土壤礦物質(zhì)ppt課件

1、第三章第三章 土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)(Soil mineral ) 第一節(jié)第一節(jié) 土壤礦物質(zhì)的礦物和化學(xué)組成土壤礦物質(zhì)的礦物和化學(xué)組成一、元素組成一、元素組成 表表3-13-1地殼和土壤的平均化學(xué)組地殼和土壤的平均化學(xué)組成分量成分量% %二、礦物組成二、礦物組成(Mineral components) 原生礦物：由地殼深處巖漿冷凝而構(gòu)成原生礦物：由地殼深處巖漿冷凝而構(gòu)成的礦物的礦物 次生礦物：由原生礦物風(fēng)化演化而構(gòu)成次生礦物：由原生礦物風(fēng)化演化而構(gòu)成的新礦物，又稱次生粘土礦物。的新礦物，又稱次生粘土礦物。 (一一)原生礦物原生礦物(Primal mineral)1、原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽為主

2、、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。以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢。 如石英、如石英、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；白云母和長石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分；白云母和長石較穩(wěn)定，在粗土粒中較多；石較穩(wěn)定，在粗土粒中較多； 黑云母、角閃石、輝石黑云母、角閃石、輝石等暗色礦物易風(fēng)化。等暗色礦物易風(fēng)化。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 二次生礦物二次生礦物(secondary

3、mineral)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 。硅氧四面體的構(gòu)造圖示法硅氧四面體的構(gòu)造圖示法 第二節(jié)第二節(jié) 粘土礦物粘土礦物(Clay mineral)(Clay mineral)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 1、根本構(gòu)造單位、根本構(gòu)造單位(1)(1)硅氧四面體硅氧四面體SiO44-Si2O52-SiO44-Si2O52-Si4O104- Si4O104- 1(2)

4、鋁氧八面體鋁氧八面體(AlO69-Al4O1212-Al4OH8O44- ).kuangwu.swf 鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法2、單位晶片、單位晶片硅氧四面體硅氧四面體 硅氧片硅氧片鋁氧八面體鋁氧八面體 鋁氧片鋁氧片1.5硅片硅氧片圖示法硅片硅氧片圖示法存在存在6個氧原子組成的晶穴個氧原子組成的晶穴p24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 一層硅氧片與一層硅氧片與一層鋁氧片重疊而成一層鋁氧片重疊而成 1:1型層狀硅酸鹽(高嶺石)晶體構(gòu)造表示圖 22:1型型 兩層硅氧片中間夾一鋁氧片兩層硅氧片中間夾一鋁氧片2:12:1型層狀硅酸鹽蒙脫石晶體構(gòu)造

5、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型根底上添加一鋁氧片型根底上添加一鋁氧片(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(jiān)持不變的景象。的其它離子所替代而礦物晶格構(gòu)造堅(jiān)持不變的景象。 發(fā)生同晶替代后，硅酸鹽礦物產(chǎn)生永久負(fù)電荷發(fā)生同晶替代后，硅酸鹽礦物產(chǎn)生永久負(fù)電荷 (二二) 硅酸鹽礦物的種類硅酸鹽礦物的種類 1、高嶺、高嶺(石石)組組(Kaolinite ) 包括高嶺石、埃洛石、

6、珍珠陶土等包括高嶺石、埃洛石、珍珠陶土等 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (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

7、過程和保肥才干 (2) 膨脹性小膨脹性小 小于小于5% 晶層間距約晶層間距約0.72nm,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，可變電荷為主，同晶替代極少，可變電荷為主， 3-15cmol/kg， (4) 顆粒較大，膠體特性弱顆粒較大，膠體特性弱有效直徑有效直徑0.22m比外表小比外表小10-20 m2/g ，可塑性、粘結(jié)性、吸濕，可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性弱性、粘著性弱 2、蒙脫石組、蒙脫石組(Montmorillonite) 包括蒙脫石、綠脫石、包括蒙脫石、綠脫石、蛭石等蛭石等 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1) 2:1型型 單位晶胞的實(shí)際化學(xué)式：

8、單位晶胞的實(shí)際化學(xué)式：Al4Si8O20(OH)4nH2O 蒙脫石實(shí)際硅鋁率蒙脫石實(shí)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 80-120 ，150cmol/kg以上以上 (4) 顆粒較細(xì)，呈片狀顆粒較細(xì)，呈片狀 比外表比外表600-800m2/g 可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性顯著，對耕作不可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性顯著，對耕作不利利 蒙脫石在我國北方土壤分布較廣，蛭石分布在

9、風(fēng)化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)組組又稱又稱2 :1型非膨脹性礦物型非膨脹性礦物 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1) 2 :1型型 單位晶胞化單位晶胞化學(xué)式：學(xué)式： K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O SiO2/Al2O3:34 (2) 非膨脹性非膨脹性 晶層之間晶層之間吸附的吸附的K+的強(qiáng)吸附力，層的強(qiáng)吸附力，層間距間距1.0nm 4、綠泥石組、綠泥石組(Chlorite) 以綠泥石為代表，富含鎂、鐵以綠泥石為代表，富含鎂、鐵 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (1) 2:1:1型化學(xué)式為型化學(xué)式

10、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，水鎂片中產(chǎn)生負(fù)電荷，水鎂片中Al3+ 代代Mg2+產(chǎn)生正電荷，兩者相抵為凈負(fù)電荷，介產(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、粘著性居可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性居中中土壤中綠泥石大部分來自母質(zhì)遺留，堆積巖和堆積土壤中綠泥石大部分來自母質(zhì)遺留，堆積巖和堆積物中較多物中較多 32

11、:1 :1型型 2:1型根底上添加一鋁氧片型根底上添加一鋁氧片(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 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物、鐵、鋁、硅、錳等的氧化物及其水合物、水鋁英石水鋁英石 結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì) 可變電荷，外表羥基的質(zhì)子化或離解，可變電荷，外表羥基的質(zhì)子化或離解，因介質(zhì)因介質(zhì)pH而異，而異， 可正可負(fù)兩性膠體可正可負(fù)兩性膠體 低低pH M-OH + H+M-OH2+水合水合基基 高高pH M-OH + OH-M-O- + H2O 1、氧化鐵、氧化鐵(Iron oxide)

12、土壤主要礦質(zhì)染色土壤主要礦質(zhì)染色劑劑1氧化鐵的類型氧化鐵的類型 針鐵礦針鐵礦(-FeOOH) 晶體較大者為黃晶體較大者為黃色，較小者為棕色，存在于潮濕土壤有較高色，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)核氧化性的亞表層，銹紋銹斑，鐵結(jié)核 赤鐵礦赤鐵礦(-Fe2O3) 存在于高溫，多濕，存在于高溫，多濕，風(fēng)化程度高的土壤中，顏色深紅塊狀可呈風(fēng)化程度高的土壤中，顏色深紅塊狀可呈黑色，一種顏料黑色，一種顏料 纖鐵礦纖鐵礦(-FeOOH) 棕橙色，存在于排水不良棕橙色，存在于排水不良而富含有機(jī)質(zhì)土壤而富含有機(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)暗紅

13、棕色，存在于高度風(fēng)化且有機(jī)質(zhì)少的表土化且有機(jī)質(zhì)少的表土 磁鐵礦磁鐵礦Fe3O4 棕黑色，多存在于母質(zhì)中棕黑色，多存在于母質(zhì)中,有時(shí)與磁赤鐵礦共存有時(shí)與磁赤鐵礦共存 無定形鐵無定形鐵Fe(OH)3 棕色，膠膜，銹水溶膠棕色，膠膜，銹水溶膠 無定形無定形隱晶質(zhì)隱晶質(zhì)晶質(zhì)晶質(zhì) 2、氧化鋁、氧化鋁(Aluminium oxide) 硅酸鹽礦物徹底分解產(chǎn)物，常見的有三水鋁石硅酸鹽礦物徹底分解產(chǎn)物，常見的有三水鋁石Al2O33H2O，Al(OH)3和水鋁石和水鋁石 濕熱強(qiáng)度風(fēng)化濕熱強(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、磚紅壤等中才度以南土壤紅壤、磚紅壤等中才

14、出現(xiàn)。無定形鐵鋁氧化物比外表大，可吸附固定出現(xiàn)。無定形鐵鋁氧化物比外表大，可吸附固定H2PO4-等陰離子，減低其有效性等陰離子，減低其有效性.無定形的外表積更大，會向晶態(tài)轉(zhuǎn)化無定形的外表積更大，會向晶態(tài)轉(zhuǎn)化鐵鋁氧化物是最常見的氧化物類礦物，其等電點(diǎn)高，普通帶正電，對陰離子有劇烈的吸附作用3、氧化硅、氧化硅(Silicon oxide) 結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)晶質(zhì)以晶質(zhì)以石英為主石英為主 非晶質(zhì)為蛋白石非晶質(zhì)為蛋白石(SiO2nH2O)，脫水結(jié)晶為玉，脫水結(jié)晶為玉髓、石英、方石英、鱗石英等變體。髓、石英、方石英、鱗石英等變體。土壤中部分蛋白石來源于有機(jī)體，其含量常與土壤中部分蛋白石來源于有

15、機(jī)體，其含量常與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)?？勺鳛楣磐寥缆癫乇韺拥闹甘拘杂袡C(jī)質(zhì)含量有關(guān)?？勺鳛楣磐寥缆癫乇韺拥闹甘拘缘V物。礦物。 4、水鋁英石、水鋁英石(Allophane) 非晶質(zhì)硅酸鹽礦物，火山灰土壤的主要粘土礦非晶質(zhì)硅酸鹽礦物，火山灰土壤的主要粘土礦物物,Si/Al變化在變化在1-2之間。比外表較大，帶較多負(fù)電荷，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 粘土礦物是風(fēng)化和成土過程中構(gòu)成的次生礦物粘土礦物是風(fēng)化和成土過程中構(gòu)成的次生礦物 粘土礦物的生廢種類與

16、原巖有關(guān)，二與風(fēng)化成土條粘土礦物的生廢種類與原巖有關(guān)，二與風(fēng)化成土條件有關(guān)件有關(guān) 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。 SiO2nH2O 土壤土壤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，

17、決議溶液pH，并參與礦物構(gòu)，并參與礦物構(gòu)成成 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型礦物及氧化鋁礦物型礦物及氧化鋁礦物 鹽基離子鹽基離子Mg2+Mg2+、K+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、綠泥分別構(gòu)成富鉀伊利石、富鎂蛭石、綠泥石，南方鹽基離子少，構(gòu)成高嶺石等礦物。硅石，南方鹽基離子少，構(gòu)成高嶺石等礦物。硅淋失，構(gòu)成

18、氧化鐵鋁淋失，構(gòu)成氧化鐵鋁2 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相關(guān)粘土礦物構(gòu)成與氣候等成土條件親密相關(guān) 南方熱帶磚紅壤、亞熱帶紅壤礦物風(fēng)化程度高，南方熱帶磚紅壤、亞熱帶紅壤礦物風(fēng)化程度高，粘土礦物以粘土礦物以1:11:1型為主，并有三水鋁石，氧化鐵，型為主，并有三水鋁石，氧化鐵，粘粒硅鋁鐵率為粘粒硅鋁鐵率為2 2左右，屬鐵鋁土左右，屬鐵鋁土 北方溫帶地域，粘粒礦物為各種北方溫帶地域，粘粒礦物為各種2:12:1型型( (伊利石、伊利石、蒙脫石等蒙脫石等) )，粘粒硅鋁鐵率多在，粘粒硅鋁鐵率多在3 3以上。風(fēng)化度低，以上。風(fēng)化度低，屬硅鋁土屬硅鋁土 3 3、我國土壤粘土礦