土壤學(xué)(第二章) 土壤礦物質(zhì)ppt課件

1、第二章第二章 土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容 教學(xué)目的教學(xué)目的與要求與要求1.1.土壤的礦物組成和化學(xué)組成；土壤的礦物組成和化學(xué)組成；2.2.層狀硅酸鹽礦物的特征和種類；層狀硅酸鹽礦物的特征和種類；3.3.土壤中的氧化物；土壤中的氧化物；4.4.粘土礦物的構(gòu)成和分布規(guī)律。粘土礦物的構(gòu)成和分布規(guī)律。1.了解土壤礦物的礦物和化學(xué)組成；了解土壤礦物的礦物和化學(xué)組成；2.掌握層狀硅酸鹽礦物的構(gòu)造特征；掌握層狀硅酸鹽礦物的構(gòu)造特征；3.掌握土壤中常見的硅酸鹽礦物；掌握土壤中常見的硅酸鹽礦物；4.了解我國土壤粘土礦物的分布規(guī)律。了解我國土壤粘土礦物的分布規(guī)律。第一節(jié)第一節(jié) 土壤礦物質(zhì)的土壤礦物質(zhì)的礦

2、物組成和化學(xué)組成礦物組成和化學(xué)組成元素元素地地殼中殼中土壤中土壤中元素元素地地殼中殼中土壤中土壤中OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.370.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.0003表表2-1地殼和土壤的平均化學(xué)組成分量地殼和土壤的平均化學(xué)組成分量%一、元素組成一、元素組成 1. 幾乎包括元素周期表中一切元素；幾乎包括元素周期表中一切元

3、素； 2. O、Si、Al、Fe為主，四者共占為主，四者共占88.7%以上；以上； 3. 植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。 二、礦物組成二、礦物組成表表22(一一)原生礦物原生礦物1. 原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主；原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主； 以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢。常見石英、以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢。常見石英、長石、云母、輝石、角閃石等。長石、云母、輝石、角閃石等。2. 原生礦物類型和數(shù)量決議于礦物的穩(wěn)定性；原生礦物類型和數(shù)量決議于礦物的穩(wěn)定性； 石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分；石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分； 白云母和長石較穩(wěn)定

4、，在粗土粒中較多；白云母和長石較穩(wěn)定，在粗土粒中較多； 黑云母、角閃石、輝石等暗色礦物易風(fēng)化。黑云母、角閃石、輝石等暗色礦物易風(fēng)化。 二次生礦物二次生礦物原生礦物分解轉(zhuǎn)化構(gòu)成的礦物。原生礦物分解轉(zhuǎn)化構(gòu)成的礦物。以粘土礦物為主，又以結(jié)晶層狀硅酸鹽礦物為主；以粘土礦物為主，又以結(jié)晶層狀硅酸鹽礦物為主；此外有此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物的氧化物及其水合物 。3. 原生礦物是植物營養(yǎng)的重要來源原生礦物是植物營養(yǎng)的重要來源 。Ca、Mg、K、P、S等等 第二節(jié)第二節(jié) 粘土礦物粘土礦物 一、層狀硅酸鹽粘土礦物一、層狀硅酸鹽粘土礦物 (一一)構(gòu)造特征構(gòu)造特征 1. 根本構(gòu)造單位根本構(gòu)造單位 (1

5、)硅氧四面體硅氧四面體SiO44-Si2O52-Si4O104- 硅氧四面體硅氧四面體的構(gòu)造圖示法硅氧四面體硅氧四面體的構(gòu)造圖示法硅氧四面體硅氧四面體鋁氧八面體鋁氧八面體(2)鋁氧八面體鋁氧八面體(AlO69-Al4O1212-Al4OH8O44- )鋁氧八面體鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法鋁氧八面體鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法 2. 單位晶片單位晶片 硅氧四面體硅氧四面體 硅層硅層 鋁氧八面體鋁氧八面體 鋁層鋁層硅片硅氧片圖示法硅片硅氧片圖示法鋁片水鋁片圖示法鋁片水鋁片圖示法 3. 單位晶層單位晶層 11:1型型 一層硅層與一層鋁層重疊而成一層硅層與一層鋁層重疊而成 1:1型層狀硅酸鹽(高嶺石)晶體構(gòu)造表

6、示圖 22:1型型 兩層硅層中間夾一鋁層兩層硅層中間夾一鋁層2:12:1型層狀硅酸鹽蒙脫石晶體構(gòu)造表示圖型層狀硅酸鹽蒙脫石晶體構(gòu)造表示圖 32:1 :1型型 2:1型根底上添加一鋁層型根底上添加一鋁層(或鎂層或鎂層)2:1:12:1:1型層狀硅酸鹽綠泥石構(gòu)造表示圖型層狀硅酸鹽綠泥石構(gòu)造表示圖 4. 同晶替代同晶替代 指硅酸鹽礦物的中心離子被電性一樣、大小相近的指硅酸鹽礦物的中心離子被電性一樣、大小相近的其它離子所替代而礦物晶格構(gòu)造堅持不變的景象。其它離子所替代而礦物晶格構(gòu)造堅持不變的景象。 發(fā)生同晶替代后，硅酸鹽礦物產(chǎn)生負(fù)電荷。發(fā)生同晶替代后，硅酸鹽礦物產(chǎn)生負(fù)電荷。 (二二)硅酸鹽礦物的種類硅

7、酸鹽礦物的種類 1. 高嶺高嶺(石石)組包括高嶺石、埃洛石、珍珠陶土等。組包括高嶺石、埃洛石、珍珠陶土等。 特點：特點：(1) 1:1型型 單位晶胞層化學(xué)式：單位晶胞層化學(xué)式：Al4Si4O10(OH)8 SiO2/Al2O3=4/2=2 硅鋁鐵率：土壤粘粒部分的硅鋁鐵率：土壤粘粒部分的SiO2和和Fe2O3、Al2O3R2O3含量的分子比。含量的分子比。硅鋁率：土壤粘粒部分硅鋁率：土壤粘粒部分SiO2和和Al2O3的分子比。的分子比。硅鐵率：土壤粘粒部分硅鐵率：土壤粘粒部分SiO2和和Fe2O3的分子比。的分子比。 硅鋁鐵率可以反映土壤母質(zhì)的化學(xué)風(fēng)化程度。硅鋁鐵率可以反映土壤母質(zhì)的化學(xué)風(fēng)化程

8、度。 硅鋁鐵率還可以反映土壤的成土過程和保肥才干。硅鋁鐵率還可以反映土壤的成土過程和保肥才干。解：解： 41.89 33.27 SiO2的分子含量的分子含量 0.698 Al2O3的分子含量的分子含量 0.326 60 102 11.85 SiO2 0.698 Fe2O3的分子含量的分子含量 0.074 1.75 160 R2O3 0.326+0.074 例：某土壤粘粒部分例：某土壤粘粒部分SiO2含量為含量為41.89%，Al2O3含含量量33.27%，F(xiàn)e2O3含量含量11.85%，計算其硅鋁鐵率、，計算其硅鋁鐵率、硅鐵率。硅鐵率。 (2) 膨脹性小膨脹性小 晶層間距約晶層間距約0.72n

9、m,硅片和鋁片之間存在氫鍵硅片和鋁片之間存在氫鍵 (3) 電荷數(shù)量少電荷數(shù)量少 同晶替代極少同晶替代極少 (4) 顆粒較大有效直徑顆粒較大有效直徑0.22m， 可塑性、粘可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性弱結(jié)性、吸濕性、粘著性弱 2. 蒙脫石組包括蒙脫石、綠脫石、蛭石等。蒙脫石組包括蒙脫石、綠脫石、蛭石等。特點：特點：(1) 2:1型型單位晶胞的實際化學(xué)式：單位晶胞的實際化學(xué)式：Al4Si8O20(OH)4nH2O蒙脫石實際硅鋁率蒙脫石實際硅鋁率SiO2/Al2O3=8/2=4(2) 膨脹性大膨脹性大晶層以分子引力結(jié)合，晶層間距：晶層以分子引力結(jié)合，晶層間距：蒙脫石蒙脫石0.962.14nm 蛭石

10、蛭石0.961.45nm (3) 電荷數(shù)量大電荷數(shù)量大 同晶替代景象普遍同晶替代景象普遍(4) 顆粒較細(xì)，呈片狀顆粒較細(xì)，呈片狀可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性顯著，對耕可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性顯著，對耕作不利。作不利。 蒙脫石在我國北方土壤分布較廣，蛭石分布在蒙脫石在我國北方土壤分布較廣，蛭石分布在風(fēng)化不太強(qiáng)而排水良好的土壤中。風(fēng)化不太強(qiáng)而排水良好的土壤中。 3. 水化云母水化云母(伊利石伊利石)組又稱組又稱2 :1型非膨脹性礦物型非膨脹性礦物 特點：特點：(1) 2 :1型單位晶胞化學(xué)式：型單位晶胞化學(xué)式： K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O SiO2/Al2

11、O3：34 (2) 非膨脹性非膨脹性 晶層之間吸附的晶層之間吸附的K+的強(qiáng)吸附力，層間距的強(qiáng)吸附力，層間距1.0nm。 (3) 電荷數(shù)量大電荷數(shù)量大 同晶替代景象普遍，主要發(fā)生在硅片，電荷量較同晶替代景象普遍，主要發(fā)生在硅片，電荷量較大，但部分被層間大，但部分被層間K+中和，有效電荷量少于蒙脫石。中和，有效電荷量少于蒙脫石。 (4) 可塑性等性質(zhì)介于高嶺組和蒙脫組之間。可塑性等性質(zhì)介于高嶺組和蒙脫組之間。 伊利石主要存在于我國北方干旱地域土壤中。四伊利石主要存在于我國北方干旱地域土壤中。四川盆地紫色土和河流沖積土普通以伊利石為主。川盆地紫色土和河流沖積土普通以伊利石為主。 4. 綠泥石組以綠泥

12、石為代表，富含鎂、鐵綠泥石組以綠泥石為代表，富含鎂、鐵 特點：特點：(1) 2:1:1型型三八面體，化學(xué)式為三八面體，化學(xué)式為(MgFeAl)12(SiAl)8O20(OH)16 (2)同晶替代景象普遍同晶替代景象普遍 硅片、水鋁片和水鎂片上均有發(fā)生，硅片中硅片、水鋁片和水鎂片上均有發(fā)生，硅片中Al3+代代Si4+、鋁片中、鋁片中Mg2+代代Al3+產(chǎn)生負(fù)電荷，水產(chǎn)生負(fù)電荷，水鎂片中鎂片中Al3+ 代代Mg2+產(chǎn)生正電荷，兩者相抵為凈負(fù)產(chǎn)生正電荷，兩者相抵為凈負(fù)電荷，介于伊利石與高嶺石之間。電荷，介于伊利石與高嶺石之間。 (3) 顆粒較小顆粒較小可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性居中可塑性、粘結(jié)性

13、、吸濕性、粘著性居中 土壤中綠泥石多來自母質(zhì)，堆積巖和堆積物中較土壤中綠泥石多來自母質(zhì)，堆積巖和堆積物中較多多 二、非硅酸鹽粘土礦物二、非硅酸鹽粘土礦物 鐵、鋁、硅、錳等的氧化物及其水合鐵、鋁、硅、錳等的氧化物及其水合物、水鋁英石。物、水鋁英石。 結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)。結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)?？勺冸姾桑和獗砹u基的質(zhì)子化或離解，因介質(zhì)可變電荷：外表羥基的質(zhì)子化或離解，因介質(zhì)pH而異，可正可負(fù)兩性膠體。而異，可正可負(fù)兩性膠體。 低低pH M-OH + H+M-OH2+水合基水合基 高高pH M-OH + OH-M-O- + H2O 1. 氧化鐵氧化鐵 土壤主要礦質(zhì)染色劑土壤主要礦質(zhì)染色劑 1氧化鐵的類型氧化鐵的

14、類型 針鐵礦針鐵礦(-FeOOH)： 晶體較大者為黃色，較小者為棕色，存在于潮濕晶體較大者為黃色，較小者為棕色，存在于潮濕土壤有較高氧化性的亞表層，銹紋銹斑，鐵結(jié)核。土壤有較高氧化性的亞表層，銹紋銹斑，鐵結(jié)核。 赤鐵礦赤鐵礦(-Fe2O3)： 紅色，存在于枯燥的氧化性表土層及膠膜。紅色，存在于枯燥的氧化性表土層及膠膜。纖鐵礦纖鐵礦(-FeOOH)： 棕橙色，存在于排水不良而富含有機(jī)質(zhì)土壤。棕橙色，存在于排水不良而富含有機(jī)質(zhì)土壤。磁赤鐵礦磁赤鐵礦(-Fe2O3)： 暗紅棕色，存在于高度風(fēng)化且有機(jī)質(zhì)少的表土。暗紅棕色，存在于高度風(fēng)化且有機(jī)質(zhì)少的表土。磁鐵礦磁鐵礦Fe3O4： 棕黑色，多存在于母質(zhì)中

15、棕黑色，多存在于母質(zhì)中,有時與磁赤鐵礦共存。有時與磁赤鐵礦共存。無定形鐵無定形鐵Fe(OH)3： 棕色，膠膜，銹水。棕色，膠膜，銹水。2氧化鐵的形狀及轉(zhuǎn)化氧化鐵的形狀及轉(zhuǎn)化 非游離鐵非游離鐵 全鐵全鐵 Fet 游離鐵游離鐵 結(jié)晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì) Fed 無定形或活性鐵無定形或活性鐵 非絡(luò)合鐵非絡(luò)合鐵 Feo 絡(luò)合鐵絡(luò)合鐵Fep 土壤鐵的游離度土壤鐵的游離度% %= Fed/ Fet = Fed/ Fet 100 100土壤鐵的活化度土壤鐵的活化度% %= Feo/ Fed = Feo/ Fed 100 100土壤鐵的絡(luò)合度土壤鐵的絡(luò)合度% %= Fep/ Fed = Fep/ Fed 100 100無

16、定形無定形隱晶質(zhì)隱晶質(zhì)晶質(zhì)晶質(zhì) 2. 2. 氧化鋁氧化鋁 硅酸鹽礦物徹底分解產(chǎn)物硅酸鹽礦物徹底分解產(chǎn)物土壤中常見：三水鋁石土壤中常見：三水鋁石Al2O33H2OAl2O33H2O，Al(OH)3Al(OH)3粘土礦物：濕熱強(qiáng)度風(fēng)化粘土礦物：濕熱強(qiáng)度風(fēng)化脫硅富鋁化的目的之一脫硅富鋁化的目的之一我國北緯我國北緯30度以南土壤紅壤、磚紅壤等度以南土壤紅壤、磚紅壤等中才出現(xiàn)。中才出現(xiàn)?；◢弾r風(fēng)化土壤中較多。山地土壤中也有三花崗巖風(fēng)化土壤中較多。山地土壤中也有三水鋁石存在水鋁石存在無定形鐵鋁氧化物比外表大，包被土粒，改無定形鐵鋁氧化物比外表大，包被土粒，改動外表性質(zhì)可吸附固定動外表性質(zhì)可吸附固定H2PO

17、4-等陰離子，減低等陰離子，減低其有效性。其有效性。 3. 氧化硅粘粒結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)氧化硅粘粒結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)晶質(zhì)以晶質(zhì)以石英為主；非晶質(zhì)為蛋白石石英為主；非晶質(zhì)為蛋白石(SiO2nH2O)，脫水結(jié)晶為玉髓、石英、方石英、，脫水結(jié)晶為玉髓、石英、方石英、鱗石英等變體。鱗石英等變體。土壤中部分蛋白石來源于有機(jī)體土壤中部分蛋白石來源于有機(jī)體,其含量常與其含量常與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。可作為古土壤埋藏表層的指示有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。可作為古土壤埋藏表層的指示性礦物。性礦物。4. 水鋁英石水鋁英石非晶質(zhì)硅酸鹽礦物，火山灰土壤的主要粘非晶質(zhì)硅酸鹽礦物，火山灰土壤的主要粘土礦物土礦物,Si/Al變化在變化在1-2之間。

18、比外表較大，帶較之間。比外表較大，帶較多負(fù)電荷，數(shù)量決議于水化程度和溶液多負(fù)電荷，數(shù)量決議于水化程度和溶液pH。 三、粘土礦物的構(gòu)成和分布規(guī)律三、粘土礦物的構(gòu)成和分布規(guī)律1. 粘土礦物構(gòu)成途徑粘土礦物構(gòu)成途徑 風(fēng)化和成土過程中構(gòu)成的次生礦物風(fēng)化和成土過程中構(gòu)成的次生礦物,兩種構(gòu)成兩種構(gòu)成途徑。途徑。1原生礦物風(fēng)化淋溶直接演化原生礦物風(fēng)化淋溶直接演化+H2O，-K -K -Mg -Si -Si云母類云母類伊利石伊利石蛭石蛭石蒙脫石蒙脫石高嶺石高嶺石三水鋁石三水鋁石2風(fēng)化沉淀自然合成學(xué)說風(fēng)化沉淀自然合成學(xué)說 原生礦物徹底風(fēng)化產(chǎn)物重新組合沉淀而成。原生礦物徹底風(fēng)化產(chǎn)物重新組合沉淀而成。SiO2nH2

19、O 土壤正常土壤正常pH條件下帶負(fù)電荷，酸膠基條件下帶負(fù)電荷，酸膠基Al2O3nH2O， Fe2O3nH2O 帶正電荷，堿膠基帶正電荷，堿膠基鹽基離子鹽基離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，決議溶液等，決議溶液pH，并參與礦物構(gòu)成。并參與礦物構(gòu)成。 正負(fù)電荷膠體相互中和沉淀組成新礦物。正負(fù)電荷膠體相互中和沉淀組成新礦物。 沉淀沉淀 老化、結(jié)晶老化、結(jié)晶溶膠溶膠凝膠非晶質(zhì)凝膠非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì) 當(dāng)溶膠當(dāng)溶膠SiO2/Al2O33，可構(gòu)成，可構(gòu)成2:1型礦物型礦物 當(dāng)溶膠當(dāng)溶膠SiO2/Al2O33，可構(gòu)成，可構(gòu)成1:1型礦物及型礦物及氧化鋁礦物氧化鋁礦物 風(fēng)化液風(fēng)化液pHpH與鹽基淋溶有關(guān)，并影響膠體的正、與鹽基淋溶有關(guān)，并影響膠體的正、負(fù)電荷數(shù)量和沉淀凝膠中正負(fù)電荷膠體的比例。負(fù)電荷數(shù)量和沉淀凝膠中正負(fù)電荷膠體的比例。 鹽基離子鹽基離子Mg2+、K+等直接參與新礦物合成，等直接參與新礦物合成，分別構(gòu)成富鉀伊利石、富鎂蛭石、綠泥石分別構(gòu)成富鉀伊利石、富鎂蛭石、綠泥石等礦物。等礦物。2. 粘土礦物的構(gòu)成條件粘土礦物的構(gòu)成條件 粘土礦物構(gòu)成與氣候等成土條件親密