chap土壤礦物質(zhì)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1chap土壤礦物質(zhì)實(shí)用第一節(jié)土壤礦物質(zhì)的礦物組成和化學(xué)組成一、土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成土壤第1頁(yè)/共78頁(yè)礦物質(zhì)38%，(95%)有機(jī)質(zhì)12%，(5%)溶液(15-35%)空氣(15-35%)第2頁(yè)/共78頁(yè)第3頁(yè)/共78頁(yè)（1）氧（O）和硅（Si）是地殼中含量最多的二種元素鐵、鋁次之，四者相加共占88.7％的重量。在組成地殼的化合物中，以硅酸鹽最多。分布規(guī)律（2）在地殼中，植物生長(zhǎng)必需要的營(yíng)養(yǎng)元素含量很低而且分布很不平衡。（3）土壤礦物的化學(xué)組成反映了成土過(guò)程中元素的分散、富集特性和生物積聚作用。第4頁(yè)/共78頁(yè)二、土壤中的礦物組成根據(jù)礦物的結(jié)晶狀態(tài)，礦物可分為

結(jié)晶質(zhì)礦物非晶質(zhì)礦物一般常分為(據(jù)礦物的來(lái)源)原生礦物和次生礦物第5頁(yè)/共78頁(yè)①土壤原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。原生礦物：指那些經(jīng)過(guò)不同程度的物理風(fēng)化，未改變化學(xué)組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的原始成巖礦物。②土壤中原生礦物類型和數(shù)量的多少在很大程度上決定于礦物的穩(wěn)定性，如長(zhǎng)石和石英。③土壤原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來(lái)源常見(jiàn)的有石英、長(zhǎng)石、云母、輝石、角閃石和欖橄石以及其它硅酸鹽類和非硅酸鹽類。第6頁(yè)/共78頁(yè)普通角閃石

Ca（Mg，F(xiàn)e）3Si4O12

輝石

Ca（Mg，F(xiàn)e）Si2O6橄攬石（Mg，F(xiàn)e）2SiO4

第7頁(yè)/共78頁(yè)正長(zhǎng)石

KAlSi3O8

斜長(zhǎng)石Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）

白云母KH2Al3Si3O12黑云母[KH2(Mg,Fe)3AlSi3O12]

第8頁(yè)/共78頁(yè)石英SiO2磁鐵礦(Fe3O4)第9頁(yè)/共78頁(yè)第10頁(yè)/共78頁(yè)第11頁(yè)/共78頁(yè)第12頁(yè)/共78頁(yè)次生礦物：指原生礦物經(jīng)過(guò)不同程度的物理、化學(xué)、生物風(fēng)化，改變化學(xué)組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的新形成的礦物。常見(jiàn)的土壤次生礦物：高嶺石、蒙托石、伊利石、磷灰石、三水鋁石、水鋁石英、針鐵礦、褐鐵礦等土壤中的次生礦物主要有：

1、次生層狀鋁硅酸鹽礦物，是土壤次生礦物的主體；

2、氧化物類，包括含水氧化和非含水氧化物

3、不溶性鹽類；

4、可溶性鹽類；第13頁(yè)/共78頁(yè)蒙脫石伊利石第14頁(yè)/共78頁(yè)方解石CaCO3

白云石

CaCO3·MgCO3石膏CaSO4·2H2O

高嶺石

H2Al2Si2O8.H2O）第15頁(yè)/共78頁(yè)

紅寶石硬度僅在金剛石之下。顏色鮮紅、美艷，可以稱得上是“紅色寶石之冠”。瑰麗、華貴的紅寶石是寶石之王，是寶中之寶，其優(yōu)點(diǎn)超過(guò)所有的寶石。

紅寶石

紅寶石源自拉丁文。屬于剛玉族礦物，三方晶系。因其成分中含鉻而呈紅到粉紅色，含量越高顏色越鮮艷。第16頁(yè)/共78頁(yè)土壤性狀生物學(xué)性狀物理性狀化學(xué)性狀第17頁(yè)/共78頁(yè)土壤礦物質(zhì)的顆粒組成土壤顆粒組成又稱土壤機(jī)械組成：土壤中不同粒徑礦質(zhì)顆粒的組合比例，一般以各粒級(jí)所占百分比表示。土壤粒級(jí)：土粒大小的等級(jí)。一般將土粒分為石礫、砂粒、粉粒和粘粒四級(jí)。第18頁(yè)/共78頁(yè)圖示∶土壤顆粒大小與礦物類型的關(guān)系第19頁(yè)/共78頁(yè)第二節(jié)粘土礦物粘土礦物的概念組成粘粒的次生礦物叫粘土礦物（又稱粘粒礦物）主要包括∶層狀的硅酸鹽礦物和氧化物類。前者是晶型礦物，后者有晶型的，也非晶型的。第20頁(yè)/共78頁(yè)粘土礦物

顆粒的粒徑＜0.001mm的礦物質(zhì)，表現(xiàn)出膠體的性質(zhì)。這種礦物質(zhì)土粒稱為粘粒。第21頁(yè)/共78頁(yè)規(guī)則∶1、陰、陽(yáng)離子之間的排列盡可能趨于最緊密的排列；2、多以陽(yáng)離子為核心離子，陰離子為配位離子；3、配位數(shù)取決于陽(yáng)/陰離子半徑之比。4、對(duì)與硅酸鹽而言，配位體是O-2離子配位體理論第22頁(yè)/共78頁(yè)

陽(yáng)離子半徑陰離子半徑陽(yáng)離子配位數(shù)配位多面體形狀0.155-0.2550.255-0.4140.414-0.7320.732-1.0001346812三角形四面體八面體立方體最緊密表2-3陰陽(yáng)離子半徑與配位數(shù)離子半徑O2-Si4+Al3+Mg2+(?)1.400.430.5－0.590.65

Si/O=0.307Al/O=0.357－0.421Mg/O=0.464第23頁(yè)/共78頁(yè)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（1）硅氧四面體（或簡(jiǎn)稱四面體）

硅氧四面體是硅酸鹽礦物的最基本的結(jié)構(gòu)單位，與鋁氧八面體不同的連接組合方式形成不同的硅酸鹽礦物。第24頁(yè)/共78頁(yè)-1-1-1-1第25頁(yè)/共78頁(yè)第26頁(yè)/共78頁(yè)–1–1–1–1頂層氧原子硅原子底層氧原子硅片用：n（Si4O10）4ˉ表示第27頁(yè)/共78頁(yè)（2）鋁氧八面體（或簡(jiǎn)稱八面體）-1.5-1.5-1.5-1.5-1.5-1.5第28頁(yè)/共78頁(yè)第29頁(yè)/共78頁(yè)–1–1–1–1–1–1–1–1–1–1–1–1頂層氧原子鋁離子底層氧原子鋁片：n（Al4O12）12ˉ第30頁(yè)/共78頁(yè)第31頁(yè)/共78頁(yè)

2、單位晶片硅片：n（Si4O10）4ˉ表示鋁片：n（Al4O12）12ˉ表示第32頁(yè)/共78頁(yè)3、單位晶層1:1型單位晶層:由一個(gè)硅片和一個(gè)鋁片構(gòu)成。硅片頂端的活性氧與鋁片底層的活性氧通過(guò)共用的方式形成單位晶層。這樣1:1型層狀鋁硅酸鹽的單位晶層有兩個(gè)不同的層面，一個(gè)是由具有六角形空穴的氧原子層面，一個(gè)是由氫氧構(gòu)成的層面。第33頁(yè)/共78頁(yè)1?1型單位晶層結(jié)構(gòu)示意圖

1?1型單位晶片有六角形空穴的氧原子層面和氫氧構(gòu)成的層面。鋁氧八面體層硅氧四面體層6（OH）4Al4O+2(OH)4Si6O0.72nm第34頁(yè)/共78頁(yè)2:1型單位晶層由兩個(gè)硅片夾一個(gè)鋁片構(gòu)成。兩個(gè)硅片頂端的氧都向著鋁片，鋁片上下兩層氧分別與硅片通過(guò)共用頂端氧的方式形成單位晶層。這樣2:1型層狀硅酸鹽的單位晶層的兩個(gè)層面都是氧原子面。第35頁(yè)/共78頁(yè)2?1型單位晶層結(jié)構(gòu)示意圖0.96-2.41nm硅氧四面體硅氧四面體鋁氧八面體6O4Si4O+2(OH)4Al4O+2(OH)4Si6O2?1型單位晶層有兩個(gè)相同的氧原子面。第36頁(yè)/共78頁(yè)2:1:1型單位晶層在2:1單位晶層的基礎(chǔ)上多了一個(gè)八面體片水鎂片或水鋁片，這樣2:1:1型單位晶層由兩個(gè)硅片、一個(gè)鋁片和一個(gè)鎂片（或鋁片）構(gòu)成。水鎂片或水鋁片2:1單位晶層第37頁(yè)/共78頁(yè)4、同晶替代是指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所替代而晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。＊同晶替代的結(jié)果使土壤產(chǎn)生永久電荷，能吸附土壤溶液中帶相反電荷的離子,使土壤具有保肥能力。第38頁(yè)/共78頁(yè)土壤中同晶替代的規(guī)律：

1、高價(jià)陽(yáng)離子被低價(jià)陽(yáng)離子取代的多；因此，土壤膠體一般其凈電荷為陰性。

2、四面體中的Si4+被Al3+離子所替代，八面體中Al3+被Mg2+替代。

3、同晶替代現(xiàn)象在2:1和2:1:1型的粘土礦物中較普遍，而1:1型的粘土礦物中則相對(duì)較少。第39頁(yè)/共78頁(yè)硅鋁鐵率或稱Sa值（SiO2/R2O3)SiO2/R2O3SiO2分子數(shù)Fe2O3+Al2O3分子數(shù)＝1、判斷土壤礦物的風(fēng)化程度與成土階段；2、作為土壤分類的數(shù)量指標(biāo)之一；3、代表土壤中酸膠基和堿膠基的數(shù)量；第40頁(yè)/共78頁(yè)四個(gè)類組：

高嶺組蒙蛭組水化云母組綠泥石組礦物（二）、硅酸鹽粘土礦物的種類及一般特性第41頁(yè)/共78頁(yè)高嶺組：（1:1型礦物）包括：高嶺石、珍珠陶土、迪愷石及埃洛石等特點(diǎn)：（1）1:1型的晶層結(jié)構(gòu)單位晶胞的分子式可表示為Ai4Si4O10(OH)8。（2）無(wú)膨脹性兩個(gè)晶層的層面間產(chǎn)生了鍵能較強(qiáng)的氫鍵，膨脹系數(shù)一般小于5％。高嶺石層間間距約為0.72nm。（3）電荷數(shù)量少陽(yáng)離子交換量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。（4）膠體特性較弱較粗（0.2-2m），顆粒的總表面積相對(duì)較小，為10－20×103m2kg-1。

高嶺組粘土礦物是南方熱帶和亞熱土壤中普遍而大量存在的粘土礦物，在華北、西北、東北及西藏高原土壤中含量很少。第42頁(yè)/共78頁(yè)高嶺石第43頁(yè)/共78頁(yè)高嶺石的礦物結(jié)構(gòu)第44頁(yè)/共78頁(yè)蒙蛭組（2:1型膨脹性礦物）包括：蒙脫石、綠脫石、拜來(lái)石、蛭石等。特征：（1）2:1型的晶層結(jié)構(gòu)蒙脫石是其典型代表。單位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。（2）脹縮性大蒙脫石晶層間距變化在0.96-2.14nm之間，蛭蟲的膨脹性比蒙脫石小，其晶層間距變化在0.96-1.45nm之間。（3）電荷數(shù)量大同晶替代現(xiàn)象普遍。（4）膠體特性突出，較細(xì)（有效直徑0.01-1m），總表面積為600－800×103m2kg-1，且80％是內(nèi)表面。蛭石一般為400×103m2kg-1。

蒙脫石組在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)的土壤中分布較廣。第45頁(yè)/共78頁(yè)蒙脫石的同晶替代主要發(fā)生在鋁片中，一般以Mg2+代Al3+，蛭石的同晶替代主要發(fā)生在硅片中。蒙脫石的理想結(jié)構(gòu)式為：（Al3.34Mg0.66）Si8O20(OH)4X0.66式中X表示補(bǔ)償異價(jià)離子，置換引起的電荷虧缺的層間可交換陽(yáng)離子。第46頁(yè)/共78頁(yè)蒙脫石的礦物結(jié)構(gòu)第47頁(yè)/共78頁(yè)

水化云母組（2:1型非膨脹性礦物）特征：（1）2:1型晶層結(jié)構(gòu)伊利石是其主要代表。分子式為K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O。（2）無(wú)膨脹性在伊利石晶層之間吸附有鉀離子，對(duì)相鄰兩晶層產(chǎn)生了很強(qiáng)的鍵聯(lián)效果，使晶層不易膨脹，伊利石晶層的間距為1.0nm。（3）電荷數(shù)量較大20－40Cmoles(+)kg-1。（4）膠體特性一般總表面積為70－120×103m2kg-1，其可塑性、粘結(jié)性、粘著性和吸濕性都介于高嶺石和蒙脫石之間。

伊利石廣泛分布于我國(guó)多種土壤中，尤其是華北干旱地區(qū)的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。第48頁(yè)/共78頁(yè)伊利石的結(jié)構(gòu)示意圖2:1型第49頁(yè)/共78頁(yè)

綠泥石組（2:1:1型）綠泥石為代表，是富含鎂、鐵及少量鉻的硅酸鹽粘土礦物特征：（1）2:1:1型晶層結(jié)構(gòu)綠泥石的分子式

(Mg·Fe·Al)12(SiAl)8O20(OH)16（2）同晶替代較普遍，元素組成變化較大，陽(yáng)離子交換量為10－40cmoles(+)kg-1。（3）顆粒較小，總面積為70－150×103m2kg-1

土壤的綠泥石大部分是由母質(zhì)遺留下來(lái)，但也可能由層狀硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)變而來(lái)。沉積物和河流沖積物中含較多的綠泥石。第50頁(yè)/共78頁(yè)g水鎂片或水鋁片2:1單位晶層第51頁(yè)/共78頁(yè)二、非硅酸鹽粘土礦物

是土壤粘土礦物中，除層狀硅酸外的一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水化程度不等的鐵、錳、鋁和硅的氧化物和水鋁石等。存在狀態(tài)：結(jié)晶質(zhì)、非晶質(zhì)電荷產(chǎn)生：礦物表面通過(guò)質(zhì)子化和表面羥基的質(zhì)子解離。

+H+

－H+M－OH2+M－OHM－O－

－H++H+第52頁(yè)/共78頁(yè)（一）氧化鐵赤鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、陵鐵礦、蘭鐵礦土壤中常見(jiàn)的氧化鐵礦物是赤鐵礦和針鐵礦。針鐵礦（a-FeOOH）：黃色或棕色，呈針狀，在溫帶、亞熱帶與熱帶的土壤中大量存在。赤鐵礦（a-Fe2O3）：紅色，呈六角板狀，少量赤鐵礦的存在也會(huì)使土壤看起來(lái)呈紅色。在高溫、潮濕、風(fēng)化程度很深的紅色土壤中存在較多。存在方式：呈膠膜質(zhì)包被在土壤顆粒的表面，或鐵盤。第53頁(yè)/共78頁(yè)（二）氧化鋁三水鋁石［Al(OH)3］土壤中三水鋁石的含量可作為脫硅作用和富鋁作用的指標(biāo)。大致在北緯30以南地區(qū)的土壤中才出現(xiàn)三水鋁石。主要分布在熱帶和亞熱帶高度風(fēng)化的酸性土壤中。

起重要作用的主要是非晶質(zhì)（無(wú)定形）的鐵鋁氧化物。非晶質(zhì)的鐵鋁氧化物可以吸附陰離子，如土壤中磷酸根離子的吸附，使磷被固定，失去其有效性。第54頁(yè)/共78頁(yè)（三）水鋁英石水鋁英石（xAl2O3·ySiO2·nH2O）由氧化硅、氧化鋁和水組成，Si/Al比在1－2之間變化。陽(yáng)離子交換量，為10－15cmoles(+)kg-1。表面積一般為70－300×103m2kg-1。溫帶半濕潤(rùn)和濕潤(rùn)地區(qū)以及熱帶地區(qū)玄武巖和火山灰發(fā)育的幼年土壤中、有些森林覆蓋、高海拔、低溫、中高雨量條件下的土壤，其心土層中也存在水鋁英石。第55頁(yè)/共78頁(yè)（四）氧化硅結(jié)晶態(tài)氧化硅：主要是－石英非晶質(zhì)的氧化硅：蛋白石（SiO2·nH2O）蛋白石經(jīng)進(jìn)一步脫水結(jié)晶后可變?yōu)橛袼?、石英、方英石和磷石英蛋白石呈致密狀或鐘乳狀，純的蛋白石無(wú)色，但因混入不同雜質(zhì)呈紅、黃、褐、綠等各種顏色。蛋白石廣泛分布于火山灰來(lái)源的土壤中蛋白石的多少也可以作為古土壤埋藏表層的指標(biāo)礦物。土壤中蛋白石含量常與土壤腐殖質(zhì)含量有關(guān)。第56頁(yè)/共78頁(yè)石英（SiO2）

石英是最常見(jiàn)的礦物之一。顏色種類多，常見(jiàn)顏色為乳白色，硬度7，貝殼狀斷口，具脂肪光澤，純石英不含養(yǎng)分；石英是自然界最難發(fā)生化學(xué)風(fēng)化的礦物，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有重要影響；無(wú)色透明的晶體為水晶，透明，具有玻璃光澤。因內(nèi)含雜質(zhì)的不同呈現(xiàn)出不同的顏色，從而形成各種瑰麗的水晶。根據(jù)水晶顏色的不同可分為：紫晶、黃晶、薔薇水晶、煙水晶、茶晶、墨晶等。紫晶最為珍貴，其次是黃晶、煙晶。

第57頁(yè)/共78頁(yè)石英SiO2制作光學(xué)玻璃、水晶玻璃的石英粉原料純度要求達(dá)到99.999％（＞35元／kg）第58頁(yè)/共78頁(yè)含有錳離子的石英－－紫水晶第59頁(yè)/共78頁(yè)含有機(jī)質(zhì)的石英－－煙水晶第60頁(yè)/共78頁(yè)含鐵錳的石英－－芙蓉石第61頁(yè)/共78頁(yè)二氧化硅膠體沉積而成的隱晶質(zhì)礦物

白色、灰白色者－－－玉髓

白、灰、紅等不同顏色組成的同心層狀－－－瑪瑙第62頁(yè)/共78頁(yè)不純凈、紅綠各色－－－碧玉；

不純凈、黑灰各色－－－燧石

第63頁(yè)/共78頁(yè)蛋白石

瑪瑙天然紫水晶

SiO2脫水含水凝固結(jié)晶完美第64頁(yè)/共78頁(yè)第三節(jié)我國(guó)土壤粘土礦物分布規(guī)律一、風(fēng)化和成土作用與粘土礦物組成的關(guān)系

影響粘土礦物形成的因素：1、氣候因素干燥氣候條件下的土壤中含有相當(dāng)數(shù)量的伊利石和蒙脫石；濕熱氣候條件下的土壤中含有大量的高嶺石和氧化物類粘土礦物。如表土層土壤粘土礦物的組成，具有明顯的地帶性特性，大體上和土壤類型的地帶性一致。第65頁(yè)/共78頁(yè)第66頁(yè)/共78頁(yè)3、pH值和離子組成

偏堿的條件下，若溶液中有豐富的鹽基離子，特別是有較多Mg2+存在時(shí)，則有利于蒙脫組粘土礦物的形成如果鹽基離子K+特別豐富，則形成的粘土礦物可能以伊利石為主在酸性條件下，如鹽基離子很少，形成的粘土礦物主要為高嶺石類礦物2、生物因素第67頁(yè)/共78頁(yè)4、母質(zhì)因素影響河流沖積物富含水云母。湖積物和淤積物富蒙脫石和水云母。片巖和千枚巖的風(fēng)化物富水云母和綠泥石。含黑云母豐富的礦物風(fēng)化時(shí)容易產(chǎn)生蛭石或黑云母、蛭石夾層礦物。第68頁(yè)/共78頁(yè)4、地形因素影響水熱條件重新分配，控制著風(fēng)化產(chǎn)物的移動(dòng)沉積從而影響母質(zhì)的物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度影響土壤中粘土礦物的演變和組合。如：洼地粘土礦物多，而坡地上粘土礦物少。第69頁(yè)/共78頁(yè)二、我國(guó)土壤粘土礦物分布規(guī)律土壤伊利石蒙脫型伊利石蛭石蒙脫石高嶺石水鋁石赤鐵礦鈦鐵礦棕漠土352423081灰漠土3524102081淡栗土3504210081暗栗土3504210081棕壤3005215081灰化壤100515011020磚紅壤100501525205我國(guó)主要土壤類型中粘土礦物分布表第70頁(yè)/共78頁(yè)栗鈣土漠土磚紅壤紅壤棕壤灰化土第71頁(yè)/共78頁(yè)（一）水云母區(qū)包括新疆、內(nèi)蒙古高原西部、柴達(dá)木盆地、青藏高原大部。土壤粘土礦物以水云母為主，其次為蒙脫石和綠泥石。（二）水云母－蒙脫石區(qū)包括內(nèi)蒙古高原東部、大小興安嶺、長(zhǎng)白山地和東北平原大部分。土壤粘粒中蒙脫石明顯增多。（三）水云母－蛭石區(qū)包括青藏高原東南邊緣山地、黃土高原和華北平原。西部山地土壤粘粒中綠泥石，東部多蛭石，華北平原土壤粘粒中蒙脫石也不少。