一、土壤矿物质

土壤矿物质是土壤固相的主体物质．构成了土壤的“骨骼”，占土壤固相总质量的90％以上。而土壤矿物质胶体是土壤矿物质中最活跃的组分，其主体是黏粒矿物。土壤黏粒矿物胶体表面在大多数情况下带负电荷．比表面大，能与土壤固、液、气相中的离子、质子、电子和分子相互作用，影响着土壤中的物理、化学、生物学过程与性质。分析土壤矿物质及其组成对鉴定土壤类型、识别土壤形成过程具有重大的意义。

(一)土壤矿物质的矿物组成和化学组成

矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本单位。矿物的种类很多，共约3300种以上。

1．土壤矿物质的主要元素组成

表2-1列出了地壳和土壤的平均化学组成，据此可将土壤矿物的元素组成特点归纳如下：

表2-1 地壳和土壤的平均化学组成(重量％)¹⁾

首先，主要组成约10余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、铜和钼等。其中，氧(O)和硅(Si)是地壳中含量最多的两种元素，分别占地壳重量的47％和29％ ;铝、铁次之，四者合计共占地壳重量的88.7％。而其余90多种元素合在一起，也不过占地壳重量的11.3％。所以地壳组成中，含氧化合物占了极大比重，其中又以硅酸盐最多。其次，土壤矿物的化学组成充分反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。一方面，它继承了地壳化学组成的遗传特点；另一方面，有的化学元素如氧、硅、碳和氮等在成土过程中增加了，而有的则显著降低了，如钙、镁、钾和钠。此外，土壤矿物质中元素的组成还与风化产物的淋溶强度有关。根据风化壳中元素迁移的特点，可分为以下几类：

1)强移动性，以阴离子形态强移动的元素，包括S、Cl、B和Br。

2)中移动性，包括以阳离子形态移动的Ca、Na、Mg、Sn和Ra等元素，以及以阴离子形态移动的F等元素。

3)弱移动性，其中以阳离子形态弱移动的元素有K、Ba、Rb、Li、Be、Cs和Ti等，此外还包括Si、P、Sn、As、Ge和Sb等主要以阴离子形态弱移动的元素。

4)环境依赖性(I)，在氧化环境中可移动，而在还原环境中移动性低的元素：

i)在氧化环境中，随酸性水强烈迁移；而在中性、碱性水中移动性低的元素(主要呈阳离子形态迁移)，例如Zn、Ni、Pb、Ca、Hg和Ag等。

ii)在酸性或碱性水中都强烈迁移的元素(主要呈阴离子形态迁移)，例如V、U、Mo、Se和Re等。

5)环境依赖性(Ⅱ)，在还原环境中可移动，而在氧化环境中移动性低的元素，例如Fe、Mn和Co。

6)微移动，在多数环境中难移动的元素：

i)形成化合物的微迁移元素，例如Al、Zn、Cr、Y、Ga、Nb、Th、Se、Ta、W、In、Bi和Te等。

ii)不形成或几乎不形成化合物的难移动元素(天然金属)，例如Os、Pd、Ru、Pt、Au、Rh和Ir等。

各种元素迁移的特点，不仅直接影响土壤矿物质的元素组成，而且与土壤质量密切相关。

2．土壤的矿物组成

按照矿物的来源，可将土壤矿物分为原生矿物和次生矿物。原生矿物是直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源。而次生矿物，则是由原生矿物分解、转化而成的。

1)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，末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砂粒中，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石以及其他硅酸盐类和非硅酸盐类。表2-2中列出了土壤中主要的原生矿物组成和相对稳定性。

表2-2 土壤中主要的原生矿物组成

2)次生矿物 原生矿物在母质或土壤的形成过程中，经化学分解、破坏(包括水合、氧化和碳酸化等作用)而形成次生矿物。土体中次生矿物的种类繁多．包括次生层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类及少量残存的简单盐类(如碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐和氯化物等)。其中，层状硅酸盐类和含水氧化物类是构成土壤豁粒的主要成分，因而土壤学上将此两类矿物称为次生黏粒矿物(对土壤而言简称黏粒矿物；对矿物而言称黏土矿物)，它是土壤矿物中最活跃的组分。