第一章土壤礦物質(zhì)與巖石的風(fēng)化

1、第一章第一章 土壤礦物質(zhì)與巖石的風(fēng)化土壤礦物質(zhì)與巖石的風(fēng)化1.1 1.1 巖石的風(fēng)化巖石的風(fēng)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(lèi)產(chǎn)生于地殼中具有一定化學(xué)組一類(lèi)產(chǎn)生于地殼中具有一定化學(xué)組成、物理性質(zhì)和內(nèi)部構(gòu)造的單質(zhì)或化合物。）成、物理性質(zhì)和內(nèi)部構(gòu)造的單質(zhì)或化合物。） 土壤母質(zhì)：土壤母質(zhì)：巖石的風(fēng)化產(chǎn)物，又稱(chēng)成土母質(zhì)，巖石的風(fēng)化產(chǎn)物，又稱(chēng)成土母質(zhì)，土壤礦物質(zhì)：土壤礦物質(zhì)：巖石風(fēng)化形成的礦物顆粒統(tǒng)稱(chēng)。巖石風(fēng)化形成的礦物顆粒統(tǒng)稱(chēng)。成土作用風(fēng)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(lèi)型和特性二、幾種主要巖石

2、類(lèi)型和特性三、巖石的風(fēng)化作用的類(lèi)型三、巖石的風(fēng)化作用的類(lèi)型四、風(fēng)化作用的產(chǎn)物的類(lèi)型四、風(fēng)化作用的產(chǎn)物的類(lèi)型巖石及風(fēng)化巖石及風(fēng)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(zhǎng)石正長(zhǎng)石(orthoclase)、斜長(zhǎng)石斜長(zhǎng)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(fēng)化演變而形成的新礦物。由原生礦物風(fēng)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(jiàn)課本（見(jiàn)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(gòu)成的，是礦物的天然集合體：是由一種或幾種礦物構(gòu)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(nèi)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(nèi)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?jí)训膲K狀構(gòu)造；沒(méi)非碎屑?jí)训膲K狀構(gòu)造；沒(méi)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(lèi)型和特性主要巖石類(lèi)型和特性按組成巖石礦物種類(lèi)分按組成巖石礦物種類(lèi)分 單礦巖單礦巖 復(fù)礦巖復(fù)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(zhì)巖變質(zhì)巖(metamorphic rock)巖石巖石(rock)(rock)石灰?guī)r石灰?guī)r變質(zhì)巖變質(zhì)巖變質(zhì)巖是沉積巖、巖漿巖經(jīng)過(guò)高溫高壓或

5、受巖漿侵變質(zhì)巖是沉積巖、巖漿巖經(jīng)過(guò)高溫高壓或受巖漿侵入的影響，其礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，以至化學(xué)成分發(fā)生入的影響，其礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，以至化學(xué)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(gòu)造；一般具有片理及片麻構(gòu)造；礦物質(zhì)地致密，堅(jiān)硬；不易風(fēng)化。例如片麻巖，石英巖，礦物質(zhì)地致密，堅(jiān)硬；不易風(fēng)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(fēng)化作用（巖石的風(fēng)化作用（weathering)風(fēng)化作用風(fēng)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(zhì)，這一過(guò)程叫做風(fēng)化作用。所

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

7、而崩解過(guò)程示意圖氣溫變化引起巖石脹縮不均而崩解過(guò)程示意圖a、b、c、d 表示風(fēng)化過(guò)程表示風(fēng)化過(guò)程圖圖2-18 由于冰的凍結(jié)擴(kuò)大了巖石的裂隙由于冰的凍結(jié)擴(kuò)大了巖石的裂隙 風(fēng)蝕殘土墩風(fēng)蝕根露風(fēng)蝕留礫魔鬼城（二）（二） 化學(xué)風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)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(jìn)行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的總稱(chēng)，特點(diǎn)是巖石可進(jìn)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?xiàng)l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(zhǎng)石正長(zhǎng)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(fēng)化作用生物風(fēng)化作用指動(dòng)物、植物、微生物的生命活動(dòng)及其分解產(chǎn)物對(duì)巖石礦指動(dòng)物、植物、微生物的生命活動(dòng)及其分解產(chǎn)物對(duì)巖石礦物的風(fēng)化作用。物的風(fēng)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(qiáng)化學(xué)風(fēng)化；、地衣、苔蘚保蓄水分，加強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化；3、呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和有機(jī)酸，分解礦物等。、呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和有機(jī)酸，分解礦物等。植物根的機(jī)械破壞作用植物根的機(jī)械破壞作用 一、殘積母質(zhì)一、殘積母質(zhì)(residual material)指巖石風(fēng)化形成土壤母質(zhì)后未經(jīng)搬運(yùn)而殘留于原地。指巖石

10、風(fēng)化形成土壤母質(zhì)后未經(jīng)搬運(yùn)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(diǎn)、特點(diǎn)：（1）粗骨性；）粗骨性； （2）淺薄。）淺薄。二、運(yùn)積母質(zhì)二、運(yùn)積母質(zhì)(transportation material) （一）流水沉積母質(zhì)（一）流水沉積母質(zhì)(流水搬運(yùn)沉積流水搬運(yùn)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(diǎn)：）特點(diǎn)：厚度較大，顆粒較細(xì)，是山區(qū)果樹(shù)和經(jīng)濟(jì)林木的厚度較大，顆粒較細(xì)，是山區(qū)果樹(shù)和經(jīng)濟(jì)林木的主要林業(yè)用地。主要林業(yè)用地。風(fēng)化產(chǎn)物的母質(zhì)類(lèi)型風(fēng)化產(chǎn)物的母質(zhì)類(lèi)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(diǎn)：）特點(diǎn)：具有一定的分選性，頂部粗、邊緣細(xì)。具有一定的分選性，頂部粗、邊緣細(xì)。 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(diǎn)：）特點(diǎn)：上游粗、下游細(xì)；近河岸粗、遠(yuǎn)河岸細(xì)上游粗、下游細(xì)；近河岸粗、遠(yuǎn)河岸細(xì)(二二)、湖積物、湖積物(lacustrine deposit) 顆粒細(xì)膩、質(zhì)地粘重、有機(jī)質(zhì)含量高，比較肥沃。顆粒細(xì)膩、質(zhì)地粘重、有機(jī)質(zhì)含量高，比較肥沃。三、冰磧物三、冰磧物(glacial deposit)冰川攜帶的物質(zhì)風(fēng)化

12、而成。冰川攜帶的物質(zhì)風(fēng)化而成。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：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(jié)構(gòu)，延慶盆地河流沉積二元結(jié)構(gòu)，延慶盆地海積物風(fēng)積物：流動(dòng)沙地沙波紋（毛烏素）風(fēng)積物：流動(dòng)沙地沙波紋（毛烏素）黃土母質(zhì)：峁邊線(xiàn)黃土母質(zhì)：峁邊線(xiàn)1.21.2土壤礦物質(zhì)的礦物組成和化學(xué)組成土壤礦物質(zhì)的礦物組成和化學(xué)組成土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成土壤礦物質(zhì)的化學(xué)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(yíng)養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。、植物必需營(yíng)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(duì)優(yōu)勢(shì)

14、。以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 如石英、長(zhǎng)石、云母、如石英、長(zhǎng)石、云母、輝石、角閃石等。輝石、角閃石等。2、原生礦物類(lèi)型和數(shù)量決定于礦物的穩(wěn)定性、原生礦物類(lèi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(fēng)化。易風(fēng)化。3、原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來(lái)源、原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來(lái)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(jié)晶層狀硅酸鹽礦物結(jié)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(jiǎn)單鹽類(lèi)簡(jiǎn)單鹽類(lèi)，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(jī)械組成土壤機(jī)械組成 土粒（土壤顆粒）土粒（土壤顆粒） 當(dāng)量粒徑（有效粒徑）當(dāng)量粒徑（有效粒徑） 土壤粒級(jí)（土壤粒組）土壤粒級(jí)（土壤粒組） 土壤機(jī)械組成（土壤顆粒組成）土壤機(jī)械組成（土壤顆粒組成） 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地與肥力土壤質(zhì)地與肥力 土壤質(zhì)地的利用改良土壤質(zhì)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(zhì)顆粒礦質(zhì)顆粒 數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，穩(wěn)定存在，固相骨架數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，穩(wěn)定存在，固相骨架 有機(jī)質(zhì)顆粒有機(jī)質(zhì)顆粒 數(shù)量較少，復(fù)粒存在數(shù)量較少，復(fù)粒存在 單粒單粒 砂性土壤，礦質(zhì)顆粒單獨(dú)存在砂性土壤，礦質(zhì)顆粒單獨(dú)存在 復(fù)粒復(fù)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(fù)粒分散成單粒，顆粒分析中把復(fù)粒分散成單粒，當(dāng)量粒徑（有效粒徑）當(dāng)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(dāng)量粒徑（有效粒徑）當(dāng)量粒徑（有效粒徑）：光滑的實(shí)心圓光滑的實(shí)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(zhì)相似性質(zhì)土壤土壤顆粒的大小顆粒的大小土壤顆粒土壤顆粒分級(jí)：(mm)直徑 國(guó)際制 美國(guó)

17、制 卡慶斯制 中國(guó)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(jiàn)的土壤粒級(jí)制當(dāng)量粒徑(毫米)中國(guó)制(1987)卡欽斯基制(1957)美國(guó)農(nóng)部制(1951)國(guó)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(xì)砂粒0 . 2 -0 . 1細(xì)砂粒性細(xì)

18、砂粒0.1-0.05砂極細(xì)砂粒細(xì)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(xì)粉粒理細(xì)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(xì)粘粒粒粒細(xì)粘粒0.0001膠質(zhì)粘粒土壤粒級(jí)（土壤粒組）土壤粒級(jí)（土壤粒組） 土壤粒級(jí)的組成和性質(zhì)土壤粒級(jí)的組成和性質(zhì) 粒級(jí)的礦物組成和化學(xué)組成粒級(jí)的礦物組成和化學(xué)組成 粒級(jí)物理性質(zhì)粒級(jí)物理性質(zhì) 圖示 土壤顆粒大小與礦物類(lèi)型的關(guān)系土壤機(jī)械組成（顆粒組成）土壤機(jī)械組成（顆粒組成）土壤各粒級(jí)的相對(duì)含量土壤各粒級(jí)的相對(duì)含量 (%),

19、(%), 是一個(gè)固定的數(shù)值是一個(gè)固定的數(shù)值土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地反映特定土壤性質(zhì)的機(jī)械組成反映特定土壤性質(zhì)的機(jī)械組成范圍范圍的名稱(chēng)，（占的名稱(chēng)，（占優(yōu)勢(shì)的土壤粒級(jí)）優(yōu)勢(shì)的土壤粒級(jí)）砂土，壤土，粘土砂土，壤土，粘土土壤顆粒土壤質(zhì)地分類(lèi)制：土壤質(zhì)地分類(lèi)制：國(guó)際制；三級(jí)國(guó)際制；三級(jí)美國(guó)制：三級(jí)美國(guó)制：三級(jí)卡慶斯制：二級(jí)卡慶斯制：二級(jí)中國(guó)制：三級(jí)中國(guó)制：三級(jí)土壤質(zhì)地表46 卡欽斯基土壤質(zhì)地基本分類(lèi)（簡(jiǎn)制）質(zhì)地組質(zhì)地名稱(chēng)不同土壤類(lèi)型的8060757585854050506565土壤質(zhì)地表 48 中國(guó)土壤質(zhì)地分類(lèi) （鄧時(shí)琴，1985）質(zhì)地組質(zhì)地名稱(chēng)顆粒組成%（粒徑：毫米）砂粒(1-0.05)粗粉粒(0.05-0.01)細(xì)粘粒(80708060705060壤土砂粉土粉土20204030砂壤壤土202060 先找