第一章 土壤矿物质

层状的硅酸盐矿物
1:1型单位晶层:
由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝 片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样 1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面， 一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢 氧构成的层面。
2:1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向 着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧 的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶 层的两个层面都是氧原子面。
伊利石的结构示意图
相同点
①基本结晶单元相同 ②颗粒比较小，比表面积比较大 ③胶体性质明显 ④普遍存在同晶替代作用
氧化物类
土壤中常见的氧化铁矿物是赤铁矿和针铁矿
针铁矿
赤铁矿 （a-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 （a-Fe2O3）：红色，呈六角板状，少量赤铁矿的存
有些生物在生命活动中
靠分泌酸类物质分解岩 石，从中吸取营养物质。
图2-21 植物根的机械破坏作用
▲▲上述3种风化类型之间相互影响，相互联系, 只是在不同的外界条件下各有侧重。
二、主要的成土矿物
矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.
原生矿物 由地壳深处熔融状态的岩浆 冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。如石英 、长石、云母、辉石、角闪石等。 次生矿物 原生矿物经物理、化学风化 作用，组成和性质发生化学变化，形成的新 矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。
● 氧化作用 岩石中的很多矿物都能被自然 界的氧氧化生成新矿物。
2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁)
3.生物风化作用 岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化 学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有 两个方面：
A:生物的机械破碎作用 由生物的生命活动引起的 岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。 B:生物的化学分解作用
在也会使土壤看起来呈红色。在高温、潮湿、风化程度很深的
红色土壤中存在较多。
存在方式： 呈胶膜质包被在土壤颗粒的表面。
第二节 土壤矿物质的化学组成
四大骨干元素——O、Si、Al、Fe
硅铝铁率（SiO2/R2O3)
SiO2/R2O3＝ Fe2O3+Al2O3分子数 SiO2分子数
1、判断细粒部分层状铝硅酸盐矿物的组成
斜长石 Na（AlSi3O8）· Ca（Al2Si2O8）
与正长石类似，负电荷 由钙和镁离子来中和。 常呈板状和柱状晶体。 白色或灰白色。玻璃光 泽，斜长石比正长石容 易风化，风化产物主要 是粘土矿物，能为土壤 提供K、Na、Ca等矿物养 分。色泽美丽者可作为 宝石，如传说中的和氏 璧
云母
片状硅酸盐矿物，铝氧八面 体中的铝被钾离子替代叫白 云母，被铁离子替代叫黑云 母，被镁离子替代叫金云母。 白云母KH2Al3Si3O12 常见片 状、鳞片状。白云母无色透 明或浅色（浅黄、浅绿）透 明。白云母较难风化，风化 产物为细小的鳞片状，而黑 云母风化为颗粒。
（一）原生矿物 石 英
地球表面最常见的矿物， 分布最广。分子式： SiO2。石英硬度大，化 学性质稳定，抗风化能 力强，不易风化，岩石 风化后，石英形成砂粒， 含砂粒多的土壤，含盐 基少，形成的母质养分 一般贫乏，酸性也较强。
正长石 KalSi3O8
由硅氧四面体和铝氧八面 体形成层状铝硅酸盐矿物。 由于发生同晶异质替代作 用，替代后多余的负电荷 由钾离子中和为正长石。 正长石在岩石中呈晶粒， 长方形的小板状，板面具 有玻璃光泽。正长石易风 化，风化后形成粘土矿物 高岭石等，可为土壤提供 大量K养分。正长石类矿 物一般含氧化钾16.9％。 常用来制取钾肥
1、相同点： 分为4个粒级：石砾、砂粒、粉粒、粘粒 2、不同点： 美国制（mm) 苏联制(mm)
石砾 砂粒
粉粒 粘粒
≥2 2-0.02
0.02-0.002 ＜0.002
≥1 1-0.01
0.01-0.001 ＜0.001
二、各粒级土粒的特点
1、不同粒级土粒，它们的矿物组成不同
2、不同粒级土粒，它们的化学组成不同
最容易风化，所以常常作 为指示矿物。用来指示土壤 形成时间的长短。 橄榄石呈粒状集合体出现， 橄榄绿色，玻璃光泽或油脂 光泽。
①土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优 势。 ②土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度 上决定于矿物的稳定性，如长石和石英。 ③土壤原生矿物是植物养分的重要来源
（二）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，也非晶型 的。
表 4－6 质地组 砂土 壤土 卡钦斯基土壤质地基本分类（简制） 不同土壤类型的<0.01 毫米粒级含量(%) 灰化土 草原土壤、红黄壤 碱化土、碱土 0～5 0～5 0～5 5～10 5～10 5～10 10～20 10～20 10～15 20～30 20～30 15～20 30～40 30～45 20～30 40～50 45～60 30～40 50～65 65～80 >80 60～75 75～85 >85 40～50 50～65 >65 质地名称 松砂土 紧砂土 砂壤 轻壤 中壤 重壤 轻粘土 中粘土 重粘土
高岭组（1:1型矿物）
特点：(1）1:1型的晶层结构
单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8。
（2）无膨胀性 两个晶层的层面间产生了键能较强的氢 键，膨胀系数一般小于5％.高岭石层间距约为0.72nm。 （3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。 （4）胶体特性较弱 较粗（0.2-2m），颗粒的比表面积相
壤质粘土 粘壤土 壤土
45% 粉砂粒 0-100%
2．卡庆斯基土壤质地分类 这是一种二级
分类法，按物理性砂粒和物理性粘粒的百
分数划分为砂土、壤土及粘土三类九级。
解放后，我国多采用这种分类。如下表：
物理性砂粒：
粒径在1～0.01 mm 之间的土粒。
物理性粘粒：
粒径<0.01 mm的土 粒。
土壤质地
1:1型：Al2O3· 2SiO2· 2O ∴硅铁铝率<2 nH
2:1型：Al2O3· 4SiO2· 2O H ∴硅铁铝率在2-4之间
2、可以判断风化程度
第三节
土壤矿物质的机械组成（颗粒组成）
一、土壤矿物质土粒的分级
（一）粒级的概念 粒级（粒组）： 按照土粒粒径的大小把性质和组成 相近的一些土粒分成一组，每一组为一个粒级(或粗 细)。 （二）粒级的分类 粒级分类常用的标准有苏联制、美国制、国际制、 中国制
粘粒 15-25%：粘壤土类 >25%：粘土 粉粒 >45%：前面加“粉质” 55-85%：前面加“砂质” 砂粒 >85%：砂土
粘粒
砂粒1-100% 35%
重粘土 粘土
粘粒0-100% 65% 45% 粉砂质粘 25% 土 粉砂质粘壤土 15% 粉砂质壤土 粉砂粒
55% 砂质粘土 砂质粘壤土 砂质壤土 砂粒
3、不同粒级土粒，它们的物理性质不同
4、不同粒级土粒，它们的化学性质不同
三、矿物质的机械组成和质地分 （一）机械组成和质地的概念 粗细不同的土粒在土壤中占有的不同的比 例，这种大小不同土粒的比例组合，叫矿 物质土粒的机械组成。 根据机械组成划分的土壤类型叫土壤质 地。
（二）土壤质地分类制
1.国际制土壤质地分类：是一种三级分类法， 即按粘粒、粉粒、砂粒三种粒级占百分数进行 分类，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四类 十二级。 <15%：砂土、壤土类
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
图2-18 由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙
图2-17 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
2.化学风化作用 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。
第一章 土壤矿物质
第一节
土壤矿物质的矿物组成
一、风化作用的概念和类型
（一）岩石、矿物的概念
岩石：是矿物的集合体
矿物：矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然
产物，是岩石的组成单位 。 矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的 化合物。 自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。
对较小，为10－20×103m2kg-1
高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土 矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。是陶瓷 的主要原料。
高岭石的矿物结构
蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）
包括：蒙脱石、蛭石、绿脱石、拜来石等。
Fra Baidu bibliotek
特征：
（1）2:1型的晶层结构，蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分 子式可表示Al4Si8O20(OH)4· 2O。 nH （2）胀缩性大 蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭 虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。 （3）电荷数量大 同晶替代现象普遍。 （4）胶体特性突出 ，较细（有效直径0.01-1m），总表面积 为600－800×103m2kg-1，且80％是内表面。蛭石一般为 400×103m2kg-1。
质地名称 极重砂土 重砂土 中砂土 轻砂土 砂粉土 粉土 砂壤 壤土 轻粘土 中粘土 重粘土 极重粘土 砂粒(1-0.05) >80 70～80 60～70 50～60 ≥20 <20 ≥20 <20
粘土
3、我国土壤质地分类 近来中国科学院主编 的《中国土壤》一书中，介绍了我国土壤质 地分类方案，如表：
我国将土壤质地分为砂土、壤土 和粘土三大组，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
土壤质地
表 4－8 中国土壤质地分类 （邓时琴，1985）
质地组 砂土
蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广
蒙托石的矿物结构
水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）
特征： （1）2:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子 式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。 （2）无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有钾离子， 对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利 石晶层的间距为1.0nm。 （3）电荷数量较大 20－40Cmoles(+)kg-1。 （4）胶体特性一般 总表面积为70－120×103m2kg-1， 其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之 间。 伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地 区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。
引起化学风化作用的主要因素有 ●溶解作用 指岩石矿物溶解于水的作用。
CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-
●水化作用
指水分子与矿物化合生成含水矿
物的化学作用。
CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O (硬石膏) （石膏）
2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 3H2O (赤铁矿) (褐铁矿)
普通角闪石
Ca（Mg，Fe）3Si4O12
角闪石呈双链结构， 所以在岩石中呈细长 柱状，深绿至黑色， 玻璃光泽。
辉石
Ca（Mg，Fe）Si2O6
辉石呈单链结构，所以 在岩石中多呈晶粒状， 短柱状，棕至暗黑色， 条痕灰色，，较角闪石 难风化，风化物为粘土 矿物，富含Fe。
橄揽石（Mg，Fe）2SiO4
●水解作用
指矿物与水发生反应而分解的
作用。--最基本、最重要
2KalSi3O8 + CO2 + 2H2O H2Al2Si2O8 H2O + 2SiO2 + K2CO3 (正长石) (高岭石) (含水二氧化硅) (钾盐) Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2 Ca(H2- 4)2 + 2CaCO3 PO (磷灰石) (磷酸二氢钙)
第一节
一、风化作用的概念和类型
（二）风化作用的概念
风化作用：是指岩石在地表受到种种外力作用， 逐渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用
一、风化作用的概念和类型
（三）风化作用的类型
由于作用因子的不同，岩石风化作用过程的 特点各异，可分为物理风化、化学风化和生物风 化三大类型。
1.物理风化 岩石在外力影响下机械地破裂成碎块，仅 改变了大小与外形而不改变化学成分的过程称 为物理风化。产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾 多，养分不易释放出来。