(土壤学教学课件)第一章-土壤矿物质

SoilMineral第一章土壤矿物质华中农业大学资源与环境学院第一节、土壤矿物质的的矿物组成和化学组成一、土壤矿物质的主要元素组成（重量%）元素地壳中土壤中元素地壳中土壤中O47.049.0Mn0.100.085Si29.033.0P0.0930.08Al8.057.13S0.090.085Fe4.653.80C0.0232.0Ca2.961.37N0.010.1Na2.501.67Cu0.010.002K2.501.36Zn0.0050.005Mg1.370.60Co0.0030.0008Ti0.450.40B0.0030.001H(0.15)?Mo0.0030.00031、原生矿物（primarymineral)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。二、土粒的矿物组成2、次生矿物（secondarymineral)风化和成土过程中新形成的矿物，也称为粘土矿物。主要包括:层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石等；含水硅、铁、铝氧化物：三水铝石、针铁矿、褐铁矿等；华中农业大学资源与环境学院第二节、粘土矿物ClayMineralPhyllosilicateMinerals一、层状硅酸盐粘土矿物华中农业大学资源与环境学院（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）Si-Otetrahedron(1)硅氧四面体(2)铝氧八面体Al–O

octahedron

四面体八面体2、单位晶片四面体片（TetrahedralSheets）八面体片（OctahedralSheets）铝氧片硅氧片TetrahedralSheetunsaturated‘edge’sitesAl(OH)6OctahedraOctahedralSheetOctahedral-TetrahedralLinkage3、单位晶层（Layer）tetoct1：1型的晶层tetocttet2：1型的晶层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+,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（0.2-2m），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0.01-1m），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(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O。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。SEMofMontmorilloniteSEMofKaoliniteT:TetrahedralSi-OO:OctahedralAl-O2:1:1型晶层结构绿泥石是其主要代表。晶层由滑石和水镁片或水铝片相间重叠而成。同晶替代较普遍，阳离子交换量为10-40cmol/kg。颗粒较小，总表面积为70－150m2g-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性居中。绿泥石组（2:1:1型非膨胀性矿物）沉积物和河流冲击物中含有较多的绿泥石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(高温、潮湿)，少量的赤铁矿也会导致土壤呈红色三水铝石(gibbsite)：分布较广水铝英石：火山灰土壤中的主要粘土矿物氧化硅：石英、蛋白石（火山灰土壤）具有很强的固磷作用SEMofgoethite(left)andgoethite-bacteriacomposite(right)TEMofgoethite-bacteria（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。病原菌在砂粒和粉粒上吸附的扫描电镜图片

病原菌在粘粒上吸附的扫描电镜图片

粘粒粒径(<2µm)与病原菌(约1µm)相当或更小，可将细菌紧密“包裹”，使其“埋藏”于粘粒中。一、土壤颗粒矿质土粒和有机土粒单粒和复粒（单粒粘合而成）（一）土粒的种类土壤粒级：将土壤单粒划分为若干粒径等级砂粒、粉粒、粘粒土壤矿质颗粒组成

“feels”comparisonofsand,siltandclay

常见的土壤粒级制国际制粘粒粉粒砂粒石砾美国制粘粒粉粒砂粒石砾卡庆斯基制物理性粘粒物理性砂粒石砾中国制粘粒粉粒砂粒石砾2微米20微米2.0毫米50微米1.0毫米10微米2微米50微米2微米四、土粒基本性质石砾（gravel）：岩石碎块，山区和河漫滩土壤中常见。吸持性能很差，通透性极强。砂粒（sand）：山前平原和冲积平原土壤中常见。吸持性能弱，无粘结性和粘着性，表现松散，通透性良好。粉粒（silt）：黄土中含量较高。吸持性能增强，具有一定的粘结性、粘着性、可塑性和涨缩性。粘粒（clay）：很强的粘结性、粘着性、可塑性、涨缩性、吸附性。SandSiltClaysand~0.1m2