环境土壤学第一章XXXX课件.ppt

1、岩石风化而来，一般占土壤质量的岩石风化而来，一般占土壤质量的95%95%以上，占土壤容积的以上，占土壤容积的45%45%左右。左右。生物残体及腐殖物质组成，一般占土生物残体及腐殖物质组成，一般占土壤质量壤质量5%5%左右，占土壤容积左右，占土壤容积5%5%左右。左右。种类繁多，包括昆虫、蠕虫、原生动种类繁多，包括昆虫、蠕虫、原生动物、藻类及微生物物、藻类及微生物;微生物数量大、微生物数量大、种类多、繁殖快，但占土壤质量和容种类多、繁殖快，但占土壤质量和容积的份额很少。积的份额很少。外部进入土壤，含有溶解物质，是稀外部进入土壤，含有溶解物质，是稀薄的溶液，占土壤容积的薄的溶液，占土壤容积的0 0

2、50%50%左右。左右。主要有氧气、氮气、二氧化碳和水汽主要有氧气、氮气、二氧化碳和水汽等，占土壤容积的等，占土壤容积的0 050%50%左右。左右。矿物质矿物质有机质有机质生物生物(活体）活体）水分水分气体气体固体固体部分部分粒间粒间孔隙孔隙土土壤壤组组成成 The soil can be viewed as a three-phase system comprising solid,liquid and gaseous constituents.lSolid phase mineral and organic material Parent material Vegetation lLiq

3、uid phase soil water Precipitation Ground-waterlGaseous phase soil atmosphere(air)Above-ground atmosphere Respiration of soil organisms1.土壤矿物质土壤矿物质 Soil mineral material 2.土壤有机质土壤有机质 Soil organic matter3.土壤生物土壤生物 Soil organisms4.土壤质地和结构土壤质地和结构 Soil texture and structure5.土壤水分土壤水分 Soil water(moisture

4、)6.土壤空气和热量土壤空气和热量 Soil air and heat regime，Introduction第一节第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成土壤矿物质的矿物组成和化学组成第二节第二节 粘土矿物粘土矿物第三节第三节 中国土壤粘土矿物分布规律中国土壤粘土矿物分布规律 地核地核2900km地幔地幔332900km地壳地壳033km地壳物质组成：地壳物质组成：元素元素 矿物矿物 岩石岩石Introduction矿矿 物物 地壳及上地幔中的化学元素在各种地质作用下地壳及上地幔中的化学元素在各种地质作用下形成的具有相对固定化学组成和物理性质的均质单形成的具有相对固定化学组成和物理性质的均质单

5、质或化合物。是组成岩石的基本单位。质或化合物。是组成岩石的基本单位。岩岩 石石 在各种地质作用下，按一定方式结合而成矿物在各种地质作用下，按一定方式结合而成矿物复合体。是构成地壳和地幔的主要物质。复合体。是构成地壳和地幔的主要物质。岩石按形成方式分类岩石按形成方式分类岩浆岩浆(火成火成)岩岩 地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。沉积岩沉积岩 由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。变质岩变质岩 原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高 温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改 变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石。The mineral

6、 fraction of soils is derived largely from weathering of the underlying parent material,which may consist of consolidated bedrocks or unconsolidated superficial deposits.BedrockIgneous(火成岩）火成岩）Sedimentary(沉积岩）沉积岩）Metamorphic（变质岩）（变质岩）DepositRiverine alluvium（河流冲积物）（河流冲积物）Glacial till(冰积物）冰积物）Lacustr

7、ine clays(湖积粘土）湖积粘土）土壤矿物来土壤矿物来源源一、元素组成一、元素组成二、矿物组成二、矿物组成一、土壤矿物质的主要元素组成一、土壤矿物质的主要元素组成 地壳和土壤的平均化学组成地壳和土壤的平均化学组成（W%）元素元素地壳地壳土壤土壤 元素元素地壳地壳土壤土壤 OSiAlFeCaNaKMgMn47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.1049.033.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.085

8、2.00.10.0020.0050.0010.0003l 几乎包括元素周期表中所有元素；几乎包括元素周期表中所有元素；l 土壤矿物质元素的相对含量与地球表面岩石圈元素土壤矿物质元素的相对含量与地球表面岩石圈元素的平均含量及其化学组成相似。的平均含量及其化学组成相似。l O、Si、Al、Fe为主，四者共占为主，四者共占88.7%以上；以上；l 植物必需营养元素含量低，分布不平衡。植物必需营养元素含量低，分布不平衡。l 化学组成既继承了地壳化学组成的特点，又反映了化学组成既继承了地壳化学组成的特点，又反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。

9、O、Si、C、N等增加，等增加，Ca、Mg、K、Na等减少。等减少。土壤矿物质元素组成特点：土壤矿物质元素组成特点：l原生矿物原生矿物 经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和晶体经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和晶体结构的原始成岩矿物。结构的原始成岩矿物。土壤粗粒部分主要由原生矿物组成。土壤粗粒部分主要由原生矿物组成。u硅（铝硅）酸盐矿物：硅（铝硅）酸盐矿物：长石类、辉石长石类、辉石、角闪石、云母类角闪石、云母类u碳酸盐矿物碳酸盐矿物：方解石、白云石方解石、白云石u(氢氢)氧化物矿物氧化物矿物：石英、赤铁矿、褐铁矿、金红石石英、赤铁矿、褐铁矿、金红石u磷酸盐矿物磷酸盐矿物：鳞灰石鳞灰石

10、l次生矿物次生矿物(粘土矿物粘土矿物)由原生矿物经过风化、成土过程分解转化而形成的由原生矿物经过风化、成土过程分解转化而形成的矿物。矿物。粘粒主要由次生矿物组成。粘粒主要由次生矿物组成。高岭石、蒙脱石、伊利石高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石、蛭石、绿泥石、绿泥石、氧化物氧化物土壤原生矿物简介土壤原生矿物简介土壤原生矿物简介土壤原生矿物简介l以硅酸盐和铝硅酸盐为主以硅酸盐和铝硅酸盐为主 氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。如石英、长石、云母、如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。辉石、角闪石等。l原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性 石英最稳

11、定石英最稳定,是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定,在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。l原生矿物对土壤肥力的贡献原生矿物对土壤肥力的贡献构成土壤的骨骼构成土壤的骨骼土粒土粒原生矿物是植物养分的重要来源原生矿物是植物养分的重要来源,通过风化提供养料通过风化提供养料Ca、Mg、K、P、S等等 闪石闪石 amphibole辉石辉石 augite长石长石 feldspar云母云母 mica石英石英 quartz金红石金红石赤铁矿赤铁矿 hematite磷灰石磷灰石 phosphate ro

12、ck方解石方解石 calcite 白云石白云石 硅氧四面体硅氧四面体 Silicon-oxygen tetrahedron Si4+O2-(SiO4)4-单晶单晶橄榄橄榄石石单链单链辉石辉石双链双链角闪石角闪石片片黑云母黑云母架架石英石英稳定橄榄石橄榄石辉石辉石角闪石角闪石黑云母黑云母石英石英钙长石钙长石倍长石倍长石拉长石拉长石中长石中长石奥长石奥长石钠长石钠长石镁铁质矿物的不连续系列镁铁质矿物的不连续系列长长石石类类矿矿物物的的连连续续系系列列结晶由结晶由先到后，先到后，稳定性稳定性由小到由小到大大稳稳定定性性由由小小到到大大l Introduction l 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土

13、矿物Sheet silicate clay mineralsl 非硅酸盐粘土矿物非硅酸盐粘土矿物Non-silicate clay minerals 粘土矿物的类型特征综合反映了土壤的风化和成土粘土矿物的类型特征综合反映了土壤的风化和成土条件，研究和鉴定其种类、数量和特征有重要意义条件，研究和鉴定其种类、数量和特征有重要意义.l帮助了解各种土壤在发生学上的地位；帮助了解各种土壤在发生学上的地位；l帮助了解土壤的理化性质（如吸湿性、可塑性、帮助了解土壤的理化性质（如吸湿性、可塑性、胀缩性和吸附性等）胀缩性和吸附性等）;l概略评价肥力特征及质量。概略评价肥力特征及质量。粘土矿物简介粘土矿物简介土壤

14、中的主要次生矿物土壤中的主要次生矿物lAluminosilicates(铝硅酸盐类铝硅酸盐类)高岭石高岭石、蒙脱石、蒙脱石、伊利石伊利石、蛭石、绿泥石、蛭石、绿泥石lSimple salts(简单盐类简单盐类)碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐硫酸盐(石膏石膏)、氯化物、氯化物lOxides(氧化物类氧化物类)针铁矿、赤铁矿、三水铝石、锐钛矿针铁矿、赤铁矿、三水铝石、锐钛矿高岭石高岭石 Kaolinite蒙脱石蒙脱石 Montmorillonite绿泥石绿泥石 Chlorite方解石方解石 calcite 白云石白云石针铁矿针铁矿 goethite褐铁矿褐铁矿三水铝石三水铝石 gibbsitel Intr

15、oduction l 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物Sheet silicate clay mineralsl 非硅酸盐粘土矿物非硅酸盐粘土矿物Non-silicate clay minerals 1.1.基本结构单位基本结构单位2.2.单位晶片单位晶片3.3.单位晶层单位晶层4.4.同晶替代同晶替代1.1.基本结构单位基本结构单位lSilicon-oxygen tetrahedron 硅氧四面体硅氧四面体 (SiO4)4-l Aluminum-oxygen octahedron 铝氧八面体铝氧八面体 (AlO6)9-Hexagonal arrangementn n(Al4O12)12-

16、l Silicon-oxygen tetrahedron sheet 硅氧四面体片硅氧四面体片l Aluminum-oxygen octahedron sheet 铝氧八面体片铝氧八面体片n n(Si4O10)4-n n(Al4O12)12-l Aluminum-oxygen octahedron sheet 铝氧八面体片铝氧八面体片 Clay minerals are made up of various combinations of three fundamental sheet structures:u Si-O sheet in which the Si-O tetrahedron

17、are linked in a hexagonal arrangement;u Al-O sheet in which the Al3+ions are surrounded by six closely packed hydroxyl(OH-)ions to form an octahedron structure;u Mg-O sheet whose structure is similar to that of the Al-O sheet but contains Mg2+ions rather than Al3+.n 1:1 1:1 型晶层型晶层n 2:1 2:1 型晶层型晶层n 2

18、:1:1 2:1:1 型晶层型晶层n 1:1 1:1 型晶层型晶层 (Kaolinite)one silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheetn 1:1 1:1 型晶层型晶层 (Kaolinite)one silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheetn 2:1 2:1 型晶层型晶层 (Montmorillonite,illite)two silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheetn 2:1 2:1 型晶层型晶层 (Montmoril

19、lonite,illite)two silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheetn 2:1:1 2:1:1 型晶层型晶层 (Chlorite 绿泥石）绿泥石）two silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheet，forming a 2:1 layer structure,to one further Mg-O(brucite)sheet which occupies the interlayer position.组成矿物的中心离子被电性相通、大小相近的离组成矿物的中心离子被电性相通、大

20、小相近的离子所替代而晶格构造不变的现象叫做子所替代而晶格构造不变的现象叫做同晶替代同晶替代（同型（同型异质替代）。异质替代）。he most common substitutions involves replacement of some Si4+,in Si-O tetrahedron,by Al3+,and the substitution of Al3+,in Al-O oxtahedron,by Mg2+or Fe3+.This substitution also can led to forming the Mg-O sheet.l 同晶替代常见的是以低价代高价的金属离子，所同晶替

21、代常见的是以低价代高价的金属离子，所以产生的电荷以负为主。粘土矿物以负电荷为主，通以产生的电荷以负为主。粘土矿物以负电荷为主，通过静电引力吸附阳离子。阳离子养料吸附是土壤一个过静电引力吸附阳离子。阳离子养料吸附是土壤一个极重要特性，和肥力关系密切。极重要特性，和肥力关系密切。l 同晶替代现象在同晶替代现象在2:1和和2:1:1型粘土矿物中比较普遍，型粘土矿物中比较普遍，而而1:11:1型粘土矿物中则相对较少。型粘土矿物中则相对较少。1.1.基本结构单位基本结构单位2.2.单位晶片单位晶片3.3.单位晶层单位晶层4.4.同晶替代同晶替代Classification of clay mineral

22、s is based on three criteria:uThe ratio of different sheets within a unite layers,uThe interlayer or basal spacing between unite layers,uThe interlayer components or species.土壤中层状硅酸盐粘土矿物种类很多，根据其构造特点土壤中层状硅酸盐粘土矿物种类很多，根据其构造特点和性质可归纳为四类：和性质可归纳为四类：l 高岭组高岭组l 蒙蛭组蒙蛭组 l 水化云母组水化云母组l 绿泥石组绿泥石组硅酸盐粘土矿物（构造特点、性质）（构造

23、特点、性质）n 高岭组高岭组 Kaolinite group 1:1 layer clay minerals 高岭石、珍珠陶土，埃洛石等高岭石、珍珠陶土，埃洛石等n 蒙蛭组蒙蛭组 Montmorillonite group 2:1 layer and shrink-swell minerals 蒙脱石，绿脱石，拜来石，蛭石等蒙脱石，绿脱石，拜来石，蛭石等n 水化云母组水化云母组 Hydrous mica group 2:1 layer and no shrink-swell minerals 伊利石等伊利石等n 绿泥石组绿泥石组 Chlorite group 2:1:1 layer clay

24、minerals 绿泥石等，富含镁、铁绿泥石等，富含镁、铁 Kaolinite Kaolinite has a 1:1 layer structure and an interlayer spacing of around 7(0.7nm).Layer units are attracted by hydrogen bonding and the crystals have a characteristic hexagonal appearance.1.1.高岭组高岭组(1:1(1:1 型矿物型矿物)高岭石、珍珠陶土，埃洛石等高岭石、珍珠陶土，埃洛石等 高岭组粘土矿物特性高岭组粘土矿物特性1:

25、1型。型。结构相似，分子式：结构相似，分子式：Al4Si4O10(OH)8,SiO2/Al2O3 分子比率分子比率2。非膨胀性非膨胀性。四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间 以较强的氢键相连，水化时基本不膨胀。以较强的氢键相连，水化时基本不膨胀。电荷数量少电荷数量少。没有或极少存在同晶替代现象。吸附阳离子的能力极弱，吸附没有或极少存在同晶替代现象。吸附阳离子的能力极弱，吸附 容量容量3-15cmol(+)/kg。含量高的土壤保肥性差。含量高的土壤保肥性差。OH群中群中H在一在一 定酸度下解离，使其带少量负电荷，且随酸度条件

26、而改变。定酸度下解离，使其带少量负电荷，且随酸度条件而改变。胶体特性较弱胶体特性较弱。呈片状，颗粒较粗、总表面积较小（呈片状，颗粒较粗、总表面积较小（10103 20103m2/kg)。粘结性、可塑性和吸湿能力较弱。粘结性、可塑性和吸湿能力较弱。热带、亚热带土壤中普遍存在，北方及青藏高原土壤中少。热带、亚热带土壤中普遍存在，北方及青藏高原土壤中少。两个四面体片夹一八面体片组成一两个四面体片夹一八面体片组成一个晶片，八面体片中，部分个晶片，八面体片中，部分Mg取代取代Al而使层片带负电，多余电荷由层间阳离而使层片带负电，多余电荷由层间阳离子中和。水化时膨胀严重。子中和。水化时膨胀严重。Montm

27、orillonite(Smectite)is a 2:1 layer clay mineral with interlayer positions dominated by Na+and Ca2+ions,and water molecules.Although its basal spacing is approximately 14(1.4nm),this varies somewhat due to its shrink-swell characteristics which occur on wetting and drying.2.蒙蛭组蒙蛭组(2:1 膨胀型矿物膨胀型矿物)蒙脱石，

28、绿脱石，拜来石，蛭石等蒙脱石，绿脱石，拜来石，蛭石等蒙蛭组粘土矿物特性蒙蛭组粘土矿物特性 2:1型型。结构相似，分子式：结构相似，分子式：Al4Si8O20(OH)4nH2O,SiO2/Al2O3分子比率分子比率2-4。胀缩性大。胀缩性大。层间结合力（分子引力）较小。晶架间距可变，层间结合力（分子引力）较小。晶架间距可变，9.6-21.4 电荷数量多。电荷数量多。普遍存在同晶替代现象。Si-O片，铝代硅；片，铝代硅；Al-O片中镁、铁代铝，片中镁、铁代铝，带有阴电荷，有较强的吸附阳离子能力，吸附容量带有阴电荷，有较强的吸附阳离子能力，吸附容量80-150cmol(+)/kg 含量高的土壤保肥性

29、强。含量高的土壤保肥性强。胶体特性突出胶体特性突出。呈片状，颗粒特别细，总表面积大（呈片状，颗粒特别细，总表面积大（600103 800103m2/kg)。含。含 量多的土壤，粘结、粘着性、可塑性和吸湿能力特别强，耕作不利。量多的土壤，粘结、粘着性、可塑性和吸湿能力特别强，耕作不利。东北黑钙土和华北栗钙土中含量较多，华北的褐土和西北东北黑钙土和华北栗钙土中含量较多，华北的褐土和西北的灰钙土中也有。的灰钙土中也有。3.水化云母组水化云母组(2:1 型非膨胀型或伊利组矿物型非膨胀型或伊利组矿物)伊利石等伊利石等 Illite also is a 2:1 layer clay minerals wi

30、th an interlayer spacing of approximately 10 (1.0nm)and K+ions as the dominant interlayer component.伊利石晶架间的钾离子同时受伊利石晶架间的钾离子同时受相邻两晶架的阴电荷的吸附，产生相邻两晶架的阴电荷的吸附，产生了联结的效果，使其不易胀开。这了联结的效果，使其不易胀开。这和蒙脱石类有明显区别。和蒙脱石类有明显区别。水化云母组粘土矿物特性水化云母组粘土矿物特性 2:1型型。结构相似，分子式：结构相似，分子式：K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O SiO2/Al2O3分子比率

31、分子比率3-4。非膨胀性非膨胀性。晶架间吸附阳离子以晶架间吸附阳离子以K+为主，半陷于晶穴内，同时受相邻两晶层为主，半陷于晶穴内，同时受相邻两晶层 阴电荷的吸附，产生了强联结的效果，不易胀开。层间距阴电荷的吸附，产生了强联结的效果，不易胀开。层间距1.0nm。电荷数量较多电荷数量较多。同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间 K+中和，有效电荷量少于蒙脱石，吸附容量介于高岭石和蒙脱石之中和，有效电荷量少于蒙脱石，吸附容量介于高岭石和蒙脱石之 间，为间，为2040cmol(+)/kg.胶体特性胶体特性 介于高岭组和蒙脱组

32、之间介于高岭组和蒙脱组之间。伊利石主要存在于我国北方干旱地区土壤中，南方土壤含伊利石主要存在于我国北方干旱地区土壤中，南方土壤含量很低。量很低。2:1粘土矿物的相邻晶片间加入一个八粘土矿物的相邻晶片间加入一个八面体片，此八面体片中面体片，此八面体片中Mg被被Al部分取代而部分取代而带正电荷，中和了相邻晶片上的负电荷。由带正电荷，中和了相邻晶片上的负电荷。由于强烈的静电吸引使其成为非膨胀粘土。于强烈的静电吸引使其成为非膨胀粘土。Chlorite has a 2:1:1 layer structure(two Si-O sheet to one Mg-O sheet,forming a bioti

33、te mica(滑石）滑石）layer,to one further Mg-O sheet which occupies the interlayer position)with an interlayer spacing of about 14 (1.4nm).4.绿泥石组绿泥石组（2:1:1 型矿物型矿物）以绿泥石为代表，富含镁、铁以绿泥石为代表，富含镁、铁绿泥石组粘土矿物特性绿泥石组粘土矿物特性 2:1:1型型。化学式为化学式为MgFeAl)12(SiAl)8O20(OH)16 同晶替代较普遍同晶替代较普遍。硅片、水铝片和水镁片上均有发生，硅片中硅片、水铝片和水镁片上均有发生，硅片中Al

34、3+代代Si4+、铝片中、铝片中 Mg2+代代Al3+产生负电荷，水镁片中产生负电荷，水镁片中Al3+代代Mg2+产生正电荷，两者产生正电荷，两者 相抵为净负电荷，介于伊利石与高岭石之间，相抵为净负电荷，介于伊利石与高岭石之间，为为1040cmol(+)/kg。颗粒较小颗粒较小。可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性居中。可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性居中。土壤绿泥石主要来自母质遗留，沉积岩和沉积物中较多。土壤绿泥石主要来自母质遗留，沉积岩和沉积物中较多。l Introduction l 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物Sheet silicate clay mineralsl 非硅酸盐粘土矿物非

35、硅酸盐粘土矿物Non-silicate clay minerals 二、非硅酸盐粘土矿物二、非硅酸盐粘土矿物l 铁、铝、硅、锰等的氧化物及其水合物铁、铝、硅、锰等的氧化物及其水合物l 结晶质和非晶质结晶质和非晶质 l 可变电荷，表面羟基的质子化或离解，因介质可变电荷，表面羟基的质子化或离解，因介质pHpH而异，而异，可正可负（两性胶体）可正可负（两性胶体）低低pH：M-OH+H+M-OH2+（水合基）（水合基）高高pH：M-OH+OH-M-O-+H2O l 氧化铁氧化铁(Iron oxide)主要矿质染色剂主要矿质染色剂l针铁矿针铁矿(-FeOOH)：晶体较大者为黄色，较小者为棕色，存在于湿：

36、晶体较大者为黄色，较小者为棕色，存在于湿 润土壤有较高氧化性的亚表层，锈纹锈斑，铁结核润土壤有较高氧化性的亚表层，锈纹锈斑，铁结核 l赤铁矿赤铁矿(-Fe2O3)：红色，存在于干燥的氧化性表土层及胶膜：红色，存在于干燥的氧化性表土层及胶膜 l纤铁矿纤铁矿(-FeOOH)：棕橙色，存在于排水不良而富含有机质土壤：棕橙色，存在于排水不良而富含有机质土壤 l 磁赤铁矿磁赤铁矿(-Fe2O3)：暗红棕色：暗红棕色,存在于高度风化且有机质少的表土存在于高度风化且有机质少的表土 l磁铁矿磁铁矿（Fe3O4）：棕黑色，多存在于母质中）：棕黑色，多存在于母质中,有时与磁赤铁矿共存有时与磁赤铁矿共存 l无定形铁

37、无定形铁（Fe(OH)3）：棕色，胶膜，锈水）：棕色，胶膜，锈水 非游离铁非游离铁 全铁全铁（FetFet）游离铁游离铁 结晶质结晶质 （FedFed）无定形或活性铁无定形或活性铁 非络合铁非络合铁 （FeoFeo）络合铁（络合铁（FepFep）无定形无定形隐晶质隐晶质晶质晶质l 氧化铝氧化铝(Aluminium oxide)硅酸盐矿物彻底分解产物，常见的有三水铝石硅酸盐矿物彻底分解产物，常见的有三水铝石Al2O33H2O，Al(OH)3和粘土矿物。和粘土矿物。湿热强度风化湿热强度风化脱硅富铝化的指标之一。脱硅富铝化的指标之一。我国北纬我国北纬30度以南土壤度以南土壤(红壤、砖红壤等红壤、砖红

38、壤等)中才出现。中才出现。花岗岩风化土壤中较多。山地土壤中有三水铝石存在。花岗岩风化土壤中较多。山地土壤中有三水铝石存在。无定形铁铝氧化物比表面大，包被土粒，改变表面性质可无定形铁铝氧化物比表面大，包被土粒，改变表面性质可吸附固定吸附固定H2PO4-等阴离子，减低其有效性。等阴离子，减低其有效性。l 氧化硅氧化硅 (Silicon oxide)结晶质和非晶质结晶质和非晶质晶质以晶质以石英为主石英为主 非晶质为蛋白石非晶质为蛋白石(SiO2nH2O)，脱水结晶为玉髓、石英、，脱水结晶为玉髓、石英、方石英、鳞石英等变体。方石英、鳞石英等变体。土壤中部分蛋白石来源于有机体，其含量常与有机质含量土壤中

39、部分蛋白石来源于有机体，其含量常与有机质含量有关。可作为古土壤埋藏表层的指示性矿物。有关。可作为古土壤埋藏表层的指示性矿物。l 水铝英石水铝英石(Allophane)非晶质硅酸盐矿物，火山灰土壤的主要粘土矿物，非晶质硅酸盐矿物，火山灰土壤的主要粘土矿物，Si/Al变化在变化在1-2之间。比表面较大，带较多负电荷，数量决定于水之间。比表面较大，带较多负电荷，数量决定于水化程度和溶液化程度和溶液pH 第三节第三节 中国土壤粘土矿物分布规律中国土壤粘土矿物分布规律 一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系l 粘土矿物是次生矿物，其形成和类型分布一方面受母岩、粘土矿

40、物是次生矿物，其形成和类型分布一方面受母岩、母质的矿物学组成影响，另一方面又和风化、成土条件（气候、母质的矿物学组成影响，另一方面又和风化、成土条件（气候、生物、地形等）密切相关。生物、地形等）密切相关。l 气候和生物因素的分布式随纬度变化的，因而土壤粘土矿物气候和生物因素的分布式随纬度变化的，因而土壤粘土矿物的分布也有随生物、气候分布的纬度地带性规律。的分布也有随生物、气候分布的纬度地带性规律。l 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化度高，粘土矿物以南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化度高，粘土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率2左右，属铁铝土。左右

41、，属铁铝土。l 北方温带地区，粘粒矿物为各种北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型型(伊利石、蒙脱石等伊利石、蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多，粘粒硅铝铁率多在在3 3以上。风化度低，属硅铝土。以上。风化度低，属硅铝土。l原生矿物风化淋溶直接演变（学说）原生矿物风化淋溶直接演变（学说）+H2O，-K -K -Mg -Si -Si云母类云母类 伊利石伊利石 蛭石蛭石 蒙脱石蒙脱石 高岭石高岭石 三水铝石三水铝石 粘土矿物形成途径粘土矿物形成途径 l风化沉淀（自然合成）学说风化沉淀（自然合成）学说 原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。SiO2nH2O 土壤土壤pH条

42、件下带负电荷，酸胶基条件下带负电荷，酸胶基 Al2O3nH2O，Fe2O3nH2O 带正电荷，碱胶基带正电荷，碱胶基 盐基离子盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，决定溶液等，决定溶液pH，并参与矿物形成，并参与矿物形成 正负电荷胶体相互中和沉淀组成新矿物正负电荷胶体相互中和沉淀组成新矿物 沉淀沉淀 老化、结晶老化、结晶溶胶溶胶 凝胶（非晶质）凝胶（非晶质）结晶质结晶质 当溶胶当溶胶SiO2/Al2O33，可形成，可形成2:1型矿物型矿物 当溶胶当溶胶SiO2/Al2O33，可形成，可形成1:1型矿物及氧化铝矿物型矿物及氧化铝矿物 风化液风化液pH与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、负电荷数

43、量和沉淀凝胶中正与盐基淋溶有关，并影响胶体的正、负电荷数量和沉淀凝胶中正负电荷胶体的比例。负电荷胶体的比例。盐基离子盐基离子Mg2+、K+等直接参与新矿物合成，分别形成富钾（伊利石）、富等直接参与新矿物合成，分别形成富钾（伊利石）、富镁（蛭石、绿泥石）等矿物。镁（蛭石、绿泥石）等矿物。二、二、中国土壤粘土矿物分布规律中国土壤粘土矿物分布规律 北方以水云母（伊利石）为主的北方以水云母（伊利石）为主的1 1、2 2、3 3区区 秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分布区秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分布区(4(4区区)南方西部蛭石和高岭石为主的分布区（南方西部蛭石和高岭石为主的分布区

44、（5 5区）区）南方以高岭石为主的南方以高岭石为主的6 6、7 7分布区分布区 西北和青藏高原水云母区西北和青藏高原水云母区(1(1区区)，土壤风化程度最低，土壤风化程度最低 华南高岭区（华南高岭区（7 7区）土壤风化程度最高区）土壤风化程度最高 全国土壤粘土矿物分布划分为全国土壤粘土矿物分布划分为7 7个区个区1.1.水云母区水云母区2.2.水云母水云母蒙脱石区蒙脱石区3.3.水云母水云母蛭石区蛭石区4.4.水云母水云母蛭石蛭石高岭区高岭区5.蛭石高岭区6.6.高岭高岭水云母区水云母区7.7.高岭区高岭区气候带 土壤类型 粘土矿物类型1.1.名词解释：名词解释：2.2.原生矿物、次生矿物、同

45、晶替代原生矿物、次生矿物、同晶替代2.2.简述土壤矿物质的元素组成特征。简述土壤矿物质的元素组成特征。3.3.简述层状硅酸盐粘土矿物的构造特征。简述层状硅酸盐粘土矿物的构造特征。4.4.层状硅酸盐粘土矿物分为那些类组？分别简述层状硅酸盐粘土矿物分为那些类组？分别简述其一般特性。其一般特性。THANKS1.2.1 Introduction 1.2.2 Sheet silicate clay minerals 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物1.2.3 Non-silicate clay minerals 非硅酸盐粘土矿物非硅酸盐粘土矿物 Soil mineral constituents and chemical compositions 土壤矿物质的矿物组成和化学组成土壤矿物质的矿物组成和化学组成 Constructional characteristics of Sheet silicate clay minerals 层状硅酸盐粘土矿物的构造特征层状硅酸盐粘土矿物的构造特征#The fundamental building block 基本结构单位基本结构单位#Unite sheet 单位晶片单位晶片#Unite layer 单位晶层单位晶层#Isomorphous substitution 同晶替代同晶替代