第2章 土壤矿物质

硅酸盐、铝硅酸盐类
橄榄石类：此类矿物是Fe、Mg比例不定的正 硅酸盐类[(MgFe)2SiO3]，极易风化。
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橄榄石类
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硅酸盐、铝硅酸盐类
辉石、角闪石类：占岩浆岩重量的17%， 属偏硅酸盐类，是岩浆岩中深色矿物的主 要成分。多呈绿色或黑色。
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方解石
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白云石
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石膏
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土壤次生矿物-次生氧化物
各种含水程度不同的Fe, Al等三氧化物。如针铁矿 (Fe2O3•H2O)、褐铁矿(Fe2O3•H2O•nH2O)、三水铝石 (Al2O3•3H2O)。它们是硅酸盐类、铝硅酸盐类矿物彻 底风化后的产物。结晶构造比较简单，常见于湿热、 热带和亚热带地区的土壤中； 此外还有氧化锰、氧化硅、氧化硅凝胶和蛋白石 (SiO2•nH2O)。 在数量上次生氧化物虽不如次生铝硅酸盐多，但它对 土壤颜色、新生体的形成、以及土壤的“专性吸附作 用”等性质都有重要的影响。
石英
碧玉
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赤铁矿
赤铁矿 Fe2O3
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金红石
金红石（TiO2 )
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锆石
锆石ZrSiO4
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电气石
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硫化物类
土壤中常见为铁的硫化矿物，即黄铁矿 和白铁矿。二者是同质异构物（黄铁矿 属等轴晶系，白铁矿属于斜方晶系）， 分子式均为FeS2，它们极易风化，成为 土壤中硫素的主要来源。
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岩石一般是热的不良导体，热的传递很慢， 白昼岩石表面升温快而膨胀，内部温度仍然 很低，于是岩石内外之间出现温差及胀缩不 一致便产生裂隙，夜晚反过来。 岩石由不同的矿物颗粒组成，不同矿物的膨 胀系数不同，比热不同，颜色深浅不同，接 受热量不同，当温度反复变化时，产生颗粒 之间的胀缩差异，造成岩石崩溃。
辉石
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角闪石
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氧化物类
石英（SiO2)、赤铁矿(Fe2O3)、金红石（TiO2)、蓝 晶石(Al2SiO5)等，稳定不易风化，对植物的养分意 义不大。其中石英是土壤中分布最广的一种矿物。
含量为40-60%。
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石英
石英砂岩
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化学风化chemical weathering
岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的 化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。
引起化学风化作用的主要因素有：
溶解作用 水化作用 指岩石矿物溶解于水的作用。 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。
水解作用
氧化作用 矿物。
指矿物与水发生反应而分解的作用。
岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新
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溶解作用
溶解作用是指岩石和矿物溶解与水的作用。
NaCl+HOH
Na++Cl-+H2O
水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐，在水中多少都能 溶解一些，绝对不溶于水的无机物质，在自然界是不存在的。 例如云母，看起来很难溶解，但1份重量的云母可溶于340000份重 量水中。 地表的水还常常溶有CO2 ，NO2及有机酸等物质，这大大提高了 它的溶解能力。 据估计，地球上所有的河流，每年把溶解状态的盐类带入海洋的 量，多达40亿kg。
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引起物理风化作用的因素很多，主要有：
热力作用 岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。 冰劈作用 进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面 产生劈裂作用而引起。 风和流水的作用 主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹 走、冲走及磨蚀。 冰川作用 冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨 蚀作用而破碎。 卸荷作用 指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗 岩分布区最为常见。
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硅酸盐、铝硅酸盐类
长石类：占地壳重量50-60%，占土壤重10-15%，以
正长石（钾长石KAlSi3O8)为多，钠长石
（NaAlSi3O8）、钙长石（CaAl2Si2O8）较少。性质
不太稳定，一般集中于土壤粗粒级中，风化后较多的 K、Na、Ca等元素释放，可供植物吸收。
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次生铝硅酸盐- 高岭石类
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土壤矿物质的转化
土壤矿物质的风化作用 矿物分解的阶段性与成土风化壳类型
土壤矿物风化强度指标
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土壤矿物质的风化作用
风化作用是指裸露在地表的岩石矿物，在大
气、水、温度和生物等因素的综合作用下，
次生矿物
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原生矿物
原生矿物（primary mineral）是指那些经过不
同程度的物理风化，其化学组成和结晶构造均
未发生改变的原始成岩矿物。原生矿物来源于
母岩，其中以岩浆岩为主。
原生矿物分为硅酸盐类、氧化物类、硫化物类 和磷酸盐类四大类。 影响土壤原生矿物的因素主要有：
土壤的母岩和母质的成因类型 母岩成土的环境条件 矿物的抗风化能力
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硅酸盐、铝硅酸盐类
在土壤原生矿物中硅酸盐、铝硅酸盐类占 绝对优势,一般为晶体矿物。常见的有长 石、云母、辉石、角闪石和橄榄石类。它 们大都比较稳定，风化而释放Na、K、Ca、 Fe等元素，同时形成新的次生矿物。
第二章 土壤矿物质
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第二章 土壤矿物质
第一节 土壤矿物质的形成与转化 第二节 土壤黏土矿物的性质
第三节 土壤的质地和结构
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第一节 土壤矿物质的形成与转化
土壤矿物组成 土壤矿物质的转化
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土壤矿物组成
原生矿物 原生矿物的化学成分及相对稳定性
磷灰石
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原生矿物的化学成分及相对稳定性
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次生矿物
次生矿物（secondary mineral）由原生矿物经风化 后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都有所改 变而不同于原来的原生矿物； 次生矿物形成的途径：在原生矿物分解过程中，因 晶体结构尚未完全解体而降解的矿物；原生矿物晶 体结构彻底分解后，某些分解产物再重新合成，再 结晶形成新的次生矿物。 主要有三类：简单盐类、次生氧化物类和次生铝硅 酸盐类。
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黄铁矿
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白色铁矿
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磷酸盐类矿物
其成份主要有氟磷灰石[Ca5(PO4)4F]和氯磷 灰石[Ca5(PO4)3Cl]两种，在风化中磷灰石 逐渐释放磷化物，是重要的植物矿物质营 养元素(无机磷）。
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在温带干旱地区的土壤中含量较高，其颗粒 直径小于1微米，分散度高，吸水性强，并且 膨胀性大，阳离子代换量极高。
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次生铝硅酸盐-蒙脱石类
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土壤次生矿物-次生铝硅酸盐
高岭石类是风化度极高的矿物，其典型分子 式可用Al4 (Si4O10)(OH)8来表示，也可写为 Al2O3.2SiO2.2H2O。 主要见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中， 在花岗岩残积母质上发育土壤中含量也较高， 其颗粒直径较大，膨胀性很小，阳离子代换 量亦低。
一般土壤中均有分布，但温带干旱地区的 土壤中含量最多。其颗粒直径小于2微米， 膨胀性较小，具有较高的阳离子代换量。
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次生铝硅酸盐- 伊利石类
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土壤次生矿物-次生铝硅酸盐
蒙脱石类为伊利石进一步风化的产物。是基 性岩在碱性环境条件下形成的。其典型分子 式可用Al4Si8O20(OH)4.nH2O表示。
主要包括伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿
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物，其颗粒细小（粒径一般小于1微米），呈
薄片层状结晶构造，稳定性高。是构成土壤粘
粒的主要成份，也是最主要的次生矿物；
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土壤次生矿物-次生铝硅酸盐
伊利石类（或水化云母）：是一种风化程度 较低的矿物，其结晶化学分子式为 [OH4Ky(Al4Fe4)Mg4Mg6](Si6Aly)O20。
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次生氧化物- 褐铁矿
褐铁矿(Fe2O3•H2O•nH2O)
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次生氧化物- 针铁矿
针铁矿(Fe2O3•H2O)
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次生氧化物- 蛋白石
蛋白石(SiO2•nH2O)
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土壤次生矿物-次生铝硅酸盐
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石英
无色水晶
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石英
紫水晶
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石英
黄水晶
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石英
玛瑙
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石英
红玉髓
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石英
绿玉髓
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石英
燧石
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逐渐发生崩裂和分解，同时矿物化学组成、
性质也会发生变化，形成新物质的过程。
根据作用因素和风化特点分为3类：物理风
化、化学风化和生物风化。
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物理风化physical weathering
物理风化：又称机械崩解作用，温度的变化、 水分的冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰 川的摩擦力等物理因素引起的，使岩石矿物 由大变小，由粗变细，矿物在化学性质与组 成上均未发生变化； 可随水机械迁移淀积； 为空气、水的通透、蓄存创造条件 ，加速 化学分解。
母较容易风化，是土壤内K元素的主要来源。
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云母类
白云母[KH2Al3(SiO4)3]
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云母类
黑云母[KH2(MgFe)3Al(SiO4)3]。
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云母类
金云母
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云母类
锂云母
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长石类
正长石（KAlSi3O8)
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长石类
钙长石（CaAl2Si2O8）
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长石类
钠长石（NaAlSi3O8）
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硅酸盐、铝硅酸盐类
云母类：占岩浆岩的4%，层状硅酸盐矿物。 常见白云母[KH2Al3(SiO4)3]和黑云母 [KH2(MgFe)3Al(SiO4)3]。云母类，特别是 黑云
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水化作用
水化作用是指水分子与矿物化合成含水矿物 的化学作用。
赤铁矿水化：2Fe2O3+3H2O 石膏水化： CaSO4+2H2O 2Fe2O3•3H2O（褐铁矿） CaSO4•2H2O
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水解作用
水解作用是指水解电离出的H+对矿物质的分解作用，是化学分化的 最主要过程，可使矿物彻底分解。 分解过程可分为： A、脱盐基阶段：K2Al2Si6O16+ HOH (正长石) KHAl2Si6O16+HOH （酸性铝硅酸盐） H2Al2Si6O16+5HOH H2Al2Si2O8+4H2O KHAl2Si6O16+KOH （酸性铝硅酸盐） H2Al8Si6O16+KOH （游离铝硅酸盐） H2Al2Si2O8•H2O+4H2SiO3 2Al(OH)3+2H2SiO3
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由于冰的冻结扩大了 岩石的裂隙
气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图 a、b、c、d 表示风化过程
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【 风 蚀 残 土 墩 】
【 风 蚀 留 砾 】
【 魔 鬼 城 】
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次生矿物多数是土壤矿物中最细小的部分，
一般小于0.25mm，是土壤中粘粒和无机
胶体的重要组成部分，也是土壤固体物质中
最有影响的部分。土壤中很多重要的物理性
质和化学性质都与次生矿物有密切的关系。
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土壤次生矿物- 简单盐类
包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物 等。如方解石(CaCO3)、白云石 [Ca,Mg(CO3)2]、石膏(CaSO4•2H2O)、食盐 (NaCl)、水绿镁石(MgCl2•2H2O)。它们都是 原生矿物经化学风化后的产物，结晶构造均较 简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。