第1章-土壤矿物质课件.ppt

1、1/56第第1章章 土壤矿物质土壤矿物质Soil mineral particles土壤矿物是土壤的土壤矿物是土壤的“骨骨架架”，占固相部分，占固相部分95%98%（W）。）。Organic matter 5%（W）土壤三相组成（图）土壤三相组成（图）2/561.1 土壤矿物质的矿物组成及化学组成土壤矿物质的矿物组成及化学组成 岩石岩石p岩石是由矿物所构成，是矿物的天岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体。然集合体。l岩浆岩、沉积岩、变质岩岩浆岩、沉积岩、变质岩p土壤母质（土壤母质（Parent material）：）：l来源于岩石、矿物的风化产物。来源于岩石、矿物的风化产物。矿物矿物p矿物是

2、指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质矿物是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质的元素或化合物。的元素或化合物。l原生矿物、次生矿物原生矿物、次生矿物3/56地壳和土壤的元素组成地壳和土壤的元素组成1、几乎包括元素周期表中所有元素；、几乎包括元素周期表中所有元素；2、O、Si、Al、Fe为主，四者共占为主，四者共占88.7%以上；以上；3、植物必需营养元素含量低，分布不平衡、植物必需营养元素含量低，分布不平衡元素元素地地壳中壳中土壤中土壤中元素元素地地壳中壳中土壤中土壤中OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.3

3、70.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.00034/56非金属元素：非金属元素：O（47）、）、Si（29）1.1.1 1.1.1 土壤矿物质的主要元素组成土壤矿物质的主要元素组成金属元素：金属元素：Al（8.05）、）、Fe（4.65）四元素合计四元素合计：（：（88.7）A：含量含量很低且分布不均：含量很低且分布不均：N、P、S远远不能满足植物和微生物营养的需要？远远不能满足植物和微生物营

4、养的需要？应考虑营养元素生物有效性问题！如：应考虑营养元素生物有效性问题！如：P、KB：植物必需营养元素C：土壤矿物的化学组成继承地壳化学组成特点继承地壳化学组成特点部分元素在成土过程中含量增部分元素在成土过程中含量增or 减：减：O、Si、C、N 增增，Ca、Mg、K、Na 减减成土过程中元素的分散、富集特性和生物聚集作用。成土过程中元素的分散、富集特性和生物聚集作用。5/56矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.1 1、原生矿物、原生矿物(primary mineral)：由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成

5、的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。2、次生矿物次生矿物(secondary mineral)：原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。1.1.2 土壤的矿物组成土壤的矿物组成6/56 原生矿物原生矿物p原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主 l以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。如石英、长石、

6、云母、辉石、角闪石等。p原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性 l石英最稳定，是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多；石英最稳定，是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。p原生矿物是植物养分的重要来源原生矿物是植物养分的重要来源 lCa、Mg、K、P、S等等 次生矿物次生矿物p以粘土矿物为主，以粘土矿物为主，l其中又以结晶层状硅酸盐矿物为主其中又以结晶层状硅酸盐矿物为主；l有有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物的氧化物及其水合物。l有简单盐类，包括各种碳

7、酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等有简单盐类，包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等 7/56土壤无机矿物质颗粒的化学组成土壤无机矿物质颗粒的化学组成 成土矿物的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素，主要元素包括成土矿物的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素，主要元素包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳等等10余种，占土壤矿物质总质余种，占土壤矿物质总质量的量的99%以上，其中以以上，其中以氧、硅、铝、铁氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。种元素所占的比例最多。土壤中主要的土壤中主要的原生矿物原生矿物所含化学成分有一定规律所含化学成分有一

8、定规律如表如表，石英、长石、白云，石英、长石、白云母这些矿物的母这些矿物的SiO2及及K2O、Na2O含量高，含含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。含量高，这些矿物易风化分解。矿物质颗粒愈粗，矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多，颗粒愈细含量愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但含量愈少，但A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等养分元素的含量变化趋势正相反。等养分元素的含量变化趋势正相反。在

9、总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以在总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主三者为主要成分，要成分，如表：如表：8/56表：表：土壤中主要土壤中主要原生矿物原生矿物的近似化学组成的近似化学组成()矿物矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石石 英英100正长石正长石626618200391594钠长石钠长石617019260904611钙长石钙长石4045283710200205白云母白云母44463437020381102黑云母黑云母333613303110222069辉辉 石石4555310061626620橄榄石橄榄石25

10、43032751磷灰石磷灰石 54 554042磁铁矿磁铁矿699/56表表:土壤中主要土壤中主要次生矿物次生矿物的近似化学组成的近似化学组成()矿物矿物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石50-5618312500.802144701蒙脱石42-4502803000.50302500.503高岭石31-333840绿泥石18203538褐铁矿7590水铝石85三水铝石6510/56外部形态：外部形态：极细微的结晶颗粒；极细微的结晶颗粒；内部构造：内部构造：两种基本结构单位；两种基本结构单位；都含结晶水；都含结晶水；但化学成分、水化程度不同。但化学成分、水化程度

11、不同。1.2 粘土矿物(Clay minerals)11.2.1 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物11/561.2.1 层状硅酸盐层状硅酸盐(phyllosilicate)粘土矿物粘土矿物（1）基本结构单位）基本结构单位p A、硅氧四面体、硅氧四面体(Si-Tetrahedron)l硅氧四面体由硅氧四面体由1个硅原子和个硅原子和4个氧原子组成，硅原子位于中央，个氧原子组成，硅原子位于中央，氧原子占据氧原子占据4个顶点。个顶点。pB、铝氧八面体、铝氧八面体(Al-Octohedron)l铝氧八面体由铝氧八面体由1个铝原子和个铝原子和6个氧原子组成，铝原子位于中央，个氧原子组成，铝原子位于中央

12、，氧原子占据氧原子占据6个顶点。个顶点。12/56硅氧四面体结构示意图硅氧四面体结构示意图构成：构成：一个硅离子一个硅离子(Si4+)和四个氧离子和四个氧离子(O2-)排列方式：排列方式：以三个氧离子构成三角形为底，硅以三个氧离子构成三角形为底，硅离子位于底部三个氧离子之上的中心低凹处，离子位于底部三个氧离子之上的中心低凹处，第四个氧则位于硅离子的顶部，恰恰把硅离子第四个氧则位于硅离子的顶部，恰恰把硅离子盖在氧离子的下面。盖在氧离子的下面。连接相邻的三个氧离子的中心，可构成假想的连接相邻的三个氧离子的中心，可构成假想的四个三角形的面，硅离子位于这四个面的中心四个三角形的面，硅离子位于这四个面的

13、中心，故称这种结构单位为，故称这种结构单位为硅氧四面体（或简称四硅氧四面体（或简称四面体）面体）硅氧四面体的顶视图硅氧四面体的顶视图硅氧四面体构造图示法硅氧四面体构造图示法13/56构成：构成：一个铝离子一个铝离子(Al3+)和六个氧和六个氧(O2-)离子离子(或氢或氢氧离子氧离子)所构成所构成 排列方式：排列方式：六个氧离子（或氢氧离子）排列成两六个氧离子（或氢氧离子）排列成两层，每层都由三个氧离子（或氢氧离子）排成三层，每层都由三个氧离子（或氢氧离子）排成三角形，但上层氧的位置与下层氧交错排列，铝离角形，但上层氧的位置与下层氧交错排列，铝离子位于两层氧的中心孔穴内。子位于两层氧的中心孔穴内

14、。连接相邻的三个氧离子的中心，可构成假想的八连接相邻的三个氧离子的中心，可构成假想的八个三角形的面，铝离子位于这八个面的中心，故个三角形的面，铝离子位于这八个面的中心，故称这种单位为称这种单位为铝氧八面体（简称八面体）铝氧八面体（简称八面体）铝氧八面体结构单元示意图 铝氧八面体结构示意图铝氧八面体结构示意图铝氧八面体顶视图铝氧八面体顶视图铝氧八面体构造图示法铝氧八面体构造图示法14/56（2）单位晶片）单位晶片四面体片四面体片(tetrahedral sheet)p在水平方向上通过共用底部氧的方式在平面两维方向在水平方向上通过共用底部氧的方式在平面两维方向上无限延伸，排列成近似六边形蜂窝状的四

15、面体片上无限延伸，排列成近似六边形蜂窝状的四面体片（简称硅片）。（简称硅片）。硅片顶端的氧仍然带负电荷硅片顶端的氧仍然带负电荷，硅片可，硅片可用用n(Si4O10)4-表示。表示。八面体片八面体片(octahedral sheet)p八面体在水平方向上相邻八面体通过共用两个氧离子八面体在水平方向上相邻八面体通过共用两个氧离子的方式，在平面两维方向上无限延伸，排列成八面体的方式，在平面两维方向上无限延伸，排列成八面体片（简称水铝片或铝片），片（简称水铝片或铝片），铝片两层氧都有剩余的负铝片两层氧都有剩余的负电荷电荷，铝片可用，铝片可用n(Al4O12)12-表示。表示。15/56平视图平视图俯视

16、图俯视图单位晶片单位晶片四面体片四面体片(tetrahedral sheet)16/56单位晶片单位晶片八面体片八面体片(octahedral sheet)铝氧八面体在平面上相互连接铝片图形铝氧八面体在平面上相互连接铝片图形 17/56(3)粘土矿物的晶层粘土矿物的晶层 硅片、铝片都带负电荷，不硅片、铝片都带负电荷，不稳定，需通过重叠化合才能稳定，需通过重叠化合才能形成稳定的化合物。形成稳定的化合物。硅片、铝片以不同的方式在硅片、铝片以不同的方式在C轴方向上堆叠，形成层状轴方向上堆叠，形成层状硅酸盐的单位晶层。硅酸盐的单位晶层。一般有一般有1:1型、型、2:1型及型及2:1:1型晶层。型晶层。

17、硅酸盐矿物的一般结构示意图硅酸盐矿物的一般结构示意图18/56由一个硅片和一由一个硅片和一个铝片构成。共个铝片构成。共用活性氧形成单用活性氧形成单位晶层。位晶层。单位晶层有两个单位晶层有两个 不同层面，一个都不同层面，一个都是氧原子面，另一是氧原子面，另一个是氢氧层面。个是氢氧层面。1:11:1型高岭石类晶体结构模型图型高岭石类晶体结构模型图 四面体的负价全四面体的负价全部被中和；八面部被中和；八面体体2/3的氧共用的氧共用，1/3被氢中和被氢中和成氢氧离子。成氢氧离子。19/561:1型粘土矿物的构造示意图型粘土矿物的构造示意图20/562:1型型/蒙脱石蒙脱石/Montmorillonit

18、e2:1型蒙脱石类晶体结构模型图型蒙脱石类晶体结构模型图 由两个硅片夹一由两个硅片夹一个铝片构成。个铝片构成。两个硅片顶端的两个硅片顶端的氧都向着铝片，氧都向着铝片，铝片上下两层氧铝片上下两层氧分别与硅片共用分别与硅片共用顶端氧形成单位顶端氧形成单位晶层。晶层。单位晶层的两个单位晶层的两个 层面都是氧原子层面都是氧原子面。面。21/562:1型型/蒙脱石蒙脱石/Montmorillonite22/561:1 and 2:1 Clay Minerals三水铝石三水铝石MontmorilloniteKaolinite23/562:1:1型型/绿泥石绿泥石/chlorite在在2:1单位晶层基础上多

19、单位晶层基础上多了一个八面体水镁片或水了一个八面体水镁片或水铝片。铝片。2个硅片、个硅片、1个铝片个铝片及及1个镁片（或铝片）构个镁片（或铝片）构成。成。2:2 2:2 型型？2:1型矿物和一层八面体型矿物和一层八面体型矿物相间重叠组成。型矿物相间重叠组成。故故2:1:1型型 24/5625/56C 同晶替代/同晶代换/同晶置换/同型异质替代 /Isomorphous substitution 当粘粒矿物形成时，晶架内的组成离子被电性相同、大小相近的另一种离子所取代，其结果改变了晶架的化学组成，但晶架结构不受破坏的现象。四面体片：Al3+For Si4+八面体片：Mg2+、Fe3+or Fe2

20、+For Al3+26/56同晶替代作用Critical to understanding how soils develop the capacity to attract and retain cationsAlOSi4+SiOOOOO无净电荷无净电荷AlOAl3+SiOOOOO净负电荷净负电荷Soil development-Mg2+27/56大小相近：Fe3+离子半径 0.064nm Al3+离子半径 0.057nm （Y）电性相同，电价同或不同。电价同：晶体内电性中和；不同：晶体带电！28/56土壤粘粒矿物可以主要吸附阳离子，避免随水流失。粘粒对阳离子养料的吸附粘粒对阳离子养料的吸附

21、，是土壤中一个极为重要的特性，与土壤肥力关系甚大！粘土矿物：最普遍的情况是低价离子代中心离子。如：Al3+For Si4+；Mg2+For Al3+粘粒矿物以带负电荷为主！2:1型、2:1:1型普遍；1:1型较少。29/562 2、硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性、硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性四个类组：四个类组：高岭组高岭组 蒙蛭组蒙蛭组 水化云母组水化云母组 绿泥石组矿物绿泥石组矿物30/56包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等等单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成，单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成，故称故称1:1型矿物。型矿物。p单位晶胞的分子式可

22、表示为单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8高岭组（高岭组（1:1型矿物）型矿物）31/56高岭石的矿物结构高岭石的矿物结构32/56高岭石高岭石 1:11:1型高岭石类晶体结构模型图型高岭石类晶体结构模型图 33/56高岭组（高岭组（1:1型矿物）续型矿物）续 晶层之间以氢键连接，联结力强、膨胀性很弱。晶层之间以氢键连接，联结力强、膨胀性很弱。pC轴方向上相邻晶层层面不同，一是硅片的氧面，一是铝片的氢氧面，层轴方向上相邻晶层层面不同，一是硅片的氧面，一是铝片的氢氧面，层面间产生键能较强的氢键，不易膨胀，膨胀系数面间产生键能较强的氢键，不易膨胀，膨胀系数5。晶层间距约。晶层间距约

23、0.72nm 胶体特性弱胶体特性弱p矿物颗粒大小属胶体（矿物颗粒大小属胶体（100毫微米）范围，但仍较粗，总表面积小。毫微米）范围，但仍较粗，总表面积小。电荷数量少电荷数量少p硅片、铝片同晶替代极少。硅片、铝片同晶替代极少。p负电荷来源：一是晶体外表面的断键；二是晶体边面负电荷来源：一是晶体外表面的断键；二是晶体边面OH基在碱性中性条基在碱性中性条件下解离。件下解离。p对水和阳离子的吸附力弱，对水和阳离子的吸附力弱，CEC=3-15 cmol(+)/kg-1 主要存在于风化程度较高的土壤中。主要存在于风化程度较高的土壤中。p主要普遍而大量存在于南方热带和亚热土壤中，在华北、西北、东北及主要普遍

24、而大量存在于南方热带和亚热土壤中，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。西藏高原土壤中含量很少。34/56B.蒙蛭组（蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）型膨胀性矿物）蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等;代表矿物蒙脱石。单位晶胞分子式：代表矿物蒙脱石。单位晶胞分子式：Al4Si8O20(OH)4nH2O两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石晶层。为晶层。为2:1型矿物。型矿物。35/56蒙托石的矿物结构蒙托石的矿物结构36/56蛭石与蒙脱石结蛭石与蒙脱石结构示意图构示意图2:1型蒙脱石类晶体结构模型图型蒙脱石类晶体结构模型图 37/56

25、 晶层之间通过键相连，联结力弱。晶层之间通过键相连，联结力弱。pC轴方向上相邻晶层层面都是轴方向上相邻晶层层面都是SiO构成，层间只有很小的分子引构成，层间只有很小的分子引力。层间因水分的进出而涨缩力。层间因水分的进出而涨缩.晶层间距晶层间距0.962.14nm。蛭石为。蛭石为0.961.45nm 胶体特性突出。胶体特性突出。p蒙脱颗粒细微，有效直径（蒙脱颗粒细微，有效直径（0.011毫微米），总表面积大。毫微米），总表面积大。电荷数量大，同晶替代现象普遍。电荷数量大，同晶替代现象普遍。p蒙脱石主要在铝片中发生，一般蒙脱石主要在铝片中发生，一般Mg2+代代Al3+，而蛭石主要在硅片，而蛭石主要

26、在硅片中替代。产生大量负电荷。中替代。产生大量负电荷。CEC：蒙脱：蒙脱 80-120cmol（）（）/kg；蛭石：蛭石：150cmol（）（）/kg，对水和阳离子具有较强的吸附力。，对水和阳离子具有较强的吸附力。主要存在于风化度低的东北、华北和西北地区土壤中。主要存在于风化度低的东北、华北和西北地区土壤中。B.蒙蛭组（蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）续型膨胀性矿物）续38/56特征：特征：（1 1）2:12:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子式为型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子式为K K2 2(Al(Al FeFe Mg)Mg)4 4(SiAl)(SiAl)8 8O O2020(OH)(

27、OH)4 4 nHnH2 2O O。（2 2）无膨胀性）无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有在伊利石晶层之间吸附有钾离子钾离子，对相邻两晶，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1.0nm1.0nm。（3 3）电荷数量较大）电荷数量较大 202040Cmoles(+)kg40Cmoles(+)kg-1-1。（4 4）胶体特性一般）胶体特性一般 总表面积为总表面积为707012012010103 3m m2 2kgkg-1-1，其可塑性，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。、粘结性、粘着性和

28、吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。水化云母组水化云母组（2:12:1型非膨胀性矿物）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。区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。why？39/562.无膨胀性无膨胀性 伊利石晶层层间吸附伊利石晶层层间吸附的主要是钾离子。的主要是钾离子。K+半陷在晶面半陷在晶面6个氧离子所构成的晶穴内，它个氧离子所构成的晶穴内，它同时相邻受两晶层负电荷是吸附同时相邻受两晶层负电荷是吸附，故对相邻两晶层产生了很强的，故对相邻两晶层产生了很强的键联效果。晶层不易膨胀。

29、键联效果。晶层不易膨胀。晶层晶层间距间距1.0nm。Illite is similar to muscovite and is the most common clay mineral,often composing more than 50 percent of the clay-mineral suite in the deep sea.Because of possible charge imbalance,Ca and Mg can also sometimes substitute for K.The K,Ca,or Mg interlayer cations prevent the

30、 entrance of H2O into the structure.Thus,the illite clays are non-expanding clays.40/56伊利石的结构示意图41/56绿泥石组绿泥石组（2:1:12:1:1型）型）绿泥石为代表，是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物绿泥石为代表，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：特征：（1 1）2:1:12:1:1型晶层结构型晶层结构 绿泥石的分子式：绿泥石的分子式：(Mg(MgFeFeAl)Al)1212(SiA

31、l)(SiAl)8 8O O2020(OH)(OH)1616。（2 2）同晶替代较普遍元素组成变化较大，阳离子交换）同晶替代较普遍元素组成变化较大，阳离子交换量为量为101040Cmoles(+)kg40Cmoles(+)kg-1-1。（3 3）颗粒较小，总面积为）颗粒较小，总面积为70-15070-15010103 3m m2 2kgkg-1-142/56绿泥石粘粒矿物结构示意图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由两层四面体与两层八面体构成2:22:2型矿物型矿物43/56不易膨胀不易膨胀2:1型中四面体中的型中四面体中的Si部分被部分被Al3+替代，产负电荷；水镁石间替代

32、，产负电荷；水镁石间层中层中Al3+代代Mg2+产正电荷，产正电荷，正负静电作用；滑石的氧离正负静电作用；滑石的氧离子与水镁石的子与水镁石的OH基之间形成基之间形成氢键；晶层间结合力强，不氢键；晶层间结合力强，不易膨胀。易膨胀。晶层间距晶层间距1.4nm。水镁石或水铝石片水镁石或水铝石片滑石（滑石（2：1）44/56硅酸盐粘土矿物的种类及特性高岭石组高岭石组蒙脱石组蒙脱石组水化云母组水化云母组绿泥石组绿泥石组构造类型构造类型1：12：12：12：1：1键合力键合力氢键氢键分子键分子键离子键离子键静电、氢键静电、氢键胀缩性胀缩性胀缩性弱胀缩性弱胀缩性强胀缩性强胀缩性弱胀缩性弱胀缩性较强胀缩性较强

33、晶层间距晶层间距nm0.72121.01.4同晶置换同晶置换少少多多较多较多较多较多阳离子交换量阳离子交换量cmol（+）/kg土土3158015020402040颗粒表面颗粒表面m2/kg*10103700103100103100103分布分布南方酸土南方酸土温带草原温带草原干旱土壤干旱土壤沉积物、冲积沉积物、冲积物形成的土壤物形成的土壤45/56二、非硅酸盐粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物 结构比较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物结构比较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石。和水铝英石。氧化物矿物既可呈结晶质状态存在，也可以非晶质状态存在。氧化物矿

34、物既可呈结晶质状态存在，也可以非晶质状态存在。无论是结晶质还是非晶质的氧化物，电荷的产生都不是通过同晶替代无论是结晶质还是非晶质的氧化物，电荷的产生都不是通过同晶替代获得，而是通过质子化和表面羟基获得，而是通过质子化和表面羟基H+的离解。既可带负电荷，也可带的离解。既可带负电荷，也可带正电荷，决定于土壤溶液中正电荷，决定于土壤溶液中H+离子浓度的高低。如：离子浓度的高低。如：式中式中M代表铁、铝、锰、硅等原子。当表面羟基失去一个氢离子后，表面代表铁、铝、锰、硅等原子。当表面羟基失去一个氢离子后，表面就带负电荷。当表面羟基吸附一个氢离子后，表面就带正电荷。就带负电荷。当表面羟基吸附一个氢离子后，

35、表面就带正电荷。46/5632OFe（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-Fe2O3）：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。47/56（二）氧化铝其中起重要作用的主要是非晶质（无定形）的铁铝其中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，如氧化物。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子，如土

36、壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定，失去其有土壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定，失去其有效性。效性。三水铝石三水铝石 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。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。大致在北纬大致在北纬3030 以南地区的土壤中才出现三水铝石。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。主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中。3Al(OH)48/56（三）水铝英石（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、发育的幼

37、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。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。表面积一般为70300103m2kg-1。OnHySiOOxAl223249/56（四）氧化硅（四）氧化硅蛋白石经进一步脱水结晶后可变为：蛋白石经进一步脱水结晶后可变为：玉髓、石英、玉髓、石英、方英石和磷石英方英石和磷石英蛋白石蛋白石呈致密状或钟乳状，纯的蛋白石呈致密状或钟乳状，纯的蛋白石无色，但因无色，但因混入不同杂质呈红、黄、褐、绿等各种颜色。

38、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广泛分布于火山灰来源的土壤中蛋白石的多少可以作为古土壤埋藏表层的指标矿物。蛋白石的多少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。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：结晶态氧化硅：主要是主要是 石英石英非晶质的氧化硅：非晶质的氧化硅：蛋白石（蛋白石（）OnHSiO2250/561 1、风化递变学说、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。第三节第三节 我国土壤粘

39、土矿物分布规律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的关系一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系51/56 粘土矿物也可能不是直接从原来的矿物变过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：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）结晶态粘土矿物老化老化SiO2nH2OAl2O3nH2OFe2o3nH2O酸胶基 碱胶基非结晶态粘土矿物52/56二、我国土壤粘土矿物分布规律二、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、

40、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。53/56（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

41、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54/56 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式55/56本章小结本章小结本章的主要内容是土壤矿物质的组成及粘本章的主要内容是土壤矿物质的组成及粘土矿物的结构与性质。土矿物的结构与性质。真章的重点是粘土矿物的结构和性质，认真章的重点是粘土矿物的结构和性质，认真理解和掌握

42、粘土矿物的结构和性质对学真理解和掌握粘土矿物的结构和性质对学习好以后各章有重要的作用。可以帮助你习好以后各章有重要的作用。可以帮助你正确理解土壤的许多理化性质。正确理解土壤的许多理化性质。主要掌握几种代表性的粘土矿物。主要掌握几种代表性的粘土矿物。1 1、2 2、3 3、56/56课后练习课后练习 核心名词：核心名词：p原生矿物，次生矿物，四面体，八面体，同晶替换，原生矿物，次生矿物，四面体，八面体，同晶替换，2：1型型 思考题：思考题：p什么叫做矿物什么叫做矿物?p分析原生矿物和次生矿物在土壤中的主要作用是什么分析原生矿物和次生矿物在土壤中的主要作用是什么?p试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同?p试比较高岭石组矿物与蒙脱石组矿物在性质上的差异试比较高岭石组矿物与蒙脱石组矿物在性质上的差异?以及产生这以及产生这些差异的原因是什么些差异的原因是什么?