第二章土壤母质与土壤的形成教学目的、要求：土壤母质的概念及来源；主要造岩矿物、主要成土岩石主要有哪些；风化的概念及风化的阶段和风化程度；母质类型及其对土壤资源的影响；土壤形成的一般概念；主要的成土过程；地质学循环与生物学循环的对立统一关系；各成土因素的作用；土体构造和土壤形态特征。第一节成土母质一、母质的概念：母质是指岩石的风化碎屑物，其是形成土壤的物质基础。所以成土母质的主要来源是岩石。土壤中矿物质主要是由岩石中矿物变化而来。这需要我们了解地壳的化学组成。二、地壳物质的组成：（一）地壳物质的元素组成地壳包括的化学元素很多，但主要由氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、磷等以及一些微量元素锰、锌、铜等组成，其中主要成分是氧与硅两种元素组成，两者占地壳元素组成的75%，而氧几乎占一半。元素组成的特点：1、地壳中氧、硅含量最多，铁、铝次之，所以组成的化合物大多是氧化物，尤其以硅酸盐最多2、地壳中植物生长必须要的元素含量很低，分布不平衡，满足不了植物和微生物营养的需要3、土壤矿物中氧、硅、炭、氮的含量增加，这反映成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用（二）主要造岩矿物：1、矿物的概念矿物是一类天然产生于地壳中且具有一定化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质。它是岩石的组成部分，也是土壤矿物质的来源。形成岩石的矿物称为造岩矿物。2、土壤的矿物组成矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.原生矿物：直接来源母岩的矿物，由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。土壤原生矿物：是指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物，主要分布在土壤的砂粒和粉粒中。从土壤中实际存在的原生矿物的种类与数量，可以说明母岩或母质的来源，土壤和母质之间发生联系的紧密程度，以及母质风化的程度。土壤原生矿物的特点：1、以硅酸盐和铝硅酸盐为主，常有的为石英，长石，云母等2、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3、土壤原生矿物是植物养分的重要来源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。次生层状硅酸盐：高岭石、蒙脱石、水云母、蛭石、绿泥石；氧化物及其水化物：氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰；碳酸盐：方解石（CaCO3）、白云石[CaMg（CO3）2]次生矿物：类型：次生矿物主要有层状硅酸盐矿物（如高龄石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等）和氧化物矿物（如氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰等）分布：我国南方以高岭石和含水的氧化物为主；北方以蒙脱石、蛭石、水化云母（伊利石）为主，另有少量氧化物。（三）成土岩石1、概念岩石是一种或几种矿物组合而成的自然集合体。岩石都有一定的矿物组成，结构和构造。自然界的岩石按成因可分为:岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。2、岩浆岩岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。岩浆岩的类型:3、沉积岩沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。沉积岩的结构指沉积颗粒的大小和形状。以颗粒大小分为:砾状结构(如砾岩),粒状结构(如沙岩),中粒状结构(如沙岩)以颗粒形状分为:角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如砾岩)沉积岩的构造指沉积物空间分布的相互关系。主要有层理构造，层面构造等主要的沉积岩:角砾岩,砾岩,砂岩页岩,石灰岩4、变质岩原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石，称变质岩。主要的变质岩:片麻岩,石英岩,板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩变质岩的结构:主要有斑状变晶结构、粒状变晶结构、鳞片状变晶结构。变质岩的构造块状构造，岩石中的矿物无定向排列，均匀分布在岩石中形成不规则的块状体，如石英岩；片理构造，片状矿物受力的作用而平行排列，并沿平行方向易于裂开，如各种片岩；片麻状构造，片状矿物与粒状、块状矿物呈断续的平行相间排列，如片麻岩。（2）风化作用的类型A物理风化作用：岩石发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。引起物理风化作用的因素★热力作用岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。★冰劈作用进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。★风和流水的作用主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。★冰川作用冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。★卸荷作用指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。物理风化的结果岩石由大块变成小块再变为细粒，虽岩石的矿物组成和化学成分没发生改变，但却获得原来岩石所没有的对水和空气的通透性，只是缺小于0.01毫米的粒子，毛细管作用不发达，没有对水分的保蓄力。最终为化学风化创造了有利条件。B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溶解作用指岩石矿物溶解于水的作用。水化作用指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。水解作用指矿物与水发生反应而分解的作用。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。化学风化的结果使岩石进一步分解，彻底改变了岩石内部矿物的组成和性质，产生一批新的次生粘土矿物。母质开始具有吸附性、粘性、可塑性，并有毛管现象；同时也释放一些简单可溶性盐类物质，如碳酸钙、碳酸氢钙等，是植物养料最初来源。C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：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。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。生物风化的结果生物风化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。生物风化作用意味着土壤形成过程的开始。▲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。▲▲注意，母质不同于母岩，也不同于土壤Definitionofparentmaterial母质是风化壳(weatheringcrust)的表层，是指原生基岩(originalbedrock)经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，它是形成土壤的物质基础，是土壤的前身。2、风化进程（1）风化的阶段A脱盐基作用：在化学风化过程中，首先是失去碱性元素，它们被转变为碳酸盐类的溶液，能被雨水淋失，同时产生一种不稳定的铝硅酸，这一过程称为脱盐基作用。B脱硅作用不稳定的铝硅酸继续水解，分离出胶状氧化物，同时生成高岭土类粘土矿物，在碱性环境中，氧化硅也可被雨水淋失，此过程称为脱硅作用。这一阶段的母质中Ca、Mg、K、Na都受到淋失，同时硅酸盐和铝硅酸盐中的硅酸也部分淋失，母质呈酸性反应，颜色以棕或红棕色为主，黄棕壤及部分棕色成土母质的发育至此阶段。C富铝化作用脱硅作用在湿热气候条件下进行得更完全，高岭土继续分解，全部硅酸大多数被碱性溶液带走，这时只剩含水氧化铝和含水氧化铁的胶体矿物，在母质或土壤富集，称为富铝化作用。形成鲜明的红色，母质呈酸性至强酸性。我国华南的红壤、砖红壤的成土母质发育至此阶段。（2）风化程度用硅铁铝率来表示母质风化程度的度量指标A概念：是指SiO2/（Fe2O3+Al2O3）分子含量的比值B意义：反映土壤的风化分解程度：反相关；判断粘土矿物组成。如:高岭石小于等于2；蒙脱石在2—4；反映土壤的形成过程，如SiO2/R2O3分子比值增大，说明成土过程中有脱铝现象（酸性淋溶）；对照剖面上下层的SiO2/R2O3分子比值，说明剖面中物质淋溶状况。不同化学风化程度的母质，在很大程度上影响土壤肥力当SiO2/R2O3>2时，为高硅性土，含盐基丰富，土壤吸水、保水、保肥力强；同时含蒙脱石类粘土矿物多，具有强烈的膨胀性收缩性，持水力高，渗透率低，易与腐殖酸钙紧密结合而成稳定的团聚体，一般土质较好。低硅性土，性质相反3、土壤母质的类型岩石矿物风化形成的母质，有的就地堆积，但大多数是在重力、水流、风力、冰川等外力的作用下搬运到其他地方，形成各种沉积物，有的甚至经过多次搬运沉积。原积物原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层。坡积物坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。洪积物是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。冲积物冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。湖积物湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一种母质。海积物海积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。风积物风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。黄土及黄土状物质黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。第四纪红色粘土指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。冰川沉积物和冰水沉积物冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。母质物理性质具有分散性、疏松多孔，有一定的吸附作用，透水性和蓄水性复习思考题1、何谓岩石？岩石按成因分哪几大类？何谓土壤母质？2、地壳的物质组成有何特点？3、主要造岩矿物、主要成土岩石主要有哪些？4、试解释SiO2/R2O3,并阐述其意义。5、各成土因素的作用如何？风化壳是地壳表层的岩石经过风化后形成的疏松堆积物。母质既不同于岩石：有初步肥力，颗粒分散，疏松多孔，有一定吸附、透水和蓄水性能。也不同于土壤：缺乏养分，几乎不含C、N，通气和蓄水不能同时解决。残积母质(residualparentmaterial)：岩石风化后，基本上未经动力搬运而残留在原地的风化物；运积母质(carriedparentmaterial)：母质经外力，如水、风、冰川和地心引力等作用而迁移到其它地区的物质。Typesofparentmaterial（类型）母质类型水风冰川——冰积母质地心引力——重积母质（崩积物）流水沉积湖积母质海积母质黄土母质沙丘冲积母质坡积母质洪积母质成土母质主要类型岩浆岩深成岩浅成岩喷出岩侵入岩岩浆岩的结构:指岩石中矿物的颗粒大小、结晶程度与结合方式。岩浆岩的结构全晶质等粒结构斑状结构隐晶质（致密状）结构玻璃质结构岩浆岩的构造:指岩石各组成矿物的排列方式和填充方式所赋予岩石的外貌特征。岩浆岩的构造块状构造如花岗岩。流纹状构造如流纹岩气孔状构造如玄武岩杏仁状构造主要的岩浆岩酸性岩SiO2含量在65％以上如花岗岩,流纹岩中性岩SiO2含量52％～65％如闪长岩,安山岩基性岩SiO2含量45％～52％如辉长岩,玄武岩超基性岩SiO2含量小于45％如橄榄岩脉岩如伟晶岩侵入型岩浆岩喷出型岩浆岩玄武岩花岗岩岩石的层状剥落示意图Sheet3
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Chart1
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Si
Fe、Al、Ca、Na、K、Mg
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Fe、Al、Ca、Na、K、Mg
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地壳中元素组成比例图
地壳中元素组成比例图
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