土壤矿物质PPT课件.ppt

此课件可编辑版 如对课件有异议或侵权的请及时联系删除 课件可编辑版 请放心使用 2 第二章土壤矿物质 Soilminerals 土壤中各种粗细不同的矿物颗粒 它们来源于岩石风化物 即由成土母质继承和演变而来 是土壤的主要组成物质之一 约占土体固相重量的95 以上 占土体容积的38 以上 故称之为土壤的 骨架 土壤矿物质又是植物矿质营养的源泉 是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素 3 第一节土壤矿物质的化学组成和矿物组成 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 从学习土壤学角度讲 着重关注的是成土矿物 以及某些作为肥料和土壤改良剂来源的矿物 4 土壤中矿物质主要由岩石中矿物变化而来 为此 讨论土壤矿物的化学组成 必须知道地壳的化学组成 5 一 岩石的化学组成和矿物组成 一 岩石的化学组成岩石的化学成分极其复杂 元素周期表中的全部元素几乎都能从岩石中发现 但主要的约有20余种 包括氧 硅 铝 铁 钙 镁 钛 钾 钠 磷 硫以及一些微量元素如锰 锌 铜 钼等 6 地壳和土壤的平均化学组成 重量 1 地壳中的元素以氧 硅 铝 铁四种元素为主 其中又以氧和硅的含量最多 分别占地壳重量的47 和29 铝和铁次之 分别占地壳重量的8 05 和4 65 所以 在组成岩石的各种化合物中 绝大多数是含氧化合物 其中又以硅酸盐最多 1 地壳元素组成的特点 8 2 作为植物必需营养元素含量低 例如 其中的磷 硫均不到0 1 而氮只有0 01 3 岩石中的植物必需营养元素不仅含量低 而且这些营养元素都以难溶的化合物形式被封闭在坚硬的岩石中 9 坚硬的岩石必须经过破碎分解而成为母质 植物营养元素才可能被释放 被集中 水分与空气才可能通过和贮存 从而肥力才有可能发生和发展 土壤才有可能形成 2 地壳如何变成具有肥力的土壤 10 二 岩石的矿物组成 构成岩石的矿物称为造岩矿物 包括石英 长石 云母 角闪石 辉石 橄榄石等十几种 11 一般为白色透明 含有杂质时呈其他颜色 石英是最主要的造岩矿物 分布最广 为酸性岩浆的主要成分 在沉积岩和变质岩中也常见 石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状 烟灰色 油脂光泽 石英的伴生矿物是云母 长石 石英硬度大 化学性质稳定 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 石英 12 正长石KalSi3O8 晶体短柱状 肉红色 浅黄色 浅黄红色等 玻璃光泽 完全解理 硬度6 0 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 伴生矿物为石英 云母等 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 13 斜长石Na AlSi3O8 Ca Al2Si2O8 常呈板状和柱状晶体 白色或灰白色 玻璃光泽 完全解理 硬度6 0 6 5 在岩石中多呈晶粒 长方形板状 白色或灰白色 玻璃光泽 伴生矿物主要是辉石和角闪石 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 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 极完全解理 薄片具有弹性 珍珠光泽 硬度2 0 3 0 白云母较难风化 风化产物为细小的鳞片状 强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物 黑云母KH2 Mg Fe 3AlSi3O12深褐色或黑色 其他性质同白云母 黑云母主要分布在花岗岩 片麻岩和结晶片岩中 伴生矿物是石英 正长石等 黑云母较白云母易于风化 风化物为碎片状 云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母 15 普通角闪石Ca Mg Fe 3Si4O12 角闪石呈细长柱状 深绿至黑色 玻璃光泽 完全解理 硬度5 0 6 0 角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中 在岩石中呈针状或纤维状 伴生矿物为正长石 斜长石和辉石 角闪石易风化 风化产物为粘土矿物 16 呈短柱状 致密块状 棕至暗黑色 条痕灰色 中等解理 硬度5 5 辉长岩和玄武岩中 在岩石中多呈晶粒状 伴生矿物为角闪石 斜长石 辉石等 较角闪石难风化 风化物为粘土矿物 富含Fe 辉石Ca Mg Fe Si2O6 普通辉石 17 橄榄石呈粒状集合体出现 橄榄绿色 玻璃光泽或油脂光泽 橄榄石为超基性岩的主要组成矿物 伴生矿物为斜长石 辉石 不与石英共生 易风化 风化产物有蛇纹石 滑石等 蛇纹石呈污绿色 玻璃光泽或油脂光泽 断口上有时呈蜡状光泽 比重2 5 硬度2 0 4 0 橄揽石 Mg Fe 2SiO4 18 方解石为次生矿物 呈菱形 半透明 乳白色 含杂质时呈灰色 黄色 红色等 完全解理 玻璃光泽 与稀盐酸反应生成CO2气泡 无色透明者称冰洲石 方解石分布很广 是大理岩 石灰岩的主要矿物 常为砂岩 砾岩的胶结物 也可在基性喷出岩气孔中出现 方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用 形成重碳酸盐随水流失 石灰岩地区的溶洞就是这样形成的 方解石CaCO3 19 白云石是由方解石 菱美矿结合而成 呈弯曲的马鞍状 粒状 致密块状等 灰白色 有时带微黄色 玻璃光泽 性质与方解石相似 但较稳定 与冷盐酸反应微弱 只能与热盐酸反应 粉末遇稀盐酸起反应 这是与方解石的主要区别 白云石是组成白云岩的主要矿物 也存在于石灰岩中 风化物是土壤Ca Mg养分的主要来源 白云石CaCO3 MgCO3 20 石膏呈板状 块状 无色或白色 玻璃光泽或丝绢光泽 硬度2 0 是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积 常作土壤改良剂 石膏CaSO4 2H2O8 21 二 土壤矿物质的化学组成及矿物组成 一 土壤矿物质的化学组成由于土壤矿物质来自于岩石的风化 所以土壤矿物质的化学组成与岩石的化学组成有相似之处 但也存在一定的区别 22 地壳和土壤的平均化学组成 重量 23 具体来看 土壤矿物质的化学组成有以下三个特点 1 O Si是含量最多的两种元素 Al Fe次之 它们分别占土壤矿物质重量的49 33 7 13 和3 80 上述四种元素相加共占土壤矿物质重量的92 93 24 也就是说 土壤矿物质中其余90多种元素合在一起 也不过占土壤矿物质重量的7 07 所以 在组成土壤矿物质的化合物中 绝大多数也是含氧化合物 其中又以硅酸盐最多 土壤矿物质化学组成的这一特点与岩石是相似的 25 2 植物生长必需的营养元素不仅含量很低 而且分布很不平衡 例如 N只有0 1 而P S均不到0 1 这样低的含量远远不能满足植物和微生物营养的需要 这一化学组成特点与岩石也是相似的 26 3 两者的区别之处就在于 与岩石相比 有的化学元素在成土过程中增加了 而有的则显著下降了 例如 与岩石相比 土壤矿物质中O Si C N等元素的含量增加了 而Ca Mg K Na等元素的含量则显著下降了 27 二 土壤矿物质的矿物组成 土壤矿物质按照来源的不同 可以分为原生矿物和次生矿物两大类 28 1 原生矿物 primaryminerals 1 原生矿物的概念自然界中 矿物的种类很多 其中长石 石英 辉石 角闪石 云母等数种矿物是构成岩石的主要矿物 称为造岩矿物 它们约占大陆岩石圈的90 29 在风化成土过程中未改变化学组成的原始造岩矿物 称为原生矿物 原生矿物主要是一些抗风化能力较强的造岩矿物 其中大部分为石英和长石类矿物 此外 还包括云母 角闪石及辉石等 岩浆岩是其主要来源 30 石英 31 32 含有锰离子的石英 紫水晶 含有机质的石英 烟水晶 含铁锰的石英 芙蓉石 普通石英 正长石 KAlSi3O8 钾长石 肉红色 晶体为短柱状 易化学分解 为土壤提供钾 斜长石 Na AlSi3O8 Ca Al2Si2O8 板状或粒状 灰白色 硬度6 5左右 较易分解 为土壤提供钙 辉石 Ca Mg Fe Si2O6 绿黑色 短柱状或近似粒状 硬度5 6 玻璃光泽 易风化 为土壤提供钙 铁 镁等养分 角闪石 Ca Mg Fe Si4O12 黑绿色 长柱状或近似细长条状 硬度5 6 玻璃光泽 易风化 为土壤提供钙 铁 镁等养分 白云母 KH2Al3Si3O12 无色 片状 具弹性 硬度2 3 极完全解理 易发生物理崩解 很发生化学分解 为土壤提供钾 橄榄石 Mg Fe 2SiO4 橄榄绿色 立方形晶粒 断口常为贝壳状 硬度6 5 7 富含铁 易分解 为土壤提供铁 镁等养分 39 2 原生矿物的特点 土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势 土壤中原生矿物类型和数量多少在很大程度上决定于矿物的稳定性 如 石英是极稳定的矿物 具有很强的抗风化能力 因而土壤的粗颗粒中 其含量就高 土壤原生矿物是植物养分的重要来源 原生矿物中含有丰富的Ca Mg K Na P S等常量元素和多种微量元素 经过风化作用释放供植物和微生物吸收利用 40 土壤矿物的风化及稳定性序列图 41 A 构成土壤的 骨架 粗的土粒土壤中的原生矿物主要存在于粗粒组分中 粒径为1 0 01毫米的砂粒和粉砂粒几乎都是原生矿物 B 风化后释放出营养元素 土壤原生矿物也是土壤中各种化学元素的最初来源 另外 由于原生矿物颗粒较粗 比表面积小 所以它们给土壤带来疏松通透的物理性质 3 原生矿物 对土壤肥力 的作用 42 原生矿物的组成和比例很少能反映土壤形成过程特点 但是 它们说明成土母质成因特征 土壤中原生矿物丰富 说明土壤相当年轻 随着土壤年龄增长 原生矿物含量和种类逐渐减少 不同种类的原生矿物 由于其构造特点及元素组成不同 抗风化的能力及提供养分的能力也不同 43 2 次生矿物 secondaryminerals 1 概念土壤中的次生矿物 是在岩石的风化和成土过程中 由原生矿物经化学蚀变或由其分解产物重新合成的新生矿物 44 2 特点 通过电子显微镜对其外部形态进行观察可以清楚地看出 次生矿物可呈板状 小球状及短栅状等各种形状 45 从其内部的构造及成份来看 它们大都为层状硅酸盐 故有时也称为次生层状硅酸盐矿物 由于次生矿物的颗粒较细 主要存在于土壤的粘粒组分中 是粘粒的主要成分 故也称为次生粘粒矿物 或直接称粘粒矿物 粘土矿物 claymineral 土壤中常见的次生矿物包括高岭石 蒙脱石 伊利石 绿泥石以及针铁矿 三水铝石 水铝英石等 46 粘土矿物的类型和特征综合地反映土壤的风化和成土条件 研究和鉴定它的类型 数量和特征具有以下意义 A 可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位 在土壤分类学中 次生矿物成为鉴别土类的主要依据 B 有助于了解土壤一系列理化性状 吸湿性 可塑性 胀缩性 离子吸附性 判断土壤肥力特征 必须更加关注粘土矿物 3 粘土矿物意义 次生矿物的类型 高岭石 H2Al2Si2O8 H2O 致密细粒状 土状集合体 白色或浅红色 硬度1 比重2 6 具粗糙性 加水有可塑性 49 三 硅铝率 硅铝铁率 硅铝率 silica aluminaratio 又称Sa值 土壤粘粒中二氧化硅与三氧化二铝的分子比率 50 硅铝铁率 silica sesquioxideratio 又称Saf值 土壤粘粒矿物的二氧化硅分子数与三氧化二铁 三氧化二铝分子数之和的比率 51 例题 某土壤粘粒部分SiO2含量为41 89 Al2O3含量为33 27 Fe2O3含量为11 85 计算其硅铝率 Sa 硅铝铁率 Saf SiO2 Al2O3 Fe2O3的分子量分别为60 102和160 SiO2的分子含量 41 89 60 0 698Al2O3的分子含量 33 27 102 0 326Fe2O3的分子含量 11 85 160 0 074Sa 0 698 0 326 2 14Saf 0 698 0 326 0 074 1 75 52 硅铝铁率的意义 判断粘粒矿物的大体类型 因为不同种类的粘粒矿物 其SiO2 R2O3分子比率不同 可根据土体的Saf值在同一剖面中的分异 说明粘粒在剖面中的富集情况 如果剖面某土层中 全土的Saf降低 则该土层中往往有粘粒 小于1微米 相对富集 与母质对照起来 说明成土过程的特征 如果Sa或Saf增大 则说明有脱铝现象 酸性淋溶 反之 则有富铝化作用 如红壤的形成过程 53 第二节粘土矿物 一 层状硅酸盐粘土矿物 一 构造特征1 基本结构单位从外部形态上看 层状硅酸盐粘土矿物是一些极微细的结晶颗粒 从内部构造上看 它们是由两种基本结构单位即硅氧四面体和铝氧八面体所构成 54 硅氧四面体和铝氧八面体 55 1 硅氧四面体 或简称四面体 四面体基本的结构是由1个硅离子 Si4 和4个氧离子 O2 所构成 其排列方式 以3个O2 构成三角形为底 Si4 位于底部3个O2 之上的中心处 第4个O2 则位于Si4 的顶部 恰好把Si4 盖在O2 的下面 像这样的构造单位 如果连接相邻的3个O2 的中心 可构成假想的4个三角形的面 Si4 位于这4个面的中心 这种结构单位为硅氧四面体 或简称四面体 硅氧四面体 我们还带一个负电荷 么办 由于硅离子为 4价 氧离子为 2价 所以每个氧离子只需用1个价电子与硅离子结合 另一个价电子是自由的 57 硅 氧两元素能组成一个单位的原因 一是硅具有正原子价 而氧具有负原子价 二者可相互吸引 二是与原子大小有关 四个氧原子堆积成四面体时 其间所形成的空隙与硅原子的大小基本相似 但四面体的价键并不平衡 SiO4 4 因此许多四面体可共用氧原子形成一层 此时键价仍不平衡 可与铝氧八面体结合形成各类粘土矿物 2 铝氧八面体 或简称八面体 八面体的基本结构是由1个铝离子 Al3 和6个氧离子 O2 或氢氧离子 OH 所构成 59 其排列方式 以6个O2 或OH 排成两层 每层都由3个O2 或OH 排成三角形 但上层O2 的位置与下层O2 交错排列 Al3 位于两层O2 的中心孔穴内 像这样的构造单位 如果连接相邻的3个O2 的中心 可构成假想的8个三角形的面 Al3 位于这8个面的中心 这种结构单位为铝氧八面体 或简称八面体 分子式 AlO6 9 60 2 单位晶片硅氧四面体和铝氧八面体在形成硅酸盐粘土矿物之前 首先要分别各自聚合 聚合的结果 四面体在水平方向上无限延伸 排列成四面体片 简称硅片 硅氧片 硅片可用n Si4O10 4 表示 八面体在水平方向上无限延伸 排列成八面体片 简称铝片 水铝片 铝片可用n Al4O12 12 表示 两层O都有剩余的负电荷 硅氧四面体在平面图上相互连接成硅片图形 图中A B均为由六个氧离子所构成的晶穴 硅片 硅氧片 图示法 N Si4O10 4 铝片 水铝片 图示法 N Al4O12 12 六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似 许多铝八面体相互连接 形成铝氧片 铝氧片有两个层面的电价不平衡 可与氢原子连接形成水铝矿 或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐 中心孔径0 58埃Al离子半径0 57埃 65 3 单位晶层硅氧四面体和铝氧八面体分别各自聚合形成硅氧四面体片和铝氧八面体片后 再以不同的方式在C轴方向上堆叠 就构成了粘土矿物的单位晶层 按照硅氧四面体片和铝氧八面体片堆叠方式的不同 可以形成三种形式的单位晶层 即1 1型 2 1型和2 1 1型的单位晶层 66 1 1 1型单位晶层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 1 1型单位晶层有两个层面 一个是氧原子层面 另一个是氢氧层面 67 1 1型粘土矿物的构造示意图 68 69 迪恺石 高岭石 70 2 2 1型单位晶层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 2 1型单位晶层的两个层面都是氧原子面 71 72 2 1型粘土矿物的构造图 73 74 3 2 1 1型单位晶层2 1 1型单位晶层在2 1型单位晶层的基础上又多了1个八面体片 铝片或镁片 这样 2 1 1型单位晶层由两个硅片 一个铝片和一个铝片 或镁片 构成 75 2 1 1型粘土矿物的构造图 76 4 同晶替代 1 概念粘土矿物晶架内四面体或八面体的中心阳离子 Al3 Si4 常被另一种大小相似的阳离子所代替 其结果改变了晶架的化学组成 而晶体构造不受破坏 这种现象称为同晶替代 同晶替代现象在2 1和2 1 1型粘土矿物中较普遍 而1 1型粘土矿物中则相对较少 77 2 特点同晶替代现象有以下两个特点 i 替代和被替代离子的大小要相近 只有这样才能保证替代后晶形 晶体构造 不发生改变 例如 Fe3 的半径 0 064nm 与八面体的中心离子Al3 的半径 0 057nm 相近 可发生替代而不改变晶形 而La3 的半径比Al3 大一倍以上 La3 不能替代Al3 78 ii 替代和被替代离子的电性必须相同 但电价可以等价 也可以不等价 如果替代的两个离子是同价的 则替代的结果是晶体内部仍保持电中性 而如果替代的两个离子不等价 则替代的结果使晶体或者带正电荷 中心阳离子被电价高的阳离子所替代 或者带负电荷 中心阳离子被电价低的阳离子所替代 79 在硅酸盐粘土矿物中 最普遍的同晶替代现象是晶体中的中心离子被低价的离子所代替 例如 四面体中的Si4 常被Al3 所替代 八面体中的Al3 常被Mg2 Fe3 或Fe2 所替代 所以 土壤中的硅酸盐粘土矿物一般以带负电荷为主 80 3 意义同晶替代的结果使土壤中的硅酸盐粘土矿物带正电荷或负电荷 这种由于同晶替代现象所产生的电荷称为永久电荷 正是由于同晶替代现象使土壤具有了永久电荷 才使得土壤能够吸附溶液中带相反电荷的养分离子 如NH4 K NO3 等 避免了这些养分离子随水流失 粘土矿物数量越多 土壤肥力通常也越高 因为土壤中的硅酸盐粘土矿物一般以带负电荷为主 所以吸附的离子以阳离子为主 由此可见 土壤中粘土矿物的数量与土壤肥力之间有着密切的关系 82 2 1和2 1 1型粘土矿物数量越多 土壤肥力通常也越高 因为同晶替代现象在2 1和2 1 1型粘土矿物中较普遍 而1 1型粘土矿物中相对较少 所以 土壤中粘土矿物的类型与土壤肥力的关系也很大 83 二 硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性土壤中层状硅酸盐粘土矿物的种类很多 根据其构造特点和性质 可以归纳为4个类组 即高岭组 蒙蛭组 水化云母组和绿泥石组矿物 84 1 高岭组 1 矿物类型高岭组矿物又叫1 1型矿物 是硅酸盐粘土矿物中结构最简单的一类 包括高岭石 珍珠陶土 迪恺石及埃洛石等 高岭石是土壤中最常见的一种1 1型硅酸盐粘土矿物 见图 1 1型高岭石类晶体结构模型图 86 87 高岭组粘土矿物是南方热带和亚热带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 2 特点高岭组矿物具有以下特点 i 1 1型的晶层结构 高岭组矿物的晶层是由一层硅片和一层铝片重叠而成 ii 非膨胀性 由于在C轴方向上相邻晶层的层面不同 一个是硅片的氧面 一个是铝片的氢氧面 这样两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键 使相邻晶层间产生了较强的连接力 晶层不易膨胀 膨胀系数一般小于5 89 iii 电荷数量少 由于晶层内部硅片和铝片中没有或极少同晶替代现象 因此所带负电荷数量较少 iv 胶体特性较弱 与其它的硅酸盐粘土矿物相比 高岭组矿物的颗粒较粗 所以 相对于其它的硅酸盐粘土矿物 高岭组矿物的胶体特性较弱 因此 该组矿物的可塑性 粘结性 粘着性和吸湿性都较弱 90 2 蒙蛭组 1 矿物类型蒙蛭组矿物又叫2 1型膨胀性矿物 包括蒙脱石 绿脱石 拜来石 蛭石等 蒙脱石是土壤中最常见的一种2 1型硅酸盐粘土矿物 如图 在我国东北 华北和西北地区的土壤中分布较广 2 1型蒙脱石类晶体结构模型图 92 2 特点蒙蛭组矿物具有以下特点 i 2 1型的晶层结构 蒙蛭组矿物的晶层是由两层硅片夹一层铝片构成 ii 胀缩性大 由于在C轴方向上相邻晶层的层面相同 都是硅片的氧面 这样两个晶层的层面间的结合力很弱 晶层容易膨胀 膨胀后水分子能够进入 因此 晶层的间距会因水分的进入而扩张以及水分的丧失而收缩 是发生变化的 蒙脱石晶层间距变化在0 96 2 14nm之间 蛭石晶层间距变化在0 96 1 45nm之间 94 iii 电荷数量大 由于同晶替代现象普遍 替代的结果使这组粘土矿物都带大量的负电荷 iv 胶体特性突出 蒙蛭组矿物的颗粒很细 所以 蒙蛭组矿物的胶体特性很强 因此 该组矿物的可塑性 粘结性 粘着性和吸湿性都很强 对耕作不利 95 在温带湿润半湿润的气候条件下 又有丰富的盐基时 有利于蒙脱石类矿物的形成 这类矿物多存在于土壤粘粒的最细部分 在我国东北 华北的栗钙土 黑钙土和褐土等土壤中富含这类矿物 蒙脱石类矿物种类多 成分复杂 除蒙脱石外 富含铝的叫拜来石 富含铁的叫绿脱石 富含镁的叫皂石等 3 水化云母组 了解 水化云母组矿物又叫2 1型非膨胀性矿物或伊利组矿物 伊利石是土壤中最常见的一种水化云母组矿物 广泛分布于我国多种土壤中 尤其是西北 华北干旱地区的土壤中含量很高 而南方土壤中含量很低 水化云母组矿物具有以下特征 i 2 1型的晶层结构 ii 非膨胀性 iii 电荷数量较大 iv 胶体特性较强 介于高岭石和蒙脱石之间 97 伊利石的结构示意图 98 99 100 水云母是土壤中含钾的粘土矿物 钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中 当晶层破裂时 可将被固定的钾重新释放出来 供植物利用 水云母类矿物分布广泛 许多土壤中都有此类矿物 特别是在西北干旱地区和高寒地带 以及风化度浅的土壤中 常成为主要的粘土矿物 在长江中下游河湖冲积物上发育的土壤中也含有较多此类矿物 101 102 4 绿泥石组 了解 绿泥石组矿物又叫2 1 1型矿物 绿泥石是土壤中最常见的一种绿泥石组矿物 主要存在于沉积物和河流冲积物中 绿泥石组矿物具有以下特征 i 2 1 1型的晶层结构 ii 同晶替代较普遍 iii 胶体特性较强 介于高岭石和蒙脱石之间 103 绿泥石粘粒矿物结构示意图由两层四面体与两层八面体构成2 2型矿物 土壤粘土矿物是受各种自然因素的影响 在风化和成土过程中形成的 故粘土矿物的分布有一定的地带性 随生物 气候带的变化呈纬度地带性 三 我国土壤粘土矿物的分布 105 据 中国土壤 的资料 我国粘土矿物的分布情况大致为 温带干旱的漠境和半漠境地带 风化程度低 化学风化程度弱 以形成水化度低的水云母为主 蒙脱石不多 随着湿润程度的增加 至半干旱草原地区 蒙脱石迅速增加 结晶良好 以蒙脱石和水云母为主 暖温带湿润地区 蛭石显著增加 以水云母 蛭石为主 说明环境有利于水云母进一步脱钾作用 中亚热带以南地区 随着生物 水热作用的增强 矿物脱硅作用旺盛 高岭石逐渐代替水云母 铁铝氧化物也迅速增多 二 非硅酸盐粘土矿物 一 氧化物类土壤粘土矿物组成中 除层状硅酸盐外 还含有一类矿物结构比较简单 水化程度不等的铁 锰 铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石 它们是硅酸盐风化最终产物 也是成土过程的产物 虽然在数量上是粘粒的次要成分 但它们的存在数量及组成状况直接或间接地影响土壤的理化特性及养分元素的有效性 1 氧化铁土壤中常见的氧化铁矿物是针铁矿和赤铁矿 针铁矿 FeOOH 在温带 亚热带的土壤中大量存在 一般晶体都很小 比较大的带黄色 较小的带棕色 常呈针状 故称针铁矿 天然针铁矿中有一部分Fe3 被Al3 所代替 一般来说 含有Al3 替代的针铁矿其结晶程度都较差 赤铁矿 Fe2O3 在高温 潮湿 风化程度很深的红色土壤中存在 在黄色或棕色的土壤中很少存在 即使土壤中的氧化铁以针铁矿为主 少量的赤铁矿的存在也会使土壤看起来呈红色 赤铁矿常呈六角形的板状 108 赤铁矿和针铁矿在土壤中都可以呈胶膜质包被在土壤颗粒的表面 在热带地区的土壤中可进一步转化为似岩石般坚硬的物质 铁盘 109 2 氧化铝土壤中常见的铝氧化物是三水铝石Al OH 3 主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中 其含量可作为脱硅作用和富铝作用的指标 土壤中三水铝石的形成和含量的高低与水热条件和矿物风化有着密切关系 就水平地带性土壤而言 我国北方石灰性土壤中不含三水铝石 大致在北纬30 以南地区的土壤中才出现三水铝石 在同一地区 花岗岩发育的土壤中的三水铝石含量较千枚岩发育的土壤高 110 土壤中各种形态的铁 铝可按离子态 无定形态 晶态进行转化 铁铝氧化物对土壤理化性质的影响主要是表面作用 其影响强弱与表面积大小密切相关 结晶很好 颗粒大的在土壤中转化作用较弱 非晶质 无定形 的铁铝氧化物转化作用强 非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子 如对土壤中磷酸根离子的吸附 使磷被固定 失去其有效性 111 3 水铝英石水铝英石 xAl2O3 ySiO2 nH2O 是由氧化硅 氧化铝和水组成的非晶质硅酸盐矿物 Si Al比在1 2之间变化 水铝英石具有较高的阳离子交换量 为10