第二章土壤矿物质

（3）两者的区别之处就在于：
与岩石相比，有的化学元素在成土过程中增 加了，而有的则显著下降了。
例如，与岩石相比，土壤矿物质中O、Si、C、N等元 素的含量增加了，而Ca、Mg、K、Na等元素的含量则 显著下降了。
（二）土壤矿物质的矿物组成
土壤矿物质按照来源的不同，可以分为 原生矿物和次生矿物两大类。
斜长石 Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）
常呈板状和柱状晶体。白色 或灰白色。玻璃光泽，完全 解理，硬度6.0～6.5。在岩 石中多呈晶粒，长方形板状， 白色或灰白色，玻璃光泽。 伴生矿物主要是辉石和角闪 石。斜长石比正长石容易风 化，风化产物主要是粘土矿 物，能为土壤提供K、Na、 Ca等矿物养分。
（1）概念 土壤中的次生矿物，是在岩石的风化和成土过程 中，由原生矿物经化学蚀变或由其分解产物重新 合成的新生矿物。
（2）特点
①通过电子显微镜对其外部形态进行观察可以清 楚地看出，次生矿物可呈板状、小球状及短栅状 等各种形状。
②从其内部的构造及成份来看，它们大都为层状硅 酸盐，故有时也称为次生层状硅酸盐矿物。
也就是说，土壤矿物质中其余90多种元素合 在一起，也不过占土壤矿物质重量的7.07%。 所以，在组成土壤矿物质的化合物中，绝大 多数也是含氧化合物，其中又以硅酸盐最多。 土壤矿物质化学组成的这一特点与岩石是相 似的。
（2）植物生长必需的营养元素不仅含量很 低，而且分布很不平衡。
例如，N只有0.1%，而P、S均不到0.1%。 这样低的含量远远不能满足植物和微生物营 养的需要。这一化学组成特点与岩石也是相 似的。
土壤中 0.085 0.08 0.085
2.0 0.1 0.002 0.005 0.0008 0.001 0.0003
1. 地壳元素组成的特点
（1）地壳中的元素以氧、硅、铝、铁四种 元素为主。其中又以氧和硅的含量最多，分 别占地壳重量的47%和29%；铝和铁次之， 分别占地壳重量的8.05%和4.65%。所以，在 组成岩石的各种化合物中，绝大多数是含氧 化合物，其中又以硅酸盐最多。
1、原生矿物（ primary minerals ）
（1）原生矿物的概念 自然界中，矿物的种类很多，其中长石、石 英、辉石、角闪石、云母等数种矿物是构成 岩石的主要矿物，称为造岩矿物，它们约占 大陆岩石圈的90%。
在风化成土过程中未改变化学组成的原始造 岩矿物，称为原生矿物。 原生矿物主要是一些抗风化能力较强的造岩 矿物，其中大部分为石英和长石类矿物。此 外，还包括云母、角闪石及辉石等。 岩浆岩是其主要来源。
地壳和土壤的平均化学组成（重量%）
元素 地壳中 土壤中 元素 地壳中 土壤中
O
47.0
49.0 Mn 0.10 0.085
Si
29.0
33.0
P
0.093 0.08
Al
8.05
7.13
S
0.09 0.085
Fe
4.65
3.80 C 0.023 2.0
Ca
2.96
1.37 N
0.01
0.1
Na
2.50
白云母较难风化，风化 产物为细小的鳞片状， 强烈风化后能形成高岭 石等粘土矿物。
普通角闪石 Ca(Mg,Fe)3Si4O12
角闪石呈细长柱状，深绿至黑色， 玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～ 6.0，角闪石主要分布在岩浆岩和 变质岩中的片麻岩和片岩中。在 岩石中呈针状或纤维状。伴生矿 物为正长石、斜长石和辉石，角 闪石易风化，风化产物为粘土矿 物。
原生矿物的组成和比例很少能反映土壤形成 过程特点，但是，它们说明成土母质成因特 征。土壤中原生矿物丰富，说明土壤相当年 轻。随着土壤年龄增长，原生矿物含量和种 类逐渐减少。
不同种类的原生矿物，由于其构造特点及元 素组成不同，抗风化的能力及提供养分的能 力也不同。
2、次生矿物（secondary minerals）
地壳中 47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.45
（ 0.15 ）
土壤中 49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 Cu Zn Co B Mo
地壳中 0.10 0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003 0.003
1.67 Cu 0.01 0.002
K
2.50
1.36 Zn 0.005 0.005
Mg
1.37
0.60 Co 0.003 0.0008
Ti
0.45
0.40
B
0.003 0.001
H
（ 0.15 ）
?
Mo 0.003 0.0003
具体来看，土壤矿物质的化学组成有以下 三个特点：
（1）O、Si是含量最多的两种元素，Al、 Fe次之。它们分别占土壤矿物质重量的 49%、33%、7.13%和3.80%。上述四种元 素相加共占土壤矿物质重量的92.93%。
主要来源。
石膏 石膏呈板状、块状、 无色或白色。玻璃 光泽或丝绢光泽。 硬度2.0，是干旱炎 热气候条件下的盐 湖沉积。常作土壤 改良剂。
CaSO4·2H2O8
二、土壤矿物质的化学组成及矿物组成
（一）土壤矿物质的化学组成 由于土壤矿物质来自于岩石的风化，所以土 壤矿物质的化学组成与岩石的化学组成有相 似之处，但也存在一定的区别。
石英
正长石 斜长石
白云母 黑云母
闪石 辉石 橄榄石
磷灰石
铁锰硅酸盐
含有锰离子的石英——紫水晶
含铁锰的石英——芙蓉石
普通石英
含有机质的石英——烟水晶
正长石（KAlSi3O8）： 钾长石，肉红色，晶体为短柱状，
易化学分解，为土壤提供钾
斜长石[Na(AlSi3O8)Ca(Al2Si2O8)]：
板状或粒状，灰白色，硬度6.5左右， 较易分解，为土壤提供钙。
云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母。
黑 云 母 KH2(Mg ， Fe)3AlSi3O12 深 褐 色或黑色，其他性 质同白云母。
黑云母主要分布在 花岗岩、片麻岩和 结晶片岩中，伴生 矿物是石英、正长 石等。黑云母较白 云母易于风化，风 化物为碎片状。
白云母KH2Al3Si3O12 常 见片状、鳞片状。白云 母无色透明或浅色（浅 黄、浅绿）透明。极完 全解理，薄片具有弹性， 珍 珠 光 泽 ， 硬 度 2.03.0。
辉石[Ca(Mg,Fe)Si2O6]： 绿黑色，短柱状或近似粒状，硬度5～6，玻璃光泽;
易风化，为土壤提供钙、铁、镁等养分。
角闪石[Ca(Mg,Fe)Si4O12]： 黑绿色，长柱状或近似细长条状，硬度5～6，玻璃光泽；
易风化，为土壤提供钙、铁、镁等养分。
白云母(KH2Al3Si3O12)： 无色，片状，具弹性，硬度2～3，极完全解理。
白云石
CaCO3·MgCO3
白云石是由方解石、菱美矿结合 而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、
致密块状等，灰白色，有时带微
黄色，玻璃光泽，性质与方解石
相似，但较稳定，与冷盐酸反应
微弱，只能与热盐酸反应，粉末
遇稀盐酸起反应，这是与方解石
的主要区别。白云石是组成白云
岩的主要矿物，也存在于石灰岩
中。风化物是土壤Ca、Mg养分的
第一节 土壤矿物质的化学组成和矿物组成
矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、 物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本 单位。矿物的种类很多，共约3300种以上。
从学习土壤学角度讲，着重关注的是成土矿 物，以及某些作为肥料和土壤改良剂来源的矿物。
土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化 而来。为此，讨论土壤矿物的化学组 成，必须知道地壳的化学组成。
③由于次生矿物的颗粒较细，主要存在于土壤的粘 粒组分中，是粘粒的主要成分，故也称为次生粘粒 矿物，或直接称粘粒矿物、粘土矿物。( clay
mineral)
土壤中常见的次生矿物包括高岭石、蒙脱石、伊利 石、绿泥石以及针铁矿、三水铝石、水铝英石等。
（3）粘土矿物意义：
粘土矿物的类型和特征综合地反映土壤的风化和成土条件。 研究和鉴定它的类型、数量和特征具有以下意义： A、可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位，在土壤 分类学中，次生矿物成为鉴别土类的主要依据。 B、有助于了解土壤一系列理化性状（吸湿性、可塑性、胀 缩性、离子吸附性），判断土壤肥力特征。 （必须更加关注粘土矿物）
（2）作为植物必需营养元素含量低。 例如，其中的磷、硫均不到0.1%，而氮只有0.01%。
（3）岩石中的植物必需营养元素不仅含量低，而且这些营 养元素都以难溶的化合物形式被封闭在坚硬的岩石中。
2. 地壳如何变成具有肥力的土壤？
坚硬的岩石必须经过破碎分解而成为母质， 植物营养元素才可能被释放、被集中，水分 与空气才可能通过和贮存，从而肥力才有可 能发生和发展，土壤才有可能形成。
一、岩石的化学组成和矿物组成
（一）岩石的化学组成 岩石的化学成分极其复杂，元素周期表中的全 部元素几乎都能从岩石中发现，但主要的约有 20余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、 钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、 铜、钼等。
地壳和土壤的平均化学组成（重量%）
元素 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H
易发生物理崩解，很发生化学分解，为土壤提供钾。
橄榄石[(Mg,Fe)2SiO4]： 橄榄绿色，立方形晶粒，断口常为贝壳状，硬度6.5～7。
富含铁，易分解，为土壤提供铁、镁等养分。
（2）原生矿物的特点 ①土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。
② 土壤中原生矿物类型和数量多少在很大程度上决 定于矿物的稳定性。如，石英是极稳定的矿物，具 有很强的抗风化能力，因而土壤的粗颗粒中，其含 量就高。
石英硬度大，化学性质稳定，不易风化， 岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多 的土壤，含盐基少，形成的母质养分一 般贫乏，酸性也较强。