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1、第一章土壤矿物质SoilMineralMatter 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
2、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 originalmineral 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 secondarymineral 粘土矿物 三 结晶质矿物 crystallinemineral 和非晶质矿物 noncrystallinemineral 土壤颗粒组成与矿物组成关系 一 层状硅酸盐 layersilicate 粘土矿物 一 构造特征1 基本结构单位
3、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
4、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 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 isomorphoussubstitution 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
5、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Al3 二 硅酸盐矿物的种类和特点1 高岭 石 组 kaolinitgroup 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 montmorillonitegroup 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
6、利石 组 Hydrousmica 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 Chloritegroup 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
7、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 SiO2 nH2O带负电荷 酸胶基 Al2O3 nH2O Fe2O3 nH2O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 Al2O3 3 可形成2 1型矿物当溶胶SiO2 Al2O3 3 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
8、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
9、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
