第二单元土壤矿物质.pdf

第二单元 土壤矿物质第二单元 土壤矿物质土壤矿物是土壤的主要组成物质，构成了土壤的“骨骼”一般占土壤固相部分重量的95％-98％左右固相的其余部分为有机质、土壤微生物体，但所占比例小，一般在固相重量的5％以下第一单元 土壤矿物质的矿物组成和化学组成第一单元 土壤矿物质的矿物组成和化学组成矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本单位一、土壤矿物质的主要元素组成土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化而来元素周期表中的全部元素几乎都能从土壤中发现，但主要的约有 10余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、铜、钼等氧(O)和硅(Si)是地壳中含量最多的两种元素，分别占了 47％和 29％，两者合计占地壳重量的 76．0％；铁、铝次之，四者相加共占 88．7％的重量二、土壤的矿物组成土壤矿物按矿物的来源，可分为原生矿物和次生矿物原生矿物是直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源而次生矿物，则是由原生矿物分解转化而来的第二单元 粘土矿物第二单元 粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物(一)构造特征1．基本结构单位构成层状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。

1)硅氧四面体(或简称四面体) 四面体基本的结构是由 1 个硅离子(Si4+)和 4 个氧离子(O2-)所构成2)铝氧八面体(或简称八面体) 八面体基本的结构是由 1 个铝离子(A13+)和 6 个氧(O2-)离子(或氢氧离子)所构成2．单位晶片从化学上来看，四面体为(Si04)4-，八面体为(AlO6)9-，四面体和八面体分别各自聚合，聚合的结果，在水平方向上四面体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面体片(简称硅片)硅片顶端的氧仍然带负电荷，硅片可用n(Si4O10)4-表示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，排列成八面体片(简称铝片)3．单位晶层 由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物硅片和铝片以不同的方式在 C 轴方向上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层两种晶片的配合比例不同，而构成 1：1 型、2：1 型和2：1：1型晶层 1：1 型单位晶层由一个硅片和一个铝片构成2：1 型单位晶层由两个硅片夹 1个铝片构成2：1：1 型单位晶层在 2：1 单位晶层的基础上多了 1 个八面体片水镁片或水铝片，这样2：1：1 型单位，晶层由两个硅片、1个铝片和 1 个镁片(或铝片)构成。

I4．同晶替代 同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象二)硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性1．高岭组 又叫 1：1 型矿物，是硅酸盐粘土矿物中结构最简单的一类包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等具有以下特点：(1)1：1 型的晶层结构 晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成，硅片和铝片的比例为1：1，故又称1：1型矿物高岭石是土壤中最常见的一种 1：1型硅酸盐粘土矿物2)无膨胀性 由于在 C 轴方向上相邻晶层的层面不同，一个是硅片的氧面，一个是铝片的氢氧面，这样两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键，使相邻晶层间产生了较强的连接力，晶层的距离不变，不易膨胀，膨胀系数一般小于 5％3)电荷数量少晶层内部硅片和铝片中没有或极少同晶替代现象，其负电荷的来源一是晶体外表面的断键，二是晶体边面 OH 基在碱性及中性条件下的离解阳离子交换量只有 3～15cmol(+)／kg，负电荷的数量随颗粒的粗细、晶格的歪斜程度及 pH 值的高低不同而异4)胶体特性较弱 虽然矿物颗粒大小在胶体范围，但颗粒较其它的硅酸盐粘土矿物粗其外形大部分为片状，有效直径为 0.2-2urn。

颗粒的总表面积相对较小, 可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都较弱高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少2．蒙蛭组又叫 2：1 型膨胀性矿物，包括蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等具有以下特征：(1) 2：1 型的晶层结构 晶层由二层硅片夹一层铝片构成，硅片和铝片的比例为 2：1，故又称2：1型膨胀性矿物2)胀缩性大 具有很大的胀缩性3)电荷数量大同晶替代现象普遍，蒙脱石主要发生在铝片中，一般以 Mg2+代 A13+，而蛭石的同晶替代主要发生在硅片中替代的结果使这组粘土矿物都带大量的负电荷，蒙脱石的阳离子交换量可高达80～120cmol(+)／kg，而蛭石可高达 150cmol(+)／kg4)胶体特性突出颗粒呈片状，蒙脱石颗粒细微，颗粒的总表面积大，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都特别显著，对耕作不利蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广蛭石广泛分布于各大土类中，但以风化不太强的温带和亚热带排水良好的土壤中最多3．水化云母组又叫2：1 型非膨胀性矿物或伊利组矿物，具有以下特征：(1) 2：1 型晶层结构 晶层结构与蒙脱石相似，同样是由两层硅片夹一层铝片组成，硅片和铝片的比例为2：1，故又称 2：1型非膨胀性矿物。

伊利石是其主要代表2)无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有钾离子，钾离子半陷在晶层层面 6 个氧离子所构成的晶穴内，它同时受相邻两晶层负电荷的吸附，因而对相邻两晶层产生了很强的键联效果，连接力很强，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为 1．0nm3)电荷数量较大 同晶替代较普遍，主要发生在硅片中，但部分电荷被 K+离子所中和，阳离子交换量介于高岭石与蒙脱之间，20～40cmol(十)／kg4)胶体特性 一般颗粒大小介于高岭石和蒙脱石之间，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伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是西北、华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低三、非硅酸盐粘土矿物土壤粘土矿物组成中，除层状硅酸盐外，还含有一类矿物结构比较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石一)氧化铁针铁矿(a—FeOOH)在温带、亚热带与热带的土壤中大量存在，一般晶体都很小，比较大的带黄色，较小的带棕色，常呈针状，故称为针铁矿赤铁矿(a—Fe203)，在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在，在黄色或棕色的土壤中是不存在的赤铁矿呈很明显的红色土壤呈红色即由于有赤铁矿的存在。

二)氧化铝土壤中常见的铝氧化物是三水铝石[Al(OH)3]，主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中三)水铝英石水铝英石(xAl2O3·ySiO2·nH2O)，是由氧化硅、氧化铝和水组成的非晶质硅酸盐矿物水铝英石具有较高的阳离子交换量，为 10～15cmo[(+)／kg其大小决定于土壤溶液中 pH和水化程度水铝英石是火山灰土壤中的主要粘土矿物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，因铝、硅氧化物溶胶的共同沉淀而生成水铝英石四)氧化硅土壤粘粒中的氧化硅有结晶质和非晶质两种形态结晶的氧化硅主要是 ɑ-石英，非晶质的氧化硅称为蛋白石(SiO2·nH2O)，是硅酸凝胶经部分脱水的产物，也可由硅氧四面体构成，但排列没有规则蛋白石经进一步脱水结晶后可变为玉髓、石英、方英石和磷石英等变体，并常伴生在一起第三节 我国土壤粘土矿物分布规律第三节 我国土壤粘土矿物分布规律我国土壤粘土矿物分布规律：中国科学院南京土壤研究所根据我国不同地区、山地高原和平原丘陵地带土壤粘土矿物组成，把全国土壤粘土矿物分布划分为 7 个区：1．水云母区包括新疆、内蒙古高原西部、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2．水云母一蒙脱石区 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3．水云母一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4．水云母一蛭石一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5．蛭石一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6．高岭一水云母区包括浙、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7．高岭区 包括贵州南部、闽粤东南沿海、南海诸岛及台湾气候湿热，土壤粘粒中以高岭石为主。