2土壤矿物质

第二节
粘土矿物
粘土矿物的形成和分布规律
粘土矿物的形成条件
粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高，粘 土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁 率为2左右，属铁铝土 北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型(伊利石、 蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低， 属硅铝土
第二节
粘土矿物
粘土矿物的形成和分布规律
我国土壤粘土矿物分布规律
北方以水云母（伊利石）为主的1、2、3区 秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分布 区(4区) 南方西部蛭石和高岭石为主的分布区（5区） 南方以高岭石为主的6、7分布区 西北和青藏高原水云母区(1区)，土壤风化程度最 低 华南高岭区（7区）土壤风化程度最高
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
硅酸盐粘土矿物的种类
绿泥石组(Chlorite)
2:1:1型 三八面体，化学式为 (Mg·Fe·Al)12(Si·Al)8O20(OH)16 同晶替代现象普遍 颗粒较小 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性居中
第二节
粘土矿物ຫໍສະໝຸດ Baidu
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 氧化铁(Iron oxide)
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
硅酸盐粘土矿物的种类 蒙脱石组(Montmorillonite)
包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等 2:1型 单位晶胞的理论化学式： Al4Si8O20(OH)4·nH2O SiO2/Al2O3=8/2=4 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 电荷数量大 同晶替代现象普遍 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
风化沉淀（自然合成）学说
原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。
沉淀 溶胶 凝胶（非晶质） 老化、结晶 结晶质
当溶胶SiO2/Al2O3＞3，可形成2:1型矿物 当溶胶SiO2/Al2O3＜3，可形成1:1型矿物及氧化铝矿物 风化液pH与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、负电荷数量和沉淀凝 胶中正负电荷胶体的比例。 盐基离子Mg2+、K+等直接参与新矿物合成，分别形成富钾（伊利 石）、富镁（蛭石、绿泥石）等矿物。
氧化铁的类型
针铁矿(α-FeOOH) 黄色或棕色，存在于湿润土壤有较高氧化性的 亚表层(锈纹锈斑、铁结核) 赤铁矿(α-Fe2O3) 红色，存在于干燥的氧化性表土层及胶膜 纤铁矿(γ-FeOOH) 棕橙色，存在于排水不良而富含有机质土壤 磁赤铁矿(γ-Fe2O3) 暗红棕色，存在于高度风化且有机质少的表土 磁铁矿（Fe3O4） 棕黑色，多存在于母质中,有时与磁赤铁矿共存 无定形铁（Fe(OH)3） 棕色，(胶膜、锈水)
水铝英石(Allophane)
非晶质硅酸盐矿物，火山灰土壤的主要粘土矿物,Si/Al变化在 1-2之间。比表面较大，带较多负电荷。
第二节
粘土矿物
-K 蛭石 -Mg 蒙脱石 -Si 高岭石 -Si 三水铝石
粘土矿物的形成和分布规律 粘土矿物形成途径
原生矿物风化淋溶直接演变
H2O，-K 云母类 伊利石
第一节 土壤矿物质的矿物和化学组成
矿物组成
原生矿物 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。 如石英、长石、云母、辉石、角闪 石等。 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。 原生矿物是植物养分的重要来源。 Ca、Mg、K、P、 S等。 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 。
第二章 土壤矿物质
土壤矿物质的矿物和化学组成 粘土矿物
第一节 土壤矿物质的矿物和化学组成
元素组成
几乎包括元素周期表中所有元素； O、Si、Al、Fe为主，四者共占88.7%以上； 植物必需营养元素含量低，分布不平衡。
元素
O Si Al Fe Ca Na K Mg Mn
地壳中
47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.10
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 基本结构单位
硅氧四面体
（SiO44-→Si2O52→Si4O104- ）
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 基本结构单位
铝氧八面体
(AlO69-→Al4O1212→Al4（OH）8O44- )
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 单位晶片
硅氧四面体 铝氧八面体
思考问题
土壤的矿物及化学组成与岩石圈的有何异同？ 何谓1：1型粘土矿物？何谓2：1型粘土矿 物？ 什么是水化氧化物？ 试述中国粘土矿物的分布规律。
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
硅酸盐粘土矿物的种类 高岭(石)组(Kaolinite )
包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等 特点 1:1型 单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8 SiO2/Al2O3=4/2=2 膨胀性小 晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢 键 电荷数量少 同晶替代极少 颗粒较大（有效直径0.2～2μm），可塑性、粘结性、 吸湿性、粘着性弱
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
硅酸盐粘土矿物的种类 水化云母(伊利石)组(Hydromica)（又称2 :1型非 膨胀性矿物）
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 非膨胀性 晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm 电荷数量大 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 可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征
同晶替代 指硅酸盐粘土矿物的中心离子被电性 相同、大小相近的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，硅酸盐粘土矿物产生永久电荷。
硅铝铁率：土壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3（R2O3）含量的分子比 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
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 单位晶层
1:1型 一层硅层与 一层铝层重叠而成 (高岭石)
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 单位晶层
2:1型 两层硅层 中间夹一铝层(蒙脱 石)
第二节
粘土矿物
层状硅酸盐粘土矿物
构造特征 单位晶层
2:1 :1型 2:1型 基础上增加一铝层 或镁层(绿泥石)
土壤中
49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.085
元素
P S C N Cu Zn B Mo
地壳中
0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003
土壤中
0.08 0.085 2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
第二节
粘土矿物
非硅酸盐粘土矿物 氧化铝(Aluminium oxide)
硅酸盐矿物彻底分解产物，常见的有三水铝石[Al2O3·3H2O， Al(OH)3]和粘土矿物。我国北纬30度以南土壤（红壤、砖红壤 等）中才出现。
氧化硅(Silicon oxide)
晶质以α—石英为主，非晶质为蛋白石(SiO2·nH2O)，脱水结 晶为玉髓、石英、方石英、鳞石英等变体。土壤中部分蛋白石来 源于有机体，其含量常与有机质含量有关。可作为古土壤埋藏表 层的指示性矿物。