第2章 第1节 土壤理化性质及生态效应 环境土壤学

面体片（硅片）和八面体片（铝片）
硅片用 n (Si4O10)4-表示
铝片用 n (Al4O12)12-表示
Share 1 oxygen
Share 2 oxygens
单位晶层
由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须
通过重叠化合才能形成稳定的化合物；
硅片、铝片以不同方式进行堆叠，形成层状铝
硅酸盐的单位晶层；
我国粘土矿物分布规律
粘土矿物的形成与环境条件有密切关系，在偏碱性条件下， 如有富足盐基离子，特别是具有较多镁离子，则有利于蒙脱石粘 粒形成，如果钾离子特别丰富，则形成的粘粒矿物可能以伊利石 为主，南方土壤淋溶作用强，盐基离子少，所形成的粘粒矿物以 高岭石为主，其次为氧化物矿物。
湿润和半湿润热带的排水良好的土壤趋向于以铁和铝的各种
高岭石
单位晶层 瞧：氢键在这里 （牢固） 内表 面 （无）
外表 面
Kaolinite
Non-Expanding 10 cmol(+)/kg
Aluminum Octahedral Sheet Silica Tetrahedral Sheet
1:1 Clay
2:1型单位晶层构造
蒙脱石
蒙脱石 (2:1型胀缩性矿物）
第二章 土壤理化性质及 其生态环境效应
• O层：半分解或未分解的有机残体组成，主要是植物
残体（枯落物层)； • A层：受生物气候或人类活动影响形成的有机质积累 和物质淋溶表层。有机质含量高，颜色较暗黑；（腐 殖质层） • E层：是硅酸盐粘粒、铁铝等物质明显淋失的漂白淋 溶层 ；（淋溶层 ） • B层：硅酸盐粘粒、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他 盐类和腐殖质等物质聚积的层 ；（沉淀层） • C层：与土壤发育有密切关系的岩石风化物层；（母
这一组矿物主要有：高岭石，珍珠陶土，埃洛石等
1:1型的晶层结构，一层硅片加一层铝片
非膨胀性，晶层之间为H键，胀缩性小； 电荷数量少，高岭石外表面氢（H）离子可以被解离，表面带负电 荷，能吸附一些阳离子； 胶体特性较弱，颗粒大，只有外表面，没有内表面，粘着力、可塑 性、吸湿力弱。 这类矿物主要分布在南方热带和亚热带土壤中，而华北、东北、西北 及西藏高原土壤中含量较少
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这一组矿物主要代表矿物为伊利石
2:1型晶层结构，两层硅片夹一层铝片； 非膨胀性，晶层之间吸附有k离子，对相邻两晶层产生了很 强的键联效果； 电荷数量较大，同晶替代较普遍；
胶体特性，粘着力、可塑性、吸湿性介于高岭石和蒙脱石之
间； 这类矿物主要分布在西北干旱半干旱土壤中，钾素丰富，南 方雨量大淋溶强的土壤中少。
40 cmol(+)/kg
Illite
2:1 Clay
K
K
K
K
K
K
Interlayer K+
Non-expanding
三大类次生层状铝硅酸盐矿物区别
性质 晶架结构
（4）有机肥施用 很重要
（一）、土壤有机质的来源及组成
2、土壤有机物质组成
（1）. 物质组成
大的差异。
（2）土壤动物
根据躯体大小区分：小型、中型和大型土壤动物；
大型：（体长>2mm）蚯蚓、蚂蚁、甲虫、马陆、
蜈蚣等；
中型：（体长0.2-2mm）螨类、弹尾虫；
小型：（体长<0.2mm）原生动物、线虫。
（3）微生物
（1）微生物类群：细菌、放线菌和真菌。 （2）微生物营养型： 有机营养型（异养型）：腐生性和寄生性 无机营养型（自养型）：化能自养性和光能自养 性
每个晶层又是由一定的晶片叠合而成的；
晶片有两种，一种是硅氧片，另一种是水铝片。
黏土矿物构造特征
硅氧四面体
化学结构式
[SiO4]-4
粘土矿物构造特征
铝氧八面体
化学结构式
[AlO6]-9
单位晶片
硅氧四面体[SiO4]4-与铝氧八面体[AlO6]9-都不是 化合物，在它们形成硅酸盐粘土矿物之前，四面 体和八面体分别各自聚合，聚合的结果，形成四
不规则片状 中 100~120 中 中 中 20~40
六方形晶体 低 5~20 低 无 低 3~15
2:1:1 型矿物
代表矿物有：绿泥石
水镁石或 水铝石
在我国土壤中少见，主要存
在于一些漠境、半漠境地带 的某些黄土母质发育的土壤 里。 滑 石
非硅酸盐粘土矿物
氧化铁
针铁矿
氧化铝
三水铝石
水铝英石
水铝英石
在的粘土矿物成为土壤一系列性质决定因素。
二 土壤有机质
土壤有机质是土壤固相的组成部分，是指存在于 土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、 植物、微生物残体，及其分解和合成的各类有机物质。
土壤有机质中含有植物生长所需要的各种营养元 素，是土壤微生物能量的来源，同时，土壤有机质对 重金属、农药等各种有机、无机污染物有络合作用， 另外土壤有机质对全球碳平衡起重要作用。
（3）土壤中的微生物
（4）施用的有机肥
（1）高等植物
• 森林植被下有机残体主要来自地上部凋落物，4-5
吨/公顷•年；
• 草原植被下的有机残体主要来自根系，黑土地区
达9.3吨/公顷•年（风干根重）；
• 耕作土壤，植物残体主要来源根茬，达2-3吨/公顷 •年。 • 由于各地区的气候条件、植被类型及耕作管理不 同，进入土壤中的植物残体数量和化学组成有很
蛭石 4 4 4 4 5 8 5 5
蒙脱石 高岭石 水铝石 赤铁矿 钛铁矿 2 10 2 2 2 1 1 痕迹 3 2 10 10 15 20 50 15 0 0 0 0 0 0 1 25 8 8 8 8 8 8 10 20 1 1 1 1 1 15 20 5
华北 东北 南方
2 2 0 0 0 0 0 0
质层）
• R层：坚硬的大块基石，非土壤发生层 ，却是土壤剖 面的重要组成部分，土壤形成的基础。（母岩）
目 录
• • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 能 土壤基本物质组成及其生态功能 土壤质地、结构及其生态功能 土壤水分、空气及其生态功能 土壤吸附性与交换性及其生态功能 土壤酸碱性、氧化还原反应及其生态功
Silicon (Si) and oxygen (O) are the two most abundant elements in the earth’s crust -29 percent and 47 percent, respectively. These two elements, along with lesser amounts of others, combine in different ways to form a huge array of minerals. 土壤矿物元素组成主要是：氧 、硅、铝、铁，其它元素的量相对 比较少。
两种晶片的配合比例不同，而构成1:1型、2:1
型和2:1:1型晶层
1:1粘土矿物单位晶层构造
高岭石类
高岭石 (1:1型矿物）
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并且和含水氧化物粘粒一起存在于热带地区土壤中。 蒙脱石、蛭石和伊利石在较冷地带更为突出。较冷地区风化 强度比热带和亚热带弱。
含水氧化物为主。高岭石一般是这些土壤中占优势的硅酸盐矿物。
粘土矿物的应用
粘土矿物具有强烈的吸附特性，可塑性等， 被广泛地应用在环境修复、医药工业、陶瓷 工业和工程建筑方面。当前应用改性粘土矿 物应用在纺织、造纸工业等。土壤中广泛存
氧化硅
蛋白石
（FeOOH）， 黄色，温带、亚 热带土壤
Al（OH)3,分布 在热带和亚热 带高度风化的 酸性土壤中。 赤铁矿 0以 我国北纬 30 （ Fe2O3），红 色，高温、潮湿、 南地区土壤中 才有 风化程度很深的 土壤
xAl2O3.ySiO2.n SiO2.nH2O H2O 火山灰土壤。 是火山灰土壤 灰化土壤，来 的主要粘土矿 源于有机体形 物。温带半湿 成有机酸产生 润和湿润地区 酸性淋溶的土 土壤。 壤中。
石英
正长石
斜长石
白云母
黑云母
辉石
角闪石
橄榄石
（二）、黏土矿物
次生矿物包括层状硅酸盐类、含水氧化物类以及少量残存
的简单盐类，其中，前两者大部分都呈粘黏土状存在，称为 黏土矿物。 层状硅酸盐黏土矿物主要包括高岭石、伊利石和蒙脱石三 大类，其中，高岭石类主要分布在南方强度风化的土壤中， 伊利石和蒙脱石类主要分布在北方中、弱度风化的土壤中； 如果从显微镜下观察，这些类型的矿物主要是片状的小结 晶颗粒，每一片状颗粒都是由许多稳定性晶层重叠构成，而
第一节 土壤物质组成及其生态功能
气 相：土壤空气
土壤
液 相：土壤水分 矿物质（95%）
固 相 有机质（5%） 生物体
一、土壤矿物质
土壤矿物质是土壤的主要物质组成成 分，占到土壤固相部分总重量的95%左右， 矿物质的大小、组成比例、矿物质的结构 特征和土壤的矿物组成等对土壤一系列性 质起着决定性作用。
可塑性、吸湿性强。
这类矿物主要分布在东北的黑钙土和华北的栗钙土中，华北褐 土、西北灰钙土也有少量。
Si Tetra. Al Oct. Si Tetra.
2:1 Clay
H2O H2O
Montmorillonite
100 cmol(+)/kg
Expanding H2O