第02章土壤矿物质

第二章土壤矿物质

SoilMinerals土壤固体部分由矿物质和有机质组成，矿物质部分占土壤固体重量的95%以上，它是土壤的骨架按容积计算，固体一般占土体一半左右，其余一半是孔隙，被水、空气充满主要根据颗粒组成，化学成分和矿物组成三方面来认识第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成矿物的概念矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本单位。矿物的种类很多，共约3300种以上一、土壤矿物质的主要元素组成地壳的化学组成的特点①氧(O)和硅(Si)是地壳中含量最多的两种元素，分别占了47％,29％，两者合计占地壳重量的76.0％；铁、铝次之，四者相加共占88.7％的重量。地壳中其余90多种元素合在一起，也不过占地壳重量的11.3％②在地壳中，植物生长必需要的营养元素含量很低，其中如磷、硫均不到0.1％，氮只有0.01％，而且分布很不平衡。由此可见，地壳所含的营养元素远远不能满足植物和微生物营养的需要③土壤矿物的化学组成，一方面继承了地壳化学中组成的遗传特点，另一方面有的化学元素是在成土过程中增加的如氧、硅、碳、氮等，有的显著下降了如钙、镁、钾、钠。这反映了成土过程中元素的分散，富集特性和生物积聚作用。土壤矿物次生矿物原生矿物直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源由原生矿物分解转化而成的原生矿物主要是硅酸盐和铝硅酸盐矿物，如石英、长石、云母等。所以岩石类型对土壤类型的影响极大。主要组成于砂粒，粉粒原生矿物对土壤肥力的贡献A.构成了土壤的骨骼-土粒B.提供养分：有的矿物风化产生大量的养分，例如长石-风化-钾磷灰石--P暗色矿物(Mg,Ca,K,Na)--Mg,Ca次生矿物是在风化成土过程中新形成的矿物，主要在粘粒，所以，也叫粘土矿物或粘粒矿物，它们是成土过程和成土条件的反映--土壤分类的重要依据第二节粘粒矿物

Clayminerals一、层状硅酸盐粘土矿物

(一)层状硅酸盐矿物的构造特征1.层状硅酸盐矿物的基本结构单元硅氧四面体铝氧八面体硅氧四面体(SiO4)4+：由一个硅离子(Si4+)和四个氧离子(O2-)组成，三个氧在三角形底部，硅在中间，一个氧在上面，构成四个面，每个面由三个氧离子所构成。铝氧八面体(AlO6)9-:由一个铝离子(Al3+)和6个氧离子(O2-)构成2.单位晶片、晶层

硅氧四面体(SiO4)4-，铝氧八面体(AlO6)9-是不稳定的，各自聚合形成四面体片---硅片n(Si4O10)4-八面体片---铝片n(Al4O12)12-由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，相互重叠，形成层状硅酸盐的单位晶层。硅片和铝片的重叠方式有：

硅片/铝片---1:1型硅片/铝片/硅片---2:1型硅片/铝片/硅片/水镁(铝)片---2:1:1型3.粘粒矿物的同晶替代作用粘粒矿物晶格中的组成离子被另一种大小相近而且电性符号相同的离子替代而晶格不变的现象Al3+0.057nmFe3+0.064nm同晶替代的结果使土壤产生永久电荷(二)粘粒矿物的主要类型1.1:1型矿物高岭石无序高岭石珍珠陶土等水水1:1型的晶层结构：由一层硅片和一层铝片重叠而成，称为1:1型矿物相邻晶层的层面一个是硅片的氧面，一个是铝片的氢氧面，晶层间形成了氢健，产生了强的连接力，不易膨胀。层间间距0.72nm。电荷数量少：晶层内部的硅片和铝片极少产生同晶替代现象，CEC3~15cmol(+)/kg胶体特性弱：片状，颗粒大小在0.2~2m,总表面积10x103~20x103m2/kg分布：热带亚热带地区高岭石的特征2:1型的晶层结构：晶层由二层硅片和一层铝片组成，又称为2:1型膨胀性矿物2.2:1型矿物(蒙脱石、绿脱石、蛭石等)膨胀性大：晶层的二个基面由Si-O面构成，晶层间通过分子引力连接，晶层间的结合力弱，水分子可进入，膨胀性大，蒙脱石晶层间距在0.96~2.14nm之间。蛭石在0.96~1.45nm。电荷数量大：同晶替代现象普遍，蒙脱石主要发生在铝片：(Al3.34Mg0.66)Si8O20(OH)4X0.66使矿物产生大量负电荷，蒙脱石CEC80~120cmol(+)/kg，蛭石150cmol(+)/kg胶体特性突出：颗粒细，蒙脱石0.01~1m,表面积600x103~800x103m2/kg.分布：蒙脱石主要分布在我国东北、华北和西北地区的土壤中。2:1型晶层结构：晶层结构与蒙脱石相似。无膨胀性：在伊利石晶层间吸附有钾离子，钾离子在晶穴内产生键连接，连接力强，不易膨胀，晶层间距1.0nm.电荷数量大：同晶替代普遍，以Al3+替代Si4+为主，产生负电荷；但部分被钾离子中和，CEC介于蒙脱石和高岭石之间，20~40cmol(+)/kg.胶体特性:介于蒙脱石和高岭石之间，表面积在70x103~120x103m2/kg分布：北方地区土壤，吸附的阳离子以钾离子为主，所以伊利石丰富的土壤含钾丰富。3.伊利石组矿物(或水化云母、非膨胀性矿物)2:1:1型晶层结构：二层四面体片和二层八面体组成，实际是2:1:1形矿物同晶替代普遍：CEC在10~40cmol(+)/kg颗粒较小：表面积在70x103~150x103m2/kg。4.间层形矿物(绿泥石)二、非硅酸盐粘土矿物

主要是Fe、Mn、Al、Si的氧化物及其水合物--氧化物组矿物Oxidemineral化学式为MO2、M2O3、MOOH、M(OH)3和M(OH)2的土壤次生矿物，四价的有Si、Mn、Ti，三价的有Fe、Al和Mn，氧化物矿物即可呈晶体状态，也可呈非晶态铁和铝的氧化物有结晶态和无定形的。例如，三水铝石(Al2O3·3H2O)、针铁矿(-FeOOH)、赤铁矿(-Fe2O3)；无定形的如：SiO2·nH2O、Fe2O3·nH2O、Al2O3·nH2O氧化物的状态可以相互转化。晶态无定形氧化物矿物在土壤中多以胶膜形态存在，胶结剂目前国际范围内土壤研究从温带转向热带亚热带土壤；其次，微量元素的应用，发现微量元素的有效性与氧化物关系密切；以及环境科学中污染物的迁移转化与氧化物关系密切，氧化物研究成为热点氧化物氧化铁矿物的电子显微镜照片针铁矿赤铁矿氧化物矿物的电荷是通过质子化和表面羟基H+的离解产生的。

M---OH2+=M---OH=M---O-

表面羟基失去1个氢离子，表面带负电荷，当表面羟基吸附1个氢离子，表面就带正电荷，主要取决于土壤溶液中的H离子浓度。