第一章 土壤矿物质与岩石的风化

1.1 岩石的风化 岩石：岩石是一种或数种矿物的集合体 。 （矿物：一类产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部构造的单质或化合物。） 土壤母质：岩石的风化产物，又称成土母质， 土壤矿物质：岩石风化形成的矿物颗粒统称。 风化作用 成土作用

岩石及风化 一、主要成土矿物的组成和特性 二、几种主要岩石类型和特性 三、岩石的风化作用的类型 四、风化作用的产物的类型

主要成土矿物 原生矿物(primary mineral)： 次生矿物(secondary mineral)： 由地壳深处岩浆冷凝而形成的矿物。 石英(quartz)、正长石(orthoclase)、斜长石(plagioclase) 白云母(muscovite)、黑云母(biotite)、角闪石(hornblende)、辉石(augite)、橄榄石、(olivine)、方解石(calcite)、白云石(dolomite)、磷灰石(apatite)、赤铁矿(hematite)、褐铁矿（limonite）、磁铁矿(magnetite)、黄铁矿(pyrite) 次生矿物(secondary mineral)： 由原生矿物风化演变而形成的新矿物。 高岭石(kaolinite) 蒙脱石(montmorillonite) 水云母(hydromica) （见课本p10)

主要岩石类型和特性 （一）岩浆岩 岩石：是由一种或几种矿物构成的，是矿物的天然集合体。 岩浆岩：指地球内部熔融岩浆上浸地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。共性：非碎屑壮的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。

岩石(rock) 按组成岩石矿物种类分 单矿岩 按岩石形成方式分 岩浆岩(magmatic rock) 复矿岩 沉积岩(sedimentary rock) 变质岩(metamorphic rock)

石灰岩

变质岩 变质岩是沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵入的影响，其矿物组成、结构、构造，以至化学成分发生剧烈改变后形成的。共性是：一般具有片理及片麻构造；矿物质地致密，坚硬；不易风化。例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。

岩石的风化作用（weathering) 风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。所产生的疏松物质就是土壤母质。

风化作用的类型 （一）物理风化作用 指使岩石产生物理变化而成为碎屑状态的过程，特点是成分未变。 1、主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。 2、盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀 产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。

图1-17 气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图 图2-18 由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙 图1-17 气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图 a、b、c、d 表示风化过程

风蚀残土墩

风蚀根露

风蚀留砾

魔鬼城

（二） 化学风化作用 指岩石在水和空气（主要是氧气和二氧化碳）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。 1、溶解作用 CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-

2、水化作用 CaSO4+2H2O  CaSO4  2H2O (硬石膏) （石膏） (硬石膏) （石膏） 2Fe2O3 + 3H2O  2Fe2O3  3H2O (赤铁矿) (褐铁矿) Fe2O3（赤铁矿）…………………………… 红色 2Fe2O3  H2O（赤褐铁矿）………………… 浅红棕色 Fe2O3  H2O（针铁矿）…………………… 棕色 2Fe2O3  3H2O（褐铁矿）………………… 棕黄色 Fe2O3  2H2O（褐铁矿）…………………… 黄色

3、水解作用--最基本、最重要 2KalSi3O8 + CO2 + 2H2O  H2Al2Si2O8  H2O + 2SiO2 + K2CO3 (正长石) (高岭石) (含水二氧化硅) (钾盐) Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2  Ca(H2­PO4)2 + 2CaCO3 (磷灰石) (磷酸二氢钙) 4、氧化作用 2FeS2 + 16H2O +7O2  2FeSO4  7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁)

（三）生物风化作用 指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。 1、根系的挤压； 2、地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化； 3、呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。 植物根的机械破坏作用

指岩石风化形成土壤母质后未经搬运而残留于原地。 风化产物的母质类型 一、残积母质(residual material) 　指岩石风化形成土壤母质后未经搬运而残留于原地。 1、分布：山区比较平缓的高地。 2、特点：（1）粗骨性； 　 （2）浅薄。 二、运积母质(transportation material) （一）流水沉积母质(流水搬运沉积) 1、坡积物(slope deposit) （1）分布：山坡中下部 （2）特点：厚度较大，颗粒较细，是山区果树和经济林木的主要林业用地。

三、冰碛物(glacial deposit) 冰川携带的物质风化而成。 2、洪积物(diluvial deposit) （1）分布：山谷出口处，呈扇状分布。 （2）特点：具有一定的分选性，顶部粗、边缘细。 3、河流冲积物(river alluvium) （1）分布：河流两岸。 （2）特点：上游粗、下游细；近河岸粗、远河岸细　　 (二)、湖积物(lacustrine deposit) 颗粒细腻、质地粘重、有机质含量高，比较肥沃。 三、冰碛物(glacial deposit) 　　冰川携带的物质风化而成。 特点：泥砾混杂、大小不一。

坡积物

河流沉积二元结构，延庆盆地

海积物

风积物：流动沙地沙波纹（毛乌素）

黄土母质：峁边线

1.2土壤矿物质的矿物组成和化学组成 土壤矿物质的化学组成 土壤

地壳和土壤的元素组成 元素 地壳中 土壤中 O Si Al Fe Ca Na K Mg Mn 47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 1.37 0.10 49.0 33.0 7.13 3.80 1.67 1.36 0.60 0.085 P S C N Cu Zn B Mo 0.093 0.09 0.023 0.01 0.005 0.003 0.08 2.0 0.1 0.002 0.001 0.0003 1、几乎包括元素周期表中所有元素； 2、O、Si、Al、Fe为主，四者共占88.7%以上； 3、植物必需营养元素含量低，分布不平衡。

土壤中的矿物组成 原生矿物(Primary mineral) 1、原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主 　 以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。 如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。 2、原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性 　 石英最稳定，是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多； 黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。 3、原生矿物是植物养分的重要来源 　　Ca、Mg、K、P、S等

土壤中的矿物组成 次生矿物(secondary mineral) 其中又以结晶层状硅酸盐矿物为主； 　 以粘土矿物为主， 其中又以结晶层状硅酸盐矿物为主； 此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物 。 此外有简单盐类，包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等

2.1.3 土壤机械组成 土粒（土壤颗粒） 当量粒径（有效粒径） 土壤粒级（土壤粒组） 土壤机械组成（土壤颗粒组成） 土壤质地 土壤质地与肥力 土壤质地的利用改良

土粒 土壤中的颗粒 颗粒分析中把复粒分散成单粒， 矿质颗粒 数量优势，稳定存在，固相骨架 有机质颗粒 数量较少，复粒存在 单粒 砂性土壤，矿质颗粒单独存在 复粒 粘性土壤，颗粒相互聚集 颗粒分析中把复粒分散成单粒，

当量粒径（有效粒径） 土壤中的颗粒的形状各异 当量粒径（有效粒径）：光滑的实心圆球的直径，用以表征具有相似性质土壤颗粒的大小

土壤颗粒 土壤颗粒分级：(mm) 直径 国际制 美国制 卡庆斯制 中国制 石砾 >2 >2 > 1 >1 直径 国际制 美国制 卡庆斯制 中国制 石砾 >2 >2 > 1 >1 砂粒 2-0.02 2-0.05 1-0.05 1-0.05 粉粒 0.02-0.002 0.05-0.002 0.05-0.001 0.05-0.002 粘粒 〈0.002 〈0.002 〈0.001 〈0.002 物理性砂粒：1-0.01mm 物理性粘粒：〈0.01mm

土壤粒级（土壤粒组） 土壤粒级的组成和性质 粒级的矿物组成和化学组成 粒级物理性质

图示∶土壤颗粒大小与矿物类型的关系

土壤机械组成（颗粒组成） 土壤质地 砂土，壤土，粘土 土壤各粒级的相对含量 (%), 是一个固定的数值 反映特定土壤性质的机械组成范围的名称，（占优势的土壤粒级） 砂土，壤土，粘土

土壤颗粒 土壤质地分类制： 国际制；三级 美国制：三级 卡庆斯制：二级 中国制：三级

土壤质地

土壤质地

质地三角图： 先找到该颗粒的定点（100%），按3个粒级含量分别做各顶点对应的三角形的3条底边的平行线，3线相交点，即为所查质地区

土壤质地 粘粒 粉粒 砂粒 粘粒20% 粉粒40% 砂粒40%

土壤质地手测法

1、砂质土壤主要特性（优势粒级性质） 不同质地土壤的肥力特点和利用改良 砂粒大于50%； 通气透水， 养分少，不保水肥； 易耕; 温度变化快，暖性土； 发小苗不发老苗。

耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物。 2、粘质土壤主要特性： 粘粒高于30%， 通气透水不良； 保水保肥， 养分含量高； 升温慢，冷性土 耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物。

3、壤质土壤主要特性： 粉粒大于30% 北方称为二合土； 性质介于粘土与砂土之间。

土壤质地剖面

夹砂层 夹粘层

不同质地土壤的利用和改良 案例1：江苏省里下河地区 1、各种作物对土壤质地的要求 2、土壤质改良 ①客土法地改良 ②深耕、深翻 土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。 但是，质地不是决定土壤肥力的唯一因素 ③施用有机肥、结构改良剂