第1章土壤礦物質(zhì)[教育研究]

1、Soil Mineralogy 第一章 土壤礦物質(zhì) 1章節(jié)課堂 1) 土壤物理性質(zhì)：粘結(jié)性、膨脹性、耕性 2) 化學性質(zhì)：緩沖性、保肥性、吸附性 3) 生物和生物化學性質(zhì)：酶學、微生物 4) 鑒定土壤類型 5) 識別土壤形成過程：富鋁化、淋溶 意義(Significance) 2章節(jié)課堂 第一節(jié) 土壤礦物質(zhì)的組成 Mineral Compositions of Soil 一、土壤礦物質(zhì)的主要元素組成 The main Elements in soil minerals 3章節(jié)課堂 地殼和土壤的平均化學組成（重量%） 元素地殼中 土壤中元素地殼中 土壤中 O47.049.0Mn0.100.085

2、 Si29.033.0P0.0930.08 Al8.057.13S0.090.085 Fe4.653.80C0.0232.0 Ca2.961.37N0.010.1 Na2.501.67Cu0.010.002 K2.501.36Zn0.0050.005 Mg1.370.60Co0.0030.0008 Ti0.450.40B0.0030.001 H(0.15)?Mo0.0030.0003 4章節(jié)課堂 地殼和土壤的平均化學組成（重量%） 5章節(jié)課堂 二、土壤的礦物組成 The mineralogical Compositions in Soil 1、原生礦物（primary minerals ) 石

3、英(Quartz)、長石(Feldspar)、云母(Mica) 2、次生礦物（secondary minerals ) 層狀硅酸鹽(Phyllosilicates)、水化氧化物 (Hydrous oxides)、簡單鹽類(Simple salts) 6章節(jié)課堂 原生礦物： 砂粒(sand)、粉砂粒(silt) 硅酸鹽(silicates)、鋁硅酸鹽 (aluminosilicates) 礦物(Minerals)-晶態(tài)(Crystalline)、 非晶態(tài)(Noncrystalline or amorphous) 7章節(jié)課堂 第二節(jié) 粘土礦物 Secondary Clay Minerals 8章節(jié)

4、課堂 Phyllosilicate Minerals 一、層狀硅酸鹽粘土礦物 （一）構(gòu)造特征 1、基本結(jié)構(gòu)單位（structural unit) 硅氧四面體（Silica tetrahedron） 鋁氧八面體（ Aluminum octahedron） 9章節(jié)課堂 Si-O tetrahedron ( 1 ) 硅氧四面體 10章節(jié)課堂 硅氧四面體Si-O tetrahedron 11章節(jié)課堂 (2) 鋁氧八面體 Al O octahedron 12章節(jié)課堂 Al(OH)6 or Mg (OH)6 Octahedron OH 13章節(jié)課堂 2、單位晶片 四面體片（Tetrahedral Shee

5、ts） 八面體片（Octahedral Sheets） 14章節(jié)課堂 Si6O18 15章節(jié)課堂 Si6O18 Spaced Filled View x y z Si6O18 16章節(jié)課堂 Tetrahedral Sheet unsaturated edgesites 17章節(jié)課堂 Tetrahedral Sheet unsaturated apical oxygens n(Si4O10)4- 18章節(jié)課堂 x y z Tetrahedral Sheet Si:O 2:5 19章節(jié)課堂 n(Al4O12)12- 20章節(jié)課堂 x y z Mg,FeMg,Fe2+ 2+ 21章節(jié)課堂 y x z

6、 AlAl3+ 3+、 、FeFe3+ 3+ 22章節(jié)課堂 Octahedral-Tetrahedral Linkage 23章節(jié)課堂 Serpentine (1:1 trioctahedral mineral) tet oct 24章節(jié)課堂 Talc (2:1 trioctahedral mineral) tet oct tet 25章節(jié)課堂 26章節(jié)課堂 Short-hand Symbols tet oct Short hand, Block notation 27章節(jié)課堂 permanent (layer) charge 28章節(jié)課堂 Isomorphic Substitution te

7、t oct Si4+ Mg2+ Al3+ Al3+, Fe3+ 29章節(jié)課堂 30章節(jié)課堂 31章節(jié)課堂 離子半徑(nm)rc / ro存在的位置 O2-0.135硅片、鋁片 Si4+0.0400.30硅片 Al3+0.0550.41硅片、鋁片 Fe2+0.0800.59鋁片 Fe3+0.0670.54鋁片 Mg2+0.0780.58鋁片 K+0.1341.00層間 32章節(jié)課堂 （二） 層狀硅酸鹽粘土礦物的種類和 一般特性 1、種類： 高嶺組(Kaolin)：高嶺石(kaolinite)、埃洛石 (Halloysite) 蒙蛭組：蒙脫石(montmorillonite)、蛭石 (vermic

8、ulite) 水化云母組：伊利石(illite) 綠泥石組：綠泥石(chlorite) 33章節(jié)課堂 1:1型 高嶺石(Kaolinite) 34章節(jié)課堂 35章節(jié)課堂 36章節(jié)課堂 2：1型 蒙脫石(Montmorillonite) 37章節(jié)課堂 38章節(jié)課堂 39章節(jié)課堂 2：1型 伊利石(Illite) 40章節(jié)課堂 41章節(jié)課堂 2：1：1 綠泥石 (Chlorite) 42章節(jié)課堂 43章節(jié)課堂 粘土礦物的主要性質(zhì) 帶電性(electrical charge) 巨大的表面積(surface area) 離子吸附與交換(ion adsorption and exchange) 脹縮性、

9、粘結(jié)性(expansion and cohesion) 44章節(jié)課堂 2、性質(zhì) 性質(zhì)高嶺組蒙蛭組伊利組綠泥組 同晶替代很少很 普 遍 位置鋁片硅片三片 CEC*3.015801202040 1040 層間鍵氫鍵分子鍵離 子 鍵 層間物質(zhì)無陽離子 水 K+水鎂片 膨脹性很弱很強無 比表面*1020.06008007012070150 顆粒大小0.2-5m0.011.00.12 粘結(jié)性差強中等 * * CEC CEC：陽離子代換量，單位：陽離子代換量，單位：cmol(+) / kgcmol(+) / kg * * *比表面：單位質(zhì)量的表面積。單位：比表面：單位質(zhì)量的表面積。單位：m m2 2 kg

10、 kg-1 -1 10103 3 45章節(jié)課堂 決定硅酸鹽礦物性質(zhì)的主要因素 硅片與鋁片的比例 層面物質(zhì)（O、OH；氫鍵、分子鍵） 層間物質(zhì)（水、水鎂片或水鋁片、K+、其 它陽離子） 同晶替代（數(shù)量和位置） 46章節(jié)課堂 二、非硅酸鹽粘土礦物 Nonsilicate Clay Minerals 47章節(jié)課堂 （一）結(jié)晶形態(tài) 結(jié)晶態(tài)（crystallized） 無定型（amorphous) 結(jié)晶差的（poorly crystallized） 48章節(jié)課堂 （二）產(chǎn)生電荷的途徑 OM OHM OHM 2+ H+ + H+ H+ H+ 脫氫作用（deprotonation） 質(zhì)子化作用（proton

11、ation） 中性（neutral） 負電（negative） 正電（positive） 49章節(jié)課堂 50章節(jié)課堂 （三）主要特點 不存在同晶替代(Isomorphous Substitution) 不僅帶負電(Negative Charge)，也帶正電 (Positive Charge) 數(shù)量可變(Variable) 晶態(tài)轉(zhuǎn)化，性質(zhì)差異較大 51章節(jié)課堂 (四) 主要類型及性質(zhì) 針鐵礦(Goethite)：黃色，分布于溫帶、亞 熱帶和熱帶土壤中 赤鐵礦(Hematite)：紅色，分布于亞熱帶和 熱帶土壤中 三水鋁石(Gibbsite)：分布較廣 都具有很強的固磷作用 52章節(jié)課堂 第三節(jié)

12、我國土壤粘土礦物分布 The distribution of soil minerals in China 一、風化和成土作用與粘土礦物組成 的關(guān)系 53章節(jié)課堂 54章節(jié)課堂 1、氣候條件：影響礦物的風化速度 和產(chǎn)物，影響環(huán)境的酸堿性和鹽基離 子的種類。 2、母質(zhì)：鹽基離子種類 白云母 伊利石 蛭石 蒙脫石 高嶺石 三水鋁石 復雜 簡單 55章節(jié)課堂 二、我國土壤粘土礦物分布規(guī)律 溫帶、干旱和半干旱地區(qū)土壤中的粘土 礦物以伊利石、蒙蛭 綠泥石組為主。 熱帶和亞熱帶的濕潤地區(qū)土壤中的 粘土礦物以高嶺石和氧化物為主。 56章節(jié)課堂 水云母區(qū) 水云母 蒙脫石區(qū) 水云母 蛭石區(qū) 蛭石 高嶺區(qū) 水云母

13、蛭石高嶺區(qū) 高嶺水云母區(qū) 高嶺區(qū) 57章節(jié)課堂 核心名詞： 原生礦物 次生礦物 四面體 八面體 同晶替換 硅鋁鐵率 2：1型 1:1型 58章節(jié)課堂 1.1. 什么叫礦物什么叫礦物? ?分析原生礦物和次生礦物在土壤中的分析原生礦物和次生礦物在土壤中的 主要作用是什么主要作用是什么? ? 2. 2. 試比較高嶺石、蒙脫石和伊利石在晶架構(gòu)造上有試比較高嶺石、蒙脫石和伊利石在晶架構(gòu)造上有 何不同何不同? ? 3. 3. 礦物的礦物的SiOSiO2 2/R/R2 2O O3 3比值大小說明什么問題比值大小說明什么問題? ? 4. 4. 試比較高嶺石與蒙脫石在性質(zhì)上的差異試比較高嶺石與蒙脫石在性質(zhì)上的差異? ?以及產(chǎn)生以及產(chǎn)生 這些差異的原因是什么這些差異的原因是什么? ? 思考題 59章節(jié)課堂 1. 1. 南方紅、黃壤中的粘土礦物以高嶺石為主，而北方土壤中南方紅、黃壤中的粘土礦物以高嶺石為主，而北方土壤中 以蒙脫石，伊利石為主以蒙脫石，伊利石為主( )( )。 2. 2. 不同土壤類型粘土礦物的組成不同不同土壤類型粘土礦物的組成不同( )( )。 3. 3. 任何土壤的礦物質(zhì)組成中既含有原生礦物，也含有次生礦任何土壤的礦物質(zhì)組成中既含有原生礦物，也含有次生礦 物物( )( )。 4. 4. 土壤礦物質(zhì)的化學組成，一般土壤礦物質(zhì)的