第一章土壤矿物质

第一章土壤矿物质主要内容:第一节土壤矿物质的组成第二节粘土矿物第三节我国粘土矿物分布规律第一节土壤矿物质的组成一、土壤矿物质的元素组成地壳中、土壤中多的元素有：1）O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、P、S地壳中：O47%Si29%Al8.05%Fe4.65%合计88.7土壤中：O49%Si33%Al7.13%Fe3.8%合计92.3%2）植物生长所需P、S0.1%N0.01%3）土壤继承地壳化学组成遗传特点,地壳中多的土壤中也多，地壳中少的土壤中也少，但元素含量发生变化，增加的有O、Si、C、N，显著下降的有Ca、Na、K、Mg。第一节土壤矿物质的组成二、土壤矿物质的矿物组成原生矿物：岩浆冷凝形成的矿物，土壤中未发生化学改变。次生矿物：原生矿物在H2O、CO2、O2、生物等作用下，矿物组成、结构、性质发生改变而形成的矿物。第一节土壤矿物质的组成二、土壤矿物质的矿物组成1、土壤中的原生矿物常见的有：石英、长石（正长石、斜长石）、云母（黑云母、白云母）、辉石、角闪石、橄榄石、磷灰石、黄铁矿等等。1）石英：SiO2原子晶体，乳白色，硬度7，抵抗物理、化学风化作用强。2）钾长石：多肉红色，硬度6，抵抗风化能力强。3）钠长石：NaAlSi3O8多灰白色，抵抗风化能力强。4）钙长石：CaAl2Si2O8多灰白色，抵抗风化能力强5）白云母：KAl2Si3O10(OH)2白，片状解理，硬度2-3，易物理风化，抗化学风化。二、土壤矿物质的矿物组成1、土壤中的原生矿物6）黑云母：KH2(Mg,Fe)3AlSi3O12黑，片状解理，硬度2.5-3，易物理风化，化学风化。7）辉石：Ca(Mg,Fe,Al)[(Si,Fe)2O6]绿黑色，硬度5-6，易风化。8）角闪石：Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11](OH)2褐色或黑色，硬度5.5-6，易风化。9）橄榄石：(Mg,Fe)2SiO4绿色，极易风化。10）磷灰石：Ca5(PO4)3(F,Cl)颜色较多（灰白、黄、绿、黄褐），硬度5，抵抗风化能力强。11）黄Fe矿：FeS2金黄色，硬度6-6.5，极易风化。原生矿物的类型和数量很大程度上取决于矿物的稳定性，抗风化能力强，土壤中就多，如：石英、正长石、白云母、磷灰石。原生矿物是植物养分重要来源，P、K、Ca、Mg、S、微量元素。第一节土壤矿物质的组成二、土壤矿物质的矿物组成2、土壤中次生矿物1）易溶盐、微溶盐：K+、Na+、Ca2+、Mg2+等盐Cl-、SO42-、CO32-、PO43-等盐，硫化物2）粘土矿物：层状铝硅酸盐类矿物(晶体)SiFeAl氧化物及水化氧化物。第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)1、高岭组2、蒙蛭组3、水化云母组4、绿泥石组二、非硅酸盐粘土矿物1、氧化铁2、氧化铝3、水铝英石4、氧化硅第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)（一）构造特征1、硅氧四面体和硅氧片硅氧四面体：SiO44-正四面体形状。第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)（一）构造特征1、硅氧四面体和硅氧片硅氧片：（单位晶片）第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)（一）构造特征2、铝氧八面体和铝氧片铝氧八面体：AlO69-第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)（一）构造特征2、铝氧八面体和铝氧片铝氧片第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿晶体)（一）构造特征3、单位晶层1：1型第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（一）构造特征3、单位晶层2：1型第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)（一）构造特征4、同晶替代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。例如：Al3+与Fe3+Si4+被Al3+Al3+被Mg2+由于同晶替代作用产生负电荷，称为永久电荷。第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性1、高岭组：1：1型非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石热带、亚热带土壤中多。华中、华南、西南。1）1：1型2）无膨胀性，氢键作用0.72nm，膨胀性小于5%3）电荷数量少，同晶替代弱或无，负电荷来源断键，3-15cmol(+)/kg4)胶体性较弱，较其它粘土矿物粗，塑性，粘结性，吸湿性弱。0.2-2µm第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性2、蒙蛭组2：1型膨胀型粘土矿物，蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石，东北华北西北较多。1）2：1型2）胀缩性大0.96-2.14nm层间分子引力3）电荷数量多：80-120cmol(+)/kg发生铝片Al3+被Mg2+替代。4）胶体性质突出：颗粒细小。0.01-1µm第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性3、水化云母组：2：1型非膨胀性粘土矿物，青藏高原东北西北华北1）2：1型2）无膨胀性：k+位六边形晶六中，起键联作用，层间1.0nm3）电荷数量较多：同晶替代普遍，发生硅片Si4+被Al3+替代，20-40cmol(+)/kg4）胶体特性：大小介于前二者之间，力学性质介于前二者之间。第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性4、绿泥石组：混层型矿物，富含MgFe极少量铬，由母质遗留下来较多，也可由其它粘土矿物转化而来。1）2：1：1型：1层2：1型晶片，1层水镁片或水铝片。2）同晶替代普遍：含Mg2+,Al3+,Fe3+,Si4+还含有Cr,Mn,Ni,Li10~40cmol(+)/kg3）颗粒较小：力学性质，吸湿性适中。第二节粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物1）水化程度不等的铁、锰、铝、硅氧化物和水铝英石。2）既可带正电荷，又可带负电荷，电荷产生是由质子化或表面—OH的H+解离产生。称为可变电荷。第二节粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物1、氧化铁1）针铁矿：Fe2O3.H2O，晶体小，呈现针状，故针铁矿。大点的黄色，小点的棕色。一部分Fe3+被Al3+结晶程度差。温带、亚热带、热带土壤中大量存在。2）赤铁矿：2Fe2O3.H2O红色，六角形板状红壤、赤红壤、砖红壤发红的原因。第二节粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物2、氧化铝三水铝石：Al2O3.3H2O热带、带热带高风化酸性土壤中，北纬30度以南作为脱硅富铝化的指标。铁铝氧化物：土壤中有：离子态——无定形态——晶态前二者非晶态，颗粒小，表面积大，土壤中作用强后者晶态，颗粒大，表面积小，土壤中作用弱。第二节粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物3、水铝英石：xAl2O3.ySiO2.nH2O1）非晶质矿物2）Si/Al约为1~23）阳离子交换量大，10-15cmol(+)/kg受PH影响4）表面积大，非晶态5）火山灰土中主要粘土矿物，在高海拔，低温，中量，林下土壤心土层也存在。第二节粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物4、氧化硅1）结晶类α—石英2）非晶态：蛋白石（SiO2.nH2O），凝胶富含铁质热带土壤灰化土中来源于植物残体，植物体内SiO2多为凝胶或蛋白石第三节我国粘土矿物分布规律一、粘土矿物形成假说二、影响因素三、我国粘土矿物的分布规律第三节我国粘土矿物分布规律一、粘土矿物形成假说1、新生：风化沉淀说风化释放酸胶基SiO2.nH2O碱胶基Fe2O3.nH2O、Al2O3.nH2O合成粘土矿物2、转变：直接从原来矿物转变来白云母-水云母-蛭石-蒙脱石-高岭石-三水铝石第三节我国粘土矿物分布规律二、影响因素1、气候：干燥气候蒙脱石、伊利石多湿热气候高岭石、氧化物多1）转变说：风化强度不断增加2）新生说：K+丰富（水云母），Mg+多（蒙脱石），盐基少（高岭石）2、母质影响不同母质粘土矿物差异较大1）河流冲积物：富含水云母2）湖积物、淤积物：富含蒙脱石、水云母3）黑云母：易形成蛭石或黑云母蛭石夹层矿物4）表土层：矿物组成具有明显地带性，受风化淋溶成土作用强烈。3、地形因素影响1）水热再分配影响风化强度，影响粘土矿物类型。2）影响风化产物搬云堆积。第三节我国粘土矿物分布规律三、我国粘土矿物的分布规律1、水云母区：水云母为主，其次蒙脱石绿泥石。新疆、内蒙高原西部、柴达木盆地、青藏大部2、水云母蒙脱石区蒙脱石增加，内蒙高原东部、东北3、水云母蛭石区青藏高原东南边缘山地、黄土高原、华北平原西部有绿泥石，东部有蛭石、蒙脱石4、水云母——蛭石——高岭石区秦岭山地、长江中下游平原狭长地带、适宜条件都可单独为主要成分。5、蛭石——高岭石区四川盆地、云贵高原、喜玛拉雅东南东部蛭石多，三水铝石多西部蛭石少，氧化物多6、高岭石——水云母区浙、闽、湘、赣及奥、桂大部7、高岭区贵州南部、闽、奥东南沿海、南海诸岛、台湾