1、如土壤的水、热、气、肥状况在很大程度上决定于“地”的条件。因此，在野外熟悉“地”的辨认方法，把地学知识和土壤学的容密切联系起来，对学习土壤、帮助加深理解课堂所学容十分有益。 本实验的目的是：（1）了解学校附近“地”和“土”的农业利用与周围环境条件的现状及相互关系。（2）初步辨认百望山上沉积的各种岩石和矿物的种类、性质及风化状况。（3）了解几种常见的地表沉积体（母质）以及对成土过程的影响。二、容概述 “地”和“土”是进行农业生产的基础条件，每一种“土”不是孤立存在的，而是分布在特定的“地”的位置上的，农民常把土和地二者俗称为“土地”。华北地区常见的农业用地（表1）。表1 华北地区常见的农业用地地
2、的名称地形部位地面状况排水好坏地下水埋深（米）地表沉积物旱涝情况土石山地山地倾斜度大，土层薄，石质极好，常遭冲刷无固定地下水位残积物，极粗常旱山坡地倾斜度稍大，土层稍厚，夹砾石同上残积波积物，粗岗坡地洪积扇顶部和河流两岸自然堤倾斜明显，土层稍厚，高爽 68洪积冲积物，砂质夜潮地河流两岸和扇缘地带微倾斜，稍低于四周不太好1.52.0洪积冲积物，砂壤质耐旱，通常不涝地平原中的高处平坦中等24淤积冲积物，壤质旱涝保收下湿地平原中低洼处，湖泊周围，交接洼地低洼很不好11.5淤积物，细经常积水、常涝低洼地冲积扇扇缘交接洼地，平原中洼处稍低洼不好12耐旱易涝河套地河床两边河漫滩和低阶地1.53冲积物，粗砂
3、洼地新旧河道槽形洼地，河漫滩 1.5易涝 由此可见，“地”是一个立体概念，其容至少包括以下几项：即地形、地貌、地表沉积物或残积物、地下水、地表水和植被等状况。 地形是指地面高低起伏，坡度、坡向的不同变化，按其成因、起伏程度和围，一般可分为大、中、小区地形。地貌是指地表形态结构及其发生发展与分布规律。如高山、平原、丘陵、高原和盆地等。其形成和发展都是在营力和外营力长期共同作用下不断变化的。它们影响地表水热状况的再分布过程，进而影响土壤水、热、气状况的变化。 地表沉积或残积物质是组成土壤的基础物质或基本骨架。沉积物（体）是指风化产物经各种自然力，如水、风、冰川等外力搬运沉积而成，由于搬运的自然力不
4、同而具有不同的性状。如残积物（体）是指岩石的风化产物直接残留于原地母岩上的物质。农业用地的主要沉积体和残积体的特点如表2。表2 几种方要沉积体的特征沉（残）积体的类型形成原因物质组成的特点残积体平缓的山地风化后的物质未经机械搬动碎体大小不一，磨园度差，由上而下逐渐过渡到未风化的岩石坡积体平缓上的山坡上岩石风化产物经雨水、雪水搬运而沉积分选差，磨园度愈在坡下越细，层次不明显洪积体山谷出口处由洪水将山上的物质冲积于山口处沉积形成扇形，物质经分选，磨园、靠近山口粗，离山品愈远则愈细，有层次性多倾斜冲积体平原地区及河流两岸河流不断泛滥沉积而成分选明显、磨园好，每一层沉积的物质粗细大致相近、层次明显风积
5、体干旱沙漠地区、河岸、海岸风力搬运沉积而成层次明显，依风力大小、频率而定分选很好，大小颗粒均一，向风面倾斜黄土状沉积体中国北部的山麓、河谷两岸由风、水力、冰川作用搬运而成质地均一，棕黄色，粉砂质富含CaCO3直立性强。层次不明显 不同的地形地貌上覆盖的各种沉积体发育的土壤其性质差异很大，深刻地影响着土壤肥力、植物群落的分布和生长状况。三、实验容 本实验选择学校西北家川以北一地形断面，观察附近一线的“地”和“土”，做为由山地到平原的代表。在地形上包括山地、老新洪积扇、洪积扇上中部及扇缘、冲积平原。其主要农用“地”和“土”分布如下图及表。图1 家川附近地形断面及观察点分布表3 家川附近地形断面农业
6、用地情况观察点土地类型液潮地山坡老洪积扇中上部洪积扇扇缘冲积平原残积坡积物海拔高度70140米7055米5051米4550米地下水位（春季）天固定地下水810米34米23米土壤石渣土黄板土、红砂土黄砂土、青砂土潮土主要作物林木、酸枣、荆条、管草桃、栗、苹果小麦、玉米、菜地小麦、水稻利用状况人工造林果园大田、菜园大田作物四、仪器 铁铣、土钻、土盒、小刀、书包、10%HCl。五、实验方法 由农大西北门出发，向西北方向行进，过京密运河桥向北，沿百望山山麓至家川一带，选择若干个点或地段，进行现场观察，边看边讲边分析；或不过运河从西北旺大桥向东北，先看扇缘和冲积平原，然后逐步上山，最后在山上做小结。作业
7、题 1在各观察点边看边讲做好记录的基础上，结合课堂讲授的容，叙述几种所见到的地表沉积体（母质）的种类及特点。 2分析该断面（从山地到平原）的“地”和“土”分布特点及相互关系。 3分析该断面农用地对土壤性质的影响和农业利用的关系。 4辨认百望山上岩石、矿物种类及特点。实验二 室岩石、矿物及其风化标本的观察一、实验目的及说明 土壤由固、液、气三相物质所组成，固相物质部分由矿物、有机质和生物组成。土壤矿物质部分占土壤总重量的95%以上，占土壤容积的45%左右。故土壤固相物质主要是由矿物质部分所组成。土壤矿物质的组成和理化性质，直接受到成土母质所赋予的深刻影响，而成土母质又是岩石、矿物的风化产物。因此
8、了解岩石、矿物的一般特性，对进一步认识土壤及其有关性状具有重要意义。二、实验方法 （一）观察下列几种主要成土矿物的标本 首先观察各种主要成土矿物的颜色、晶体形态、硬度以及含有的化学元素成分，进而联系与其所形成的土壤母质性状的关系（不需详细研究辨认各种矿物的特征及方法）。 1石英（SiO2） 石英在适宜条件下，其完整晶体是六方柱状锥体，一般情况下，为不规则的块状体。颜色透明（无杂质）、乳白、棕色或黑色。条痕无色；硬度7；贝状断口；脂肪光泽，晶面为玻璃光泽。极难风化，常以碎屑状颗粒残留下来，成为土壤中的砂粒，是砂土的主要矿物质成分。 2石膏（CaSO4 2H2O） 石膏一般呈纤维状或板状，集合体多
9、呈致密块状。晶体外形常呈燕尾双晶。颜色为白色，无色透明时称透石膏；玻璃光泽，解理面珍珠光泽；硬度2，能用指甲刻痕；比重2.32.4；易溶于水。石膏受热后失水变成硬石膏（CaSO4），晶体成细条状；条痕白色；叶片状者解理极完全，极易风化。石膏主要用来作胶结物质，生产水泥时做配料。 3方解石（CaCO3） 方解石的晶体形态多种多样，一般多为菱面体，集合体呈粒体、片状、致密块状、钟乳状和晶簇；质纯者无色透明，含杂质时呈浅红、褐色和绿色等；玻璃光泽；硬度3；比重2.62.8；具有三向完全解理；条痕为白色；遇稀酸（HCl）时有强烈气泡反应，放出CO2极易风化。无色透明的方解石称冰洲石，在光学工业上用途价
10、值很大，一般用作炼铁的溶剂和建筑材料。 4长石 长石分为正长石和斜长石 （1）正长石（AlSi3O8） 正长石是中酸性岩浆岩的主要造岩矿物。晶体成短柱状或板状，称卡氏双晶；颜色呈肉红、白黄、及灰绿色；透明或半透明；玻璃或珍珠光泽；硬度6；二向解理；比重2.52.6。正长石可用于瓷、玻璃工业，可提取钾盐，较易风化，是土壤中钾的主要来源。 （2）斜长石（NaAlSi3O8及CaAl2Si2O8的混合物） 斜长石是构成岩浆岩的主要造岩矿物，CaAl2Si2O8多分布在基性岩浆岩中，NaAlSi3O8多分布在酸性岩浆岩中。 纯NaAlSi3O8称为钠长石；纯CaAl2Si2O8称钙长石，晶体呈板状或板
11、柱状，分散在岩石中，颜色白色或灰白色；二向解理，常见聚片双晶，解理面上有平行的双晶条纹，两组解理相交成86 87 的斜角；硬度6，比重2.602.70，较易风化，是土壤中Na .Ca元素的主要来源。 5云母 云母类矿物又分为白云母和黑云母 白云母KAl2（AlSi3O10COH）2 集合体呈平行的片状或鳞片状；薄片无色，常带有浅黄、浅绿、浅灰等色，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽；透明；一向极完全解理，可剥离成薄片，能弯曲有弹性；硬度23；比重2.763.10。白云母绝缘性能良好，可用作绝缘和耐火材料。难风化，黄土母质和流砂中常见其碎屑，是土壤中钾素的来源。 黑云母K（Mg.Fe）3（AlSi3O1
12、0COH）2 晶形和一般特性与白云母相同，但颜色呈黑色或棕黑色；比重2.83.2。因含铁质，绝缘性能较差。较易风化，但给土壤提供K. Mg. Fe元素较多。 6角闪石Ca2Na（Mg.Fe）4Al.Fe（Si.Al）8O223（OH）2 普通角闪石晶体呈柱状或细柱状，其横切面一般为六边形，集合体为粗粒状或细粒状；二向解理，两向解理相交成124 ；颜色深绿至黑色；硬度5.56.0；比重3.23.6；易风化，是岩浆岩中的主要深色造岩矿物。 7辉石Ca. Mg. Fe. Al（Si. Al）2O6 辉石常与橄榄石和基性斜长石共生。晶体呈短柱状，横切石为八边形；颜色一般为深绿、褐至黑色；二向解理相交成
13、87 ；硬度56；比重3.23.6，易风化。 普通角闪石和辉石是岩浆岩和变质岩的主要造岩矿物，它们的颜色、比重、硬度等物理性质极为相似，而解理夹角及横切面形状为其主要的区别特征。 8铁矿石 铁矿石由于产状条件的差异而形成不同类型的铁氧化物和硫化物。一般可分为黄铁矿、赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿等多种铁矿石。 黄铁矿（FeS2） 晶体为立方体和五角十二面体，在晶面上常见到三组互相垂直的晶面条纹，也有立方体和五角十二面体的聚形。集合体呈致密地状、浸染状和球状结核体；浅铜黄色；条痕绿黑色；金属光泽；硬度66.5；无解理；比重4.95.2。黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物矿物，可用于提取硫和硫酸的原料。 赤铁
14、矿（Fe2O3） 赤铁矿晶体呈肾状鲕状，颜色多为砖红色，亦有铁黑色；条痕樱红色，是鉴定赤铁矿的主要特征；半金属光泽或土状光泽；比重5.05.3；无磁性。常聚集成巨大的铁矿床。 褐铁矿（Fe2O3. nH2O） 褐铁矿是由含铁矿经氧化分解而形成的矿物。呈块状、土状或钟乳状；颜色因含水量不同，有黄、褐至黑色；条痕为黄褐色、光泽暗淡；硬度14；比重3.34。风化后释放出来Fe，是土壤中Fe元素的主要来源。 9磷灰石Ca5（Cl.F）（FO4）3 磷灰石的晶形呈六方柱状，集合体为粒状、致密块状或结核状；颜色不一，以灰白、褐黄、浅绿等色；玻璃光泽或脂肪光泽；硬度5；解理不完全；比重3.2。是提取磷的主要
15、矿物，可用于制造磷肥，是土壤磷元素的主要来源。 10次生的粘粒矿物 （1）高岭石Al4（Si4O10）（OH）8 由长石、云母等铝硅酸盐矿物经过风化作用而新形成的次生矿物。常呈致密块状或土状；多为白色、土状光泽；硬度近于1；比重2.60；具有粗糙感；干燥时有吸水性；湿时有可塑性。这种矿物在我国南方土壤中分布很广。我国著名的瓷都所产的瓷土，就是正长石风化后的产物高岭石（又叫高岭土）。 （2）蒙脱石（又叫微晶高岭石）（Al.Mg）2（Si4O10）（OH）2.nH2O 通常为白色或黄、绿、红等色的土块状，晶形为极细的鳞片晶体，它是粘粒矿物中最细的一种。硬度1；比重为2；收水性强，吸水后体积膨胀。在
16、我国北方土壤中分布较多。 （3）水化云母（又叫伊利石）KAl2（Si.Al）4O10（OH）2.nH2O 一般为鳞片状或薄片状的白色块体；有油腻感；通常与方解石和其它矿物混合，在酸性、中性火山岩风化后形成的粘土中出现。我国中部土壤中含伊利石粘土矿物较多。 高岭石、蒙脱石和水化云母三种粘粒矿物是沉积岩中的主要组成部分和特有的矿物。它们个体极微小，晶形不能用肉眼辨认，是土壤无机胶体的主要组成部分。它们的存在对土壤的吸附性、粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、带电性等多种理化性质，有着极为深刻的影响。 （二）观察下列几种成土岩石的标本 岩石是矿物的天然集合体，大多数岩石是由两种以上矿物所组成；也有岩石只
17、含一种矿物，如岩是由单一的方解石组成（古代称汉白玉）。岩石是组成地壳的主要成分，它是地壳发展一定阶段不同地质作用的地质体。人们很早就开始利用它做建筑材料、筑堤、修坝、建桥等等。 岩石种类很多，按其成因可将地壳中的岩石分为三类：即岩浆岩、沉积岩和变质岩。 1岩浆岩 岩浆冷凝固结而形成岩浆岩。随冷颖时所处地壳部位的深浅，则矿物结晶粗细亦不同。在地壳深处冷凝散热慢，形成较粗晶粒；浅处冷凝快，有的矿物聚合较快，形成斑晶；喷出地表的岩浆因冷却快，矿物一般来不及结晶，而呈致密状或玻璃状。岩浆岩分类见表2。表2 岩浆岩的分类产出状况喷出岩碎屑状凝灰岩、凝灰砾岩、火山岩玻璃状黑耀岩、珍珠岩、松脂岩、浮岩、玄武
18、岩玻璃隐晶状流纹岩粗面岩安山岩玄武岩浅成岩斑晶状花岗斑岩正长斑岩闪长斑岩辉绿岩深成岩粗晶体花岗岩正长岩闪长岩辉长岩橄榄岩、辉岩矿物成分主要石 英正长石角闪石斜长石辉 石橄榄石次要黑云母透长石（无石英）成分SiO270%60%59%48%40%盐基Fe、Mg 少 多 K、Na 多 少其他颜色浅深比重小 大按硅酸在矿物中饱和度的分类酸性岩中性岩基性岩超基性岩 （1）花岗岩 花岗岩是岩浆在地壳深处冷凝而成。在地壳分布很广，由石英、正长石、云母和少量斜长石、角闪石等矿物组成。各种矿物结晶较好，晶体颗粒粗大。由于矿物组成复杂，结晶较粗，比较容易风化。 （2）流纹岩 矿物成分与花岗岩相同，由岩浆喷出地面冷
19、凝而成，属于喷出岩。结晶颗粒很小或玻璃状，带有流纹和气孔构造，故不易风化。 （3）闪长岩 由斜长石和闪长石组成，有时含少量角闪石和黑云母，无石英。矿物结晶颗粒粗大，属于深成岩，较易风化。 （4）安山岩 矿物成分与闪长岩相似，结晶颗粒细小，属于喷出岩。一般呈灰、紫或灰绿色，较闪长岩分布广，较难风化。 （5）粗石岩 由正长石和角闪石所组成，无石英，结晶颗粒小，呈淡红、浅黄或灰色。常夹有小块正长石结晶，晶面粗糙。属于喷出岩，较难风化。 （6）辉长岩 由辉石、角闪石和黑云母等深色矿物组成为主，也有少量斜长石浅色矿物。结晶粗大，属于深成岩，较易风化。 （7）玄武岩 矿物成分与辉长岩相似，属于喷出岩。其特
20、点比重较大，带有很多气孔，组织致密，气孔中为浅色矿物所填充，形成杏仁结构。风化后质地较粘，含盐基物质较多。 岩浆岩的共同特点：非碎屑状的块状构造；无有规则的层次排列；不含化石。 2沉积岩 早期形成的各种岩石（岩浆岩、变质岩），经风化、搬运、沉积再经胶结作用而成的岩石。其特点具有层次性；物质组成复杂；有时具有化石。在地壳表面分布最广，是构成地壳表面的主要岩石。 （1）砾岩 由多种岩石碎屑胶结而成，由于岩石种类、搬运距离远近和岩性软硬不同而形成砾岩或角砾岩。风化后多成砾质或砂质母质。 （2）砂岩 由石英颗粒胶结而成，砂粒直径一般为0.22mm。风化后形成的土壤，土层薄，砂性强，通透性好，但养分缺乏
21、。 （3）页岩 由细土粒等沉积物经压实、脱水、胶结硬化而成。其特点是具有薄而平的层次，硬度小，断面较平坦。较砂岩易风化，在湿润地区风化后形成的土壤，土质粘重，养分含量较丰富；在干旱地区风化后多形成石渣土。 （4）石灰岩 由方解石组成，一般成灰或深灰色；遇稀酸HCl有强烈泡沫反应；风化以化学溶解作用为主，形成的土层薄，稍粘，富含Ca质。在山地亦往往形成石渣土。 3变质岩 由岩浆岩或沉积岩经高温高压作用发生变质而形成的岩石。使原来岩石中矿物成分、结构、构造及化学成分发生质变，形成一种新的岩石。一般出现岩浆岩的周围或岩浆浸入带部位。 （1）片麻岩 由花岗岩变质而来，主要矿物除含有长石、石英、云母及角
22、闪石外，还含有石墨、石榴子石、十字石及堇青石等变质矿物。具有片麻构造。矿物结构因变质作用成片状，并排列成连续和断续的波浪式黑白相同的带状。较易风化，风化后质地较粗。 （2）片岩 多由页岩变质而成，片状构造，且相互交错排列，片面不平坦，结晶细小，由云母、绿泥石、滑石、角闪石等片状或柱状矿物组成。风化较难，风化后形成的土壤质地较粘。 （3）板岩 由泥质页岩变质而成，板状构造，易裂成薄片状，致密坚硬。一般呈灰色和灰黑色。片薄且平坦，表面有一层似浆糊状物质（绢云母）薄片能被完整分离。当地群众用来替代瓦覆盖房顶。 （4）石英岩 由砂岩变质而成，矿物组成以石英为主，并有少量长石、云母等，粒状结构。质地坚硬
23、，是很好的建工细材。纯石英岩可制作石英玻璃。但风化较难，风化后形成的土壤质地粗，偏砂，养分贫乏。 变质岩的共同特点是：一般具有片理或片麻状构造；矿物质地致密、坚硬；难于风化，常见于岩浆岩的接触带上。 1根据室标本观察并结合课堂讲授容描述主要成土矿和成土岩石的特征。 2分析岩石、矿物成土母质土壤三者之间的相互联系以及母质对土壤理化性质带来哪些影响？ 3如何理解岩石矿物的风化作用是土壤形成过程不可分割的重要阶段？ 土壤形态特征是指土壤基本性状的外在表现，包括土壤的颜色、物质组成、结构性以及土层构造等。辨认和熟悉土壤的形态特征，是认识土壤的基础；也是在田间区分不同土壤类型和性质的重要依据。对于认土、
24、用土和改土等方面均具有重要意义。二、实验容和说明 在室辨认已备好的几种土壤不同形态标本，以增强感性认识，为下一实验“田间认土”进行剖面观察做好准备。 具体讲，土壤的形态特征的外部性状，包括土壤颜色、质地粗细、松紧和孔隙状况、结构性、墒情、新生体、侵入体、植物根系分布、土壤动物和石灰反应等。 （一）土壤颜色 是土壤最显著的特征之一，它是土壤在特性的外部表现。有的土壤就是以颜色命名的，如黄土、红壤、黑土、紫色土等。通过土壤颜色的感观就可初步判断土 壤的固相组成和性状。例如： 1在我国北方土壤腐殖质含量高时，土壤颜色就深。一般腐殖质含量达1%上下，则土壤为灰色；23%时则为深灰；35%时则为黑色。在
25、腐殖质含量相近时，则质地愈粗，染色愈明显。 2土壤湿度愈大（土壤含水量愈高），土色愈深。故在鉴定土色时必须注意其湿度。 3Fe2O3. nH2O常使土壤呈黄色，失水后成红棕色或红色。Fe的氧化物常呈胶膜形态包被土粒表面，成为土壤的染色剂。在还原条件下，铁的化合物常呈深兰、兰绿、青灰、灰白颜色。 4SiO2、CaCO3、CaSO4、NaCl、Na2SO4等结晶或粉末；高岭石、石英、氧化铝、白云母等矿物都为白色或无色，它们在土壤中含量较多，使土色变浅，极多时则呈灰色，甚至白色。土色愈浅说明养分含量较贫乏。 在描述土壤颜色时，一般把主色放在后，副色放在前，并冠以深、暗、浅等词以形容颜色的深浅程度。如
26、浅黄棕色，即主色为棕色，副色为黄色，前面冠以浅加以形容。 土壤由多种成分组成，故颜色并非单一，各种土壤颜色之间的相互关系（如图）。还可用迈歇尔色标系统制成的土色卡进行判定。图 土壤颜色之间变换关系 （二）土壤质地 土壤质地粗细程度对土壤水、肥、气、热状况、植物扎根难易及耕性影响很大，不同粗细土层在剖面上的排列状况对土壤肥力，乃至土壤的生产力有极其重要的意义。粗质地土壤疏松，通气透水，有利于植物扎根，但不保水不保肥，养分贫乏；细质地土壤紧实，扎根困难，通气透水不良，养分含量较多，但可利用的养分较少；壤质土水、肥、气、热协调，是一种良好的土壤质地。 质地分类各国标准不一，解放后我国一直沿用前联H.A卡庆斯基分类系统。近年来，随着国际交往增多，又开始采用美国农业部分类制（详见教材4750）。 在田间采用简易“眼看手摸”估测土壤
