土壤矿物质

土壤的物质组成

土壤中不同组分的作用

土壤中的矿物质被称为土壤的“骨骼”；

土壤有机质被称为土壤的“肌肉”或肥力的“精华”。

土壤水分和溶解于其中的养分构成的土壤液相被称为土壤的“血液”。

各种生物是土壤中多种生物过程的驱动力。

土壤三相的物质组成和特性，是土壤肥力的基础，调节三相的比例，可以改变土壤肥力条件。

第二章节土壤矿物质

第一节

土壤矿物质的矿物组成和化学组成

一、土壤矿物基本组成

（一）原生矿物

1.原生矿物概念：

在风化和成土过程中未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。

2.原生矿物类型：

土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势，常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等。

3.原生矿物对土壤肥力的贡献

(1)构成了土壤的骨骼—粗的土粒

(2)提供潜在养分—通过风化作用逐渐释放

另外，原生矿物能说明成土母质成因特征：如果土壤中原生矿物丰富，说明土壤相当年轻；随着土壤年龄增长，原生矿物含量和种类逐渐减少。

（二）次生矿物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。

粘土矿物（粘粒矿物）：粒径大小在粘粒范围内的次生矿物称之。

2.粘土矿物意义

（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、土壤矿物质主要元素组成

（一）土壤矿物质元素组成特点

1.土壤矿物质主要元素组成为O、Si、Al、Fe.其中，O+Si=76%, O+Si+Fe+Al=88.7%

2.不同粒级颗粒的矿物质化学组成有所不同：

(1) 随粒径由大到小，SiO2含量由多到少；

(2) R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相反，随粒径由

大到小，R2O3含量由少到多；

(3) CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含量增加

3.在地壳中植物生长的必需营养元素含量很低，其中P+S<0.1% 、N<0.001%，且分布不均匀。

（二）土壤矿物质的硅铝铁率

1. 概念

（1）硅铝率，又称Sa 值：土壤粘粒中二氧化硅与三氧化二铝的分子数（摩尔数）之比。Sa=SiO2/Al2O3

（2）硅铝铁率，又称Saf值：土壤粘粒矿物的二氧化硅分子数与三氧化二铁、三氧化二铝分子数之和的比。

Saf=SiO2/Fe2O3+Al2O3) =SiO2/R2O3

2. 意义

（1）判断粘土矿物的组成及大体特征。

（2）与土壤母岩对比，分析土壤成土过程；Sa增大，土壤有脱铝现象（酸性淋溶---灰化土）；Sa减小，土壤有富铝化作用（红壤）

（3）对照土壤剖面上下各层硅铝率，说明物质淋溶状况。

（4）判断土壤带电性。SiO2叫酸胶基，带负电； R2O3叫碱胶基，带正电

3.例题：

某土壤粘粒部分SiO2含量为41.89%，Al2O3含量33.27%，Fe2O3含量11.85%，计

算其硅铝铁率、硅铝率。

解：SiO2的分子含量＝ 41.89/60 ＝0.698 Al2O3的分子含量＝33.27/102 ＝0.326 Fe2O3的分子含量＝11.85/160 ＝0.074

Saf ＝SiO2/ R2O3 ＝0.689/ (0.326+0.074)＝1.75 一、层状硅酸盐粘土矿物

一）铝硅酸盐粘土矿物的构造特征

1.粘土矿物的基本结构单元

之一：硅氧四面体（或简称四面体） 一个硅离子和四个氧离子构成。

之二：铝氧八面体（或简称八面体六个氧离子（或氢氧离子）环绕一个中心铝离子排列而成。

3.单位晶层

粘土矿物的基本结构单元

硅氧四面体 铝氧八面体

❑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型等类型的矿物。

（二）层状铝硅酸盐黏粒矿物的主要类型及性质

硅氧四面体晶层与铝氧八面体晶层的不同组合形成了不同类型的层状铝硅酸盐粘土矿物。

高岭石特征(1:1型矿物）

这一组矿物主要有：高岭石，珍珠陶土，迪凯石，埃洛石等

1.晶层结构为1:1型（1:1layer silicates）

2.分子式Al2Si2O5（OH）4--Al2O

3.2SiO2.2H2O Sa值=SiO2/Al2O3=2

3.晶架结构内部同晶替代少(little isomorphous substitution)（永久电荷少）

4.晶层之间为H键，胀缩性小（little shrink-swell)

5.只有外表面，无内表面

6.高岭石外表面氢（H）离子可以被解离，表面带负电荷（可变电荷多）

7.外形是片状(明显的六角形片状，粒径在0.10~5μ.多数在0.2~2 μ

8.粘着力、可塑性弱

这类矿物主要分布在南方热带和亚热带土壤中，而华北、东北、西

北及西藏高原土壤中含量较少

蒙脱石特征(2:1型胀缩性矿物）

这一组矿物主要有：蒙脱石，拜来石，绿脱石，蛭石等

1.晶层结构为2:1型（2:1layer silicates）

硅氧四面体

铝氧八面体

膨胀晶格：蒙脱石类

不膨胀晶格：水云母类

1:1型黏土矿物：高岭石类

2:1型黏土矿物：

混合型黏土矿物：