第二章土壤礦物質【教學目標】●土壤礦物1．了解土壤原生礦物的種類。2．重點掌握次生礦物的種類及特性。●礦物質土粒1．了解礦物質土粒的分類系統。2．掌握礦物質土粒水分物理特性。●土壤質地1.了解土壤質地的分類系統。2．掌握不同質地土壤的水分物理特性。1土壤礦物土壤母質來源于巖石、礦物的風化產物，巖石是由礦物所構成，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）。沉積巖是由巖石風化物經搬運、沉積再膠結而形成的，如花崗巖風化形成的石英沙沉入海底經地質變化膠結成的巖石，稱為沙巖。變質巖是火成巖或沉積巖在高溫、高壓下發生質變而形成的，如花崗巖變質形成片麻巖、沙巖和頁巖變質形成石英巖和板巖，石灰巖變質可形成大理巖。1.1.1巖漿巖（1）花崗巖為粗粒、中粒或細粒全晶質的巖石，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，由于礦物結晶顆粒較大，組成復雜，容易發生物理風化。在干旱地區崩解成砂粒，在濕潤地區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化物中。（2）流紋巖：化學成分與花崗巖基本相似，灰白、淺黃或淺紅色。斑狀結構，斑晶為圓柱狀的石英和長方形透長石。因結晶顆粒較小，難以發生物理風化。在溫暖濕潤地區所形成深厚的風化層，多呈紅色的粘壤土或砂質粘壤土。（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，呈塊狀或粒狀構造。風化后形成砂壤或壤質土壤，通氣性良好，富含磷、鉀、鈣、鎂等營養元素。土壤多為中性至微酸性反應。（4）玄武巖：是基性噴出巖，在地殼中分布較廣。化學成分與輝長巖相當。色暗近似黑色，隱晶質結構，常有氣孔構造，風化后質地較黏，含鹽基物質較多。（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，全晶質粗粒或中粒結構，容易風化。1.1.2沉積巖（1）礫巖礫巖是各種巖石碎塊經過搬運沉積再經膠結硬化而成。直徑一般(2mm，如經河水長途搬運，其棱角磨圓，其間有孔隙，易透水，風化后呈砂礫狀。實物圖片：礫巖（2）砂巖一般由直徑0.1－2.0mm的砂粒膠結而成，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25%－60%的為長石砂巖。以氧化硅為膠結劑的稱為硅質砂巖；以氧化鐵為膠結劑的稱為鐵質砂巖；以粘土為膠結劑的稱為泥質砂巖。膠結緊實的砂巖，因抗風化力強，形成土層較薄，砂性大，尤其是石英砂巖比較明顯。實物圖片：粗粒石英砂巖（3）頁巖粘土經過壓實、脫水和膠結作用，硬化后變成頁巖，呈頁片狀或層狀構造。礦物組分較復雜，多為灰色、紫紅色，也有黃色、黑色。比砂巖容易風化，形成的土質較粘，含片狀碎屑多，養分含量較豐富。實物圖片：頁巖

（4）石灰巖石灰巖由化學沉積或生物沉積作用而成。礦物組成主要有方解石，塊狀構造，巖體層理明顯，多為致密結構，硬度小，遇稀鹽酸可發生氣泡反應，灰、青灰色，有機質含量高時呈黑色。石灰巖風化主要是化學溶解作用，風化后土層較薄，稍粘、鈣質豐富，抗酸力強。實物圖片：竹葉狀灰巖

1.1.3變質巖：（1）片麻巖由花崗巖或砂巖變質而成。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，礦物結晶呈帶狀排列，具有一定的方向性，呈條帶狀。實物圖片：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，經過重結晶變質而成。硬度大，抗機械性和抗化學腐蝕性強，不易風化。脂肪光澤，一般為乳白色，如含有少量氧化鐵呈紅色和褐色，風化后形成砂質或礫質顆粒。（3）板巖板巖由泥質頁巖、粉砂巖和其它細粒碎屑沉積物質變質而成。有完整的片理，劈開后呈平的薄塊狀平面，北方農民開采后做房瓦用。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而成，也可由千枚巖進一步變質而成。具有明顯的片狀構造，片理面呈粗糙皺紋狀，含有云母、角閃石及少量長石。實物圖片：方柱石黑云母片巖（5）大理巖大理巖由碳酸巖類（石灰巖、白云巖）變質而成。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。實物圖片：大理巖綜上所述，土壤礦物質來源于巖石、礦物的風化產物。巖石、礦物的組成和特性對土壤的化學組成和物理性質影響甚大，這種影響主要表現在土壤顆粒粗細、土壤物理性質、土壤的酸堿性以及土壤養分等方面（詳見有關章節）。因此，學習與成土有關的巖石和礦物的組成及基本特性，有助于我們學習、認識土壤并有目的去改造土壤，尤其是對山區土壤的改良，更是如此。1.2土壤礦物質的來源 土壤礦物質來源于巖石、礦物風化產物,巖石礦物質影響土壤的物理化學性質土壤顆粒粗細，土壤酸堿性，土壤養分礦物是指天然產出的、具有一定的化學成分、內部構造和物理性質的元素或化合物。成土礦物:與土壤礦物質組成密切相關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。正長石抗風化能力較弱。風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）機械分析：土粒分級是以單粒大小進行的，對顆粒大小進行分級的測定方法稱為機械分析。當量粒徑：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“當量粒徑”。粒級：根據粒徑的大小和理化性質上的差異，把礦質土粒分為若干組，每組就是一個粒級；組內粒徑大小、成分及性質基本相近，而組間有明顯的差異。2.2礦物質土粒的化學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部分的75％以上，是土壤礦物質的主要成分。礦物質土粒愈粗,含SiO2愈多,而Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等養料元素含量則愈少.由于原生礦物所含營養元素可溶性很小，以致幾乎沒有提供有效養分的能力。礦物質土粒的水分物理性質土粒粒徑大小不同,性質上有明顯的差異,主要表現在土壤的水分物理性質上,如黏性、黏著性、可塑性、脹縮性。隨著土粒由大變小，這些性質由不顯著到顯著，由弱到強。2.3.1石礫和沙粒(>0.05mm)土壤中的粗骨部分,嚴格地講，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，無黏結性、黏著性、可塑性和脹縮性，吸水保肥能力弱,大孔隙多，養分轉化快，但容易隨水流失，耕性較好。2.3.2黏粒(<0.001mm)顆粒細小,屬于膠體范疇,是化學風化的產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.黏結性、黏著性、可塑性、脹縮性均強養料含量豐富，且吸水保肥能力強，潛在養分貯量多土溫較低，土溫變幅小，養分不易轉化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、黏結性、黏著性和吸附性。2.3土壤質地土壤質地:根據機械組成劃分的土壤類型。2.3.1土壤質地分類2.3.2不同土壤質地的生產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生毒害物質的協調程度)耕作性狀(耕作時的難易程度、阻力大小、耕作質量好壞以及宜耕期的長短等)作物反應(出苗難易、快慢、整齊度、早發苗或發晚苗以及成熟早晚等)（1）沙質土類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，潛在養料含量少，但養分轉化快。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,耕后質量好。這種土又稱“輕質土”。⑥沙性土大孔隙多,氧氣充足,以氧化過程為主,土壤中無毒害物質存在。⑦發小苗不發老苗。沙性土“口松”，出苗快、齊、全。但因養分貧乏容易造成作物中后期脫肥，早熟，早衰。（2）黏質土類(1)通透性差，顆粒細微，粒間孔隙小（2)保蓄性強，土粒細小，膠體物質含量多，土壤固相比表面積巨大，表面能高，吸附能力強。肥效緩慢。（3）養分含量豐富，土壤中以次生礦物為主，其本身養分和吸附外界養分多，潛在養分貯量豐富。但養分轉化速度慢。（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，故常把黏質土稱為冷性土。（5）耕性差，由于黏質土比表面積大，土壤的黏結性、黏著性、可塑性、濕脹性強，耕作阻力大，耕作質量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。（6）有毒物質多，由于大孔隙數量少，造成還原性狀態（7）發老苗不發小苗（3）壤質土類2．3．3土壤質地層次性及其評價除了以上提到的土壤表層(耕層)質地粗細有較大差別外,在同一土壤上下層之間,其質地粗細和厚度亦有很大差異。土壤質地剖面：土壤不同質地層次在土體中的排列狀況,稱為土壤質地剖面。主要有三個方面：一是母質本身排列的層次性；二是成土過程中物質的淋溶和淀積；三是人為耕作管理活動。1）母質本身：華北平原主要由沖積物多次沖積構成,質地剖面層次復雜多樣一般的模式有：通體均一型(通體沙、通體黏或通體壤)上粗下細型(蒙金型)上細下粗型中間夾沙型和夾黏型2）土壤在長期風化和成土過程中黏粒或細土粒隨水滲漏向下移動，下層化學風化使黏粒增多，致使土體各層出現不同質地的分異現象，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點，但過于靠上不