第一章土壤矿物质.ppt

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1、,第一章 土壤矿物质,第一节 土壤矿物质的矿物组成,一、风化作用的概念和类型,（一）岩石、矿物的概念,岩石：是矿物的集合体 矿物：矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位 。 矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。 自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。,（二）风化作用的概念,第一节,一、风化作用的概念和类型,风化作用：是指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,（三）风化作用的类型 由于作用因子的不同，岩石风化作用过程的特点各异，可分为物理风化、化学风化和生物风化三大类型。,一、风化作用的概念和类型

2、,1.物理风化 岩石在外力影响下机械地破裂成碎块，仅改变了大小与外形而不改变化学成分的过程称为物理风化。产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。,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,图2-17 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,图2-18 由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙,2.化学风化作用 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，称化学风化。,引起化学风化作用的主要因素有,溶解作用 指岩石矿物溶解于水的作用。,CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HC

3、O3-,水化作用 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。,CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O (硬石膏) （石膏） 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 3H2O (赤铁矿) (褐铁矿),水解作用 指矿物与水发生反应而分解的作用。-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), 氧化作用 岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。,

4、2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁),3.生物风化作用 岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：,A:生物的机械破碎作用 由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。,图2-21 植物根的机械破坏作用,B:生物的化学分解作用 有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。,上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,只是在不同的外界条件下各有侧重。,二、主要的成土矿物,矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物. 原生矿物 由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固

5、结而形成的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。 次生矿物 原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。,石 英,地球表面最常见的矿物，分布最广。分子式：SiO2。石英硬度大，化学性质稳定，抗风化能力强，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。,（一）原生矿物,正长石 KalSi3O8,由硅氧四面体和铝氧八面体形成层状铝硅酸盐矿物。由于发生同晶异质替代作用，替代后多余的负电荷由钾离子中和为正长石。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。正长石易风化，风化

6、后形成粘土矿物高岭石等，可为土壤提供大量K养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9。常用来制取钾肥,斜长石 Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8）,与正长石类似，负电荷由钙和镁离子来中和。常呈板状和柱状晶体。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。色泽美丽者可作为宝石，如传说中的和氏璧,云母,片状硅酸盐矿物，铝氧八面体中的铝被钾离子替代叫白云母，被铁离子替代叫黑云母，被镁离子替代叫金云母。 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。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，

7、而黑云母风化为颗粒。,普通角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12,角闪石呈双链结构，所以在岩石中呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽。,辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6,辉石呈单链结构，所以在岩石中多呈晶粒状，短柱状，棕至暗黑色，条痕灰色，较角闪石难风化，风化物为粘土矿物，富含Fe。,橄揽石（Mg，Fe）2SiO4,最容易风化，所以常常作为指示矿物。用来指示土壤形成时间的长短。 橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。,土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。,土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度上决定于矿物的稳定性，如长石和石英。,土壤原生矿物是植物养分的重要来源,（二）

8、次生矿物,主要包括 层状的硅酸盐矿物和氧化物类。 前者是晶型矿物，后者有晶型的，也非晶型的。,层状的硅酸盐矿物,1:1型单位晶层: 由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。,2:1型单位晶层 由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。,特点：(1）1:1型的晶层结构 单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(O

9、H)8。 （2）无膨胀性 两个晶层的层面间产生了键能较强的氢 键，膨胀系数一般小于5.高岭石层间距约为0.72nm。 （3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。 （4）胶体特性较弱 较粗（0.2-2m），颗粒的比表面积相 对较小，为1020103m2kg-1,高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。是陶瓷的主要原料。,高岭组（1:1型矿物）,高岭石的矿物结构,蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物） 包括：蒙脱石、蛭石、绿脱石、拜来石等。,特征： （1）2:1型的晶层结构，蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示

10、Al4Si8O20(OH)4nH2O。 （2）胀缩性大 蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。 （3）电荷数量大 同晶替代现象普遍。 （4）胶体特性突出 ，较细（有效直径0.01-1m），总表面积为600800103m2kg-1，且80是内表面。蛭石一般为400103m2kg-1。,蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广,蒙托石的矿物结构,水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）,特征： （1）2:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子 式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。 （2

11、）无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有钾离子， 对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm。 （3）电荷数量较大 2040Cmoles(+)kg-1。 （4）胶体特性一般 总表面积为70120103m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。,伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。,伊利石的结构示意图,基本结晶单元相同,颗粒比较小，比表面积比较大,胶体性质明显,普遍存在同晶替代作用,相同点,氧化物类,土壤中常见的氧化铁矿物是赤铁矿和针铁矿,针铁矿 （a-FeOOH):黄色或棕色，呈针

12、状，在温带、亚热带与热带的土壤中大量存在 赤铁矿 （a-Fe2O3）：红色，呈六角板状，少量赤铁矿的存 在也会使土壤看起来呈红色。在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在较多。 存在方式： 呈胶膜质包被在土壤颗粒的表面。,第二节 土壤矿物质的化学组成,四大骨干元素O、Si、Al、Fe,硅铝铁率（SiO2/R2O3),1、判断细粒部分层状铝硅酸盐矿物的组成 1:1型：Al2O32SiO2nH2O 硅铁铝率2 2:1型：Al2O34SiO2H2O 硅铁铝率在2-4之间 2、可以判断风化程度,第三节 土壤矿物质的机械组成（颗粒组成）,（一）粒级的概念 粒级（粒组）： 按照土粒粒径的大小把性质和组成

13、相近的一些土粒分成一组，每一组为一个粒级(或粗细)。 （二）粒级的分类 粒级分类常用的标准有苏联制、美国制、国际制、中国制,一、土壤矿物质土粒的分级,1、相同点： 分为4个粒级：石砾、砂粒、粉粒、粘粒,2、不同点：,二、各粒级土粒的特点,1、不同粒级土粒，它们的矿物组成不同,2、不同粒级土粒，它们的化学组成不同,3、不同粒级土粒，它们的物理性质不同,4、不同粒级土粒，它们的化学性质不同,三、矿物质的机械组成和质地分 （一）机械组成和质地的概念,粗细不同的土粒在土壤中占有的不同的比例，这种大小不同土粒的比例组合，叫矿物质土粒的机械组成。,根据机械组成划分的土壤类型叫土壤质地。,（二）土壤质地分类

14、制,国际制土壤质地分类：是一种三级分类法，即按粘粒、粉粒、砂粒三种粒级占百分数进行分类，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四类十二级。,45%：前面加“粉质”,粘粒,15%：砂土、壤土类,粉粒,25%：粘土,15-25%：粘壤土类,砂粒,55-85%：前面加“砂质”,85%：砂土,2卡庆斯基土壤质地分类 这是一种二级分类法，按物理性砂粒和物理性粘粒的百分数划分为砂土、壤土及粘土三类九级。解放后，我国多采用这种分类。如下表：,物理性砂粒： 粒径在10.01 mm之间的土粒。,物理性粘粒： 粒径0.01 mm的土粒。,土壤质地,3、我国土壤质地分类 近来中国科学院主编的中国土壤一书中，介绍了我国土壤质

15、地分类方案，如表：,我国将土壤质地分为砂土、壤土和粘土三大组，每组再细分。 一般常用的质地种类有： 砂土、砂壤土、轻壤土、 中壤土、重壤土、粘土,土壤质地,4、经验式：,以粘粒含量判定质地类别（粘粒0.002mm）,5、土壤质地的速测（指测） 田间直接测定,土干时,“土坷垃”捏很硬，不易碎,“土坷垃”捏易碎,“没有土坷垃”,土湿时,成球、条弯成弯,成球、条不成弯,既不成球、也不成条,第四节 我国质地类别土壤的特点、 利用和改良,一、土壤质地与土壤肥力的关系,1、砂质土壤主要特性：,1-0.05mm砂粒大于50%,水：保水性差、透水性强（“秋旱砂”）,肥：养分种类、数量少，保肥性差；,气：透气性

16、好,热：热容量小，温差大”暖性土”；,生产特性： 发小苗不发老苗，适合花生、西瓜等块根、块茎作物。,2、粘质土壤主要特性：,1-0.05mm砂粒大于50%,水：保水性强、透水性差（“春旱黄泥”）,气：透气性差,肥：养分种类、数量多，保肥性强；,热：热容量大，温差小”冷性土”；,生产特性： 不发小苗而发老苗，适合种植禾谷类作物,3、壤质土壤主要特性： 0.050.01 mm颗粒大于30% 北方称为二合土； 性质介于黏土与砂土之间。,二、不同质地土壤的利用和改良,1、客土法：砂掺粘、粘拌砂,2、引洪漫淤,3、翻淤压砂或翻砂压淤,4、增施有机肥,思考题,1. 简述风化作用的概念、类型、特点。 2 矿质土粒和土壤质地是如何分类的？ 3 试述土壤质地与土壤肥力间的关系？ 4 如何对不同质地的土壤进行改良和利用？,