土壤矿物、有机质及物理特性—超前培优—探讨大学地理知识

土壤矿物、有机质及物理特性 土壤是由固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水和溶液）、气相（土壤空气)和土壤生物有机体四部分组成。处于最适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成大致为，土壤孔隙占50%，内含水分和空气，且水分与空气比例大约是各占一半；土壤固体占50%，其中矿物占45%，有机质占5%；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示。 2.1 土壤矿物 土壤矿物主要来自于成土母质，是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤的矿质元素含量、性质、结构和功能影响甚大。按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物（盐类）三大类。 2.1.1原生矿物土壤主要组成：矿物质、有机质、水、溶液、空气、生物有机体。 土壤原生矿物直接来源于母岩，特别是岩浆岩，它只受不同程度的物理风化作用，而其化学成分和结晶构造并未改变。土壤中原生矿物的种类和含量随着母岩类型、风化强度和成土过程的不同而异。随着土壤年龄的增长，土壤中原生矿物在有机体、气候因子和水溶液作用下逐渐被分解，仅有微量极稳定矿物会残留于土壤中，结果使土壤原生矿物的含量和种类逐渐减少，如表2-1和图2-2所示。 在风化与成土过程中原生矿物供给土壤水分以可溶性成分，并为植物生长发育提供矿质营养元素如磷、钾、硫、钙、镁和其他微量元素。土壤原生矿物主要包括硅酸盐和铝硅酸盐类、氧化物类、硫化物、磷酸盐类和某些特别稳定的原生矿物。 1.硅酸盐及铝硅酸盐类 硅酸盐及铝硅酸盐类矿物是土壤中最主要的原生矿物，它们一般为晶质矿物。常见的有长石类、云母类、辉石类、角闪石类和橄榄石类等。 2.长石类矿物 长石类矿物占地壳重量的50%~60%，占土壤圈重量的10%~15%，是广泛存在于土壤中的较稳定的原生矿物，多集中于土壤粗粒级之中。长石类矿物是正长石(KAISi₃O₈)、钠长石、钙长石的固熔体。钾钠含量多而钙含量少的称为碱性长石，钙和钠含量多而钾含量少的为斜长石。它们的风化产物为高岭石、二氧化硅，并释放大量盐基离子，是土壤中钾素的重要来源。 3.云母类矿物 云母类矿物占地壳重量的3.8%，按其颜色可分为白云母[KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH,F)₂]、金云母和黑云母。在土壤中白云母不易风化，而黑云母极易风化分解，故在土壤细砂或粉粒中常有云母碎片。云母风化是植物钾素的最重要来源。 4.橄榄石类矿物 橄榄石[(Mg,Fe)₂SiO₄]是基性和超基性岩浆岩的重要造岩矿物，在土壤中极易被风化变成蛇纹石。橄榄石类矿物因含铁多少不同可由浅黄绿至深绿色。 5.辉石与角闪石类矿物 辉石与角闪石占地壳中岩浆岩总重量的17%左右，是重要的造岩矿物。 其中辉石[(Ca,Na)(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)₂O₆]为基性超基性岩、变质岩的主要造岩矿物，在土壤中易被风化变成绿帘石和绿泥石；角闪石是中性岩的主要造岩矿物，在土壤中易被风化变成绿帘石和绿泥石。 6.氧化物类 石英(SiO₂)在地壳中含量仅次于长石，占地壳重量的12%，是许多岩浆岩、沉积物和土壤中最为常见的矿物。在土壤中石英颗粒表面常被黄棕色的氧化铁、氧化锰胶膜所包裹，而呈现黄棕色。在土壤砂粒(0.01~2.00mm)中石英的含量在80%以上。石英在土壤中极为稳定，是土壤的基底物。土壤矿物：长石、云母提供钾，石英覆盖氧化铁呈黄棕色，磷灰石、硫化物。 7.硫化物类 土壤中常见的原生硫化物主要是黄铁矿和白铁矿，两者为同质异构物，分子式为FeS₂。黄铁矿是地壳中最为常见的硫化物，在各类岩石中都可出现。 在土壤中黄铁矿易于被风化变成褐铁矿，并释放大量硫素供给植物生长发育之需要。 8.磷灰石类 磷灰石[Ca₅（F,Cl)(PO₄)₃]常以微小晶粒散布于岩浆岩之中。在风化与成土过程中磷灰石的分解会逐渐释放磷化物，这是土壤中植物生长发育所需磷素的重要来源。 土壤是由母岩风化而形成的，所以土壤之中原生矿物的数量和种类，可用以说明土壤与母岩之间发生联系的紧密程度，以及土壤的发育程度。在成土过程中凡是不稳定的矿物首先被风化而在土壤中消失，而稳定的矿物则保存于土壤中。 2.1.21土壤矿物的形成与转化 1.土壤矿物的风化过程 物理风化。物理风化是指矿物发生机械破碎，而没有化学成分及结晶构造变化的作用。矿物发生机械破碎主要是由温度变化及由此而产生的水分冻结与融化等作用所引起的，矿物的机械破碎会引起矿物颗粒物理性质的变化，如裂隙、孔隙和比表面面积的增加。因此，物理风化使原不具有通透性的大岩块变为碎屑堆积物，为空气、水分及生物的侵入与蓄存创造了条件，从而加速了化学风化的进程。 化学风化。化学风化是指矿物在水分、氧气、二氧化碳等作用下发生的化学分解作用。化学风化不仅使矿物的成分、结晶构造、性质等发生改变，而且会产生新的矿物。矿物化学风化作用表现最突出的是溶