第一章土壤礦物質與巖石的風化

1、第一章第一章 土壤礦物質與巖石的風化土壤礦物質與巖石的風化1.1 1.1 巖石的風化巖石的風化 巖石：巖石：巖石是一種或數(shù)種礦物的集合體巖石是一種或數(shù)種礦物的集合體 。 （礦物：礦物：一類產(chǎn)生于地殼中具有一定化學組一類產(chǎn)生于地殼中具有一定化學組成、物理性質和內部構造的單質或化合物。）成、物理性質和內部構造的單質或化合物。） 土壤母質：土壤母質：巖石的風化產(chǎn)物，又稱成土母質，巖石的風化產(chǎn)物，又稱成土母質，土壤礦物質：土壤礦物質：巖石風化形成的礦物顆粒統(tǒng)稱。巖石風化形成的礦物顆粒統(tǒng)稱。成土作用風化作用一、主要成土礦物的組成和特性一、主要成土礦物的組成和特性二、幾種主要巖石類型和特性二、幾種主要巖石

2、類型和特性三、巖石的風化作用的類型三、巖石的風化作用的類型四、風化作用的產(chǎn)物的類型四、風化作用的產(chǎn)物的類型巖石及風化巖石及風化原生礦物原生礦物(primary mineral)：由地殼深處巖漿冷凝而形成的礦物。由地殼深處巖漿冷凝而形成的礦物。 石英石英(quartz)、正長石正長石(orthoclase)、斜長石斜長石(plagioclase)白云母白云母(muscovite)、黑云母黑云母(biotite)、角閃石角閃石(hornblende)、輝石輝石(augite)、橄欖石、橄欖石、(olivine)、方解石方解石(calcite)、白云石白云石(dolomite)、磷灰石磷灰石(apa

3、tite)、赤鐵礦赤鐵礦(hematite)、褐鐵礦（褐鐵礦（limonite）、磁鐵礦）、磁鐵礦(magnetite)、黃鐵礦黃鐵礦(pyrite)次生礦物次生礦物(secondary mineral)：由原生礦物風化演變而形成的新礦物。由原生礦物風化演變而形成的新礦物。高嶺石高嶺石(kaolinite)蒙脫石蒙脫石(montmorillonite)水云母水云母(hydromica) （見課本（見課本p10)主要成土礦物主要成土礦物巖石巖石：是由一種或幾種礦物構成的，是礦物的天然集合體：是由一種或幾種礦物構成的，是礦物的天然集合體。（一）（一）巖漿巖巖漿巖巖漿巖：指地球內部熔融巖漿上浸地殼的

4、一定深度或噴出地巖漿巖：指地球內部熔融巖漿上浸地殼的一定深度或噴出地表冷卻凝固所形成的巖石。表冷卻凝固所形成的巖石。共性：共性：非碎屑壯的塊狀構造；沒非碎屑壯的塊狀構造；沒有規(guī)則的層次排列；不含化石。有規(guī)則的層次排列；不含化石。主要巖石類型和特性主要巖石類型和特性按組成巖石礦物種類分按組成巖石礦物種類分 單礦巖單礦巖 復礦巖復礦巖按巖石形成方式分按巖石形成方式分 巖漿巖巖漿巖(magmatic rock) 沉積巖沉積巖(sedimentary rock) 變質巖變質巖(metamorphic rock)巖石巖石(rock)(rock)石灰?guī)r石灰?guī)r變質巖變質巖變質巖是沉積巖、巖漿巖經(jīng)過高溫高壓或

5、受巖漿侵變質巖是沉積巖、巖漿巖經(jīng)過高溫高壓或受巖漿侵入的影響，其礦物組成、結構、構造，以至化學成分發(fā)生入的影響，其礦物組成、結構、構造，以至化學成分發(fā)生劇烈改變后形成的。劇烈改變后形成的。共性是：共性是：一般具有片理及片麻構造；一般具有片理及片麻構造；礦物質地致密，堅硬；不易風化。例如片麻巖，石英巖，礦物質地致密，堅硬；不易風化。例如片麻巖，石英巖，板巖，片巖，千枚巖，大理巖等。板巖，片巖，千枚巖，大理巖等。巖石的風化作用（巖石的風化作用（weathering)風化作用風化作用：巖石在地表受到種種外力作用，逐漸破碎成為：巖石在地表受到種種外力作用，逐漸破碎成為疏松物質，這一過程叫做風化作用。所

6、產(chǎn)生的疏松物質就疏松物質，這一過程叫做風化作用。所產(chǎn)生的疏松物質就是是土壤母質土壤母質。風化作用的類型風化作用的類型（一）（一）物理風化作用物理風化作用指使巖石產(chǎn)生物理變化而成為碎屑狀態(tài)的過程，特指使巖石產(chǎn)生物理變化而成為碎屑狀態(tài)的過程，特點是成分未變。點是成分未變。1、主要是溫度引起巖石的熱力學變化、主要是溫度引起巖石的熱力學變化-晝夜溫差、凍結。晝夜溫差、凍結。2、鹽類結晶的裂脹作用、流水沖刷和磨蝕、風砂磨蝕、鹽類結晶的裂脹作用、流水沖刷和磨蝕、風砂磨蝕產(chǎn)物：顆粒較粗，多偏砂、石礫多，養(yǎng)分不易釋放出來。產(chǎn)物：顆粒較粗，多偏砂、石礫多，養(yǎng)分不易釋放出來。圖圖1-17 氣溫變化引起巖石脹縮不均

7、而崩解過程示意圖氣溫變化引起巖石脹縮不均而崩解過程示意圖a、b、c、d 表示風化過程表示風化過程圖圖2-18 由于冰的凍結擴大了巖石的裂隙由于冰的凍結擴大了巖石的裂隙 風蝕殘土墩風蝕根露風蝕留礫魔鬼城（二）（二） 化學風化作用化學風化作用指巖石在水和空氣（主要是氧氣和二氧化碳）的參與下進行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的總稱，特點是巖石可進一步破碎成膠體狀微粒，使原生礦物成分發(fā)生改變，產(chǎn)生在地表條件下比較穩(wěn)定的次生礦物。1、溶解作用CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3-2、水化作用CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O (硬石膏) （石膏）2Fe2O3 + 3H2O 2

8、Fe2O3 3H2O (赤鐵礦) (褐鐵礦)Fe2O3（赤鐵礦）紅色2Fe2O3 H2O（赤褐鐵礦）淺紅棕色Fe2O3 H2O（針鐵礦）棕色2Fe2O3 3H2O（褐鐵礦） 棕黃色Fe2O3 2H2O（褐鐵礦）黃色3、水解作用-最基本、最重要4、氧化作用氧化作用2KalSi3O8 + CO2 + 2H2O H2Al2Si2O8 H2O + 2SiO2 + K2CO3(正長石正長石) (高嶺石高嶺石) (含水二氧化硅含水二氧化硅) (鉀鹽鉀鹽)Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2 Ca(H2-PO4)2 + 2CaCO3(磷灰石磷灰石) (磷酸二氫鈣磷酸二氫鈣)2FeS2 + 16H2O

9、 +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4(黃鐵礦黃鐵礦) (硫酸亞鐵硫酸亞鐵)（三）（三）生物風化作用生物風化作用指動物、植物、微生物的生命活動及其分解產(chǎn)物對巖石礦指動物、植物、微生物的生命活動及其分解產(chǎn)物對巖石礦物的風化作用。物的風化作用。1、根系的擠壓；、根系的擠壓；2、地衣、苔蘚保蓄水分，加強化學風化；、地衣、苔蘚保蓄水分，加強化學風化；3、呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和有機酸，分解礦物等。、呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和有機酸，分解礦物等。植物根的機械破壞作用植物根的機械破壞作用 一、殘積母質一、殘積母質(residual material)指巖石風化形成土壤母質后未經(jīng)搬運而殘留于原地。指巖石

10、風化形成土壤母質后未經(jīng)搬運而殘留于原地。 1、分布：、分布：山區(qū)比較平緩的高地。山區(qū)比較平緩的高地。 2、特點、特點：（1）粗骨性；）粗骨性； （2）淺薄。）淺薄。二、運積母質二、運積母質(transportation material) （一）流水沉積母質（一）流水沉積母質(流水搬運沉積流水搬運沉積) 1、坡積物、坡積物(slope deposit) （1）分布：）分布：山坡中下部山坡中下部 （2）特點：）特點：厚度較大，顆粒較細，是山區(qū)果樹和經(jīng)濟林木的厚度較大，顆粒較細，是山區(qū)果樹和經(jīng)濟林木的主要林業(yè)用地。主要林業(yè)用地。風化產(chǎn)物的母質類型風化產(chǎn)物的母質類型 2、洪積物、洪積物(diluvi

11、al deposit) （1）分布：）分布：山谷出口處，呈扇狀分布。山谷出口處，呈扇狀分布。 （2）特點：）特點：具有一定的分選性，頂部粗、邊緣細。具有一定的分選性，頂部粗、邊緣細。 3、河流沖積物、河流沖積物(river alluvium) （1）分布：）分布：河流兩岸。河流兩岸。 （2）特點：）特點：上游粗、下游細；近河岸粗、遠河岸細上游粗、下游細；近河岸粗、遠河岸細(二二)、湖積物、湖積物(lacustrine deposit) 顆粒細膩、質地粘重、有機質含量高，比較肥沃。顆粒細膩、質地粘重、有機質含量高，比較肥沃。三、冰磧物三、冰磧物(glacial deposit)冰川攜帶的物質風化

12、而成。冰川攜帶的物質風化而成。 特點：特點：泥礫混雜、大小不一。泥礫混雜、大小不一。坡積物河流沉積二元結構，延慶盆地河流沉積二元結構，延慶盆地海積物風積物：流動沙地沙波紋（毛烏素）風積物：流動沙地沙波紋（毛烏素）黃土母質：峁邊線黃土母質：峁邊線1.21.2土壤礦物質的礦物組成和化學組成土壤礦物質的礦物組成和化學組成土壤礦物質的化學組成土壤礦物質的化學組成土壤元素元素地地殼中殼中 土壤中土壤中元素元素地地殼中殼中 土壤中土壤中OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.370.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.

13、085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.0003地殼和土壤的元素組成地殼和土壤的元素組成1、幾乎包括元素周期表中所有元素；、幾乎包括元素周期表中所有元素； 2、O、Si、Al、Fe為主，四者共占為主，四者共占88.7%以上；以上； 3、植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。、植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。土壤中的礦物組成原生礦物原生礦物(Primary mineral)1、原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主、原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主 以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢

14、。以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢。 如石英、長石、云母、如石英、長石、云母、輝石、角閃石等。輝石、角閃石等。2、原生礦物類型和數(shù)量決定于礦物的穩(wěn)定性、原生礦物類型和數(shù)量決定于礦物的穩(wěn)定性 石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分；白云母和長石較穩(wěn)定，石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分；白云母和長石較穩(wěn)定，在粗土粒中較多；在粗土粒中較多； 黑云母、角閃石、輝石等黑云母、角閃石、輝石等暗色礦物暗色礦物易風化。易風化。3、原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源、原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源 Ca、Mg、K、P、S等等 土壤中的礦物組成次生礦物次生礦物(secondary mineral) 以以粘土礦物粘土礦物為主，為主，

15、其中又以其中又以結晶層狀硅酸鹽礦物結晶層狀硅酸鹽礦物為主；為主； 此外有此外有Si、Al、Fe的的氧化物氧化物及其水合及其水合物物 。 此外有此外有簡單鹽類簡單鹽類，包括各種碳酸鹽、重碳包括各種碳酸鹽、重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物等酸鹽、硫酸鹽、氯化物等 2.1.3 2.1.3 土壤機械組成土壤機械組成 土粒（土壤顆粒）土粒（土壤顆粒） 當量粒徑（有效粒徑）當量粒徑（有效粒徑） 土壤粒級（土壤粒組）土壤粒級（土壤粒組） 土壤機械組成（土壤顆粒組成）土壤機械組成（土壤顆粒組成） 土壤質地土壤質地 土壤質地與肥力土壤質地與肥力 土壤質地的利用改良土壤質地的利用改良土粒土粒 土壤中的顆粒土壤中的顆粒 礦

16、質顆粒礦質顆粒 數(shù)量優(yōu)勢，穩(wěn)定存在，固相骨架數(shù)量優(yōu)勢，穩(wěn)定存在，固相骨架 有機質顆粒有機質顆粒 數(shù)量較少，復粒存在數(shù)量較少，復粒存在 單粒單粒 砂性土壤，礦質顆粒單獨存在砂性土壤，礦質顆粒單獨存在 復粒復粒 粘性土壤，顆粒相互聚集粘性土壤，顆粒相互聚集 顆粒分析中把復粒分散成單粒，顆粒分析中把復粒分散成單粒，當量粒徑（有效粒徑）當量粒徑（有效粒徑） 土壤中的顆粒的形狀各異土壤中的顆粒的形狀各異 當量粒徑（有效粒徑）當量粒徑（有效粒徑）：光滑的實心圓光滑的實心圓球的直徑，用以表征具有球的直徑，用以表征具有相似性質相似性質土壤土壤顆粒的大小顆粒的大小土壤顆粒土壤顆粒分級：(mm)直徑 國際制 美國

17、制 卡慶斯制 中國制石礫 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表 4-3 常見的土壤粒級制當量粒徑(毫米)中國制(1987)卡欽斯基制(1957)美國農(nóng)部制(1951)國際制(1930)3-2石 礫石 礫石 礫石 礫2-1極粗砂粒1 - 0 . 5粗砂粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒0.5-0.25物中砂粒中砂粒0.25-0.2理細砂粒0 . 2 -0 . 1細砂粒性細

18、砂粒0.1-0.05砂極細砂粒細砂粒0.05-0.02粗粉粒粒粗粉粒0.02-0.01粉 粒0.01-0.005中粉粒物中粉粒粉 粒0.005-0.002細粉粒理細粉粒0.002-0.001粗粘粒性0.001-0.0005粘粘粗粘粒粘 粒粘 粒0.0005-0.0001細粘粒粒粒細粘粒0.0001膠質粘粒土壤粒級（土壤粒組）土壤粒級（土壤粒組） 土壤粒級的組成和性質土壤粒級的組成和性質 粒級的礦物組成和化學組成粒級的礦物組成和化學組成 粒級物理性質粒級物理性質 圖示 土壤顆粒大小與礦物類型的關系土壤機械組成（顆粒組成）土壤機械組成（顆粒組成）土壤各粒級的相對含量土壤各粒級的相對含量 (%),

19、(%), 是一個固定的數(shù)值是一個固定的數(shù)值土壤質地土壤質地反映特定土壤性質的機械組成反映特定土壤性質的機械組成范圍范圍的名稱，（占的名稱，（占優(yōu)勢的土壤粒級）優(yōu)勢的土壤粒級）砂土，壤土，粘土砂土，壤土，粘土土壤顆粒土壤質地分類制：土壤質地分類制：國際制；三級國際制；三級美國制：三級美國制：三級卡慶斯制：二級卡慶斯制：二級中國制：三級中國制：三級土壤質地表46 卡欽斯基土壤質地基本分類（簡制）質地組質地名稱不同土壤類型的8060757585854050506565土壤質地表 48 中國土壤質地分類 （鄧時琴，1985）質地組質地名稱顆粒組成%（粒徑：毫米）砂粒(1-0.05)粗粉粒(0.05-0.01)細粘粒(80708060705060壤土砂粉土粉土20204030砂壤壤土202060 先找