第二章-1-土壤矿物质

SoilMineral土壤矿物质第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成第二节粘土矿物（本章重点）第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成ThemineralogicalCompositionsandChemicalMakeupofSoil一、土壤的矿物组成1、原生矿物（primarymineral)概念：在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物。包括：石英、长石类、云母类、角闪石、辉石。肥力作用：1）土壤“骨骼”；2）风化释放养分。定义：风化和成土过程中新形成的矿物简单盐类方解石、石膏、芒硝、食盐等含水的氧化物三水铝石、赤铁矿、针铁矿层状铝硅酸盐高岭、蒙脱、伊利石等

2.次生矿物(secondarymineral)

粘土矿物二、地壳和土壤的平均化学组成（重量%）表地壳和土壤主要元素平均组成（%）元素地壳土壤O46.649.0Si27.733.0Al8.17.1Fe5.03.8Ca3.61.4K2.61.2Na2.80.6Mg2.10.6>97%土壤矿物质的化学组成1．主要元素组成O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、Na、P、S以及Mn、Zn、B、Mo等微量元素。2．从含量来看，以O、Si、Al、Fe四者含量最高，它们的含量总和可占土壤矿物质部分的75%以上，四种元素中非金属为O、Si，金属元素为Al、Fe。3．不同粒级部分元素的组成情况不同颗粒愈粗，SiO2含量愈高。颗粒愈细,SiO2含量愈低，Al2O3、Fe2O3及Ca、Mg、K、P等养分元素的含量愈高。第二节粘土矿物ClayMineralPhyllosilicateMinerals一、层状硅酸盐粘土矿物（一）硅酸盐矿物的种类1、种类：根据硅片和铝片的比例，结合膨胀性的有无，分为：高岭组(1:1型):高岭石、珍珠陶土、迪恺石和埃洛石蒙蛭组(2:1型膨胀性):蒙脱石、蛭石、绿脱石、拜来石水化云母组(

2:1型非膨胀性):伊利石绿泥石组(2:1:1型):绿泥石（二）构造特征

1、基本结构单位硅氧四面体（Silicatetrahedron）铝氧八面体（Aluminumoctahedron）(1)硅氧四面体Si-Otetrahedron硅氧四面体(Si-Otetrahedron)(2)铝氧八面体Al–O

octahedron

Al(OH)6orMg(OH)6OctahedronOH2、单位晶片四面体片（TetrahedralSheets）八面体片（OctahedralSheets）铝氧片硅氧片Si6O18Si6O18TetrahedralSheetAl(OH)6OctahedraOctahedralSheetOctahedral-TetrahedralLinkage3、单位晶层（Layer）tetoct1：1型的晶层tetocttet2：1型的晶层2:1:1型晶层4.同晶替代

（IsomorphicSubstitution）组成矿物的中心离子（Si4+,Al3+)被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。Al3+Al3+,Fe2+Si4+tetoctMg2+Al3+1:1型晶层结构，单位晶胞的分子式可表示为Al4Si4O10(OH)8。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。电荷数量少。胶体特性较弱，较粗（0.2-2

m），颗粒的总表面积相对较小，为10－20m2g-1。高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍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。高岭组（1:1型矿物）

包括：高岭石（kaolinite）、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等1:1型高岭石氢键基面OH边面断键电荷来源：高岭石的边面断键2:1型的晶层结构蒙脱石（montmorillonite）是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。胀缩性大，蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭石的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距在0.96-1.45nm之间。电荷数量大，同晶替代现象普遍。胶体特性突出，较细（直径0.01-1

m），总表面积为600－800

m2g-1，且80％是内表面。蛭石一般为400m2g-1。蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）

包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广2：1型蒙脱石Ca2+、Mg2+、H2O2:1型晶层结构伊利石（illite）是其主要代表。分子式为K2(Al

Fe

Mg)4(SiAl)8O20(OH)4

nH2O。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。电荷数量较大。胶体特性一般。总表面积为70－120m2g-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。水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）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。2：1型伊利石钾离子键合而结合力强，不易膨胀、可塑性与胀缩性低。绿泥石组（2:1:1型）

绿泥石（Chlorite）为代表，是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石2:1:1型晶层结构。绿泥石的分子式：(Mg·Fe·Al)12(SiAl)8O20(OH)16。同晶替代较普遍。颗粒较小，总面积为70-150m2g-1水镁片或水铝片2：1：1绿泥石层状硅酸盐粘土矿物性质比较性质高岭组蒙蛭组伊利组绿泥组同晶替代很少很普遍位置铝片硅片三片CEC*3.0—1580—12020—4010—40层间键氢键分子键离子键层间物质无Ca2+、Mg2+

水K+水镁片/水铝片膨胀性很弱很强无比表面**10—20.0600—80070—12070—150颗粒大小0.2-5μm0.01—1.00.1—2粘结性差强中等决定硅酸盐矿物性质的主要因素（讨论）硅片与铝片的比例层面物质（O、OH；氢键、分子健）层间物质（水、水镁片或水铝片、k+、其它阳离子）同晶替代（数量和位置）二、非硅酸盐粘土矿物NonsilicateClays（一）结晶形态结晶态（crystallized）无定型（amorphous)结晶差的（poorlycrystallized）（二）主要类型及性质针铁矿（goethite）：黄色，分布于温带、亚热带和热带土壤中赤铁矿(hematite)：红色，分布于亚热带和热带土壤中三水铝石(gibbsite)：分布较广都具有很强的固磷作用（三）产生电荷的途径+H++H+—H+—H+脱氢作用（deprotonation）质子化作用

(protonation）

中性（neutral）

负电（negative）

正电（positive）OH2+OH

O-

三水铝石在酸性环境中带正电荷（四）主要特点不存在同晶替代不仅带负电，也带正电电荷的数量是可变的晶态转化，性质差异较大我国土壤粘土矿物分布规律温带、干旱和半干旱地区土壤中的粘土矿物以伊利石、蒙蛭石、绿泥石组为主。热带和亚热带的湿润地区土壤中的粘土矿物以高岭石和氧化物为主。水云母区水云母—蒙脱石区水云母—蛭石区水云母—蛭石—高岭区蛭石—高岭区高岭—水云母区高岭区判断改错题：一般把土壤次生矿物分为2:1型，1:1型及2:1:1型三种。2:1型粘粒矿物是由2层SiO2夹一层Al2O3构成。同晶替代作用使粘粒矿物的结构和性质发生改变。粘粒矿物铝氧八面体中的Al3+离子通常可被Si4+离子取代。5.高岭石矿物的晶格不具备膨胀性，是因为其同晶替代作用较少。6.