土壤学(第二章)-土壤矿物质

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 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 (1)硅氧四面体（SiO44-→Si2O52-→Si4O104- ）
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
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
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 Fe2O3的分子含量＝——— ＝0.074
160
SiO2
0.698
——— ＝——————＝1.75
R2O3 0.326+0.074
(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
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 包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等。
特点：(1) 1:1型 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。
二、矿物组成
表2—2
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(一)原生矿物 1. 原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主；
以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。常见石英、 长石、云母、辉石、角闪石等。
2. 原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性； 石英最稳定，是粗土粒的主要成分； 白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多； 黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。
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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 地壳中 土壤中 元素 地壳中 土壤中
O
47.0
49.0
P
0.093
0.08
Si
29.0
33.0
S
0.09
0.085
Al
8.05
7.13
C
0.023
2.0
Fe
4.65
硅氧四面体
硅氧四面体的构造图示法
硅氧四面体
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铝氧八面体
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(2)铝氧八面体(AlO69-→Al4O1212-→Al4（OH）8O44- )
铝氧八面体 2. 单位晶片 硅氧四面体 铝氧八面体
铝氧八面体的构造图示法
硅层 铝层
硅片（硅氧片）图示法 铝片（水铝片）图示法
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。
(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。
四川盆地紫色土和河流冲积土一般以伊利石为主。
4. 绿泥石组（以绿泥石为代表，富含镁、铁） 特点：(1) 2:1:1型
三八面体Leabharlann Baidu化学式为(Mg·Fe·Al)12(Si·Al)8O20(OH)16
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。
(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
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。
例：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 铁率。
3.80
N
0.01
0.1
Ca
2.96
1.37
Cu
0.01
0.002
Na
2.50
1.67
Zn
0.005
0.005
K
2.50
1.36
B
0.003
0.001
Mg
1.37
0.60
Mo
0.003
0.0003
Mn
0.10
0.085
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； 3. 植物必需营养元素含量低，分布不平衡。
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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
单位晶胞化学式：
K2(Al·Fe·Mg)4(Si·Al)8O20(OH)4·nH2O SiO2/Al2O3：3～4
(2) 非膨胀性
晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm。
(3) 电荷数量大
第二章 土壤矿物质
土壤学
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主要内容
教学目标 与要求
1.土壤的矿物组成和化学组成； 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； 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。
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
(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。