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1、第一章 土壤矿物质,主要内容 (重点)：,教学目标与要求：,教学方式与手段：,课时安排与进度：,1.土壤矿物质的矿物组成和化学组成 2.粘土矿物 （重点） 3.我国土壤粘土矿物分布规律,1.了解常见的土壤原生矿物和次生矿物的种类 2.重点掌握土壤黏土矿物的结构单元、结构类 型、同晶代换以及不同类型黏土矿物的特性。,幻灯，动画演示；举例分析；分子模型演示,课时数：2课时,第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成 一、土壤矿物质的化学组成,土壤,矿物质 38%，(95%),有机质 12%，(5%),溶液 (15-35%),空气 (15-35%), 成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用,分布规律
2、,（1）氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多的二 种元素铁、铝次之，四者相加共占88.7的重量。在组成 地壳的化合物中，以硅酸盐 最多。,（2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含 量很低而且分布很不平衡。,（3）土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。,二、土壤中的矿物组成,根据矿物的结晶状态，矿物可分为 结晶质矿物 非晶质矿物 一般常分为 原生矿物和次生矿物。,二、土壤中的矿物组成,原生矿物：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。,图示土壤颗粒大小与矿物类型的关系,第二节 粘土矿物,粘粒矿物的概念 组成粘粒的次生矿物叫粘粒矿物。
3、,主要包括 层状的硅酸盐矿物和氧化物类。 前者是晶型矿物，后者有晶型的，也非晶型的。,（1）硅氧四面体（或简称四面体） 硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同的硅酸盐矿物。,粘土矿物分类,（2）铝氧八面体（或简称八面体）,3、单位晶层,1:1型单位晶层: 由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。,2:1型单位晶层 由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的
4、方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。,2:1:1型单位晶层 在2:1单位晶层的基础上多了一个八面体片水镁片或水铝片，这样2:1:1型单位晶层由两个硅片、一个铝片和一个镁片（或铝片）构成。, 同晶替代的结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子,使土壤具有保肥能力。,土壤中同晶替代的规律： 1、四面体中的Si4+被Al3+离子所替代，八面体中Al3+被Mg2+替代。 2、低价阳离子取代高价阳离子的多；因此，土壤胶体一般其净电荷为阴性。 3、同晶替代现象在2:1和2:1:1型的粘土矿物中较普遍，而1:1型的粘土矿物中则相对较少。,4、同晶置换：是
5、指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。 ,（二）、硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性,四个类组： 高岭组 蒙蛭组 水化云母组 绿泥石组矿物,特点：(1）1:1型的晶层结构 单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8。 （2）无膨胀性 两个晶层的层面间产生了键能较强的氢 键，膨胀系数一般小于5.高岭石层间距约为0.72nm。 （3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。 （4）胶体特性较弱 较粗（0.2-2m），颗粒的总表面积相 对较小，为1020103m2kg-1,高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物
6、，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。,高岭组（1:1型矿物） 包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等,特征： （1）2:1型的晶层结构蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4nH2O。 （2）胀缩性大 蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭石的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。 （3）电荷数量大 同晶替代现象普遍。 （4）胶体特性突出 ，较细（有效直径0.01-1m），总表面积为600800103m2kg-1，且80是内表面。蛭石一般为400103m2kg-1。,蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物 包括：蒙脱石、绿脱石、
7、拜来石、蛭石等。,蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广,蒙脱石主要发生在铝片中，一般以Mg2+代Al3+， 蛭石的同晶替代主要发生在硅片中。 蒙脱石的理想结构式为： （Al3.34Mg0.66）Si8O20(OH)4X0.66 式中X表示补偿异价离子置换引起的电荷亏缺的层间可交换阳离子,蒙托石的矿物结构,特征： （1）2:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子 式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。 （2）无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有钾离子， 对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm。 （3）电荷数量较大 2
8、040Cmoles(+)kg-1。 （4）胶体特性一般 总表面积为70120103m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。,水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）,伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。,伊利石的结构示意图,绿泥石组（2:1:1型） 绿泥石为代表，是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物,土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，但也可能 由层状硅酸盐矿物转变而来。沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。,特征： （1）2:1:1型晶层结构 绿泥石的分子式： (MgFeAl)12(SiAl)8O20(OH)16。
9、 （2）同晶替代较普遍元素组成变化较大，阳离子交换量为1040Cmoles(+)kg-1。 （3）颗粒较小，总面积为70-150103m2kg-1,绿泥石粘粒矿物结构示意图 由两层四面体与两层八面体构成2：2型矿物,二、非硅酸盐粘土矿物,（一）氧化铁 赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、陵铁矿、兰铁矿 土壤中常见的氧化铁矿物是赤铁矿和针铁 针铁矿 （a-FeOOH):黄色或棕色，呈针状，在温带、亚热带与热带的土壤中大量存 赤铁矿 （a- ）：红色，呈六角板状，少量赤铁矿的存 在也会使土壤看起来呈红色。在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在较多。 存在方式： 呈胶膜质包被在土壤颗粒的表面，或铁盘
10、。,（二）氧化铝,起重要作用的主要是非晶质（无定形）的铁铝氧化物。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子，如土壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定，失去其有效性。,三水铝石 土壤中三水铝石的含量可作为脱硅作用和富铝作用的指标。 大致在北纬30以南地区的土壤中才出现三水铝石。 主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中。,（三）水铝英石,温带半湿润和湿润地区以及热带地区玄武岩和火山灰发育的幼年土壤中、有些森林覆盖、高海拔、低温、中高雨量条件下的土壤，其心土层中也存在水铝英石。,水铝石英 由氧化硅、氧化铝和水组成，Si/Al比在12之间变化。 阳离子交换量，为1015Cmoles(+)kg-1。 表面积一般
11、为70300103m2kg-1。,（四）氧化硅,蛋白石经进一步脱水结晶后可变为：玉髓、石英、方英石和磷石英 蛋白石呈致密状或钟乳状，纯的蛋白石无色，但因混入不同杂质呈红、黄、褐、绿等各种颜色。 蛋白石广泛分布于火山灰来源的土壤中 蛋白石的多少也可以作为古土壤埋藏表层的指标矿物。 土壤中蛋白石含量常与土壤腐殖质含量有关。,结晶态氧化硅： 主要是石英 非晶质的氧化硅：蛋白石（ ）,1、风化递变学说 白云母经风化很容易形成水化云母，随着风化和淋溶程度的发展，云母类型矿物可能依次顺着伊利石、蛭石、蒙脱石、高岭石以至三水铝石的方向递变。,第三节 我国土壤粘土矿物分布规律 一、风化和成土作用与粘土矿物组成
12、的关系,粘土矿物也可能不是直接从原来的矿物变过来的，而是由化学风化所分离出来的简单风化产物在一定条件下重新组合沉淀而成。即：,2、风化合成学说（自然合成说）,二、我国土壤粘土矿物分布规律,（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
13、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。,（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。,二、我国土壤粘土矿物分布规律,本章小结,核心名词：,原生矿物 次
14、生矿物 四面体 八面体 同晶替换 2：1型 粘粒矿物,1. 砂质土全部由砂粒所组成，粘质土全部由粘粒所组成 ( )。 2南方红、黄壤中的粘土矿物以高岭石为主，而北方土壤 中以蒙脱石，伊利石为主( )。 3母质是形成未来土壤的岩石、矿物的风化产物( ) 4 不同土壤类型粘土矿物的组成不同( )。,课堂速测,式中X表示补偿异价离子置换引起的电荷亏缺的层间可交换阳离子。,7. 任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿物( )。 8. 土壤矿物质的化学组成，一般N素含量很少( )。 。,课堂速测,什么叫做矿物?分析原生矿物和次生矿物在土壤中的主要作 用是什么? 2. 试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同? 3. 试比较高岭石组矿物与蒙脱石组矿物在性质上的差异? 以及产生这些差异的原因是什么?,思考题,袁可能 1990，土壤化学. 农业出版。 李学垣 1997，土壤化学及实验指导. 农业出版。 熊 毅 1983，土壤胶体，第一章。 科技出版。 赵玉萍 1991, 土壤化学，第一章。北京农业大学 出版社。,课余参考资料,
