一 土壤礦物質(zhì)

第一章土壤礦物質(zhì)

SoilMineralMatter主要內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)與要求1.土壤的礦物組成和化學(xué)組成；2.層狀硅酸鹽礦物的特征和種類；3.土壤中的氧化物；4.粘土礦物的形成和分布規(guī)律。1.了解土壤礦物的礦物和化學(xué)組成；2.掌握層狀硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)特征；3.掌握土壤中常見的硅酸鹽礦物；4.了解我國土壤粘土礦物的分布規(guī)律。土壤固體部分由礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)組成，礦物質(zhì)部分占土壤固體重量的95%以上，它是土壤的骨架土壤按容積計(jì)算，固體一般占土體一半左右，其余一半是孔隙，被水、空氣充滿主要根據(jù)顆粒組成、化學(xué)成分和礦物組成三方面來認(rèn)識第一節(jié)

土壤礦物質(zhì)的礦物組成和化學(xué)組成礦物是天然產(chǎn)生于地殼中具有一定化學(xué)組成、物理性質(zhì)和內(nèi)在結(jié)構(gòu)的物體，是組成巖石的基本單位。一、元素組成1、幾乎包括元素周期表中所有元素；2、以O(shè)、Si、Al、Fe為主，四者共占88.7%以上，其中O、Si占76%；3、植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡；4、土壤礦物的化學(xué)組成，一方面繼承了地殼中原有的一些元素組成，另一方面有些化學(xué)元素含量在成土過程中增加了，如氧、硅、碳、氮等。元素地殼中土壤中元素地殼中土壤中OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.370.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.0003表1-1地殼和土壤的平均化學(xué)組成（重量%）二、礦物組成（一）土壤的原生礦物(originalmineral)(P19表1-2)1、以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主；2、土壤原生礦物類型和數(shù)量的多少?zèng)Q定于礦物的穩(wěn)定性；3、原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源。（二）土壤的次生礦物(secondarymineral)：粘土礦物（三）結(jié)晶質(zhì)礦物(crystallinemineral)和非晶質(zhì)礦物(noncrystallinemineral)土壤顆粒組成與礦物組成關(guān)系一、層狀硅酸鹽(layersilicate)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（SiO44-→Si2O52-→Si4O104-）由一個(gè)硅離子(Si4+)和四個(gè)氧離子(O2-)組成，三個(gè)氧在三角形底部，硅在中間，一個(gè)氧在上面，構(gòu)成四個(gè)面，每個(gè)面由三個(gè)氧離子所構(gòu)成。第二節(jié)粘土礦物（2）鋁氧八面體(AlO69-→Al4O1212-→Al4（OH）8O44-)由一個(gè)鋁離子(Al3+)和6個(gè)氧離子(O2-)構(gòu)成2.單位晶片

硅氧四面體(SiO4)4-，鋁氧八面體(AlO6)9-是不穩(wěn)定的，各自聚合形成四面體片---硅片n(Si4O10)4-八面體片---鋁片n(Al4O12)12-3、單位晶層由于硅片和鋁片都帶有負(fù)電荷，不穩(wěn)定，相互重疊，形成層狀硅酸鹽的單位晶層。硅片和鋁片的重疊方式有：硅片/鋁片---1:1型硅片/鋁片/硅片---2:1型硅片/鋁片/硅片/水鎂(鋁)片---2:1:1型（1）1:1型一層硅層與一層鋁層重疊而成1:1型層狀硅酸鹽(高嶺石)晶體結(jié)構(gòu)示意圖（2）2:1型兩層硅層中間夾一鋁層2:1型層狀硅酸鹽（蒙脫石）晶體結(jié)構(gòu)示意圖（3）2:1:1型2:1型上增加一鋁層(或鎂層)2:1:1型層狀硅酸鹽（綠泥石）結(jié)構(gòu)示意圖4、同晶替代(isomorphoussubstitution)

指硅酸鹽礦物的中心離子被電性相同、大小相近的其它離子所代替而礦物晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。Al3+0.057nmFe3+0.064nm（2）不等價(jià)替代：晶形不變，電性改變。硅酸鹽礦物一般產(chǎn)生負(fù)電荷（低價(jià)代替高價(jià)）。（1）等價(jià)替代：晶形和電性不變。如Al3+

替代Si4+

，Mg2+

替代Al3+SiO2/Al2O3=4/2=2硅鋁鐵率：土壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3（R2O3）含量的分子比。硅鋁率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比。硅鐵率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3的分子比。硅鋁鐵率可以反映土壤母質(zhì)的化學(xué)風(fēng)化程度。硅鋁鐵率還可以反映土壤的成土過程和保肥能力。解：41.89

33.27SiO2的分子含量＝———＝0.698Al2O3的分子含量＝———＝0.32660102

11.85

SiO2

0.698Fe2O3的分子含量＝———＝0.074———＝——————＝1.75160

R2O30.326+0.074例：某土壤粘粒部分SiO2含量為41.89%，Al2O3含量33.27%，F(xiàn)e2O3含量11.85%，計(jì)算其硅鋁鐵率、硅鐵率。(二)硅酸鹽礦物的種類和特點(diǎn)1、高嶺(石)組（kaolinitgroup）：包括高嶺石、埃洛石、珍珠陶土等。特點(diǎn)：(1)1:1型；(2)膨脹性?。汗杵弯X片之間存在氫鍵；(3)電荷數(shù)量少：同晶替代極少；(4)顆粒較大：可塑性、粘結(jié)性、吸濕性和粘著性弱。高嶺石晶體電鏡示意圖結(jié)構(gòu)示意圖2、蒙脫石組（montmorillonitegroup）：包括蒙脫石、綠脫石、蛭石等。特點(diǎn)：(1)2:1型；(2)膨脹性大；(3)電荷數(shù)量大,同晶替代現(xiàn)象普遍；(4)顆粒較細(xì)，呈片狀,可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性強(qiáng)，對耕作極為不利。3、水化云母(伊利石)組（Hydrousmica(illite)group）：又稱2:1型非膨脹性礦物特點(diǎn)：(1)2:1型(2)非膨脹性晶層之間吸附有K+(3)電荷數(shù)量大同晶替代現(xiàn)象普遍(4)可塑性等性質(zhì)介于高嶺組和蒙脫組之間。4、綠泥石組（Chloritegroup）特點(diǎn)：(1)2:1:1型；(2)同晶替代現(xiàn)象普遍；(3)顆粒較小,可塑性、粘結(jié)性、吸濕性和粘著性居中。二、非硅酸鹽粘土礦物1、氧化鐵2、氧化鋁3、水鋁英石4、氧化硅針鐵礦赤鐵礦一、風(fēng)化和成土作用與粘土礦物組成的關(guān)系第三節(jié)我國土壤粘土礦物分布規(guī)律1、粘土礦物形成途徑：粘土礦物是風(fēng)化和成土過程中形成的次生礦物,它有兩種形成途徑。（1）原生礦物風(fēng)化淋溶直接演變+H2O,-K-Mg-Si-Si（2）風(fēng)化沉淀（自然合成）學(xué)說原生礦物的徹底風(fēng)化產(chǎn)物重新組合沉淀而成。風(fēng)化產(chǎn)物：SiO2·nH2O帶負(fù)電荷，酸膠基；Al2O3·nH2O、Fe2O3·nH2O帶正電荷，堿膠基。鹽基離子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+等決定溶液pH，并參與礦物形成。粘土礦物的形成：正負(fù)膠體相互中和沉淀組成新礦物。沉淀老化、結(jié)晶溶膠——→凝膠（非晶質(zhì)）————→結(jié)晶質(zhì)

當(dāng)溶膠SiO2/Al2O3＞3，可形成2:1型礦物當(dāng)溶膠SiO2/Al2O3＜3，可形成1:1型礦物及氧化鋁礦物風(fēng)化液pH與鹽基淋溶有關(guān)，并影響膠體的正、負(fù)電荷數(shù)量和沉淀凝膠中正負(fù)電荷膠體的比例。鹽基離子Mg2+、K+等直接參與新礦物合成，分別形成富鉀（伊利石）、富鎂（蛭石、綠泥石）等礦物。2、粘土礦物的形成條件

粘土礦物形成與氣候等成土條件密切相關(guān)。南方熱帶磚紅壤、亞熱帶紅壤礦物風(fēng)化程度高。粘土礦物以1:1型為主，并有三水鋁石，粘粒硅鋁鐵率為2左右，屬鐵鋁土。北方溫帶地區(qū)，粘粒礦物為各種2:1型(伊利石、蒙脫石等)，粘粒硅鋁鐵率多在3以上。風(fēng)化度低，屬硅鋁土。（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（四）水云母－蛭石－高嶺區(qū)包括秦嶺山地和長江中下游平原，為一狹長的過渡地帶，在適宜條件下，水云母、蛭石和高嶺石都可成為土壤粘粒中的主要成分

二、我國土壤粘土礦物分布規(guī)律二、我國土壤粘土礦