第一章 土壤矿物质

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阳离子交换量，为10－15 cmol(+)kg-1。
温带半湿润和湿润地区，以及热带地区玄 武岩和火山灰发育的幼年土壤中、有森林覆盖、
高海拔、低温、中高雨量条件下的土壤，其心
土层中也存在水铝英石。
4、氧化硅
结晶态氧化硅： 主要是－石英 非晶质的氧化硅：蛋白石（SiO2· nH2O) 蛋白石经进一步脱水结晶后可变为：玉髓、石
Al2O3· 4SiO2· H2O+nH2O。
蒙脱石晶体结构示意图
2、电荷数量大 在其晶架内，普遍存在同晶替代作用，主要
产生于两边的硅氧片中，通常是Si+4被Al+3所代替，
在水铝片中，以Al+3被Mg2+代替为主。
这样，使蒙脱石类带大量负电荷，蒙脱 石类粘土矿物有很强的吸收阳离子的能力， 可吸附阳离子80～100m· e/100g，或80～100 cmol (+) /kg。
性质，又称为粘土矿物。
次生矿物的重要性：
首先，由于次生矿物能够反应成土条件和
土壤形成过程，它们对于土壤科学研究有重要
意义。它可以帮助人们了解各种土壤在发生学
上的地位，在现代土壤分类中，次生矿物的类
型对鉴别土壤种类起重要作用。
其次，次生矿物类型可以影响土壤的理化 性质，如吸湿性、膨胀性、收缩性、可塑性、 对离子的吸收性能等。
地壳中，矿物总数可达3300多种。
土壤中主要原生矿物有石英、长石、云母、
辉石、方解石、白云石、石膏，各种磷灰石和
铁矿，约40多种。
其中最重要的矿物是石英，其次是长石、
云母、角闪石、辉石等。
原生矿物在土壤中的作用：
1、构成土壤骨架，影响土壤的物理性质。 2、是植物养料的重要来源。长石、云母风 化后提供钾素，辉石、方解石风化后提 供Ca、Mg等元素。
蔷薇辉石 MnSiO3
普通辉石 (Na,Ca)(Mg,Fe+2,Al, Fe+3)[(Al,Si)2O6]
钙铁辉石
CaFe[Si2O6]
透闪石
Ca2 Mg 5[Si4O11]2 [OH]2
普通角闪石
Ca2 Na(Mg,Fe) 4(Al,Fe)[(Si, Al)4O11]2 [OH]2
2、氧化物类
则正负电荷可以互相抵销。
如果这种替代不在相邻位置，在同一
晶体上可能亦有两种电性，在某一点带负
电荷，而在另一点带正电荷。

同晶异质替代的意义：
由于同晶异质替代常常会使粘土矿物带 有电性，所以能吸附相反电荷的离子，被吸 附的离子通过静电吸引力，而紧缚在粘土矿 物表面，使它不致随水流失。

粘粒对阳离子的吸附能力是土壤的一个极为
重要的性质，和土壤肥力的关系极大，有时把这
个性质作为肥力的一个指标。
三、粘土矿物的种类及性质
（一）蒙脱石类( Smectites )
又称2 : 1型粘土矿物，或 胀缩性矿物，包括蒙脱石，绿 脱石、拜来石、蛭石，这类矿 物有四个共同特点。 蒙脱石
1、2 :1型晶层结构， 即二层硅氧片，夹 一层 水铝片，其典型分子式为： Al2Si4O10(OH)2· nH2O或
（三）粘土矿物内的同晶异质替代 ( Isomorphous substitution) 概念：当粘土矿物形成时，晶格内的组成离 子，常被另一种大小相近，电性符号相同的离子 所替代，这种现象称为同晶异质替代。
实例：
八面体中的Al+3，其半径为0.057nm，可以
被半径为0.064nm的Fe+3所替代。Mg2+也可以代
在高温、潮湿、风化程度很深的红色土
壤中存在。少量的赤铁矿就会使土壤呈红色。
2、氧化铝
土壤中起重要作用的主要是非晶质（无
定形）的铁铝氧化物。非晶质的铁铝氧化物
可以吸附阴离子，如土壤中磷酸根离子的吸
附，使磷被固定，失去其有效性。
3、水铝英石
水铝英石
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xAl2O3 ySiO2 nH2O
由氧化硅、氧化铝和水组成，Si/Al比在1－2之间变 化。
3、吸湿性强，胀缩性大 蒙脱石类矿物晶架的顶、底两个基面都由 Si-O层所构成，当两个晶架相重叠时，相互间 引力较小。
当失水干燥时，晶架间收缩，最小可缩至 0.96nm；当湿润时，水分子进入晶架基面之间， 使间距增大，最大可胀至2.14nm，胀缩之间体 积相差可达一倍以上。
4、胶体特性突出
蒙脱石类粘土矿物颗粒呈片状，而且特别 微细，含蒙脱石多的土壤，其粘结性、粘着性 和可塑性都特别显著。
这个方面进行判断比较简单。
b. 和母岩或母质对照以后，可以说明成土过程
的特征。如SiO2/R2O3分子比值增大了，说明
成土过程中有脱铝现象，反之，则有富铝化
作用。
高岭石的晶体结构示意图
2、电荷数量少
晶架内部水铝片和硅氧片中，没有或极少有
同晶代替作用，因此，带负电荷量少，吸附阳离
子量低，其吸收容量仅为3～15 cmol (+)kg-1。
英、方英石。
蛋白石(Opal)
SiO2nH2O 蛋白石为含水 的非晶质的二氧化 硅。纯者无色，因 混入不同杂质，呈 红、黄、绿、兰等 色。蛋白石广泛分 布于火山灰来源的
土壤中。
表 1-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%） （维诺格拉多夫，1950、1962） 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 土壤矿物的类别和性质
一、土壤矿物的类别
矿物：是地壳中具有一定的物理性质、化学
成分和内部构造的天然化合物。
矿物是各种地质作用的产物，是岩石的组 成部分。
（一）原生矿物（primary mineral)
原生矿物是指那些在风化过程中，只改变 了形状和大小，未改变化学组成的原始成岩矿 物。 土壤中的原生矿物颗粒一般较大，其颗粒 直径在1～0.001mm。
在高岭类矿物中，OH群中的H+在一定酸度 条件下能向外解离，这样在一定pH条件下，可带 有负电荷，也对阳离子有吸收能力，但较蒙脱石 小得多。
3、非膨胀性 由于构成晶架的底层和顶层性质不同，当晶 架重叠时，其相邻的两个表面，一面是水铝片上 的OH群，而另一面则由硅氧片上的“O”所构成，
使得一个晶格的顶层与另一晶格的底层之间，产
绿泥石在我国土壤中含量较少，主要存在于漠境、
半漠境地带的某些黄土母质上发育的土壤中。
（五）氧化物类
1、氧化铁 包括赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、
陵铁矿、兰铁矿等。土壤中常见的氧化铁矿物
是针铁矿和赤铁矿。
针铁矿（ -FeOOH):
黄色或棕色，呈针状，在温带、亚热带与
热带的土壤中大量存在。
赤铁矿（ -Fe2O3):
二、铝硅酸盐粘土矿物的构造特征
（一）铝硅酸盐粘土矿物的基本结构单位
1、硅氧四面体(silicon tetrahedron) 由一个硅离子和四个氧离子所构成，其 排列方式，是以三个氧离子构成的三角形为 底，硅离子在三个氧离子的中心低凹处，第 四个氧则居于硅离子的顶部，恰恰把硅离子 盖在下面。

2、铝氧八面体( aluminium octahedron ) 由六个氧离子(或氢氧离子)环绕着一个 中心铝离子排列而成。六个氧离子(或氢氧 离子)分为两层排列，每层都由三个氧(或氢 氧)排成三角形，但上下两层的6个氧离子互 相交错，而铝离子恰恰居于此两层的中心孔 穴内。
Al2Si2O5(OH)４
Al2O3· 2SiO2· 2H2O
硅铝铁率(Silica-sequioxide ratio)
土壤粘粒部分的SiO2/R2O3分子比率，称为 硅铝铁率。

硅铝铁率有以下几方面的意义： a. 可以用来判断粘粒矿物的组成特征及大体类
型。鉴定粘土矿物的类型是比较复杂的，从
铝氧八面体
（二）铝层和硅层 四面体和八面体都是结晶学上的基本构
造单位。四面体可以写作(SiO4)-4，八面体 可以写作(AlO6)-9 ，它们都不是化合物，而 是彼此互相结合，形成铝硅酸盐晶体。
在它们形成铝硅酸盐时，第一步，是四 面体与八面体分别各自聚合。 四面体在平面上连接成蜂窝状硅层(硅 氧片)，而八面体则在平面上连接成较疏松 的铝层(水铝片)。
第一章 土壤矿物质 第二章 土壤有机质 第三章 土壤的离子交换
4学时 4学时 4学时
第四章 土壤的酸碱反应
第五章 土壤的孔性和结构性 第六章 土壤水分 第七章 土壤空气 第八章 土壤热量
4学时
4学时 6学时 2学时 2学时
第九章 土壤物理机械性和耕性
第十章 土壤养分循环
4学时
4学时
第一章
土壤矿物质
原生矿物的主要种类：
1、铝硅酸盐类矿物
（1）长石类：钾、钠、钙、镁的无水铝硅酸盐。
斜长石Na[AlSi3O8] —Ca[Al2Si2O8]
正长石K[AlSi3O8]
（2）云母类矿物
金云母 KMg3 [AlSi3O10][OH]2
白云母 KAl2[AlSi3O10][OH]2
（3）辉石类和角闪石类 （偏硅酸盐类矿物 ）
蒙脱石类在我省的黑土、黑钙土中含量较 多，华北地区褐土和西北地区的黑钙土中，也 含有蒙脱石。
（二）高岭石类( Kaolinites )
又叫1:1型矿物，包括高岭石、珍珠陶土、
迪恺石、埃洛石等，有以下共同特点。