土壤矿物质课程讲义

null第一章 土壤剖析第一章 土壤剖析 土壤形态 土壤组成 土壤性质 null教学重点掌握土壤固相物质组成及其特性 了解土壤矿物类型及其风化特征 认识土壤矿物空间分异规律第一章null关键词土壤矿物(soil mineral) 原生矿物(primary mineral) 次生矿物 (secondary mineral) 第一章null土壤组成第一章null最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成 第一章 土壤矿物质第一章 土壤矿物质土壤矿物质是土壤的“骨骼”，土壤矿物质的成分和性质对土壤的形成和理化性质都有很大的影响； 土壤矿物质来源为岩石和母质，按成因类型将其分为两大类：原生矿物和次生矿物。 土壤原生矿物第一章 土壤原生矿物原生矿物(primary mineral)：指直接来源于母质的矿物、它是受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变。 影响土壤原生矿物的因素主要有： 土壤的母岩和母质的成因类型 母岩成土的环境条件 矿物的抗风化能力 土壤原生矿物第一章 土壤原生矿物硅酸盐和铝硅酸盐类 氧化物类 硫化物类 磷酸盐类硅酸盐、铝硅酸盐类第一章硅酸盐、铝硅酸盐类在土壤原生矿物中硅酸盐、铝硅酸盐类占绝对优势,一般为晶体矿物。常见的有长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石类。它们大都比较稳定，风化而释放Na、K、Ca、Fe等元素，同时形成新的次生矿物。 硅酸盐、铝硅酸盐类第一章硅酸盐、铝硅酸盐类长石类：占地壳重量50-60%，占土壤重10-15%，以正长石（钾长石KAlSi3O8)为多，钠长石（NaAlSi3O8）、钙长石（CaAl2Si2O8）较少。性质不太稳定，一般集中于土壤粗粒级中，风化后较多的K、Na、Ca等元素释放，可供植物吸收。长石类第一章长石类正长石（KAlSi3O8)长石类第一章长石类钙长石（CaAl2Si2O8）长石类第一章长石类钠长石（NaAlSi3O8）硅酸盐、铝硅酸盐类第一章云母类：占岩浆岩的4%，层状硅酸盐矿物。常见白云母[KH2Al3(SiO4)3]和黑云母[KH2(MgFe)3Al(SiO4)3]。云母类，特别是 黑云母较容易风化，是土壤内K元素的主要来源。硅酸盐、铝硅酸盐类云母类第一章云母类白云母[KH2Al3(SiO4)3]云母类第一章云母类黑云母[KH2(MgFe)3Al(SiO4)3]。 云母类第一章云母类金云母云母类第一章云母类锂云母硅酸盐、铝硅酸盐类第一章硅酸盐、铝硅酸盐类橄榄石类：此类矿物是Fe、Mg比例不定的正硅酸盐类[(MgFe)2SiO3]，极易风化。 橄榄石类第一章橄榄石类硅酸盐、铝硅酸盐类第一章硅酸盐、铝硅酸盐类辉石、角闪石类：占岩浆岩重量的17%，属偏硅酸盐类，是岩浆岩中深色矿物的主要成分。多呈绿色或黑色。辉石第一章辉石角闪石第一章角闪石氧化物类第一章氧化物类石英（SiO2)、赤铁矿(Fe2O3)、金红石（TiO2)、蓝晶石(Al2SiO5)等，稳定不易风化，对植物的养分意义不大。其中石英是土壤中分布最广的一种矿物。含量为40-60%。 石英第一章石英石英砂岩石英第一章石英无色水晶石英第一章石英紫水晶石英第一章石英黄水晶石英第一章石英玛瑙石英第一章石英红玉髓石英第一章石英绿玉髓石英第一章石英燧石石英第一章石英碧玉赤铁矿第一章赤铁矿赤铁矿 Fe2O3金红石第一章金红石金红石（TiO2 )锆石第一章锆石锆石ZrSiO4电气石第一章电气石硫化物类第一章硫化物类 土壤中常见为铁的硫化矿物，即黄铁矿和白铁矿。二者是同质异构物（黄铁矿属等轴晶系，白铁矿属于斜方晶系），分子式均为FeS2，它们极易风化，成为土壤中硫素的主要来源。 黄铁矿第一章黄铁矿白色铁矿第一章白色铁矿磷酸盐类矿物第一章磷酸盐类矿物其成份主要有氟磷灰石[Ca5(PO4)4F]和氯磷灰石[Ca5(PO4)3Cl]两种，在风化中磷灰石逐渐释放磷化物，是重要的植物矿物质营养元素(无机磷）。 磷灰石第一章磷灰石null土壤次生矿物第一章土壤次生矿物次生矿物由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物； 次生矿物形成的途径：在原生矿物分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解的矿物；原生矿物晶体结构彻底分解后，某些分解产物再重新合成，再结晶形成新的次生矿物。 土壤次生矿物第一章土壤次生矿物简单盐类 次生氧化物类 次生铝硅酸盐类次生矿物多数是土壤矿物中最细小的部分，一般小于0.25mm，是土壤中粘粒和无机胶体的重要组成部分，也是土壤固体物质中最有影响的部分。土壤中很多重要的物理性质和化学性质都与次生矿物有密切的关系。土壤次生矿物- 简单盐类 第一章土壤次生矿物- 简单盐类 包括各种碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等。如方解石(CaCO3)、白云石[Ca,Mg(CO3)2]、石膏(CaSO4•2H2O)、食盐(NaCl)、水绿镁石(MgCl2•2H2O)。它们都是原生矿物经化学风化后的产物，结晶构造均较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。方解石第一章方解石白云石第一章白云石石膏第一章石膏null第一章次生氧化物各种含水程度不同的Fe, Al等三氧化物。如针铁矿(Fe2O3•H2O)、褐铁矿(Fe2O3•H2O•nH2O)、三水铝石(Al2O3•3H2O)。它们是硅酸盐类、铝硅酸盐类矿物彻底风化后的产物。结晶构造比较简单，常见于湿热、热带和亚热带地区的土壤中； 此外还有氧化锰、氧化硅、氧化硅凝胶和蛋白石(SiO2•nH2O)。 在数量上次生氧化物虽不如次生铝硅酸盐多，但它对土壤颜色、新生体的形成、以及土壤的“专性吸附作用”等性质都有重要的影响。null第一章次生氧化物- 褐铁矿褐铁矿(Fe2O3•H2O•nH2O)null第一章次生氧化物- 针铁矿针铁矿(Fe2O3•H2O)null第一章次生氧化物- 蛋白石蛋白石(SiO2•nH2O)null第一章次生铝硅酸盐 主要包括伊利石、蒙脱石、高岭石等粘土矿物，其颗粒细小（粒径一般小于1微米），呈薄片层状结晶构造，稳定性高。是构成土壤粘粒的主要成份，也是最主要的次生矿物； null第一章次生铝硅酸盐伊利石类（或水化云母）：是一种风化程度较低的矿物，其结晶化学分子式为[OH4Ky(Al4Fe4)Mg4Mg6](Si6Aly)O20。 一般土壤中均有分布，但温带干旱地区的土壤中含量最多。其颗粒直径小于2微米，膨胀性较小，具有较高的阳离子代换量。null第一章次生铝硅酸盐- 伊利石类null第一章次生铝硅酸盐 蒙脱石类为伊利石进一步风化的产物。是基性岩在碱性环境条件下形成的。其典型分子式可用Al4Si8O20(OH)4.nH2O表示。 在温带干旱地区的土壤中含量较高，其颗粒直径小于1微米，分散度高，吸水性强，并且膨胀性大，阳离子代换量极高。null第一章次生铝硅酸盐-蒙脱石类null第一章次生铝硅酸盐高岭石类是风化度极高的矿物，其典型分子式可用Al4 (Si4O10)(OH)8来表示，也可写为Al2O3.2SiO2.2H2O。 主要见于湿热的热带和亚热带地区的土壤中，在花岗岩残积母质上发育土壤中含量也较高，其颗粒直径较大，膨胀性很小，阳离子代换量亦低。null第一章次生铝硅酸盐- 高岭石类null第一章铝硅酸盐粘土矿物晶体结构null第一章铝硅酸盐粘土矿物晶体结构氢氧根null1:1型高岭石类晶体结构模型图 第一章null 2:1型蒙脱石类晶体结构模型图 第一章nullnull不同地理环境中次生矿物形成的一般模式null高岭石逐渐代替水云母，铁铝氧化物 也迅速增多。我国土壤粘土矿物的分布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。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，说明环境有利于进一步脱钾。中亚热带以南地区：null新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带； 内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带； 华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带； 北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带； 江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带； 华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。 第一章次生矿物在中国的分布土壤矿物质的迁移转化第一章 土壤矿物质的迁移转化过程，亦即原生矿物和次生矿物的风化、分解，以及其产物的淋溶、迁移和淀积过程。 土壤矿物质的迁移转化土壤矿物的风化过程第一章土壤矿物的风化过程物理风化：又称机械崩解作用，温度的变化、水分的冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素引起的，使岩石矿物由大变小，由粗变细，矿物在化学性质与组成上均未发生变化； 可随水机械迁移淀积； 为空气、水的通透、蓄存创造条件 ，加速化学分解。化学风化过程化合分解作用：水对矿物质的溶解、水化和水解作用 溶解作用：NaCl+HOH Na++Cl-+H2O 水化作用：（与水化合）2Fe2O3+3H2O 2Fe2O3•3H2O 水解作用：（水解离H+对矿物分解作用） A、脱盐基：K2Al2Si6O16+ HOH KHAl2Si6O16+KOH (正长石) （酸性铝硅酸盐） KHAl2Si6O16+HOH H2Al8Si6O16+KOH （酸性铝硅酸盐） （游离铝硅酸盐） B、脱硅阶段：（硅以游离硅酸形式被析出，开始淋溶） H2Al2Si6O16+5HOH H2Al2Si2O8•H2O+4H2SiO3 C、富铝化阶段：（矿物彻底分解、硅继续淋溶、而Al(OH) 富集） H2Al2Si2O8+4H2O 2Al（OH)3+2H2SiO3化学风化过程土壤矿物的风化过程第一章土壤矿物的风化过程生物风化： 经过物理风化和化学风化以后，可以贮存一些水分和养分，具备了生物的基本生存条件，低等植物——高等植物——促进进一步的物理化学风化矿物分解的不同阶段第一章矿物分解的不同阶段碎屑阶段 钙淀积阶段 酸性硅铝阶段 富铝化阶段null 矿物质风化程度的量度指标 •硅铝比率 SiO2 / Al2O3 硅铝率 SiO2/(Al2O3 + F2O3） 硅铁铝率 硅铁铝率增大说明土壤矿物质有脱铁铝过程，反之说明土壤矿物质风化有脱硅富铝化过程。 任一土层或风化层的X/Al2O3 迁移系数：Km=—————————————— 母质层或母岩层的X/Al2O3 K<1，淋溶，K>1，积累矿物质风化程度的量度指标第一章矿物质风化程度的量度指标• 淋溶率：指风化壳或土层中盐基的淋溶损失或累积状况，用盐基总量与氧化铝的摩尔比例来表示。 • 风化指数：对岩石和风化壳中残余的稳 定和不稳定风化物含量比值。影响土壤矿物质分解和迁移的因素影响土壤矿物质分解和迁移的因素1、内部因素：矿物元素组成复杂程度、元素原子结构，及物理化学性质。 2、环境因素： A、水、热、酸碱条件 主要因素 B、生物因素 特殊因素 思考题思考题土壤组成包括哪些？它们之间的关系如何？ 土壤矿物质包括哪些类型？什么叫原生矿物？土壤中原生矿物主要有哪些？它们的性质如何？ 什么是次生矿物？次生矿物有哪些？特点如何？ 粘土矿物的结构有哪些特征？各类粘土矿物的性质如何？null土壤地理学课件 geography06@163.com Password: 06geography