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1、第一章 土壤矿物质 Soil Mineral Matter,主要内容,教学目标与要求,1.土壤的矿物组成和化学组成； 2.层状硅酸盐矿物的特征和种类； 3.土壤中的氧化物； 4.粘土矿物的形成和分布规律。,1.了解土壤矿物的矿物和化学组成； 2.掌握层状硅酸盐矿物的结构特征； 3.掌握土壤中常见的硅酸盐矿物； 4.了解我国土壤粘土矿物的分布规律。,土壤固体部分由矿物质和有机质 组成，矿物质部分占土壤固体重 量的95%以上，它是土壤的骨架,土壤按容积计算，固体一般占土体 一半左右，其余一半是孔隙， 被水、空气充满,主要根据颗粒组成、化学成分 和矿物组成三方面来认识,第一节 土壤矿物质的矿物组成和
2、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。 一、元素组成 1、几乎包括元素周期表中所有元素； 2、以O、Si、Al、Fe为主，四者共占88.7%以上，其中O、Si占76%； 3、植物必需营养元素含量低，分布不平衡； 4、土壤矿物的化学组成，一方面继承了地壳中原有的一些元素组成，另一方面有些化学元素含量在成土过程中增加了，如氧、硅、碳、氮等。,表1-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%）,二、矿物组成 （一）土壤的原生矿物(original mineral) (P19表1-2) 1、以硅酸盐和铝硅酸盐为主； 2、土壤原生矿物类型和数量的多少
3、决定于矿物的稳定性； 3、原生矿物是植物养分的重要来源 。,（二）土壤的次生矿物(secondary mineral)：粘土矿物 （三）结晶质矿物(crystalline mineral)和非晶质矿物 (noncrystalline mineral),土壤颗粒组成与矿物组成关系,一、层状硅酸盐(layer silicate)粘土矿物 （一）构造特征 1、基本结构单位 （1）硅氧四面体（SiO44-Si2O52-Si4O104-）,由一个硅离子(Si4+)和四个氧离子(O2-)组成，三个氧在三角形底部，硅在中间，一个氧在上面，构成四个面，每个面由三个氧离子所构成。,第二节 粘土矿物,（2）铝氧八
4、面体(AlO69-Al4O1212-Al4（OH）8O44- ),由一个铝离子(Al3+)和6个氧离子(O2-)构成,2. 单位晶片 硅氧四面体(SiO4)4-，铝氧八面体(AlO6)9-是不稳定的，各自聚合形成,四面体片-硅片 n(Si4O10)4-,八面体片-铝片 n(Al4O12)12-,3、单位晶层 由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，相互重叠，形成层状硅酸盐的单位晶层。 硅片和铝片的重叠方式有： 硅片/铝片-1:1型 硅片/铝片/硅片-2:1型 硅片/铝片/硅片/水镁(铝)片-2:1:1型,（1）1:1型 一层硅层与一层铝层重叠而成,1:1型层状硅酸盐(高岭石)晶体结构示意图,（2）
5、2:1型 两层硅层中间夹一铝层,2:1型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图,（3）2:1 :1型 2:1型上增加一铝层(或镁层),2:1:1型层状硅酸盐（绿泥石）结构示意图,4、同晶替代(isomorphous substitution) 指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。,Al3+ 0.057nm,Fe3+ 0.064nm,（2）不等价替代：晶形不变，电性改变。硅酸盐矿物一般产生负电荷（低价代替高价）。,（1）等价替代：晶形和电性不变。,如Al3+ 替代Si4+ ，Mg2+ 替代 Al 3+,SiO2/Al2O3=4/2=2 硅铝铁率：土
6、壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3（R2O3）含量的分子比。,硅铝率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比。 硅铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3的分子比。,硅铝铁率可以反映土壤母质的化学风化程度。 硅铝铁率还可以反映土壤的成土过程和保肥能力。,解： 41.89 33.27 SiO2的分子含量 0.698 Al2O3的分子含量 0.326 60 102 11.85 SiO2 0.698 Fe2O3的分子含量 0.074 1.75 160 R2O3 0.326+0.074,例：某土壤粘粒部分SiO2含量为41.89%，Al2O3含量33.27%，Fe2O3含量11.85%，计算
7、其硅铝铁率、硅铁率。,(二)硅酸盐矿物的种类和特点 1、高岭(石)组（kaolinit group）：包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等。 特点： (1) 1:1型； (2) 膨胀性小：硅片和铝片之间存在氢键； (3) 电荷数量少：同晶替代极少； (4) 颗粒较大：可塑性、粘结性、吸湿性和粘着性弱。,高岭石晶体,电镜示意图,结构示意图,2、蒙脱石组（montmorillonite group）：包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等。,特点： (1)2:1型； (2)膨胀性大； (3)电荷数量大,同晶替代现象普遍； (4)颗粒较细，呈片状,可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性强，对耕作极为不利。,3、水化云母(伊利
8、石)组（Hydrous mica (illite) group）：又称2 :1型非膨胀性矿物,特点： (1)2 :1型 (2)非膨胀性 晶层之间吸附有K+ (3)电荷数量大 同晶替代现象普遍 (4)可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。,4、绿泥石组（Chlorite group）,特点： (1)2:1:1型； (2)同晶替代现象普遍； (3)颗粒较小,可塑性、粘结性、吸湿性和粘着性居中。,二、非硅酸盐粘土矿物 1、氧化铁 2、氧化铝 3、水铝英石 4、氧化硅,针铁矿,赤铁矿,一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系,第三节 我国土壤粘土矿物分布规律,1、粘土矿物形成途径：粘土矿物是风化和成土过程
9、中形成的次生矿物,它有两种形成途径。,（1）原生矿物风化淋溶直接演变,（2）风化沉淀（自然合成）学说 原生矿物的彻底风化产物重新组合沉淀而成。 风化产物：SiO2nH2O带负电荷，酸胶基；Al2O3nH2O、Fe2O3nH2O带正电荷，碱胶基。 盐基离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+等决定溶液pH，并参与矿物形成。,粘土矿物的形成：正负胶体相互中和沉淀组成新矿物。 沉淀 老化、结晶 溶胶凝胶（非晶质）结晶质 当溶胶SiO2/Al2O33，可形成2:1型矿物 当溶胶SiO2/Al2O33，可形成1:1型矿物及氧化铝矿物 风化液pH与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、负电荷数量和沉淀凝胶中正负电荷
10、胶体的比例。 盐基离子Mg2+、K+等直接参与新矿物合成，分别形成富钾（伊利石）、富镁（蛭石、绿泥石）等矿物。,2、粘土矿物的形成条件 粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关。 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高。粘土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率为2左右，属铁铝土。 北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型(伊利石、蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低，属硅铝土。,（一）水云母区 包括新疆、内蒙古高原西部、柴达木盆地、青藏高原大部。土壤粘土矿物以水云母为主，其次为蒙脱石和绿泥石 （二）水云母蒙脱石区 包括内蒙古高原东部、大小兴安岭、长白山地和东北平原大部分。土壤粘粒中
11、蒙脱石明显增多 （三）水云母蛭石区 包括青藏高原东南边缘山地、黄土高原和华北平原。西部山地土壤粘粒中绿泥石，东部多蛭石，华北平原土壤粘粒中蒙脱石也不少 （四）水云母蛭石高岭区 包括秦岭山地和长江中下游平原，为一狭长的过渡地带，在适宜条件下，水云母、蛭石和高岭石都可成为土壤粘粒中的主要成分,二、我国土壤粘土矿物分布规律,二、我国土壤粘土矿物分布规律,（五）蛭石高岭区 包括四川盆地、云贵高原、喜马拉雅山东南端。土壤粘粒中云母退居次要成分，以蛭石和高岭为主。东部蛭石尤多，并多三水铝石；西部蛭石较少，氧化物含量很 高，山地土壤中水云母含量随海拔高度升高而增加。四川盆地土壤中还有不少蒙脱石 （六）高岭水云母区 包括浙、闽、湘、赣大部和粤、桂北部。土壤中粘粒部分结晶差的高岭石为主。东部不少水云母和蛭石伴存，铁铝氧化物含量也显著增多 （七）高岭区 包括贵州南部、闽粤东南沿海、南海诸岛及台湾,
