土壤矿物质的主要元素和组分

矿物是地壳中的元素在各种地质作用下形成的具有一定化学组成、理化性质和内在结构的自然产物，是组成岩石的基本单位。矿物的种类很多，目前已经发现3000多种。从学习土壤学角度讲，我们着重关注的是成土矿物，以及某些作为肥料和土壤改良剂来源的矿物。

一、土壤矿物质的主要元素组成

土壤矿物质主要由岩石中的矿物变化而来。为此，讨论土壤矿物质的化学组成，必须知道地壳的化学组成。土壤矿物质的元素组成很复杂，元素周期表中的全部元素几乎都能从土壤中发现，但主要的有20多种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、钠、磷、硫以及锰、锌、铜、钥等微量元素。地壳和土壤的平均化学组成①氧（O)和硅（Si)是地壳中含量最多的两种元素，分别占了47.0%和29.0%,二者合计占地壳质量的76.0%;铁和铝次之，氧、硅、铝和铁合起来占地壳质量的88.7%。也就是说，地壳中其余90多种元素合在一起，只占地壳质量的11.3%。所以在组成地壳的化合物中，绝大多数是含氧化合物，其中以硅酸盐最多。

②在地壳中，植物生长必需的营养元素含量很低，例如磷、硫的含量均不到0.1%,氮的含量只有0.01%,而且分布很不平衡。由此可见，地壳所含的营养元素远远不能满足植物和微生物营养的需要。③土壤矿物质的化学组成，继承了地壳化学组成的特点，但是有的化学元素是在土壤形成过程中增加了（例如氧、硅、碳、氮等）,有的显著下降了（例如钙、镁、钾、钠）。这反映了土壤形成过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。

二、土壤的矿物组成

土壤矿物按其来源，可分为原生矿物和次生矿物。原生矿物是直接来源于地球内部岩浆的结晶或有关的变质作用，而次生矿物是由原生矿物在风化过程或土壤形成过程中，于地表环境里形成的。土壤矿物按矿物的结晶状态可分为晶态和非晶态。

1、土壤原生矿物

土壤原生矿物（soil primary mineral)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。

①土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。常见的有石英（quartz)。长石(feldspar)、云母（mica)、辉石（augite)、角闪石（hornblende)和橄榄石（olivine)以及其他硅酸盐类和非硅酸盐类。

②土壤原生矿物的类型和数量在很大程度上受矿物稳定性的影响。石英是极稳定的矿物，具有很强的抗风化能力，因而其在土壤的粗颗粒中含量高。长石类矿物占地壳质量的50%～60%,同时亦具有一定的抗风化稳定性，所以土壤粗颗粒中的含量也较高。

③土壤原生矿物是植物养分的重要来源。原生矿物中含有丰富的钙（Ca)、镁(Mg)、钾（K)、钠（Na)、磷（P)、硫（S)等常量元素和多种微量元素，经过风化作用释放供植物和微生物吸收利用。

2、土壤次生矿物

土壤次生矿物（soil secondary mineral)是原生矿物经化学风化作用或生物风化作用分解转化而成的新生矿物，其化学组成和结构都发生了改变。它们主要存在于土壤黏粒组分中，故也称为次生黏粒矿物或黏粒矿物、黏土矿物。土壤次生矿物以结晶层状硅酸盐黏土矿物为主，例如高岭石（kaolinite)、蒙脱石（montmorillonite)、伊利石(illite)、绿泥石（chlorite)等；还含相当数量的晶态和非晶态的硅、铁、铝的氧化物和水合氧化物，例如针铁矿（goethite)、赤铁矿（hematite)、三水铝石（gibbsite)等。尤其在热带土壤中，氧化物及水合氧化物的含量相当高。此外，在某些土壤中还含碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿等。在强烈风化的土壤中，针铁矿（FeOOH)、赤铁矿（Fe2O2)、三水铝石[AI(OH)3]等次生矿物在土壤中很稳定，其次是硅酸盐黏土矿物。石膏、石灰等次生矿物在土壤中易发生变化。

3、土壤原生矿物和土壤次生矿物与土壤年龄的关系

原生矿物的组成和比例说明了成土母质的特征，很少能反映土壤形成过程特点，但次生黏土矿物的类型和特征可综合反映土壤的风化和土壤形成条件。土壤中原生矿物丰富，说明土壤年轻；随着土壤年龄增长，原生矿物含量和种类逐渐减少，次生矿物增加。