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1、Soil Mineralogy 第一章 土壤矿物质1)土壤物理性质：粘结性、膨胀性、耕性2)化学性质：缓冲性、保肥性、吸附性3)生物和生物化学性质：酶学、微生物4)鉴定土壤类型5)识别土壤形成过程：富铝化、淋溶意义(Significance)第一节 土壤矿物质的组成Mineral Compositions of Soil一、土壤矿物质的主要元素组成 The main Elements in soil minerals地壳和土壤的平均化学组成（重量%）元素地壳中 土壤中元素地壳中 土壤中O47.049.0Mn0.100.085Si29.033.0P0.0930.08Al8.057.13S0.09
2、0.085Fe4.653.80C0.0232.0Ca2.961.37N0.010.1Na2.501.67Cu0.010.002K2.501.36Zn0.0050.005Mg1.370.60Co0.0030.0008Ti0.450.40B0.0030.001H(0.15)?Mo0.0030.0003地壳和土壤的平均化学组成（重量%）二、土壤的矿物组成The mineralogical Compositions in Soil1、原生矿物（primary minerals ) 石英(Quartz)、长石(Feldspar)、云母(Mica)2、次生矿物（secondary minerals ) 层
3、状硅酸盐(Phyllosilicates)、水化氧化物(Hydrous oxides)、简单盐类(Simple salts) 原生矿物： 砂粒(sand)、粉砂粒(silt) 硅酸盐(silicates)、铝硅酸盐(aluminosilicates)矿物(Minerals)-晶态(Crystalline)、 非晶态(Noncrystalline or amorphous)第二节 粘土矿物Secondary Clay MineralsPhyllosilicate Minerals一、层状硅酸盐粘土矿物（一）构造特征 1、基本结构单位（structural unit)硅氧四面体（Silica te
4、trahedron）铝氧八面体（ Aluminum octahedron） Si-O tetrahedron( 1 ) 硅氧四面体硅氧四面体Si-O tetrahedron(2) 铝氧八面体AlO octahedronAl(OH)6 or Mg (OH)6 OctahedronOH2、单位晶片四面体片（Tetrahedral Sheets）八面体片（Octahedral Sheets）Si6O18四面体片（Tetrahedral Sheets）Si6O18Spaced Filled ViewSi6O18Tetrahedral Sheetunsaturated edgesitesTetrahed
5、ral Sheetunsaturated apicaloxygensn(Si4O10)4-Tetrahedral SheetSi:O 2:5n(Al4O12)12-八面体片 （Octahedral Sheets）三八面体(tri)octahedral SheetMg,FeMg,Fe2+2+二八面体 Dioctahedral SheetAlAl3+3+、FeFe3+3+3、单位晶层 （Layer）Octahedral-TetrahedralLinkage1：1型的晶层Serpentine (1:1 trioctahedral mineral)tetoct2：1型的晶层Talc (2:1 trio
6、ctahedral mineral)tetocttet2：1：1型晶层Short-hand SymbolstetoctShort hand,Block notation4、同晶替代 （Isomorphic Substitution） permanent (layer) chargeIsomorphic SubstitutiontetoctSi4+Mg2+Al3+Al3+,Fe3+同晶替代 （Isomorphic Substitution）n n组成矿物的中心离子（ Si 4+, Al3+ )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。晶片中阳离子与氧离子的比值范围n n在四面体中
7、的比值为在四面体中的比值为0.2550.414n n在八面体中的比值为在八面体中的比值为0.4140.732晶片中常见的阳离子离子半径(nm)rc / ro存在的位置O2-0.135硅片、铝片Si4+0.0400.30硅片Al3+0.0550.41硅片、铝片Fe2+0.0800.59铝片Fe3+0.0670.54铝片Mg2+0.0780.58铝片K+0.1341.00层间（二） 层状硅酸盐粘土矿物的种类和一般特性1、种类：高岭组(Kaolin)：高岭石(kaolinite)、埃洛石(Halloysite)蒙蛭组：蒙脱石(montmorillonite)、蛭石(vermiculite)水化云母组
8、：伊利石(illite)绿泥石组：绿泥石(chlorite)1:1型 高岭石(Kaolinite)2：1型 蒙脱石(Montmorillonite)2：1型 伊利石(Illite)2 ： 1 ： 1 绿泥石(Chlorite)粘土矿物的主要性质带电性(electrical charge)巨大的表面积(surface area)离子吸附与交换(ion adsorption and exchange)胀缩性、粘结性(expansion and cohesion) 2、性质性质高岭组蒙蛭组伊利组绿泥组同晶替代很少很 普 遍位置铝片硅片三片CEC*3.0158012020401040层间键氢键分子键离
9、 子 键层间物质无阳离子 水 K+水镁片膨胀性很弱很强无比表面*1020.06008007012070150颗粒大小0.2-5m0.011.00.12粘结性差强中等* CEC* CEC：阳离子代换量，单位：阳离子代换量，单位：cmol(+) / kgcmol(+) / kg*比表面：单位质量的表面积。单位：比表面：单位质量的表面积。单位：m m2 2 kg kg-1-110103 3决定硅酸盐矿物性质的主要因素硅片与铝片的比例层面物质（O、OH；氢键、分子键）层间物质（水、水镁片或水铝片、K+、其它阳离子）同晶替代（数量和位置）二、非硅酸盐粘土矿物Nonsilicate Clay Minera
10、ls（一）结晶形态结晶态（crystallized）无定型（amorphous)结晶差的（poorly crystallized）（二）产生电荷的途径+ H+ H+ H+ H+脱氢作用（deprotonation）质子化作用（protonation）中性（neutral）负电（negative）正电（positive）（三）主要特点不存在同晶替代(Isomorphous Substitution)不仅带负电(Negative Charge)，也带正电(Positive Charge)数量可变(Variable)晶态转化，性质差异较大(四) 主要类型及性质针铁矿(Goethite)：黄色，分布于
11、温带、亚热带和热带土壤中赤铁矿(Hematite)：红色，分布于亚热带和热带土壤中三水铝石(Gibbsite)：分布较广都具有很强的固磷作用第三节 我国土壤粘土矿物分布The distribution of soil minerals in China一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系1、气候条件：影响矿物的风化速度和产物，影响环境的酸碱性和盐基离子的种类。2、母质：盐基离子种类白云母 伊利石 蛭石 蒙脱石 高岭石 三水铝石复杂 简单二、我国土壤粘土矿物分布规律温带、干旱和半干旱地区土壤中的粘土矿物以伊利石、蒙蛭 绿泥石组为主。热带和亚热带的湿润地区土壤中的粘土矿物以高岭石和氧化物为主。水
12、云母区水云母蒙脱石区水云母蛭石区蛭石高岭区水云母蛭石高岭区高岭水云母区高岭区核心名词：原生矿物 次生矿物四面体 八面体同晶替换 硅铝铁率2：1型 1:1型1.1.什什么么叫叫矿矿物物? ?分分析析原原生生矿矿物物和和次次生生矿矿物物在在土土壤壤中中的的主要作用是什么主要作用是什么? ?2. 2. 试试比比较较高高岭岭石石、蒙蒙脱脱石石和和伊伊利利石石在在晶晶架架构构造造上上有有何不同何不同? ?3. 3. 矿物的矿物的SiOSiO2 2/R/R2 2O O3 3比值大小说明什么问题比值大小说明什么问题? ?4. 4. 试试比比较较高高岭岭石石与与蒙蒙脱脱石石在在性性质质上上的的差差异异? ?以
13、以及及产产生生这些差异的原因是什么这些差异的原因是什么? ? 思考题1. 1. 南南方方红红、黄黄壤壤中中的的粘粘土土矿矿物物以以高高岭岭石石为为主主，而而北北方方土土壤壤中中以蒙脱石，伊利石为主以蒙脱石，伊利石为主( )( )。2. 2. 不同土壤类型粘土矿物的组成不同不同土壤类型粘土矿物的组成不同( )( )。3. 3. 任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿物物( )( )。4. 4. 土壤矿物质的化学组成，一般土壤矿物质的化学组成，一般N N素含量很少素含量很少( )( )。5. 5. 土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主( )( )。6. 6. 蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连( )( )；高岭石矿；高岭石矿物顶、底层由氧键相连物顶、底层由氧键相连( )( )；伊利石矿物则由；伊利石矿物则由Si-OSi-O相连相连( ( ) )。 课堂速测
