第 二 章 土壤矿物质土粒（1/1）

土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构成了土壤的“骨骼”，一般占土壤固相部分重量的95%～98%。土壤矿物质的组成、结构和性质如何，对土壤物理性质、化学性质、生物及生物化学性质有深刻的影响。

一、主要的成土矿物

（一）矿物的概念

矿物是一类天然生产于地壳中且具有一定的化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质化学元素。

（二）矿物的类型

按照矿物的起源分为原生矿物和次生矿物。

原生矿物:直接来自火成岩或变质岩的矿物。

次生矿物:原生矿物、火山玻璃或各种风化产物通过化学、生物作用而转变或重新合成新的黏土矿物或氧化物矿物。

(1)原生矿物

常见的土壤原生矿物有4类:

硅酸类

主要有长石类（包括钾长石、 钠长石和钙长石等）；云母类（包括白云母、黑云母等）；角闪石和辉石类。

②氧化物类

主要有石英类,其次是铁矿类（赤铁矿、磁铁矿）。

③硫化物类

主要有 黄铁矿（FeS?），土壤中不常见。

④磷化物类

主要有氟磷灰石与氯磷灰石，含磷灰石的土壤,可为作物提供磷素营养。

(2)次生矿物

常见的次生矿物有层状次生铝硅酸盐矿物、氧化物类及简单盐类等三大类。这类矿物风化粒径小于0.25 mm,大部分颗粒粒径小于0. 001 mm。

次生铝硅酸盐矿物（又称黏土矿物）

是土壤中黏粒的主要成分 ，主要有高岭石组、蒙脱石组和水云母组等类型。

②氧化物类矿物

有结晶态和非结晶态两种，结晶态的有针铁矿（Fe?O? · H?O）、褐铁矿（2Fe?O? · 3H?O）、三水铝石（Al?O? · 3H?O）、水铝石（Al?O? · H?O）等。非结晶态的矿物呈胶膜状包被于黏粒表面，有含水氧化铁、氧化铝凝胶、胶状二氧化硅（SiO? · yH?O）、凝胶态的水铝英石（xR?O?. ySiO? .2H?O）等。

③简单盐类矿物土壤中常 见的简单盐类矿物有碳酸盐类矿物（如方解石、白云石）和硫酸盐类矿物（如硬石膏、石膏）。

二、主要的成土岩石

1、岩石的概念

岩石是指由一种或数种矿物组成的天然集合体。

由一种矿物组成的岩石称单质岩，由两种以上矿物构成的岩石称复成岩。

2、岩石的类型

根据其成因可将岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

（1）岩浆岩

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形成的岩石

（2）沉积岩

由各种先成岩（岩浆岩、变质岩、原有沉积岩）经风化、搬运、沉积、重新固结而成的岩石。另外，生物的遗骸或生物的代谢产物的沉积也可形成沉积岩。它的主要特征是一般具有成层性,常含有化石。

沉积岩占地壳总重量的5%,但覆盖了地壳表面积的75%，是形成土壤母质的主要岩石。

（3）变质岩

各种先成岩由于地壳运动或受到岩浆活动的影响,在高温高压下,原有岩石内部发生剧烈变化，矿物重新结晶或重新排列，甚至化学成分发生剧烈的变化而形成新的岩石。

三、矿物岩石的风化作用

1、概念

风化作用是指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下，发生机械破碎和化学变化的过程。

2、类型

（1）物理风化作用

是指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而不改变其矿物组成和化学成分。引起物理风化的主要原因是地球表面温度的变化，所以物理风化大都属于热力学风化。在昼夜寒暑温度剧变的影响下，岩石内部便产生不均一的胀缩差异,因而发生相互顶挤和拉扯的作用,使矿物颗粒之间的联系遭到破坏，导致岩石的破碎。除温度外，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰川等自然动力对岩石的磨蚀,以及植物根系的穿插,均能加速岩石的破碎。

物理风化的结果是岩石由大块变成小块再变为细粒，虽然岩石的矿物组成和化学成分没有发生改变，但却获得了原来岩石所没有的对水和空气的通透性。岩石经过物理风化后，大大增加了岩石与空气的接触面积，为促进风化进一步的发展，特别为化学风化创造了有利条件。

（2）化学风化作用

是指岩石在化学因素作用下，其组成矿 物的化学成分发生分解和改变,直至形成在地表环境中稳定的新矿物的过程。其特点是不仅使已破碎的岩石进一步变细，更重要的是，使岩石发生矿物组成和化学成分的改变,产生新的物质。引起化学风化的因素有水、三氧化碳和氧气，其中最主要的是水，一方面水分本身的作用很活泼,同时二氧化碳与氧气的作用也只有在水的参与下才能显示出来。化学风化一般包括溶解、水化、水解和氧化等作用。这些反应很少单独进行,常是两种以上同时发生。

溶解作用

指岩石中的矿物溶解于水中的作用。一般矿物难溶于水，但大量的水或较高的水温则可以加大其溶解度。

②水化作用

岩石中的矿物与水化合成为含水矿物，称作水化作用。

CaSO?（硬石膏）+ 2H?O → CaSO? · 2H?O（结晶石膏）

2Fe?O? (赤铁矿) + nH?O→2Fe?O? · nH?O（褐铁矿）

经过水化后的矿物，往往体积增大，硬度降低，成为易于崩解的疏松状态，因而促进了岩石风化作用的进行。

③水解作用

水解作用是指水的部分解离所产生的氢离子，与矿物中的碱金属（钾、钠）或碱土金属（钙、镁）起置换作用，而使岩石矿物遭受破坏。水解作用的强弱主要决定于水的解离度。另外,二氧化碳和各种酸类物质可加强水的解离作用。

水解作用能使岩石中的矿物发生彻底的分解,引起岩石内部矿物组成和性质的彻底改变。因此，水解作用被认为是化学风化中最基本最主要的作用。

④氧化作用

大部分岩浆岩、变质岩和部分沉积岩是在缺氧条件下形成的，这些岩石中的矿物所含的变价元素如铁、锰、硫等都以低价状态存在，因此当这些矿物暴露于地表,其内部的低价离子与含氧的水接触时，就会被氧化成高价离子。富含变价元素的岩石、矿物（如富含亚铁的橄榄石、角闪石、辉石等）氧化作用尤为剧烈。以黄铁矿的氧化为例,其反应式见式:

4FeS? （黄铁矿） + 14H?O + 15O?→2 （Fe?O? · 3H?O）+ 8H?SO?

（3）生物风化作用

指岩石在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行崩解和分解的过程。生物对岩石风化的影响，一是机械破碎作用，如植物根系的穿插以及动物的穴居习性等对岩石引起的机械破碎。二是生物化学作用，由前所述,引起岩石化学风化的因素，除水之外还有二氧化碳和氧，但这两种物质都是生命活动的产物。生物风化更为重要的是它能使风化产物中的植物营养元素在母质表层集中，同时累积了有机质，因而发展了肥力。故生物开始参与风化作用也就意味着土壤形成过程的开始。

此外，人类的活动如开矿、筑路、平整土地、开山造田、兴修水利等，都能使岩石遭受破坏，加速其风化过程。在大自然中，岩石矿物的物理风化、化学风化和生物风化三者同时并存，相互影响，相互促进。

四、土壤母质

1、形成

裸露的岩石经风化作用而形成的疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形成土壤的母体，称为母质。

2、我国的主要成土母质

（1）残积物

是指未经外力搬运迁移而残留于原地的风化产物,多分布于山地与丘陵顶部较高的部位。由于风化物未经搬运分选，故为杂乱堆积体，没有明显的层次性，颗粒成分极不均匀，既有大的岩石碎块，也有细小的粉砂和黏粒。风化物的层次薄、质地疏松、通气性好。

（2）坡积物

是在重力和雨水冲刷的影响下,山坡上部的风化产物搬运到坡脚或谷地堆积而成。其特点是搬运距离不远,分选度差,层次不明显，大小石块夹杂一起，粗粒、细粒同时混存,通气透水性良好。同时因承受上部来的养分、水分以及较细的土粒，所以水分、养分也比较丰富。这种母质形成的土壤肥力一般较高。

（3）洪积物

是由于山区临时性的洪水暴发,洪水夹带岩石碎屑、砂粒等沿山坡下泻至山前平缓地带沉积而成。多沿山麓成带状分布,其外形是以山谷出口为尖端向四处分散的扇状锥，分选性差。由冲积扇顶部向扇缘推移，形成的土壤由粗变细，肥力逐渐提高。

（4）河流冲积物

是岩石的风化产物，受河流经常性流水浸蚀、搬运，流速减缓时沉积于河谷地区的沉积物。其特点如下:

成层性

由于季节性雨量的差异，各时期的河水流量和流速不同，搬运和沉积的物质颗粒大小也不同，从而造成上下层质地发生变化,具有明显的成层分选性。

②成带性

因流速不同,除了同一地方上下层发生质地变化外，也有区域变化。如河流上下游及离河远近，其质地均有不同。

③成分复杂

由于河流冲积物分布广，物质来源于上游各地,故矿物质种类多,植物养分也较丰富,特别是下游宽广的冲积平原，多形成肥沃的土壤。

（5）湖积物

是由湖水泛滥沉积而成的沉积物,分布在大湖的周围。由于湖水泛滥，水流较缓，所以沉积物质地较细，但仍有分选性，常出现不同质地层次。此种母质不仅水分足、养分多,加上水草、芦苇茂盛，有机质含量也高，往往形成肥沃的土壤。

(6)海积物

为海边的海相沉积物。由于海岸上升或江河入海的回流淤积物露出水面形成。

（7）风积物

经风搬运而堆积的物质。一般可分为砂质沉积物和黄土两大类。

砂质沉积物

为风力将砂粒搬运，在前进途中遇障碍物或风速减低时堆积而成。这种母质的特点是质地粗，砂性大，水分和养分缺乏，形成的土壤肥力很低。

②黄土

我国黄土高原的黄土多为风成的。所发育土壤由于水土流失严重,大多属低产土壤。

（8）冰碛物

由冰川夹带的物质搬运沉积而成。其特点是无成层性和分选性,岩石碎块与大小颗粒混存。其特点是母质层深厚，质地黏细,呈棕红色，酸性强，养分较缺乏， 是南方红壤重要母质类型之一。

五、土壤肥力特点和利用改良

（一）特点

1、砂质土

特点:通透性好，排水快，但是蓄水保水抗旱能力差，耐肥性差，养分易流失。

2、黏质土

特点:通透性差，排水不良，不耐涝，保水抗旱能力差，保肥能力强，养分不易5淋失，肥效平稳且持久。

3、壤质土

特点:良好的通透性和耕性，发苗小；保水保肥能力强，肥效稳而长，是农业生产较为理想的土壤质地。

（二）改良

1、客土法

对过砂或过黏的土壤，可分别采用“泥掺砂”或“砂掺泥”的办法，来调整土壤的砂黏比例，以达到改良质地，改善耕作，提高肥力的目的。客土法可在整块田进行，也可在播种行或播种穴中客土。

2、耕翻法

这是指对于砂土层下不深处有黏土层或黏土层下不深处有砂土层（隔砂地）者,可采用深翻,达到砂黏掺和，以达到合适的砂黏比例，改善土壤物理性质，从而提高土壤肥力。

3、引洪漫淤法

对于沿江、沿河的砂质土壤，可以采用引洪漫淤法改良。即通过有目的地把洪流有控制地引入农田，使细泥沉积于砂质土壤中，就可以达到改良质地和增厚土层的目的。在实施过程中，要注意边灌边排,尽可能做到留泥不留水。

4、增施有机肥

通过增施有机肥可以提高土壤中的有机质含量。增施有机肥可以改良土壤结构，从而消除过黏或或砂土壤所产生的不良物理性质。此外,通过种植田菁、绿豆、苜蓿、紫云英、草木樨等也可以增加土壤有机质，创造良好的土壤结构。