《土壤矿物质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土壤矿物质（148页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 土壤矿物质,甘肃农业大学资源与环境学院,第二章 土壤矿物质,第一节 土壤矿物质的形成与转化第二节 土壤黏土矿物的性质第三节 土壤的质地和结构,第一节 土壤矿物质的形成与转化,土壤矿物组成土壤矿物质的转化,土壤矿物组成,原生矿物原生矿物的化学成分及相对稳定性次生矿物,原生矿物,原生矿物（primary mineral）是指那些经过不同程度的物理风化，其化学组成和结晶构造均未发生改变的原始成岩矿物。原生矿物来源于母岩，其中以岩浆岩为主。原生矿物分为硅酸盐类、氧化物类、硫化物类和磷酸盐类四大类。影响土壤原生矿物的因素主要有：土壤的母岩和母质的成因类型母岩成土的环境条件矿物的抗风化能力,硅酸盐
2、、铝硅酸盐类,在土壤原生矿物中硅酸盐、铝硅酸盐类占绝对优势,一般为晶体矿物。常见的有长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石类。它们大都比较稳定，风化而释放Na、K、Ca、Fe等元素，同时形成新的次生矿物。,硅酸盐、铝硅酸盐类,长石类：占地壳重量50-60%，占土壤重10-15%，以正长石（钾长石KAlSi3O8)为多，钠长石（NaAlSi3O8）、钙长石（CaAl2Si2O8）较少。性质不太稳定，一般集中于土壤粗粒级中，风化后较多的K、Na、Ca等元素释放，可供植物吸收。,长石类,正长石（KAlSi3O8),长石类,钙长石（CaAl2Si2O8）,长石类,钠长石（NaAlSi3O8）,云母类：占岩浆
3、岩的4%，层状硅酸盐矿物。常见白云母KH2Al3(SiO4)3和黑云母KH2(MgFe)3Al(SiO4)3。云母类，特别是 黑云母较容易风化，是土壤内K元素的主要来源。,硅酸盐、铝硅酸盐类,云母类,白云母KH2Al3(SiO4)3,云母类,黑云母KH2(MgFe)3Al(SiO4)3。,云母类,金云母,云母类,锂云母,硅酸盐、铝硅酸盐类,橄榄石类：此类矿物是Fe、Mg比例不定的正硅酸盐类(MgFe)2SiO3，极易风化。,橄榄石类,硅酸盐、铝硅酸盐类,辉石、角闪石类：占岩浆岩重量的17%，属偏硅酸盐类，是岩浆岩中深色矿物的主要成分。多呈绿色或黑色。,辉石,角闪石,氧化物类,石英（SiO2)、
4、赤铁矿(Fe2O3)、金红石（TiO2)、蓝晶石(Al2SiO5)等，稳定不易风化，对植物的养分意义不大。其中石英是土壤中分布最广的一种矿物。含量为40-60%。,石英,石英砂岩,石英,无色水晶,石英,紫水晶,石英,黄水晶,石英,玛瑙,石英,红玉髓,石英,绿玉髓,石英,燧石,石英,碧玉,赤铁矿,赤铁矿 Fe2O3,金红石,金红石（TiO2 ),锆石,锆石ZrSiO4,电气石,硫化物类,土壤中常见为铁的硫化矿物，即黄铁矿和白铁矿。二者是同质异构物（黄铁矿属等轴晶系，白铁矿属于斜方晶系），分子式均为FeS2，它们极易风化，成为土壤中硫素的主要来源。,黄铁矿,白色铁矿,磷酸盐类矿物,其成份主要有氟磷
5、灰石Ca5(PO4)4F和氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl两种，在风化中磷灰石逐渐释放磷化物，是重要的植物矿物质营养元素(无机磷）。,磷灰石,原生矿物的化学成分及相对稳定性,次生矿物,次生矿物（secondary mineral）由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物；次生矿物形成的途径：在原生矿物分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解的矿物；原生矿物晶体结构彻底分解后，某些分解产物再重新合成，再结晶形成新的次生矿物。主要有三类：简单盐类、次生氧化物类和次生铝硅酸盐类。,次生矿物多数是土壤矿物中最细小的部分，一般小于0.25mm，是土壤中粘粒和无机
6、胶体的重要组成部分，也是土壤固体物质中最有影响的部分。土壤中很多重要的物理性质和化学性质都与次生矿物有密切的关系。,土壤次生矿物- 简单盐类,包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等。如方解石(CaCO3)、白云石Ca,Mg(CO3)2、石膏(CaSO42H2O)、食盐(NaCl)、水绿镁石(MgCl22H2O)。它们都是原生矿物经化学风化后的产物，结晶构造均较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。,方解石,白云石,石膏,土壤次生矿物-次生氧化物,各种含水程度不同的Fe, Al等三氧化物。如针铁矿(Fe2O3H2O)、褐铁矿(Fe2O3H2OnH2O)、三水铝石(Al2O33H2O)。它们是
7、硅酸盐类、铝硅酸盐类矿物彻底风化后的产物。结晶构造比较简单，常见于湿热、热带和亚热带地区的土壤中；此外还有氧化锰、氧化硅、氧化硅凝胶和蛋白石(SiO2nH2O)。在数量上次生氧化物虽不如次生铝硅酸盐多，但它对土壤颜色、新生体的形成、以及土壤的“专性吸附作用”等性质都有重要的影响。,次生氧化物- 褐铁矿,褐铁矿(Fe2O3H2OnH2O),次生氧化物- 针铁矿,针铁矿(Fe2O3H2O),次生氧化物- 蛋白石,蛋白石(SiO2nH2O),土壤次生矿物-次生铝硅酸盐,主要包括伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物，其颗粒细小（粒径一般小于1微米），呈薄片层状结晶构造，稳定性高。是构成土壤粘粒的主要成份，
8、也是最主要的次生矿物；,伊利石类（或水化云母）：是一种风化程度较低的矿物，其结晶化学分子式为OH4Ky(Al4Fe4)Mg4Mg6(Si6Aly)O20。 一般土壤中均有分布，但温带干旱地区的土壤中含量最多。其颗粒直径小于2微米，膨胀性较小，具有较高的阳离子代换量。,土壤次生矿物-次生铝硅酸盐,次生铝硅酸盐- 伊利石类,蒙脱石类为伊利石进一步风化的产物。是基性岩在碱性环境条件下形成的。其典型分子式可用Al4Si8O20(OH)4.nH2O表示。在温带干旱地区的土壤中含量较高，其颗粒直径小于1微米，分散度高，吸水性强，并且膨胀性大，阳离子代换量极高。,土壤次生矿物-次生铝硅酸盐,次生铝硅酸盐-蒙
9、脱石类,高岭石类是风化度极高的矿物，其典型分子式可用Al4 (Si4O10)(OH)8来表示，也可写为Al2O3.2SiO2.2H2O。主要见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中，在花岗岩残积母质上发育土壤中含量也较高，其颗粒直径较大，膨胀性很小，阳离子代换量亦低。,土壤次生矿物-次生铝硅酸盐,次生铝硅酸盐- 高岭石类,土壤矿物质的转化,土壤矿物质的风化作用矿物分解的阶段性与成土风化壳类型土壤矿物风化强度指标,土壤矿物质的风化作用,风化作用是指裸露在地表的岩石矿物，在大气、水、温度和生物等因素的综合作用下，逐渐发生崩裂和分解，同时矿物化学组成、性质也会发生变化，形成新物质的过程。根据作用因素和风化
10、特点分为3类：物理风化、化学风化和生物风化。,物理风化physical weathering,物理风化：又称机械崩解作用，温度的变化、水分的冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素引起的，使岩石矿物由大变小，由粗变细，矿物在化学性质与组成上均未发生变化；可随水机械迁移淀积；为空气、水的通透、蓄存创造条件 ，加速化学分解。,岩石一般是热的不良导体，热的传递很慢，白昼岩石表面升温快而膨胀，内部温度仍然很低，于是岩石内外之间出现温差及胀缩不一致便产生裂隙，夜晚反过来。岩石由不同的矿物颗粒组成，不同矿物的膨胀系数不同，比热不同，颜色深浅不同，接受热量不同，当温度反复变化时，产生颗粒之间的胀
11、缩差异，造成岩石崩溃。,引起物理风化作用的因素很多，主要有：热力作用 岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。冰劈作用 进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。 风和流水的作用 主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。冰川作用 冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。卸荷作用 指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。,气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图a、b、c、d 表示风化过程,由于冰的冻结扩大了 岩石的裂隙,【风蚀残土墩】,【风蚀留砾】,【魔鬼城】,化学风化chemical weathering,岩石和矿物在大气，水及生
12、物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。引起化学风化作用的主要因素有：溶解作用 指岩石矿物溶解于水的作用。水化作用 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。水解作用 指矿物与水发生反应而分解的作用。氧化作用 岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。,溶解作用,水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐，在水中多少都能溶解一些，绝对不溶于水的无机物质，在自然界是不存在的。例如云母，看起来很难溶解，但1份重量的云母可溶于340000份重量水中。地表的水还常常溶有CO2 ，NO2及有机酸等物质，这大大提高了它的溶解能力。据估计，地球上所有的河流，每年把溶解状态的盐类带入海洋
13、的量，多达40亿kg。,溶解作用是指岩石和矿物溶解与水的作用。,NaCl+HOH Na+Cl-+H2O,水化作用,水化作用是指水分子与矿物化合成含水矿物的化学作用。,赤铁矿水化：2Fe2O3+3H2O 2Fe2O33H2O（褐铁矿） 石膏水化： CaSO4+2H2O CaSO42H2O,水解作用,水解作用是指水解电离出的H+对矿物质的分解作用，是化学分化的最主要过程，可使矿物彻底分解。分解过程可分为： A、脱盐基阶段：K2Al2Si6O16+ HOH KHAl2Si6O16+KOH (正长石) （酸性铝硅酸盐） KHAl2Si6O16+HOH H2Al8Si6O16+KOH （酸性铝硅酸盐）
14、（游离铝硅酸盐） B、脱硅阶段：（硅以游离硅酸形式被析出，开始淋溶） H2Al2Si6O16+5HOH H2Al2Si2O8H2O+4H2SiO3 C、富铝化阶段：（矿物彻底分解、硅继续淋溶、而Al(OH) 3 富集） H2Al2Si2O8+4H2O 2Al(OH)3+2H2SiO3,氧化作用,氧化作用是指矿物质中的一些非氧化态矿物，在氧化条件下形成新矿物的作用。氧化作用一方面促使矿物分解；另一方面活化了被氧化的矿物，使其发生迁移转化。,2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4(黄铁矿) (硫酸亚铁),生物风化biological weathering,生
15、物风化是指在生物及其分泌物或者有机质分解产物的作用下，岩石矿物发生机械破碎或化学分解的过程。生物风化作用主要有两个方面：生物的机械破碎作用 由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。生物的化学分解作用 有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。,矿物分解阶段与成土风化壳类型,碎屑(风化)阶段碎屑风化壳钙淀积(风化)阶段钙淀积风化壳(碳酸盐风化壳)硅铝(风化)阶段硅铝风化壳富铝化阶段富铝化风化壳,2钙淀积阶段 这一阶段大部分氯和硫已淋失，Ca、Mg、K、Na等元素大部分保留下来，有些钙游离出来，形成碳酸钙，往往沉积在碎屑孔隙内，母质呈中至碱性反应。黑钙土、栗钙土等土类的发育就停留在这一阶段。,1碎屑阶段 是岩石风化的最初阶段，物理风化占优势，化学风化不明显，只有氯和硫元素发生移动，母质中主要是碎屑物质，其成分基本上与母岩一致。,4富铝化阶段 这一阶段母质中的盐基和硅酸全部淋失，残留的只是硅和铝的氧化物，形成鲜明的红色，母质呈酸性至强酸性。我国华南的红壤、砖红壤的成土母质发育至此阶段。,
