第二章土壤的基本组成

第二章土壤的基本组成 矿物质—来自岩石的风化，包括原生矿物和次生矿物，约占固体重量的95%以上。固体土壤（约占土壤总容积的50%）有机质—动物残体及其转化产物，约占固体重量的5%以下。土壤土壤空气—一部分由地上大气层进入，主要为O2、 N2 等，另一部分由土壤内部产生，主要为CO2、水汽等。粒间孔隙（约占土壤总容积的50%）土壤水分—主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。

岩石风化作用母质成土作用土壤第一节土壤的形成

一：地壳的元素组成 a:主要成分是O（46.40%～49.52%）、Si（25.75%～29.50%）、Al（7.45%～8.80%）、Fe（4.20%～5.10%）这四种元素。 b：某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。

二：主要的成土矿物 矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。绝大多数：化合物、结晶质、固态的。少数：单质、非结晶质、液态的。原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿物。矿物起源次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生改变而形成的新矿物。

(一)土壤中的原生矿物 （1）硅酸盐类包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类主要有氟磷灰石、氯磷灰石。 (二)土壤中的次生矿物－粘土矿物（1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物土壤中粘粒的主体，主要有1 ：1型的高岭石组和2 ：1型的蒙脱石、伊利石组。（2）二、三氧化物类矿物有针铁矿（Fe2O3 .H2O ）、褐铁矿（2Fe2O3 .3H2O）、三水铝石（ AI2O3 .3H2O ）、水铝石（Al2O3 .H2O ）、水锰矿（MnO(H2O)）、软锰矿（ MnO2）等，有结晶态的和非结晶态的。（3）简单盐类土壤中最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。

(三)主要成土矿物的性质 石英是最主要的造岩矿物，分布最广。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石中其它矿物风化后，石英仍然以粗粒壮保存下来，是土壤中砂粒的主要来源。石英

正长石 KalSi3O8 晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，硬度6.0。正长石易风化，风化后形成粘土矿物比如高岭石等，可为土壤提供大量K。正长石类矿物一般含氧化钾16.9％。是土壤中K和粘粒的主要来源。

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，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。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。是土壤中K和粘粒的主要来源。

黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12 黑云母深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。是土壤中K和粘粒的主要来源

白云母KH2Al3Si3O12 白云母：片状、鳞片状；无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2．0～3．0。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。是土壤中K和粘粒的主要来源。

角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12 角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，硬度5.0～6.0。，角闪石易风化，风化产物为含水氧化铁、含水氧化硅和粘土矿物。并释放出少量的Ca和Mg

辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6 普通辉石呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5．5。较角闪石难风化，风化物基本同角闪石，但富含Fe。

橄揽石（Mg，Fe）2SiO4 橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。风化产物有蛇纹石、滑石、褐铁矿、二氧化硅等。

方解石 CaCO3 方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。

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养分的主要来源。

磷灰石 Ca5（PO4）3·（F，Cl） 磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。

石膏 CaSO4·2H2O8 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。

三：主要的成土岩石 岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。前者为单质岩后者为复成岩。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态。 1.岩浆岩又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石石英等7种。岩浆岩根据二氧化硅含量分为：酸性岩浆岩 >65% 中性岩浆岩 52%—65% 基性岩浆岩 45%—52% 超基性岩浆岩 <45% 共同特征：没有层次，没有化石，也不含有机沉淀物

花岗岩 喷出性岩浆岩玄武岩侵入性岩浆岩

2.沉积岩 又称次生岩是裸露于地表的各种类型的岩石经风化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残骸堆积沉积而成。沉积岩分为：机械性沉积岩指砂粒、粉粒、粘粒等物质机械堆积而成的岩石。化学性沉积岩指原先为水溶性物质，后因外界条件改变结晶析出而形成的岩石，如石膏岩、部分石灰岩。生物性沉积岩指水中生物的介壳及微生物遗体堆积成岩，如大部分石灰岩、白云岩、珊瑚岩、硅藻岩等。共同特征：有层次，常可见化石。

沉积岩

3.变质岩 指各类岩石受高温作用或受岩浆侵入发生接触变质，使原来岩石中的矿物重新排列，重新结晶而成的岩石。常见的有大理岩、片麻岩、片岩、板岩、石英岩等。共同特征：构造上具有定向排列，致密坚硬，片状组织，不易风化

四：岩石的风化与土壤母质的形成 （一）岩石的风化作用：岩石的风化作用：地壳表面坚硬而巨大的岩石，在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用，岩石由大块→小块→细粒，同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程。 1.物理风化岩石在物理因素的作用下发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造等物理形状的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。物理风化的因素：温度、冰冻、风、流水、冰川、动物、人类生产活动。物理风化的结果：使岩石由大块→小块→细粒，使岩石有了对水分和空气的通透性，为岩石的进一步风化，尤其是化学风化创造条件，但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。

2.化学风化作用 CaSO4+2H2O CaSO4` 2H2O 岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，并释放盐基、磷、铁、硫等养分,同时生成新的次生矿物 A.溶解作用：水是自然界分布最广泛的溶剂，组成岩石的矿物都是无机盐，在自然界绝对不溶解以水的无机盐是不存在的，或多或少都能溶解一些，1份滑石可溶于110000份水中。再加上自然界中纯水极少，广泛分布有CO2，溶解H2O后形成H2CO3，这就大大加强了水的溶解能力。 B：水化作用结果：体积膨大，硬度降低，处在容易崩解破碎的状态，为进一步风化创造条件。

C.水解作用 水部分解离后产生的H+能与矿物中碱金属因素（K、Na）碱土金属因素（Ca、Mg）产生交换，从而使矿物破坏。纯水的解离度很小，不能对岩石产生深刻的化学反应，但自然界广泛分布有CO2，溶解H2O后形成H2CO3，这就大大促进了水的解离，促进水解作用。水解作用能引起岩石矿物的彻底改变所以它被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节。

正长石的水解 KHAl2Si6O16+KHCO3 2KAlSi3O8+H2CO3 H2Al2Si2O8· H2O Al2O3 ·H2O + Si2O · H2O 正岩石酸性铝硅酸盐 KHAl2Si6O16+H2CO3 H2Al2Si6O16+ KHCO3 游离的铝硅酸 H2Al2Si6O16+H2CO3 H2Al2Si2O8· H2O+4SiO2+CO2 高岭石脱盐基脱硅质高岭石是比较稳定的黏土矿物，一般不会向下风化，但是在热带、亚热带等高温多雨地区，在高温高湿条件下，高岭石还能分解成更加简单的矿物。

2FeS2+2H2O+7O2 2FeSO4+2H2SO4 2Fe2(SO4)3+2H2O 2FeSO4+2H2SO4+O2 2Fe(OH)3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+6H2O 4Fe(OH)3 2Fe2O3·3H2O+3H2O D：氧化作用 Fe(OH)3脱水可形成褐铁矿：结果：低价铁转变成高价铁，体积增大而疏松为进一步风化创造条件，产生的酸也能促进矿物的腐蚀。

化学风化的结果 使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质，产生了一批新的次生粘土矿物，它们的颗粒很细，一般均＜0.001㎜，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粘性和可塑性，并出现了毛管现象，有一定的蓄水性，同时也释放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。 3、生物风化：矿物在生物影响下所引起的破坏作用；主要表现为植物根系的穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用，以及生物生命活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、无机酸能加速化学风化的进程。生物风化的结果：一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用，也就意味着成土作用的开始。

五：母质特性的发育 岩石风化产生了母质，母质与岩石相比产生了一些新的特性： a：物理风化：使岩石由大块→小块→碎屑，由致密坚硬态→疏松态，这种物理状态的改变，使母质产生了通气、透水性，为进一步风化创造条件。 b：化学风化：产生了许多细微的粘粒，粘粒之间有毛管孔隙，产生了保蓄水分的能力，即蓄水性。同时粘粒的产生，增加了颗粒的表面积，产生了一些胶体性能，比如：吸附性能，可以保存风化释放的可溶性养分，为肥力的发展创造条件。另外化学风化释放出一些可溶性盐基物质，这是植物矿质养分的最初来源。 c：由于母质的疏松多孔性，使气体能流通和交换，有利于根系的呼吸作用和营养物质的分解作用。同时由于母质能吸附一定的水分，增加了导热率和热容量，使母质初步具备了调节温度的能力，而不是象岩石那样激烈的升温和降温，这有利于植物的生长。总体上讲，母质初步具备了肥力要素中的水肥气热条件，但它还不是土壤，它还不具备完整的肥力。

母质还不是土壤： a：作为土壤肥力要素之一的养分还不能得到充分保障，尤其是植物最需要的氮素。因为风化所释放出来的养分处于分散状态，会随水流失，母质微弱的吸附力，还不能将它们保存下来，更不能累积和集中。 b：母质虽然初步产生了透气性、透水性、蓄水性，但它们还没有完整的统一起来，尤其是水分和空气在母质孔隙中是对立的，水多则空气少，两者还不能很好地协调，这远远不能满足植物生长的需要。所以母质与岩石相比，初步具备了水肥气热条件，但与土壤相比，水肥气热还不能很好地统一，它只是为肥力的进一步发展打下基础，为成土作用创造条件。

残积母质（残积物）指岩石经风化后的碎屑就地堆积而成。残积母质（残积物）指岩石经风化后的碎屑就地堆积而成。母质崩积和坡积母质洪积母质冲积母质湖积母质海积母质风积母质黄土及黄土性母质冰碛母质运积母质指风化的碎屑经过地质动力作用的搬运，在它处重新沉积而成。六母质的类型（一）母质的概念母质是指经各种风化作用形成的疏松、粗细不同的矿物颗粒.它是岩石的风化产物,是形成土壤的基础物质. （二）母质的形成与类型由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位不同，因而类型有区别，分为几种类型：

七：土壤的形成 土壤的形成是多种因素综合作用的结果。19世纪俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫，总结认为成土因素主要有五个：母质、气候、生物、地形、时间。土壤是在这五大成土因素综合作用下形成的。（一）母质首先：母质的矿物组成、理化性状、在其它因素的制约下，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。其次：母质对土壤理化性质有较大影响。（二）气候 a：直接参与母质的风化。水热状况直接影响到矿物质的分解与合成以及物质的累积和淋失 b：控制植物的生长和微生物的活动，影响有机质的累积、分解，决定养分物质循环的速度。

（三）地形 首先，能影响地表热量和水分的重新分配。其次，能影响到母质的重新分配。（三）生物 A、植物能选择性吸收养分，从而调整母质中养分的比例使其更加适宜植物的生长。 B、植物具有集中养分的能力。 C、植物具有保蓄养分的能力。 D、植物根系的穿插对土壤结构的形成有重要作用。 E、根系分泌物能引起一系列的生物化学作用和物理化学作用。

F、微生物固氮。 G、微生物能促进有机质的分解，从而使有机质的合成与分解能循环进行，使养分能循环被利用。 H、在微生物的作用下合成的腐殖质参与了土壤结构的形成。 I、动物参与了一些有机残体的分解破碎作用以及搬运、疏松土壤和母质的作用。J、某些动物还参与土壤结构的形成，有的脊椎动物能够翻动土壤，改变土壤的剖面层次。（五）时间时间是一切事物运动变化的必要条件。土壤的形成和发展也不例外，土壤是在上述母质、气候、生物、地形等成土因素的作用下，随时间的进展而不断运动变化的产物，时间越长土壤的性质及肥力的变化越大。

综上所述，每一个成土因素在土壤的形成过程中都有自己的特点。综上所述，每一个成土因素在土壤的形成过程中都有自己的特点。母质是形成土壤的物质基础；气候中的热量是能量的最基本来源；生物通过自己的生命活动将无机物→有机物，将太阳能→生物化学能，并以无限循环的方式将它们保存下来；地形影响着地表物质和能量的再分配，间接地对土壤形成过程起着不同的作用；时间是土壤形成过程中的一个必要条件。任何一个空间因素或它们综合作用的效果都随时间的增加而加强。

第二节土壤矿物质

一、土壤的机械组成 土壤的固体颗粒简称为土粒。在自然状况下，这些大小不一的土粒有的单个地存在于土壤中，称为单粒；有的则相互黏结成为集合体，称为复粒。（一）土壤粒级 1、土粒大小的级别粒级：土粒的大小级别。土粒大小的级别是以单粒为基础进行划分的遵守原则：同一粒级的土粒在成分和性质上要基本一致，不同粒级的土粒在成分和性质上要有明显差别。

a：国际制： 表2—2 国际制土壤粒级分级标准粒级名称单粒直（mm）石砾 >2 砂粒粗砂粒2—0.2 细砂粒0.2—0.02 粉砂粒 0.02—0.002 粘粒 <0.002

b：卡庆斯基制（前苏联制）： 简制＞1㎜石砾 1～0.01㎜物理性砂粒＜0.01㎜物理性粘粒

祥制表2—3卡庆斯基土壤粒组分类表

美国制土壤粒级分级标准 附表：美国制土壤粒级分级标准

C、中国制（暂拟方案）1987

2、各级土粒的组成和性质 a：各粒级的矿物组成石英，正长石、白云母——砂粒和粗粉粒斜长石、辉石、角闪石、黑云母——细粉粒次生矿物：层状硅酸盐矿物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化物——粘粒非硅酸盐矿物：磷灰石、黄铁矿、石膏结核、石灰结核以及各种可溶性盐类，属于非稳定性矿物，在各级土粒中都会存在，但在土壤机械分析时，会被破坏而淋洗掉 b：各级土粒的化学组成颗粒由粗到细 SiO2↓Al2O3、Fe2O3↑SiO2/R2O3↓。养分含量：细土粒＞粗土粒，

二、土壤质地 土壤质地：土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合。土壤中的矿物质颗粒的大小及含量多少即土壤的颗粒组成不同，对土壤的肥力性质影响很大，在颗粒组成基本相似的土壤中，常常具有类似的肥力特征。因此土壤学家根据肥力特征相近与否，把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类办法就叫土壤质地分类。质地是土壤的一项非常稳定的自然属性，它可以反映母质的来源和成土过程的某些特征，对土壤肥力有很大的影响，土壤质地的类别一般可分为砂土、壤土、粘土这三类，在此基础上再细分为若干个质地类别三元制：根据砂粒、粉粒、粘粒三粒级的含量来确定土壤质地。比如美国制、国际制及其它大多数质地分类制。二元制：根据物理性砂粒和物理性粘粒的含量来确定土壤质地。比如卡庆斯基质地制。

(一）土壤质地分类制 1、国际制质地分类标准：国际制土壤质地分类标准是根据砂粒（2—0.02㎜）、粉粒（0.02—0.002㎜）、粘粒（＜0.002㎜＝三粒级的含量来确定土壤质地。划分为十二个质地名称。 P17图2-2 （按三粒级的含量分别划三角形底边的平行线，划平行线时以该粒级100%含量为三角形的顶点，三条线的交点就是要查的土壤质地名称）。要点： a：以粘粒的含量为主要标准，＜15%→砂土或壤土，15%-25%→粘壤土＞25%→粘土。 b：当粉粒含量达到45%以上时，在质地分类名称前要加冠“粉质”字样，当砂粒含量达到55—85%时，在质地类别名称前要加冠“砂质”字样。 c：当砂粒含量＞85%时，直接称为壤砂土，＞90%→砂土。

例如： 某土壤：砂粒30%、粉粒50%、粘粒20%→粉质粘壤土某土壤：砂粒60%、粉粒20%、粘粒20%→砂质粘壤土某土壤：砂粒10%、粉粒50%、粘粒40%→粉质粘土 2．卡庆斯基土壤质地分类 • 卡庆斯基土壤质地分类可分为3个部分： • (1)土壤质地基本分类（见附表1）根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对含量将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等三类九级 • (2)土壤质地详细分类将六个粒级组按照其含量最多及第二多的以砾质、砂质、粉质、黏质冠于基本质地名称前 • (3)按石块含量的补充分类土壤中若含有＞3mm的石块，则在基本质地名称或详细质地名称前再加石块含量的分类名称 • （见附表2）

卡庆斯基土壤质地分类表

3、中国的质地分类制 中国暂拟土壤石砾含量分类（1978）

（二）土壤质地与土壤肥力的关系 砂质土：蓄水力弱、养分含量少，保肥能力差、土温变化快，但通气性、透水性好，易耕作。粘质土：保水、保肥性好，养分含量丰富，土温比较稳定，但通气性、透水性差，耕作比较困难。壤质土：介于砂质土和粘质土之间的土壤类别，在性质上兼有砂质土和粘质土的优点，是比较理想的土壤类别，许多肥力性质都介于砂质土和粘质土之间。总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响，但它不是决定土壤肥力的唯一因素，一种土壤在质地上的缺点，可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善。

第二章 土壤的基本组成