第一章土壤礦物質(zhì)

SoilMineralMatter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)量的多少決定于礦物的穩(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-）由一個硅離子(Si4+)和四個氧離子(O2-)組成，三個氧在三角形底部，硅在中間，一個氧在上面，構(gòu)成四個面，每個面由三個氧離子所構(gòu)成。第二節(jié)粘土礦物（2）鋁氧八面體(AlO69-→Al4O1212-→Al4（OH）8O44-)由一個鋁離子(Al3+)和6個氧離子(O2-)構(gòu)成2.單單位位晶晶片片硅氧氧四四面面體體(SiO4)4-，鋁氧氧八八面面體體(AlO6)9-是不不穩(wěn)穩(wěn)定定的的，，各各自自聚聚合合形形成成四面面體體片片---硅片片n(Si4O10)4-八面面體體片片---鋁片片n(Al4O12)12-3、單單位位晶晶層層由于于硅硅片片和和鋁鋁片片都都帶帶有有負(fù)負(fù)電電荷荷，，不不穩(wěn)穩(wěn)定定，，相相互互重重疊疊，，形形成成層層狀狀硅硅酸酸鹽鹽的的單單位位晶晶層層。。硅片片和和鋁鋁片片的的重重疊疊方方式式有有：：硅片片/鋁鋁片片---1:1型型硅片片/鋁鋁片片/硅硅片片---2:1型型硅片片/鋁鋁片片/硅硅片片/水水鎂鎂(鋁鋁)片片---2:1:1型型（1）1:1型一一層層硅硅層層與與一一層層鋁鋁層層重重疊疊而而成成1:1型層層狀狀硅硅酸酸鹽鹽(高嶺嶺石石)晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖（2）2:1型兩兩層層硅硅層層中中間間夾夾一一鋁鋁層層2:1型層層狀狀硅硅酸酸鹽鹽（（蒙蒙脫脫石石））晶晶體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖（3）2:1:1型2:1型上上增增加加一一鋁鋁層層(或鎂鎂層層)2:1:1型層層狀狀硅硅酸酸鹽鹽（（綠綠泥泥石石））結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖4、同晶晶替替代代(isomorphoussubstitution)指硅硅酸酸鹽鹽礦礦物物的的中中心心離離子子被被電電性性相相同同、、大大小小相相近近的的其其它它離離子子所所代代替替而而礦礦物物晶晶格格構(gòu)構(gòu)造造保保持持不不變變的的現(xiàn)現(xiàn)象象。。Al3+0.057nmFe3+0.064nm（2）不不等等價價替替代代：：晶晶形形不不變變，，電電性性改改變變。。硅硅酸酸鹽鹽礦礦物物一一般般產(chǎn)產(chǎn)生生負(fù)負(fù)電電荷荷（（低低價價代代替替高高價價））。。（1）等價替代：：晶形和電性性不變。如Al3+替代Si4+，Mg2+替代Al3+(二)硅酸鹽礦物的的種類和特點點1、高嶺(石)組（kaolinitgroup）：包括高嶺石、、埃洛石、珍珍珠陶土等。。特點：(1)1:1型；(2)膨脹性小：硅硅片和鋁片之之間存在氫鍵鍵；(3)電荷數(shù)量少：：同晶替代極極少；(4)顆粒較大：可可塑性、粘結(jié)結(jié)性、吸濕性性和粘著性弱弱。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、蛭蛭石等。特點：(1)2:1型；(2)膨脹性大；(3)電荷數(shù)量大,同晶替代現(xiàn)象象普遍；(4)顆粒較細(xì)，呈呈片狀,可塑性、粘結(jié)結(jié)性、吸濕性性、粘著性強(qiáng)強(qiáng)，對耕作極極為不利。3、水化云母(伊利石)組（Hydrousmica(illite)group）：又稱2:1型非膨脹性礦礦物特點：(1)2:1型(2)非膨脹性晶晶層之間吸吸附有K+(3)電荷數(shù)量大同同晶替代代現(xiàn)象普遍(4)可塑性等性質(zhì)質(zhì)介于高嶺組組和蒙脫組之之間。4、綠泥石組（Chloritegroup）特點：(1)2:1:1型；(2)同晶替代現(xiàn)象象普遍；(3)顆粒較小,可塑性、粘結(jié)結(jié)性、吸濕性性和粘著性居居中。二、非硅酸鹽鹽粘土礦物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)化和成成土作用與粘粘土礦物組成成的關(guān)系第三節(jié)我國土壤粘土土礦物分布規(guī)規(guī)律1、粘土礦物形形成途徑：粘粘土礦物是風(fēng)化和成土土過程中形成成的次生礦物物,它有兩種形成成途徑。（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)說原生礦物的徹徹底風(fēng)化產(chǎn)物物重新組合沉沉淀而成。風(fēng)化產(chǎn)物：SiO2·nH2O帶負(fù)電荷，酸酸膠基；Al2O3·nH2O、Fe2O3·nH2O帶正電荷，堿堿膠基。鹽基離子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+等決定溶液pH，并參與礦物物形成。粘土礦物的形形成：正負(fù)膠膠體相互中和和沉淀組成新新礦物。沉淀老老化、結(jié)結(jié)晶溶膠——→凝膠（非晶質(zhì)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型礦物及氧化化鋁礦物風(fēng)化液pH與鹽基淋溶有有關(guān)，并影響響膠體的正、、負(fù)電荷數(shù)量量和沉淀凝膠膠中正負(fù)電荷荷膠體的比例例。鹽基離子Mg2+、K+等直接參與新新礦物合成，，分別形成富富鉀（伊利石石）、富鎂（（蛭石、綠泥泥石）等礦物物。2、粘土礦物的的形成條件粘土礦物形成成與氣候等成成土條件密切切相關(guān)。南方熱帶磚紅紅壤、亞熱帶帶紅壤礦物風(fēng)化程度高。粘土礦物以以1:1型為主，并有有三水鋁石，，粘粒硅鋁鐵鐵率為2左右，屬鐵鋁鋁土。北方溫帶地區(qū)區(qū)，粘粒礦物物為各種2:1型(伊利石、蒙脫脫石等)，粘粒硅鋁鐵鐵率多在3以上。風(fēng)化度低，屬硅鋁土。。（一）水云母母區(qū)包括新疆、內(nèi)內(nèi)蒙古高原西西部、柴達(dá)木木盆地、青藏藏高原大部。。土壤粘土礦礦物以水云母母為主，其次次為蒙脫石和和綠泥石。（二）水云母母－蒙脫石區(qū)區(qū)包括內(nèi)蒙古高高原東部、大大小興安嶺、、長白山地和和東北平原大大部分。土壤壤粘粒中蒙脫脫石明顯增多多。（三）水云母母－蛭石區(qū)包括青藏高原原東南邊緣山山地、黃土高高原和華北平平原。西部山山地土壤粘粒粒中綠泥石，，東部多蛭石石，華北平原原土壤粘粒中中蒙脫石也不不少。（四）水云母母－蛭石－高高嶺區(qū)包括秦嶺山地地和長江中下下游平原，為為一狹長的過過渡地帶，在在適宜條件下下，水云母、、蛭石和高嶺嶺石都可成為為土壤粘粒中中的主要成分分。二、我國土壤壤粘土礦物分分布規(guī)律二、我國土壤壤粘土礦物分分布規(guī)律（五）蛭石－－高嶺區(qū)包括四川盆地地、云貴高原原、喜馬拉雅雅山東南端。。土壤粘粒中中云母退居次次要成分，以以蛭石和高嶺嶺為主。東部部蛭石尤多，，并多三水鋁鋁石；西部蛭蛭石較少，氧氧化物含量很很高，山地地土壤中水云云母含量隨海海拔高度升高高而增加。四四川盆地土壤壤中還有不少少蒙脫石。（六）高嶺－－水云母區(qū)包括浙、閩、、湘、贛大部部和粵、桂北北部。土壤中中粘粒部分結(jié)