格地講，它們只是侵入土壤中的母巖碎屑，還不能算是土粒。所含礦物均為原生礦物，礦物組成與母巖基本一致,它本身為非疏松多孔體,無通透性和蓄水性，也不能提供有效養(yǎng)分。含石礫和沙粒較多的土壤疏松多孔，粒間孔隙大,通氣透水好，排水通暢。由于顆粒粗比表面積小，無黏結(jié)性、黏著性、可塑性和脹縮性，吸水保肥能力弱,大孔隙多，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化快，但容易隨水流失，耕性較好。2.3.2黏粒(<0.001mm)顆粒細(xì)小,屬于膠體范疇,是化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物其礦物成分主要為次生礦物，與母巖成分相差很大。顆粒小，比表面大，粒間孔隙小,通氣透水性弱，排水不暢.黏結(jié)性、黏著性、可塑性、脹縮性均強(qiáng)養(yǎng)料含量豐富，且吸水保肥能力強(qiáng)，潛在養(yǎng)分貯量多土溫較低，土溫變幅小，養(yǎng)分不易轉(zhuǎn)化2.3.3粉粒(0.05～0.001mm)顆粒大小介于黏粒和沙粒之間，礦物成分有原生礦物，也有次生礦物粉粒很多性質(zhì)介于沙粒和黏粒之間,含粉粒較多的土壤具有一定的可塑性、黏結(jié)性、黏著性和吸附性。2.3土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地:根據(jù)機(jī)械組成劃分的土壤類型。2.3.1土壤質(zhì)地分類2.3.2不同土壤質(zhì)地的生產(chǎn)性狀土壤的肥力性狀(作物在生長過程中,土壤的水、肥、氣、熱、扎根條件以及有無產(chǎn)生毒害物質(zhì)的協(xié)調(diào)程度)耕作性狀(耕作時(shí)的難易程度、阻力大小、耕作質(zhì)量好壞以及宜耕期的長短等)作物反應(yīng)(出苗難易、快慢、整齊度、早發(fā)苗或發(fā)晚苗以及成熟早晚等)（1）沙質(zhì)土類①沙粒含量高,顆粒粗,比表面積小,組成的粒間大孔隙數(shù)量多。②保蓄性差。保水、持水、保肥性能弱，雨后容易造成水肥流失，水分蒸發(fā)速率快，失墑多易引起土壤干旱③土壤中原生礦物以石英、長石為主，潛在養(yǎng)料含量少，但養(yǎng)分轉(zhuǎn)化快。④土溫變幅大,但晚秋也容易造成霜凍。⑤沙性土耕性好,宜耕期長，耕作阻力小,耕后質(zhì)量好。這種土又稱“輕質(zhì)土”。⑥沙性土大孔隙多,氧氣充足,以氧化過程為主,土壤中無毒害物質(zhì)存在。⑦發(fā)小苗不發(fā)老苗。沙性土“口松”，出苗快、齊、全。但因養(yǎng)分貧乏容易造成作物中后期脫肥，早熟，早衰。（2）黏質(zhì)土類(1)通透性差，顆粒細(xì)微，粒間孔隙?。?)保蓄性強(qiáng)，土粒細(xì)小，膠體物質(zhì)含量多，土壤固相比表面積巨大，表面能高，吸附能力強(qiáng)。肥效緩慢。（3）養(yǎng)分含量豐富，土壤中以次生礦物為主，其本身養(yǎng)分和吸附外界養(yǎng)分多，潛在養(yǎng)分貯量豐富。但養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速度慢。（4）土溫變幅小，黏性土水分含量高，空氣相對少，地溫上升下降均緩慢，故常把黏質(zhì)土稱為冷性土。（5）耕性差，由于黏質(zhì)土比表面積大，土壤的黏結(jié)性、黏著性、可塑性、濕脹性強(qiáng)，耕作阻力大，耕作質(zhì)量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。（6）有毒物質(zhì)多，由于大孔隙數(shù)量少，造成還原性狀態(tài)（7）發(fā)老苗不發(fā)小苗（3）壤質(zhì)土類2．3．3土壤質(zhì)地層次性及其評價(jià)除了以上提到的土壤表層(耕層)質(zhì)地粗細(xì)有較大差別外,在同一土壤上下層之間,其質(zhì)地粗細(xì)和厚度亦有很大差異。土壤質(zhì)地剖面：土壤不同質(zhì)地層次在土體中的排列狀況,稱為土壤質(zhì)地剖面。主要有三個(gè)方面：一是母質(zhì)本身排列的層次性；二是成土過程中物質(zhì)的淋溶和淀積；三是人為耕作管理活動(dòng)。1）母質(zhì)本身：華北平原主要由沖積物多次沖積構(gòu)成,質(zhì)地剖面層次復(fù)雜多樣一般的模式有：通體均一型(通體沙、通體黏或通體壤)上粗下細(xì)型(蒙金型)上細(xì)下粗型中間夾沙型和夾黏型2）土壤在長期風(fēng)化和成土過程中黏?；蚣?xì)土粒隨水滲漏向下移動(dòng)，下層化學(xué)風(fēng)化使黏粒增多，致使土體各層出現(xiàn)不同質(zhì)地的分異現(xiàn)象，一般剖面上部較輕，下部在一定深度黏粒增多，形成黏化層。雨水長期沖洗、地表徑流也可出現(xiàn)表層黏粒大量流失，形成上沙下黏的剖面層次，這種層次具有托水托肥的優(yōu)點(diǎn)，但過于靠上不