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•第一章土壤矿物质•[本章导读]在了解土壤和土壤肥力的基础上，本章重点理解土壤母质的概念与性质，土壤母质的常见类型；土壤粒级、土壤质地的概念、分类标准；不同粒级土粒的矿物组成、化学组成和基本特性；重点掌握不同质地土壤的肥力特征、生产特性、利用和改良途径及措施。•土壤是由固、液、气三相物质组成的自然体，其中，固相部分由许多大小不等的矿物质颗粒和有机质颗粒组成。对于一般土壤来说（自然植被茂密的森林土壤和草原土壤除外），土壤矿物质颗粒约占土壤固相部分的95%以上，是构成土壤的最基本的物质，与土壤性质关系密切。•第一节土壤母质•一、土壤母质的概念（P27）••裸露在地表的岩石矿物，经各种风化作用形成疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，因为它是形成土壤的基础，故称之为土壤母质，或成土母质。•二、土壤母质的来源•土壤是由裸露在地表坚硬、巨大的岩石，经过风化作用和成土作用而形成：•岩石（经各种风化作用）→母质（经成土作用）→土壤。•土壤最初来源是岩石，而岩石又是由一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的认识需要从认识岩石和矿物开始：•1.地壳的元素组成•地壳的元素组成中含有元素周期表中绝大多数的元素，但这些元素在含量上有很大的差异。•1）：地壳的元素组成中主要成分是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。尤其是O、Si这两种元素占75%以上，而O占了近一半，所以O、Si、Al、Fe这四种元素对土壤性质有深远的影响，土壤的很多性质与这四种元素密切相关。•2）：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。•所以地壳由原来的状态变成能生长植物的肥沃土壤，中间需要经过一个极其复杂的质变过程。坚硬的岩石必须崩解、碎裂，分解成母质，植物营养元素才能被释放、被集中，空气和水分才能流通，肥力才可以发展，土壤才能形成。•2.矿物•（1）概念：矿物是指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。•在已经发现的自然界的3000多种矿物中，绝大多数是化合物、结晶质、固态的。少数是单质、非结晶质、液态的。矿物是岩石的组成部分。•（2）分类：按照矿物的起源可分为：原生矿物和次生矿物•（3）主要成土矿物的组成和特性：见P21表1-1。•3、岩石（rock）•概念：是在地质作用下，由一种或多种矿物有规律组合而成的集合体，它具有一定的结构和构造特征。•分类：自然界中岩石种类繁多，根据其成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。•（1）岩浆岩：由岩浆冷凝以后而形成的岩石。•我们还可以根据岩石中SiO2含量多少来划分岩浆岩的类型：•SiO2＞65%酸性岩；52%～65%中性岩；45%～52%基性岩；＜45%超基性岩•共同特征：没有层次、没有化石、不含有机沉淀物。•（2）、沉积岩：各种先成岩（岩浆岩、变质岩、原有的沉积岩）经过风化、搬运、沉积，重新固结而成的岩石，或者生物的遗骸、生物新陈代谢所形成的物质沉积以后所形成的岩石。•沉积岩种类很多，一般可分为三类：•a：碎屑岩：砾岩、砂岩；•b：粘土岩：页岩、粘土岩；•c：化学岩、生物岩：石灰岩、白云岩。•共同特征：有层次、常有化石。•（3）变质岩：地壳中的岩浆岩、沉积岩、原有的变质岩由于受到地壳的运动或岩浆活动的影响，在高温、高压的条件下，使岩石内部发生激烈变化，使矿物发生重新结晶或重新排列，甚至化学成分发生激烈变化而形成的新岩石。•共同特征：岩石致密坚硬，不易风化，呈片状组织。•常见的主要的成土岩石见P23表1-2•3.岩石矿物的风化形成了土壤母质•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。•按照风化作用的因素和特点可分为物理风化、化学风化、生物风化三种类型。•1)、物理风化：岩石受物理因素作用而崩解碎裂的过程。•物理风化的因素主要是：温度引起的热胀冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。•其结果使岩石由大块→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：岩石由于受到化学因素作用而引起的破坏过程。•这些化学作用过程主要包括：溶解作用、水解作用、水化作用、氧化作用等。其中水解作用能使岩石中的矿物发生彻底分解，引起岩石内部矿物组成和性质的彻底改变，所以水解作用被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节。•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，同时累积了有机质，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。•三、土壤母质的新性质•岩石风化的结果产生了母质，母质与岩石相比产生了一些新的特性：•1.具有了分散性。物理风化使岩石由大块→小块→碎屑，由致密坚硬态→疏松态，具有了分散性。•2.初步具有了通气透水、蓄水和吸附物质的性能。•化学风化和生物风化使碎屑变为较细的颗粒，于是土粒表面积增大了，具有了一定的吸附能力；同时粒间存在着大小不同的孔隙，使母质初步具有了透水通气、蓄水和吸附物质的性能。•3.含有一定的可溶性养分。在各种风化作用下，处于不溶状态的营养元素从岩石矿物中释放出来，形成可溶性的物质，如Ca、Mg、K、Na的碳酸盐、硫酸盐等。••与岩石相比，土壤母质初步具备了水、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。•四、土壤母质的类型及特征：•根据风化产物搬运动力和沉积特点的不同，可把成土母质分为以下几类：•1、残积物：也称残积母质，未经外力搬运而残留在原地的风化产物，多分布在山地和丘陵的较高部位。•2、坡积物：在重力和雨水冲刷作用下，将山坡上的风化物搬运到坡脚或谷地堆积而成。•3、洪积物：由于山区临时性洪水爆发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒、粘粒等物质沿山坡下泻到平缓地带沉积而成的堆积物，形状扇形。•4、冲积物：岩石风化产物受河流经常性流水的侵蚀和搬运，在流速减缓时沉积于河谷地区的冲积物。•5、湖积物：湖水泛滥沉积而成的沉积物。•6、海积物：由于海岸上升或江河入海回流的淤积物露出水面形成。•7、风积物：风力吹来的泥砂堆积而成。•8、黄土：是第四纪沉积物，是风力堆积而成。•9、红土：又称第四纪红色粘土，分布在我国南方，多呈红色、红棕色，质地粘重，养分少。•第二节土壤的矿物组成及特性•一、矿质土粒•（一）土壤的矿物组成•坚硬的岩石及其矿物经过一系列风化、成土过程之后形成的大大小小的颗粒物质，统称为土壤矿物质（soilmineral）。土壤矿物质颗粒的大小及其在土壤中所占的比例决定着土壤的基本特性。•土壤矿物质颗粒按其来源可分为两类：•原生矿物：指那些在风化过程中未改变化学组成，而遗留在土壤中的原始成岩矿物。•主要是石英和由正长石、斜长石、白云母、黑云母、辉石、角闪石等组成的原生硅酸盐矿物。它们对土壤肥力的作用有两方面，一方面构成土壤的“骨骼”；另一方面通过风化而释放各种养分，但这个过程是极其缓慢的。•次生矿物：在风化及成土过程中新形成的矿物，也称为粘土矿物或粘粒矿物。•次生矿物以结晶层状铝硅酸盐矿物为主，还有相当数量的晶态和非晶态的Si、Fe、Al氧化物和水化氧化物等。••（二）土壤矿物质的化学组成•各粒级土粒的矿物组成不同，其化学成分也发生相应变化：砂粒和粉粒中SiO2含量高，粘粒中Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O的含量较多。随着土壤单粒由大到小，SiO2含量逐渐减少，磷、钾、钙、镁、铁等养分含量逐渐增加。因此，不同粗细的土粒，对土壤植物养分的供应潜力不同。•（三）、土壤的机械组成•1、土壤粒级•（1）、土壤粒级的概念:（陆欣P29）•土壤矿物质颗粒以单粒和由单粒粘合而成的复粒一起存在。•单粒直径大小不同，其组成和性质也随之变化，据此将土壤单粒划分为若干粒径等级，即为土壤粒级(soilseparates)，或称粒组(particlegroup)。换言之，根据土壤单粒直径大小和性质变化而划分的土粒级别称为粒级（粒组）。•同一粒级的土粒，成分和性质基本一致，粒级间则有明显差别。平时所说的砂粒、粉粒和粘粒就是粒级的名称。•（二）、各级土粒的性质•土粒的物理性质在0.01mm和0.001mm处有明显变化。粒径大于0.01mm的粒级，一般无可塑性和胀缩性，但有一定的透水性，其吸湿力、保肥力和粘结力等都很微弱。而小于0.01mm的土粒，则具有明显的可塑性和胀缩性，但无透水性，其吸湿力、保肥力和粘结力等都有突出的增加。小于0.001mm的土粒，这种突增更明显。•1.石砾及砂粒•石砾及砂粒是风化碎屑，其所含矿物成分和母岩基本一致，不能充分反映土壤形成条件。它们形状不一，无可塑性和粘结力，因而砂粒多的土壤是松散的。又因其粒径大，与外界接触面小，所以经受化学风化的机会也少，养分的释放很慢，有效养分缺乏。由于比表面小，所以土粒的表面吸湿性和吸肥力都很小。又因为他们粒间孔隙大，所以透水性强，排水易，通气良好，但易溶性的养分也易于随水流失。石砾和砂粒的另一特点，即它们不会因干湿而胀缩。•2.粘粒•粘粒颗粒细小，是化学风化的产物，其所含的矿物质成分和原来母质有所不同，属于次生矿物一类。从化学成分讲，粘粒中的SiO2比砂粒和粉粒要少得多。•(1)颗粒细，表面吸湿性强，粒间孔隙很小，有明显的毛管作用，透水缓慢，排水困难，通气不畅。•(2)粘结力强，常成土团或土块；单独的粘粒很多成片状，所以粘土的可塑性和胀缩性显著，干时土块易于龟裂。••(3)粘粒本身含养分丰富，且由于土粒细小，比面大，粘粒中的微细者，还具有胶体特性，能吸附养分，所以土粒的表面吸肥力和整个土体的保肥力都较强，有效养分的储量较多。•(4)由于粘粒是土壤形成过程中的新生产物，所以它的类型和性质能反映出土壤形成的条件和作用。•3.粉（砂）粒•颗粒大小介于粘粒和砂粒之间。其矿物成分中有原生的，也有次生的。粉粒只有微弱的可塑性和胀缩性；粘结力在湿时明显，干时减弱。它的很多性质介于砂粒和粘粒之间。粉粒很容易进一步风化。•（2）、土壤粒级的分类（陆欣P30）•土粒分级一般是将土粒分为石砾、砂粒、粉粒和粘粒四级。•①国际制土粒分级：•特点：十进位制，易于记忆，但人为性大。②卡庆斯基制：•前苏联土壤学家卡庆斯基提出的土壤粒级分类标准,既细致又简明，细致方案对粉粒划分较细，符合我国许多土壤中粉粒多样化的特点；•简明方案则先以粒径1mm为界分出粗骨和细土两部分，而细土中又以粒径0.01mm为界划分出“物理性砂粒”和“物理性粘粒”，运用起来易于掌握，我国多采用此制。•③中国制二、土壤质地（一）土壤质地的概念自然界的土壤不是只由单一粒级的颗粒所组成，而是由大小不同的各级土粒以各种比例关系自然地混为一体。1、土壤质地：土壤中各粒级土粒含量（重量）百分率的组合，叫做土壤质地。•（二）土壤质地分类（陆欣P31）：根据土壤中各粒级土粒含量（重量）百分率进行的土壤分类，称为土壤质地分类。•（三）不同质地土壤的肥力特征及利用管理•1、砂质土•1)肥力特征表现为：•(1)蓄水力弱•（2）保肥能力差•（3）养分含量少•(4)通气性、透水性