第1土壤的物质组成-1无机矿物

五、土壤质地
1、概念
1)、土壤颗粒组成或土壤机械组成：指土壤中颗粒 大小和数量的构成状况。
2)、土壤质地：是根据机械组成(土粒大小和数量构 成)划分的土壤类型。
2、土壤颗粒分级
1)、国际制：0.02mm 2)、卡庆斯基制：1~0.01mm的土粒为物理性砂粒
< 0.01 mm的土粒为物理性粘粒
2、土壤颗粒分级
> 97%
表 几种主要的土壤原生矿物的元素组成
稳定 性
极稳定
易风化
矿物
石英 磁铁矿 钛铁矿 白云母 正长石 钠长石 钙长石 磷灰石 黑云母
辉石
角闪石 橄榄石
常量元素
Si Fe Fe,Ti K,Al,Si K,Al,Si Na,Al,Si Ca,Al,Si Ca,P,F K,Mg,Fe,Al,Si
Ca,Mg,Al,Si
3、按风化物堆积年代的划分
第四纪沉积物
Q1 早更新世堆积物 Q2 中更新世堆积物 Q3 晚更新世堆积物 Q4 全更新世堆积物
我国南方
红土或网纹红土 下蜀黄土
我国北方 午城黄土 离石黄土 马兰黄土 次生黄土
4）按风化物堆积的地球化学特点来划分
碎屑风化壳、碳酸盐风化壳、硅铝酸盐风 化壳、富铝风化壳、含盐风化壳和还原系列 风化壳等。
2、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的 沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑 岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。
3、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发 生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、 片岩和大理岩。
1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入 岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。
被土壤颗粒→稳定很强的土壤结构
针铁矿(goethite)：FeOOH 赤铁矿(hematite)：Fe2O3 三水铝石(gibbsite)：Al(OH)3
主要以胶膜或粘粒形式存在。包被土壤颗粒→稳
定很强的土壤结构。
三水铝石、赤铁矿：含水的铝(Al)铁(Fe)氧化物， 在热带亚热带土壤中含量高，交换量低，对磷酸 根有固结作用。 针铁矿：在湿热或渍水土壤中较多，交换量较 多。 水铝英石：无定形含水硅、铝三氧化物，火山 灰发育的土壤中多，吸附阳、阴离子能力均强。
和水化后的产物，黄褐色。 • 黄铁矿：FeS2，地壳中分布最广的硫化物，土壤中
S的主要来源，极易风化成褐铁矿。
磷灰石 • 岩浆岩中副矿物，土壤P素重要来源
土壤原生矿物作用 • 构成土壤的骨架 • 通过风化作用提供养分
2、次生矿物
简单的盐类—方解石、石膏、芒硝、食盐 分三类： 次生层状硅酸盐—高岭石、水云母、蒙脱石
溶解作用 水化作用 水解作用 氧化作用
释放出可溶性的盐类物质； 产生胶体物质；
3、生物风化 机械破坏： 生物化学作用：
三、成土母质的类型及分布规律
1、概念：是风化壳的表层，原生基岩经过风 化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、 最年轻的地质矿物层，是形成土壤的物质基础， 是土壤的前身。
2、按风化物的搬运与沉积特点划分 1）残积母质：原地，未经搬运 2）坡积母质：重力或流水作用 3）洪积母质：形成扇状 4）河流冲积母质：平原 5）湖积、海积母质： 6）风积母质：黄土 7）冰碛母质：
Oxygen Silicon Aluminium
（2）主要类型
1:1型：高岭石(kaolinite)、埃洛石 (halloysite)
1:1型 (高岭石)结构
铝氧片
硅氧片
1:1型 (高岭石)结构
铝氧八面体层 硅氧四面体层
层间氢键 O OH
2:1型 粘土矿物(云母)的结构
O
Si
硅氧四面体层
Al
4、土壤质地分类
1) 卡庆斯基制：主要考虑土壤类型的差别，将 质地划为三大类九种土壤。
表2-10 卡庆斯基制土壤质地分类
质地名称
砂土 壤土 粘土
松砂土 紧砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 中粘土 重粘土
灰化土 0-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-65 65-80 > 80
火山作用与火成岩
是岩浆冷凝而成的岩石
岩浆：地下深处高温高压的硅酸盐熔融
成分主要是硅酸盐：长石、石英、云母、角闪石、 辉石、橄榄石
基性岩浆： SiO2<55%，富含Fe、Mg ，少 Na 酸性岩浆： SiO2>65%，富含K、Na, 少 Fe、Mg
类型：
喷出岩
岩浆喷出地面冷凝而成的岩石 流纹岩、安山岩、玄武岩
0.3
2.3 0.2
0.010.002
74.2 13.2
5.1
1.6
0.3
4.2 0.1
< 0.002 53.2 21.5 13.2 1.6 1.0 4.9 0.4
3、不同粒级土壤颗粒的性质差异 1) 矿物组成 2) 元素含量 3) 比表面 4) 物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性 5) 化学性质：阳离子交换量
1)、国际制：0.02mm 2)、卡庆斯基制：
# 1~0.01mm的土粒为物理性砂粒 # < 0.01 mm的土粒为物理性粘粒
3、不同粒级土壤颗粒的性质差异 1) 矿物组成 2) 元素含量 3) 比表面 4) 物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性 5) 化学性质：阳离子交换量
砂粒
粉粒
粘粒
图2-6 土粒矿物组成示意图
表2-7 各粒径土粒的化学组成（重量%）
粒径范 围(mm)
1-0.2
SiO2 96.3
Al2O3 Fe2O3 CaO 1.6 1.2 0.4
MgO 0.5
K2O 0.8
P2O5 0.05
0.2-0.04 94.0 2.0 1.2 0.5 0.1 1.5 0.1
0.040.01
89.4
5.1
1.5
0.8
土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。 常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
次生矿物：原生矿物经风化，改变了化学成分与性 质，而形成的新矿物。如Si、Fe、Al、Mn的氧化物 和水化氧化物，还有碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿等。
1、常见的原生矿物
长石
易风化为高岭石、SiO2、盐基物质 正长石：钾长石，土壤K重要来源，肉红色 斜长石：Na、Ca长石混合，灰白色
三、常见成土矿物
矿物:具有一定化学组成、物理性质和内部构 造的化合物或单质。
大多数呈晶态、固态 分为2大类 (按矿物的起源)
# 原生矿物 # 次生矿物
种类>3000种，与土壤有关的有数十种
原生矿物：是指地球内部的岩浆冷凝时，存在于岩 浆岩中的矿物。
在风化、成土过程中，抗风化力强保留下来未经 变化的矿物。
山地垂直分布
2:1型矿物增多，1:1型矿物减少 1.4nm过渡矿物和三水铝石增多
矿物风化减弱 淋溶增强
四、土壤矿物的化学成分
表2-3 地壳和土壤主要元素平均组成（%）
元素 O Si Al Fe Ca K Na Mg
地壳 46.6 27.7 8.1 5.0 3.6 2.6 2.8 2.1
土壤 49.0 33.0 7.1 3.8 1.4 1.2 0.6 0.6
岩石循环
二、岩石风化
1、物理风化：岩石在物理因素作用下，逐渐 崩解破碎，仅只有大小形状发生改变，而不 改变矿物成份和化学成分的过程。其结果形 成母质或土壤中的粗粒部分。其主要因素为 温度、流水、冰冻和风蚀等。
2、化学风化：岩石在化学作用下的破坏过程。 使岩石改变其组成和性质而产生新的矿物。 其主要因素为水、氧和二氧化碳等。
侵入岩
侵入地壳冷凝而成的岩石 深成侵入、浅成侵入 (<8 km) 花岗岩、闪长岩
有冷凝、结晶顺序 无层次，无化石
2、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的 沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑岩 类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。地球表面 75%以上的岩石都是沉积岩类。
各种先成岩经风化、搬运重新沉积胶结而成的岩石 分布面积最广
第一章 土壤的物质组成
第一节 土壤矿物质
土壤矿物质是构成土壤的主体物质（骨架）， 占土壤固相物质重量的95%-98%。土壤的理化性状 与它密切相关，对土壤肥力有深刻影响。而其来源 是成土岩石的风化。
成土岩石 成土母质 成土矿物
一、成土岩石
1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入 岩和喷出岩。如花岗岩、玄武岩。
铝氧八面体层
硅氧四面体层
2:1型：
膨胀型—蒙脱石(montmorillonite)、 蛭石 (vermiculite)
非膨胀型—水云母(hydromica) 混合型—绿泥石(chlorite)
1.4 nm过渡矿物（1.4 nm intergrade mineral)
chlorite
表2-2 三种主要粘土矿物的特性比较
石英
分布广、性质稳定，极难分解， SiO2
云母
分布较广，可风化为水云母和高岭石，土壤K重要来源 黑云母：富含盐基、易风化 白云母 ：抗风化能力强
角闪石和辉石 易风化成次生矿物，释放盐基物质，黑色
方解石 分布广，CaCO3，石灰岩和大理岩的主要成分，易 风化，土壤碳酸盐的主要来源
铁矿 • 赤铁矿：Fe2O3，分布广，暗红色，较稳定 • 磁铁矿： Fe3O4，较稳定 • 褐铁矿：2Fe2O3.3H2O，是含铁矿物在地表经氧化
理岩
岩浆岩的变质如： 花岗岩→片麻状花岗岩→花岗片麻岩→正片麻 岩
沉积岩的变质如： 粘土岩→板岩→千枚岩→片岩
• 再如： – 硅质砂岩→石英岩（极坚硬、极难风化） – 页岩→板岩（坚硬难风化） – 页岩→千枚岩（云母多） – 页岩、隐晶质的酸性岩浆岩→片岩 – 石灰岩→大理岩（质硬、色白）
Mg,Fe,Ca,Al,Si Mg,Fe,Si
微量元素
Zn,Co,Ni,Cr,V Co,Ni,Ct,V F,Rb,Sr,Ga,V,Ba Rb,Ba,Sr,Cu,Ga Cu,Ga Sr,Cu,Ga,Mn 稀土元素，Pb,Sr Rb,Ba,Ni,Co,Se,Li,Mn,V,Zn,C u,Ga Ni,Co,Mn,Se,Li,V,Zn,Pb,Cu,G a Ni,Co,Mn,Se,Li,V,Zn,Cu,Ga Ni,Co,Mn, Li, Zn,Cu,Mo
项目
蒙脱石类 水云母类 高岭石类
形状
不规则片状 不规则片状 六角形片状
外表面
大
中等
较小
Hale Waihona Puke Baidu内表面
很大
中等
较小
比表面(m2/g)
700-800
100-120
5-20
粘结性，可塑性
强
中等
弱
胀缩性
强
中等
弱
阳离子交换量
60-100
15-40
3-15
(cmol/kg)
2)、含水铁、铝氧化物: 主要以胶膜或粘粒形式存在。包
氧化物—三水铝石、针铁矿、赤铁矿、水钠锰矿
原生矿物经风化作用后产生的，在化学组成、结构 特点和颗粒大小方面都有所变化的新矿物。
1)、层状铝硅酸盐矿物
（1）基本单元： 硅氧四面体
Si-O tetrahedron
Oxygen Silicon Aluminium
铝氧八面体 Al-O octahedron
3)、我国土壤粘粒矿物的分布规律
风化和成土作用与粘土矿物组成关系 （1）气候因素影响： （2）母质因素影响： （3）地形因素影响：
粘土矿物在特定生物气候条件下形成
• 比较稳定 • 明显的地带性 • 受母质的强烈影响 • 对土壤具有特殊的重要性
总之，由北向南，土壤中的2:1型粘土 矿物减少，1:1型粘土矿物、铁铝氧化物增 多，其中针铁矿逐渐减少，赤铁矿增多， 三水铝石由无到有。
砂粒和粉粒主要由各种原生矿物组成，其中以石英最多，其次 是各种原生硅酸盐矿物（长石、云母）；粘粒粒级中，原生矿物 很少，基本上是次生矿物（主要是各种层状硅酸盐和铁、硅、铝 氧化物）。
3、不同粒级土壤颗粒的性质差异 1) 矿物组成 2) 元素含量 3) 比表面 4) 物理性质：吸湿性、胀缩性、可塑性 5) 化学性质：阳离子交换量
2、沉积岩：先成岩（包括岩浆岩、变质岩和原有的 沉积岩）经风化、搬运、沉积胶结而成。分为碎屑 岩类、粘土岩类、化学岩类和生物化学岩类。
3、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发 生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、 片岩和大理岩。
1、岩浆岩：又称火山岩，由岩浆冷凝而成。分侵入岩和喷出岩。 如花岗岩、玄武岩。
分类
碎屑岩类：组成物质主要为碎屑物质 砾岩 砂岩 粉砂岩
粘土岩类：组成主要为粘土矿物 页岩 泥岩
化学及生物化学岩：化学或生物化学作用沉淀而成 石灰岩 白云岩
3、变质岩类：先成岩类在高温高压下使岩石内部发 生剧烈变化面成。片麻岩、石英岩、板岩、千枚岩、 片岩和大理岩。
变质作用与风化作用（外力）不同 变质作用不经过溶融过程（与岩浆岩不同） 常见变质岩：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大