土壤学(第二章) 土壤矿物质
土壤地理学教学大纲第一部分：土壤地理理论教学大纲
土壤地理学教学大纲第一部分：土壤地理理论教学大纲一、教学目的和要求土壤地理学是自然地理学与土壤学之间的边缘科学，它是以土壤与地理环境之间的特殊矛盾为对象，研究土壤的发生、发育、分异和分布规律的科学。
《土壤地理学》作为地理与资源环境系地理科学专业的专业必修课，重点阐述土壤剖析、土壤发生、土壤分类、土壤类型、土壤分布以及土壤资源的合理利用与保护等内容。
通过系统学习，使学生掌握土壤地理学的基本知识、基本原理和技能，为后续课程的学习及日后从事相关工作打下基础。
二、课程内容与学时分配课程内容与学时分配表内 容 学 时第一章 绪论 4第二章 土壤矿物质 5第三章 土壤有机质 4第四章 土壤生物 2第五章 土壤水分 4第六章 土壤空气和热量 4第七章 土壤物理性质 4第八章 土壤胶体与土壤吸收性能 4第九章 土壤溶液 2第十章 土壤形成和发育 4第十一章 土壤分类 2第十二章 土壤主要类型 2第十三章 土壤空间分异规律与土壤分区 4合计 45第一章 绪论土壤与人类，土壤与地理环境，土壤概念（重点），土壤性质（重点），土壤剖面划分（重点），土壤地理学研究对象、内容和方法（难点），21世纪土壤科学发展展望作业：1.人类应该以什么样的态度来看待和利用土壤？2.怎样理解土壤在地理环境中的地位和作用，以及土壤和人的关系？3.试从地理环境要素相互联系、相互作用的角度证明地理圈中包含着土壤圈。
4.请亲自观察校园绿地或者附近农田林地，选择一个具体的单个土体，运用所学的知识阐述土壤是一个开放系统，并说明该土壤开放系统中的主导物质能量迁移转化过程。
第二章 土壤矿物质土壤矿物质的来源和组成，土壤原生矿物，土壤矿物质形成与转化（难点、重点），土壤次生矿物（重点），土壤矿物质地理分布作业：1.土壤的基本组成是什么？如何看待它们之间的关系？2.试分析地壳和土壤中元素组成的异同点。
3. 试说明土壤次生粘土矿物的构造特征和共同特性。
4. 如何确定土体硅铁铝率与迁移系数，阐述其土壤地理意义。
第二章 土壤的形成、分类与分布
3．母质透水性对成土作用有显著影响
总而言之，土壤母质与土壤矿物质的矿物组成和化学组成、土壤 机械组成有着先天的关系，同时也影响到土壤成土作用。
土壤的形成过程
(1)岩石风化过程 形成疏松的成土母质 形成原始土壤 形成成熟土壤 高等植物
(2)低等植物着生过程
(3)高等植物生长过程 微生物、低等植物 风化作用 岩石 成土母质
盐化、脱盐过程
盐化过程是指土体中各种易溶性盐类在土壤表层积 聚的过程。发生在滨海区、干旱区、半干旱区，形成具 盐化层的盐渍土。
脱盐化过程是指盐 渍土中可溶性盐在 降水、人为因素等 作用下降低或排出 土体或迁移到下层 的过程。
碱化、脱碱化过程
碱化过程是指土壤胶体上吸持较多交换性钠，使土壤呈碱 性反应，并引起土壤物理性质恶化的过程。结果在土壤底层形 成具碱化层的碱化土，pH值大于9.0。 脱碱化过程是指通过淋洗和化学改良，从土壤吸收性复合 体上除去钠离子的过程。 盐化与碱化相伴随进行。先盐化，发生脱盐化过程，土壤 胶体发生交换性钠吸附，从而产生碱化，即碱化土是盐化、脱 盐化相互交替的结果。
“岩漆”阶段：自养型微生
物
“地衣”阶段：异养型微 生物－原始微生物群落 “苔藓”阶段：生物风化 与成土过程速度升高
有机质聚积过程 是指在各种植物和水、 热等成土因素的综合作用下, 在土体中特别是土层上部大 量积累有机物的过程。
黏化过程
土体中粘土矿物的生成和聚集过 程。可分为残积黏化过程和淀积 黏化过程。 残积黏化：原生矿物进行土内风 化形成黏粒，未经迁移。 淀积黏化：风化作用形成的黏粒 受水份的机械淋洗，迁移到一定 深度的土层聚集，是该层黏粒含 量增加，质地变黏。
处于A层的下面，是物质淀积作用造成的。淀积的 物质可以来自土体的上部，也可来自下部地下水 的上升，可以是粘粒也可以是钙铁锰铝等，淀积 的部位可以是土体的中部也可以是土体的下部。 一个发育完全的土壤剖面必须具备这一个重要的 土层。
土壤学
第一章土壤矿物质土壤三相组成：固相（矿物质95%、有机质5%）、液相（土壤液体）、气相（土壤气体）矿物：是经各种地质作用，自然产生于地壳中的化合物或化学元素，是具有一定化学成分和物理性质的自然均质体，是组成岩石的基本单位。
原生矿物：是指那些经过不同程度的物理风化，为改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。
土壤原生矿物以硅酸盐、铝硅酸盐占绝对优势。
次生矿物：原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物，如各种盐类CO32-、SO42- 、SiO42- 、Cl-等。
次生粘土（粒）矿物：层状硅酸盐类和含水氧化物类，是土壤粘粒的主要组成。
粘粒（土）矿物：组成粘粒的次生矿物，主要包括：层状的硅酸盐矿物和氧化物类。
前者是晶型矿物，后者有晶型的，也有非晶型的。
粘土矿物分类：（一）层状硅酸盐a。
硅氧四面体b。
铝氧八面体单位晶层：（1:1型单位晶层铝氧片和硅氧片特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。
多出现与酸性土壤，如高岭石类。
2:1型单位晶层两层硅氧片夹一层铝氧片，特点：胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附阳离子。
如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。
2:1:1型单位晶层）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结构保持不变的现象。
同晶替代的结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，使土壤具有保肥能力。
（可变电荷）同晶替代的规律：1、高价阳离子被低价阳离子取代的多；因此，土壤胶体一般其净电荷为阴性。
2、四面体中的Si4+被Al3+离子所替代，八面体中Al3+被Mg2+替代。
3、同晶替代现象在2:1和2:1:1型的粘土矿物中较普遍，而1:1型的粘土矿物中则相对较少。
硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性：（1）高岭组1:1型矿物无膨胀性电荷数量少阳离子交换量小胶体特性较弱华北、西北、东北（2）蒙蛭组2:1型胀缩性大电荷数量大同晶替代胶体特性突出东北、华北、西北蒙脱石主要发生在铝片中，一般以Mg2+代Al3+，蛭石的同晶替代主要发生在硅片中。
土壤矿物质
一、岩石的化学组成和矿物组成
（一）岩石的化学组成 岩石的化学成分极其复杂，元素周期表中的全 部元素几乎都能从岩石中发现，但主要的约有 20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。
地壳和土壤的平均化学组成（重量%）
元素 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H
地壳中 47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.45
（ 0.15 ）
土壤中 49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.40 ?
元素 Mn P S C N Cu Zn Co B Mo
地壳中 0.10 0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003 0.003
第一节 土壤矿物质的化学组成和矿物组成
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。矿物的种类很多，共约3300种以上。
从学习土壤学角度讲，着重关注的是成土矿 物，以及某些作为肥料和土壤改良剂来源的矿物。
土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化 而来。为此，讨论土壤矿物的化学组 成，必须知道地壳的化学组成。
白云母较难风化，风化 产物为细小的鳞片状， 强烈风化后能形成高岭 石等粘土矿物。
普通角闪石 Ca(Mg,Fe)3Si4O12
角闪石呈细长柱状，深绿至黑色， 玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～ 6.0，角闪石主要分布在岩浆岩和 变质岩中的片麻岩和片岩中。在 岩石中呈针状或纤维状。伴生矿 物为正长石、斜长石和辉石， 角 闪石易风化，风化产物为粘土矿 物。
白云石是由方解石、菱美矿结合
土壤学课件第二章土壤矿物质2
结晶态氧化物 胶膜态
氧化铁 氧化铝
粘粒矿物 粘土矿物
非结晶态
Clay mineral
凝胶态 amorphous 其它 碳酸盐、硫酸盐、氯化物 others
（一）原生矿物 primary minerals
1.原生矿物概念：在风化合成土过程中未改变化学组成的原始成岩矿物。
2.土壤中主要原生矿物
正长石 斜长石
土壤矿物元素组成主要是：氧、 硅、铝、铁，其它元素的量相对较 比较少。
一.土壤矿物基本组成 composition of soil minerals
原生矿物
Primary minerals 高岭石
土壤矿物
Soil minerals
层状铝硅酸盐
蒙脱石
伊利石
结晶态 Crystalline
次生矿物
Secondary minerals
（二） 次生矿物 secondary minerals
1.次生矿物的概念 在风化和成土过程中新形成的矿物。次生矿物一般比较小，属于 粘粒范围，因此，也有人叫它粘土矿物或者粘粒矿物(clay minerals). 粘土矿物（粘粒矿物）clay mineral ；粒径大小在粘粒范围内的 次生矿物称之。 2.粘土矿物意义:粘土矿物的类型和特征综合地反映土壤的风化和成 土条件。研究和鉴定它的类型、数量和特征具有以下意义： （1）可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位，在土壤分类 学中，次生矿物成为鉴别土类的主要依据。 （2）有助于了解土壤一系列理化性状（吸湿性、可塑性、胀缩 性、离子吸附性），判断土壤肥力特征。 （必须更加关注粘土矿物）
（二） 次生矿物 secondary minerals
3.次生矿物主要类型
（三） 土壤矿物质主要元素组成和硅铝铁律
《土壤学》章节笔记
《土壤学》章节笔记第一章土壤概述一、土壤的定义与功能1. 土壤的定义：土壤是地球陆地表面的一层复杂自然体，它是由矿物质、有机质、水分、空气和生物等多个组成部分相互作用形成的。
土壤不仅是植物生长的介质，也是地球生态系统的重要组成部分。
2. 土壤的功能：（1）生产功能：- 提供植物生长所需的水分和养分。
- 为植物根系提供支持和固定。
- 作为农业生产的基础，直接影响作物产量和品质。
（2）生态环境功能：- 维持生物多样性，为微生物、动物和植物提供栖息地。
- 参与地球上的水循环，影响地表水和地下水的质量和数量。
- 吸收、转化和降解环境中的污染物，具有自净能力。
- 固定碳素，对全球气候变化有重要影响。
（3）水文功能：- 调节降水径流，减少水土流失。
- 储存水分，缓解干旱对植物生长的影响。
- 过滤和净化水分，影响水质。
（4）社会功能：- 提供建筑和工程用地的基础。
- 作为文化和历史遗产的一部分，反映人类活动的历史。
- 为人类提供休闲娱乐的场所。
二、土壤的形成与分类1. 土壤的形成：土壤的形成是一个长期的地质过程，主要包括以下几个阶段：（1）成土过程：母质经过物理、化学和生物作用形成土壤的过程。
（2）土壤风化：母质在气候因素作用下发生物理和化学变化。
（3）土壤侵蚀：水流、风力等自然因素和人类活动导致土壤流失。
（4）土壤沉积：侵蚀后的土壤物质在低洼地带沉积。
土壤形成的主要因素：（1）气候：温度和降水影响土壤的风化和生物活动。
（2）母质：提供土壤的矿物质和部分养分。
（3）生物：植物、动物和微生物通过其生命活动影响土壤的形成。
（4）地形：影响土壤的水分、温度和侵蚀程度。
2. 土壤的分类：土壤分类系统多样，以下是一些常见的分类方法：（1）按土壤质地分类：- 砂土：颗粒粗糙，通透性好，但保水保肥能力差。
- 壤土：颗粒适中，通透性和保水保肥能力较好。
- 粘土：颗粒细小，保水保肥能力强，但通透性差。
（2）按土壤酸碱度分类：- 酸性土壤：pH值小于7，常见于湿润气候区。
《土壤肥料学》第二章 土壤有机质 思考题解析
《土壤肥料学》第二章土壤有机质课后思考题解析1、什么是矿质土壤和有机质土壤？矿质土壤简称矿质土,主要是由矿物质组成的、其特性主要由矿物质所决定的土壤.通常含有不到20％的有机质,具有30厘米厚的有机质表土层.有机质土壤是指在土壤学中，一般把耕层含有机质20%以上的土壤。
2、不同土壤中的有机质的来源途径有哪些？对于原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源；自然植被条件下，土壤有机质主要来源于地面植物残落物、根系残体和根系分泌物，其次来源于生活在土内的动物和微生物。
农业土壤的有机质主要来源于施入土壤的各种有机肥料，植物遗留的根茬、还田的秸秆以及翻压的绿肥等有机物质。
3、什么是土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程？土壤有机质的矿化过程是指在微生物作用下，复杂的有机物质分解成为简单无机化合物的过程。
土壤腐殖化过程是指土壤有机质在微生物作用下，不仅可以分解成为简单的无机物，同时经过生物化学作用，又可以重新合成更为复杂而且比较稳定的特殊的高分子有机物，即腐殖质。
4、含氮有机物的矿质化过程分为哪几个阶段？具体阶段的条件、过程、结果如何？含氮有机物的矿质化过程可分为4个阶段，水解过程、氨化过程、硝化过程和反硝化过程。
水解过程是，蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物。
氨化过程是经水解生成的氨基酸在多种微生物的作用下，产生氨气的过程，条件是在好气、厌氧条件下均可进行，只是不同种类微生物的作用不同。
硝化过程是在通气良好的条件下，氨化作用产生的氨气在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸。
反硝化过程是硝态氮在土壤通气条件不良的情况下，受反硝化细菌作用还原成气态氮（N2,N2O)的过程.5、土壤腐殖质的形成经历哪几个阶段?土壤腐殖质的形成经历两个阶段，为动植物残体分解阶段和新高分子有机物合成阶段。
6、土壤腐殖质酸的组分和性质如何？腐殖酸的主要组成是胡敏酸和富里酸，通常占腐殖酸总量的60%左右。
土壤学——土壤母质和矿物质
第二章土壤母质和矿物质第二章 土壤母质和矿物质主要内容（重点）：1.土壤矿物质的矿物组成和化学组成2.粘土矿物（重点）3.我国土壤粘土矿物分布规律教学目标与要求：1.了解常见的土壤原生矿物和次生矿物的种类2.重点掌握土壤黏土矿物的结构单元、结构类型、同晶代 换以及不同类型黏土矿物的特性。
教学方式与手段：幻灯，动画演示；举例分析；分子模型演示主要内容（重点）：课时数：3课时第一节土壤母质土壤母质：岩石的风化产物，又称成土母质，简称母质。
㈠几种主要岩石类型和特性㈡主要成土矿物的组成和特性㈢岩石的风化作用及其影响因素㈣风化作用的类型㈤风化作用的产物㈥风化产物的类型第一节土壤母质一、几种主要岩石的类型和特性岩浆岩岩浆岩：指地球内部熔融岩浆上浸地壳的一定深度或喷出地表冷却凝固所形成的岩石。
共 性：岩浆岩：玄武岩非碎屑壮的块状构造；没有规则的层次排列；不含化石。
第一节土壤母质一、几种主要岩石的类型和特性沉积岩沉积岩：地壳表面的岩石经风化、搬运、沉积等作用后，在一定条件下胶结硬化所形成的岩石。
其约占地表总面积的75%。
共性：有明显的层理构造；矿物成分复杂并呈碎屑状组织；有时含有化石。
第一节土壤母质一、几种主要岩石的类型和特性变质岩变质岩：沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵入的影响,其矿物组成、结构、构造,以至化学成分发生剧烈改变后形成的。
共性：一般具有片理及片麻构造；矿物质地致密，坚硬；不易风化。
例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。
第一节土壤母质一、几种主要岩石的类型和特性土壤中的原生矿物（一）（一）长石类矿物长石类矿物正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。
（二）（二）云母类云母类白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。
黑云母也是钾元素的来源，更易分解，风化。
（三）角闪石与辉石类矿物含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。
（四）石英矿物不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。
第一节 土壤母质一、几种主要岩石的类型和特性土壤中的原生矿物（五）（五）氧化铁类矿物氧化铁类矿物赤铁矿（Fe 2O 3） ，常使土壤染成红色。
土壤矿物质介绍
3、水解作用
矿物中的盐基离子被水所解离的H+置换，分解 形成新矿物的作用，称为水解作用。 水解作用是最主要的化学风化作用。 温度升高，水的电离度升高，水解作用加强。 CO2显著提高水的水解能力； 热带亚热带地区的水解作用比高寒地区强的多。 在合适的条件下，水解作用可以使矿物彻底分 解成简单的氧化物。
2、粘土岩类
以粘土为主要成分的沉积岩石称为粘土岩 页岩：具页状层理，是分布最广的沉积岩，易风化， 风化产物质地细，含有较多的养分。 泥岩：不具层理的粘土岩。风化产物与页岩类似。
3、化学岩及生物化学岩类
由化学或生物化学作用沉淀而成的沉积岩称为化学 岩或生物化学岩。 石灰岩：一般白色或灰色，含杂质多时可呈深色， 主要成分为碳酸钙，主要矿物为方解石，遇盐酸放 出气泡。 白云岩：一般白色或灰色，主要矿物是白云石，主 要成分CaCO3、MgCO3，遇盐酸微弱起泡。
（三）生物风化
岩石在生物的作用下发生破碎、分解的过程称为生 物风化。 表现在两个方面： ---机械破坏作用：根系活动、土壤动物的活动 ---生物化学作用：分泌有机酸、有机分解产物对岩石 矿物的破坏作用。
二、母质类型
母质就是岩石矿物经过各种风化作用后形成的疏松 多孔物质，是土壤形成的原始材料。 母质的主要类型有：残积母质、坡积母质、洪积母 质、河流冲积母质、湖泊沉积母质、浅海沉积母质、 风积母质等七大类。
1、国际制粒级分类
国际制粒级分类法源于瑞典土壤学家Atterberg的分 级制。 各粒径标准均采用十进制，简明易记。
2、卡庆斯基分级制（原苏联）
该分级制由原苏联土壤学家卡庆斯基拟定，在我国 广泛使用。 将大于3毫米的部分，称为土壤的粗骨 小于3毫米的部分，成为细粒 以0.01毫米为界限，将大于此界限的称为物理性粘粒， 小于此限的称为物理性砂粒。 小于0.001毫米的称为粘粒。
慕课土壤学第二单元测验答案
土壤学第二单元质量百分比最大的是土壤矿物质石英是最稳定的土壤矿物橄榄石最容易风化土壤含量最多元素是氧蒙脱石所带负电荷最多在伊利石晶石之间吸附有钾离子同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同蒙脱石是2:1型矿物水镁片或水铝片是由硅片或铝片通过同晶替代作用形成。
原始土壤有机质最早来源是微生物土壤有机质中含量最多是碳土壤有机质分解和转化的主要驱动力来源于土壤微生物淀粉最容易分解土壤矿物质的元素组成以铁、氧、铝、硅为主。
在强烈风化的土壤中，针铁矿、三水铝石、赤铁矿等次生矿物在土壤中很稳定。
土壤矿物质的组成、结构和性质对土壤的生物学性质、化学性质、物理性质、生物化学性质均有深刻影响。
土壤矿物按来源可以分为次生矿物、原生矿物层状硅酸盐黏土矿物类型2:1:1、1:1、2:1常见的非硅酸盐黏土矿物油氧化硅、水铝英石、氧化铝、氧化铁构成层状硅酸盐黏土矿物晶格的基本结构单位是硅氧四面体、铝氧八面体农耕地土壤有机质微生物、作物根、有机肥料、根系分泌物土壤有机质含量与气候、植被土壤类型、地形有关有机质绝大部分直接来源于根系分泌物、动物排泄物、植物残体、动物残体影响分解和转化的因素有机残体特性、土壤温度、土壤水分、干湿交替判断题：（还没有答案）土壤原生矿物是植物养分的重要来源。
√土壤中的矿物质主要由岩石中矿物变化而来。
√土壤黏土矿物的同晶替代作用，以低价离子取代高价离子最为普遍，使黏土矿物更易带负电。
√高岭组矿物是硅酸盐黏土矿物中结构最简单的一类。
√土壤有机质矿化分解的最终产物全部是CO2和H2O。
×土壤腐殖物质简称土壤腐殖质。
×高岭组矿物是1:1吗√同晶替代中，替代和被替代离子的大小相近、电荷相同？√土壤有机质的主体：腐殖质的主体是：。
土壤学2
<20
质
砂壤土
≥20
地
壤土 轻粘土
<20
分
中粘土
类
粘土
重粘土
≥40 <40
<30
30~35 35~40 40~60
极重粘土
>60
我国将土壤质地分为砂土 sand、壤土loam和粘土clay三大 组，每组再细分。
一般常用的质地种类有：
砂土、砂壤土、轻壤土、 中壤土、重壤土、粘土
沙性土 壤性土
黏性土
>80
>85
>65
表 1－9 中国土壤质地分类（邓时琴，1985、1996）
质地 质地名称
组
颗粒组成（粒径：mm）（％）
砂粒（1~0.05） 粗
粉
粒细 粘 粒
（0.05~0.01）
（<0.001）
3.
极重砂土 >80
我
砂土
重砂土
70~80
国
中砂土 轻砂土
60~70 50~60
土
砂粉土
≥20
壤
壤土
粉土
按照风化作用的因素和特点，分为：
物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用
1.物理风化作用 指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过 程。物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而 不改变其矿物组成和化学成分。
(1)主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。 (2)盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀。 产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。
植物根的机械破坏作用
(2)地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化； (3)呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。
第2章第1节土壤理化性质及生态效应环境土壤学讲义
第一节 土壤物质组成及其生态功能
气 相：土壤空气
土壤
液 相：土壤水分 矿物质（95%）
固 相 有机质（5%） 生物体
一、土壤矿物质
土壤矿物质是土壤的主要物质组成成 分，占到土壤固相部分总重量的95%左右， 矿物质的大小、组成比例、矿物质的结构 特征和土壤的矿物组成等对土壤一系列性 质起着决定性作用。
Silicon (Si) and oxygen (O) are the two most abundant elements in the earth’s crust -29 percent and 47 percent, respectively. These two elements, along with lesser amounts of others, combine in different ways to form a huge array of minerals. 土壤矿物元素组成主要是：氧 、硅、铝、铁，其它元素的量相对 比较少。
面体片（硅片）和八面体片（铝片）
硅片用 n (Si4O10)4-表示
铝片用 n (Al4O12)12-表示
Share 1 oxygen
Share 2 oxygens
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、铝片以不同方式进行堆叠，形成层状铝
硅酸盐的单位晶层；
第二章 土壤理化性质及 其生态环境效应
• O层：半分解或未分解的有机残体组成，主要是植物
残体（枯落物层)； • A层：受生物气候或人类活动影响形成的有机质积累 和物质淋溶表层。有机质含量高，颜色较暗黑；（腐 殖质层） • E层：是硅酸盐粘粒、铁铝等物质明显淋失的漂白淋 溶层 ；（淋溶层 ） • B层：硅酸盐粘粒、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他 盐类和腐殖质等物质聚积的层 ；（沉淀层） • C层：与土壤发育有密切关系的岩石风化物层；（母
土壤基础理 第二章
第一篇 土壤基础理论
• 第二章 土壤的组成
第二章 土壤的组成
•
土壤，作为农业生产的基本资料和作物生长
的重要环境条件，是一种疏松多孔的物体，它是
由大小不等的微细土粒 (固体颗粒) 堆集而成，在
固体颗粒之间是各种大小和形状的孔隙，土壤空
气和水分经常充满着这些孔隙。所以，土壤是由
固、液、气三相物质组成的，在这三相物质中，
体积约占土壤总体积的 2--45％，它是土壤的
“血液”部分。气相物质即土壤空气，其体积约
占土壤总体积的5--48％ 。
第二章 土壤的组成
土壤的三相物质，是土壤各种性质产生 和变化的物质基础，也就是肥力的基础。在 基本农田的建设工作中，改造土壤，首先就 是改造土壤的固相组成，调节三相比，使之 适合于作物丰产的要求。
§2-1 土壤矿物质
• 土粒的形状都是不规则的，特别是薄 片状和棍棒状的细土粒，在长、宽、高三 个方向上相差很大，因此人们把不同形状 的土粒假定为理想的球形土粒，把这个理 想球体的直径叫做“当量直径”或“有效 直径”，以这个“当量直径”作为划分土 粒的标准。所以在土壤学中所说的土粒直 径(粒径)往往是指其“当量直径”。
§2-1 土壤矿物质 • 二、土壤矿物质的化学组成
• 土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中 所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、 钛、碳等10种元素占土壤矿物质总重的99％以上， 其它元素不过1％。这些元素中，以氧、硅、铝、铁 四种元素含量最多。如以氧化物的形态来表示， SiO2、Al2O3和Fe2O3三者之和通常约占土壤矿物 质部分总重量的75％以上。因此，人们常把它们看成 为土壤的骨干成分。从我国主要土壤的化学组成分析 中也可得到证明(表1-2-1)。
第二章2 土壤机械组成.
石砾
>0.01
砂 粗砂粒 粒 细砂粒
2－0.2 0.20.02 0.02－ 0.002
物理性 砂粒
粉砂粒
<0.01 物理性 黏粒
黏粒
<0.002
黏粒
胶粒
1、国际制（ISSS）：三级分类制 国际制是1930年第二届国际土壤学会提出的，其特点是十进制， 以粒径2 mm为土粒的上限，以小于0.002为土粒的下限。
（三）各粒级矿物组成和化学组成如下：
（1）矿物组成 • 砂粒主要是由各种原生矿物组成的，其中以石英最多，其次 是原生硅酸盐矿物。 • 土壤中原生矿物很少，基本上是次生矿物，主要是高岭石、
蒙脱石和水云母三类以及铁、铝等的氧化物和氢氧化物。
（2）化学组成 • 以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高； • 则以次生硅酸盐矿物为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多。
1．国际制土壤质地分类标准
• (1)砂土及壤土类以黏粒含量在15％以下为其主 要标准；黏壤土类以黏粒含量在15％一25％为其 主要标准；黏土类以含黏粒25％以上为主要标准。 • (2)当土壤含粉粒达45％以上时，在上述4类质 地名称前加“粉质”字样。 • (3)当砂粒含量在55％一85％时，则在各类名称 前加“砂质”字样。如砂粒大于85％，则称壤质 砂土，其中砂粒达90％以上者称为砂土。 ☻ 根据这个分类标准将土壤划分为砂土、壤土、 黏壤土和黏土4类12级
2、粘质土（clayey soil）
(1)水分状况：透水性差，土内排水不畅，低洼处易受渍害 （waterlogging );保水性强，但有效性差；结构不良时，裂 隙大，土内蒸发严重，易受干旱。 (2)空气状况：通气性差， O2少，嫌气性强。 (3)养分状况：潜在养分多；保肥性强；养分转化慢，但有效 性差，肥劲稳长。 (4)热状况：热容量和导热率高，土温稳定，温差小，群众称 之为“冷性土”。 (5)耕性：粘重、坚硬、难耕，阻力大，质量差，适耕期短。 (6)发棵性：“发老不发小，把籽不养苗”。播种质量差，易 造成“缺苗断垄”。作物后期易发生贪青晚熟。 (7)适种性：耐水肥、中晚熟作物品种。禾本科植物。叶菜类。
第二章土壤基本组成、性质和分类
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤有机质的含量及其组成 土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、
N，其次是P和S，C/N比大约在10左右。 土壤有机质中主要的化合物组成是类木质
素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素以 及乙醚和乙醇等可溶性化合物。
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤有机质的含量及其组成
第二章 土壤的基本组成、 性质和分类
第一节 土壤生态系统的基本组成
土壤是由固体、液体和气体三相物 质组成的疏松多孔体。
固相物质包括岩石风化后的产物，即土壤 矿物质；土壤中植物和动物残体的分解产 物和再合成的物质；以及生活在土壤中的 微生物。前者构成土壤的无机体，后二者 构成土壤的有机体。
在土壤固相物质之间，为形状和大小不同 的孔隙。
第一节 土壤生态系统的基本组成
(二）土壤腐殖酸 1．土壤腐殖酸的分组
腐殖物质是一类组成和结构都很复杂 的天然高分子聚合物，其主体是各种腐殖 酸及其与金属离子相结合的盐类，它与土 壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合 体，因而难溶于水。
溴仿-乙醇混合物
第一节 土壤生态系统的基本组成
2．土壤腐殖酸的性质 (1)土壤腐殖酸的物理性质
在孔隙中，充满水分和空气。
第一节 土壤生态系统的基本组成
一、土壤矿物质 土壤矿物是土壤固相的主体物质，构成了土 壤的“骨骼”，占土壤固相总质量的90％以 上。而土壤矿质胶体是土壤矿物质中最活跃 的组分，其主体是黏粒矿物。土壤黏粒矿物 胶体表面在大多数情况下带负电荷，比表面 大，能与土壤固、液、气相中的离子、质子、 电子和分子相互作用，影响着土壤中的物理、 化学、生物学过程与性质。分析土壤矿物及 其组成对鉴定土壤类型、识别土壤形成过程 具有重大的意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁赤铁矿(γ-Fe2O3)：
暗红棕色，存在于高度风化且有机质少的表土。
磁铁矿（Fe3O4）：
棕黑色，多存在于母质中,有时与磁赤铁矿共存。 无定形铁（Fe(OH)3）：
棕色，胶膜，锈水。
（2）氧化铁的形态及转化
非游离铁
全铁 （Fet） 游离铁 结晶质
（Fed）
无定形或活性铁
（Feo）
非络合铁
络合铁（Fep）
33.27%，Fe2O3含量11.85%，计算其硅铝铁率、硅
铁率。
解：
41.89
33.27
SiO2的分子含量＝——— ＝0.698 Al2O3的分子含量＝——— ＝0.326 60 102 11.85 SiO2 0.698 Fe2O3的分子含量＝——— ＝0.074 ——— ＝——————＝1.75 160 R2O3 0.326+0.074
3. 水化云母(伊利石)组（又称2 :1型非膨胀性矿物）
特点：(1) 2 :1型 SiO2/Al2O3：3～4
(2) 非膨胀性
单位晶胞化学式：
K2(Al· Fe· Mg)4(Si· Al)8O20(OH)4· nH2O
晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm。 (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较 大，但部分被层间K+中和，有效电荷量少于蒙脱石。
复习思考题
一、名词解释
1.同晶替代
2. 硅铝铁率
3. 硅铝率
二、思考题
1. 土壤在元素组成和矿物组成上有何特点？ 2. 试述各类硅酸盐矿物的特点。
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
3. 原生矿物是植物养分的重要来源 。
Ca、Mg、K、P、S等
（二）次生矿物
原生矿物分解转化形成的矿物。
以粘土矿物为主，又以结晶层状硅酸盐矿物为主；
此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物 。
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
第二节
(一)构造特征
粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物
1. 基本结构单位
(2) 膨胀性大 晶层以分子引力联结，晶层间距： 蒙脱石0.96～2.14nm 蛭石0.96～1.45nm (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍
(4) 颗粒较细，呈片状
可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著，对耕
作不利。
蒙脱石在我国北方土壤分布较广，蛭石分布在
风化不太强而排水良好的土壤中。
土壤学 资源环境学院土地资源与农业化学系
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
第一节 土壤矿物质的 矿物组成和化学组成
一、元素组成
表2-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%）
元素
O Si Al Fe Ca Na K Mg Mn
地壳中
47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.10
土壤中
49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.085
沉淀 老化、结晶
溶胶——→凝胶（非晶质）—————→结晶质
当溶胶SiO2/Al2O3＞3，可形成2:1型矿物
当溶胶SiO2/Al2O3＜3，可形成1:1型矿物及 氧化铝矿物 风化液pH与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、 负电荷数量和沉淀凝胶中正负电荷胶体的比例。 盐基离子Mg2+、K+等直接参与新矿物合成，分 别形成富钾（伊利石）、富镁（蛭石、绿泥石）等
+H2O，-K -K -Mg -Si -Si
（2）风化沉淀（自然合成）学说
原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。 SiO2· nH2O 土壤正常pH条件下带负电荷，酸胶基
Al2O3· nH2O， Fe2O3· nH2O 带正电荷，碱胶基 盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，决定溶液pH， 并参与矿物形成。 正负电荷胶体相互中和沉淀组成新矿物。
(4) 可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。
伊利石主要存在于我国北方干旱地区土壤中。
四为代表，富含镁、铁） 特点：(1) 2:1:1型 三八面体，化学式为(Mg· Fe· Al)12(Si· Al)8O20(OH)16
(2)同晶替代现象普遍
硅片、水铝片和水镁片上均有发生，硅片中
Al3+代Si4+、铝片中Mg2+代Al3+产生负电荷，水镁
片中Al3+ 代Mg2+产生正电荷，两者相抵为净负电
荷，介于伊利石与高岭石之间。
(3) 颗粒较小
可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性居中
土壤中绿泥石多来自母质，沉积岩和沉积物中
较多
二、非硅酸盐粘土矿物
铁、铝、硅、锰等的氧化物及其水合物、水 铝英石。 结晶质和非晶质。 可变电荷：表面羟基的质子化或离解，因介质pH
第二章
土壤矿物质
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
1.土壤的矿物组成和化学组成；
主要内容
2.层状硅酸盐矿物的特征和种类； 3.土壤中的氧化物； 4.粘土矿物的形成和分布规律。 1.了解土壤矿物的矿物和化学组成；
教学目标 与要求
2.掌握层状硅酸盐矿物的结构特征；
3.掌握土壤中常见的硅酸盐矿物；
4.了解我国土壤粘土矿物的分布规律。
4. 水铝英石
非晶质硅酸盐矿物，火山灰土壤的主要粘
土矿物,Si/Al变化在1-2之间。比表面较大，带较
多负电荷，数量决定于水化程度和溶液pH。
三、粘土矿物的形成和分布规律
1. 粘土矿物形成途径 风化和成土过程中形成的次生矿物,两种形成途径。
（1）原生矿物风化淋溶直接演变
云母类——→伊利石—→蛭石—→蒙脱石—→高岭石—→三水铝石
(2) 膨胀性小
晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢键
(3) 电荷数量少
同晶替代极少
(4) 颗粒较大（有效直径0.2～2μ m）， 可塑性、 粘结性、吸湿性、粘着性弱 2. 蒙脱石组 包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等。
特点：(1) 2:1型 单位晶胞的理论化学式：Al4Si8O20(OH)4· nH2O 蒙脱石理论硅铝率SiO2/Al2O3=8/2=4
铝氧八面体
铝层
硅片（硅氧片）图示法
铝片（水铝片）图示法
3. 单位晶层 （1）1:1型
一层硅层与一层铝层重叠而成
1:1型层状硅酸盐(高岭石)晶体结构示意图
（2）2:1型
两层硅层中间夹一铝层
2:1型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图
（3）2:1 :1型
2:1型基础上增加一铝层(或镁层)
2:1:1型层状硅酸盐（绿泥石）结构示意图
元素
P S C N Cu Zn B Mo
地壳中
0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003
土壤中
0.08 0.085 2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
1. 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88.7%以上；
土壤铁的游离度（%）= Fed/ Fet × 100
土壤铁的活化度（%）= Feo/ Fed × 100
土壤铁的络合度（%）= Fep/ Fed × 100
无定形→隐晶质→晶质
2. 氧化铝
硅酸盐矿物彻底分解产物
土壤中常见：三水铝石[Al2O3· 3H2O，Al(OH)3]
粘土矿物：湿热强度风化——脱硅富铝化的指标之一
我国北纬30度以南土壤（红壤、砖红壤等）
中才出现。
花岗岩风化土壤中较多。山地土壤中也有三
水铝石存在
无定形铁铝氧化物比表面大，包被土粒，改
变表面性质可吸附固定H2PO4-等阴离子，减低其
有效性。
3. 氧化硅（粘粒）（结晶质和非晶质） 晶质以α—石英为主；非晶质为蛋白石 (SiO2· nH2O)，脱水结晶为玉髓、石英、方石英、 鳞石英等变体。 土壤中部分蛋白石来源于有机体,其含量常与 有机质含量有关。可作为古土壤埋藏表层的指示 性矿物。
3. 我国土壤粘土矿物分布规律
全国分为7个分布区。
北方以水云母（伊利石）为主的1、2、3区
秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分 布区(4区)
南方西部蛭石和高岭石为主的分布区（5区） 南方以高岭石为主的6、7分布区 西北和青藏高原水云母区（ 1 区），土壤风化程 度最低 华南高岭区（7区）土壤风化程度最高
矿物。
2. 粘土矿物的形成条件
粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关。
南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高，
粘土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率
为2左右，属铁铝土。
北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型(伊利石、
蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低，属
硅铝土。
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
4. 同晶替代 指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的 其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。
发生同晶替代后，硅酸盐矿物产生负电荷。
(二)硅酸盐矿物的种类
1. 高岭(石)组
特点：(1) 1:1型
包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等。
单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8
SiO2/Al2O3=4/2=2
硅铝铁率：土壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3
（R2O3）含量的分子比。
硅铝率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比。
硅铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3的分子比。
硅铝铁率可以反映土壤母质的化学风化程度。
硅铝铁率还可以反映土壤的成土过程和保肥能力。