第1章 土壤矿物质
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《土壤肥料学》第一章土壤矿物质-课后思考题解析
《土壤肥料学》第一章土壤矿物质课后思考题解析1、试比较不同类型风化作用的特点。
物理风华是指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎，但不改变其矿物组成和化学成分的过程。
物理风化的主要原因是地球表面温度的变化。
物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而不改变其矿物组成和化学成分。
化学风化是指岩石在化学因素作用下，其组成矿物有化学成分发生分解和改变，直至形成在地表环境中稳定的新矿物。
引起化学风化的因素有水、CO2和O2等大气因素。
经溶解、水化、水解和氧化等作用后，进一步分解岩石，彻底改变原来的岩石内部矿物的组成和性质，并产生一批新的次生黏土矿物。
生物风化是指岩石和矿物在生物的影响下发生的物理和化学的变化。
特点是植物营养元素在母质表层集中，同时积累了有机质，发展了肥力。
2、试述岩石、母质、土壤三者的区别和联系。
岩石是指由一种或数种矿物组成的天然集合体。
母质是指岩石经风化作用而形成的疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形成土壤的母体。
土壤母质是土壤形成的物质基础，构成土壤的骨架。
岩石经风化作用后形成母质，继续在有机物作用下形成土壤。
3、试比较不同土壤质地分类和特点。
国际制土壤质地分类是根据土壤中砂粒、粉粒和黏粒三种粒级的含量将土壤分四类12个质地名称。
卡钦斯基简制是根据物理性黏粒的含量以及不同土壤类型将土壤划分为三类9级。
我国土壤质地分类经过进一步演变，将土壤类型分为三类12级。
4、试述土壤质地与土壤肥力的关系。
砂质土捍卫砂粒多，黏粒少，粒间多为大孔隙，透水排水快，因而土壤持水量小、抗旱能力差；主要矿物为石英，养分贫乏，因缺少黏土矿物，保肥能力弱，养分易流失。
黏质土含砂粒少，黏粒多，毛管孔隙特别发达，大孔隙少，土壤透水通气性差，排水不良，不耐涝，因水分损失快而耐旱能力差；含矿质养分较丰富，保肥能力强，养分不易淋失，肥效来得慢，平稳而持久。
壤质土由于所含砂粒、黏粒比例较适宜，因而既有砂质土的良好通透性和耕性，发小苗等优点，又有黏土对水分养分的保蓄性，肥效稳而长的优点。
土壤矿物质
ห้องสมุดไป่ตู้标准；
国际制土壤质地分类表
质地分类
各粒组土粒含量（重量%）
类别 质地级别名称 砂粒
粉砂粒
粘粒
2---0.02mm 0.02---0.002mm <0.002mm
砂 土 砂土、壤砂土 85---100
0---15
0---15
类
壤 土 砂壤土
55---85
0---45
0---15
类
壤土
40---55
30---45
少砾质
>10
多砾质
▪ （二） 土壤质地与肥力的关系
▪ （1）砂土类(sand soil)： ▪ a、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，
内部排水通畅，不易积聚还原性有害物质：
▪ b、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施 有机肥料；
▪ c、通气性好； ▪ d、含水量低，热容量较小； ▪ e、松散易耕。
沉积岩
（三）变质岩
变质岩是沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵 入的影响，其矿物组成、结构，以至化学成分发生剧烈改 变后形成的。共性是：矿物质地致密，坚硬；不易风化。 例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。
变质岩
火山爆发
意大利庞贝城被岩浆吞噬后人们的遗体
▪ 四、岩石的风化
▪ 风化(weathering)是指岩石、矿物在外界因素 和内部因素的共同作用下，逐渐发生崩解和分 解的过程。
最常用的质地分类制是国际制和卡庆斯基 制。 砂土、壤土、粘土
• 现介绍3种常用的质地分类标准： • 1．国际制土壤质地分类标准 • 2．卡庆斯基土壤质地分类 • 3．我国土壤质地分类 •
1．国际制土壤质地分类标准
国际制土壤质地分类表
质地分类
各粒组土粒含量（重量%）
类别 质地级别名称 砂粒
粉砂粒
粘粒
2---0.02mm 0.02---0.002mm <0.002mm
砂 土 砂土、壤砂土 85---100
0---15
0---15
类
壤 土 砂壤土
55---85
0---45
0---15
类
壤土
40---55
30---45
少砾质
>10
多砾质
▪ （二） 土壤质地与肥力的关系
▪ （1）砂土类(sand soil)： ▪ a、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，
内部排水通畅，不易积聚还原性有害物质：
▪ b、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施 有机肥料；
▪ c、通气性好； ▪ d、含水量低，热容量较小； ▪ e、松散易耕。
沉积岩
（三）变质岩
变质岩是沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵 入的影响，其矿物组成、结构，以至化学成分发生剧烈改 变后形成的。共性是：矿物质地致密，坚硬；不易风化。 例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。
变质岩
火山爆发
意大利庞贝城被岩浆吞噬后人们的遗体
▪ 四、岩石的风化
▪ 风化(weathering)是指岩石、矿物在外界因素 和内部因素的共同作用下，逐渐发生崩解和分 解的过程。
最常用的质地分类制是国际制和卡庆斯基 制。 砂土、壤土、粘土
• 现介绍3种常用的质地分类标准： • 1．国际制土壤质地分类标准 • 2．卡庆斯基土壤质地分类 • 3．我国土壤质地分类 •
1．国际制土壤质地分类标准
土壤学
第一章土壤矿物质土壤三相组成：固相（矿物质95%、有机质5%）、液相（土壤液体）、气相（土壤气体）矿物：是经各种地质作用，自然产生于地壳中的化合物或化学元素，是具有一定化学成分和物理性质的自然均质体，是组成岩石的基本单位。
原生矿物：是指那些经过不同程度的物理风化，为改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。
土壤原生矿物以硅酸盐、铝硅酸盐占绝对优势。
次生矿物：原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物，如各种盐类CO32-、SO42- 、SiO42- 、Cl-等。
次生粘土（粒）矿物：层状硅酸盐类和含水氧化物类，是土壤粘粒的主要组成。
粘粒（土）矿物：组成粘粒的次生矿物，主要包括：层状的硅酸盐矿物和氧化物类。
前者是晶型矿物，后者有晶型的，也有非晶型的。
粘土矿物分类：（一）层状硅酸盐a。
硅氧四面体b。
铝氧八面体单位晶层：（1:1型单位晶层铝氧片和硅氧片特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。
多出现与酸性土壤，如高岭石类。
2:1型单位晶层两层硅氧片夹一层铝氧片，特点：胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附阳离子。
如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。
2:1:1型单位晶层）同晶替代：是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格结构保持不变的现象。
同晶替代的结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，使土壤具有保肥能力。
（可变电荷）同晶替代的规律：1、高价阳离子被低价阳离子取代的多；因此，土壤胶体一般其净电荷为阴性。
2、四面体中的Si4+被Al3+离子所替代，八面体中Al3+被Mg2+替代。
3、同晶替代现象在2:1和2:1:1型的粘土矿物中较普遍，而1:1型的粘土矿物中则相对较少。
硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性：（1）高岭组1:1型矿物无膨胀性电荷数量少阳离子交换量小胶体特性较弱华北、西北、东北（2）蒙蛭组2:1型胀缩性大电荷数量大同晶替代胶体特性突出东北、华北、西北蒙脱石主要发生在铝片中，一般以Mg2+代Al3+，蛭石的同晶替代主要发生在硅片中。
1.1土壤矿物质
2020/4/19
20
3、粒级分类制
土壤颗粒大小是连续分布的，要确定土壤颗粒 的分级，需要研究土壤颗粒大小和性状间关系，找 到由量变到质变分界点、突变点，就可以作为划分 类别的依据。
通常根据土粒的有效直径把土粒由粗粒到细粒 划分为：石砾、砂粒、粉砂粒和黏粒。受人为因素 的影响，当前土壤粒级分类制有：
留在原地的风化物；
崩积和坡积母质
洪积母质
运积母质是指母质经外力， 如水、风、冰川和地心引力等 作用而迁移到其它地区的物质。
冲积母质 湖积母质 海积母质 风积母质
黄土及黄土性母质
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冰碛母质
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二、土壤矿物质土粒
（一）土壤颗粒
土壤的固体颗粒简称为土粒。
在自然状况下，这些大小不一的土粒有的单个地存 在于土壤中，称为单粒；有的则相互黏结成为集合 体，称为复粒。
次生矿物：原生矿物经风化作用，改变了原 来的化学成
结晶质矿物 非晶质矿物
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原生矿物
1.种类 有硅酸盐类、氧化物类、硫化物类和磷化物类。 主要种类包括：石英、长石、云母、角闪石及辉石等。
2.作用 构成土壤的骨骼－土粒 通过风化作用供应养分
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石英
正长石
斜长石
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云母
角闪石
辉石
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次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石
据黏粒矿物的结晶 状态可将其分为
粘土矿物意义：
结晶质矿物: 主要为铝硅酸盐。
非晶质矿物：主要为胶膜状态， 以氧化物及其水化物存在。
（1）可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位，在 土壤分类学中，次生矿物成为鉴别土类的主要依据。
土壤肥料学 第1章 土壤矿物质土粒
3.生物风化
岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化 称生物风化作用。它能使风化产物中的植物营养元素 在母质表层集中，同时累积了有机质，发展肥力。
生物开始参与岩石矿物的风化作用标志着土壤成 土过程的开始
生物风化作用主要有三个方面： 生物的机械破碎作用 由生物的生命活动 引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根 劈作用、动物穴居 生物的化学分解作用 质。 有些生物在生命活
辉石 Ca(Mg,Fe,Al)Si2O6
呈短柱状、致密 块状，棕至暗黑色， 条痕灰色，中等解理， 硬度5.5。辉长岩和玄 武岩中，在岩石中多 呈晶粒状。伴生矿物 为角闪石、斜长石、 辉石等，较角闪石难 风化，风化物为粘土 矿物，富含Fe。
普通辉石
橄揽石(Mg,Fe)2SiO4
橄榄石呈粒状集合体 出现，橄榄绿色，玻璃光 泽或油脂光泽。橄榄石为 超基性岩的主要组成矿物， 伴生矿物为斜长石、辉石， 不与石英共生，易风化， 风化产物有蛇纹石、滑石 等。 蛇纹石呈污绿色，玻 璃光泽或油脂光泽，断口 上有时呈蜡状光泽，比重 2.5，硬度2.0～4.0。
白云石是由方解石、菱美 矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、 粒状、致密块状等，灰白色， 有时带微黄色，玻璃光泽，性 质与方解石相似，但较稳定， 与冷盐酸反应微弱，只能与热 盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反 应，这是与方解石的主要区别。 白云石是组成白云岩的主要矿 物，也存在于石灰岩中。风化 物是土壤 Ca 、 Mg 养分的主要来 源。
动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物
生物的生物化学作用
引起岩石化学风化
的CO2、O2，同时也是生物体生命活动的产物。
上述3种风化类型之间相互影响，相互联 系，只是在不同的外界条件下各有侧重。
环境土壤学-矿物质有机质
土粒：矿物质在土壤中以粗细不一、形 状多样的固体颗粒形式存在，这就是通常所 说的土壤颗粒或矿质土粒（简称土粒）。 一.矿质土粒的来源 土壤矿物质的来源主要是成土母质。成 土母质是岩石风化的碎屑物质。
10
二.矿质土粒的分级 ——粒级 矿 质 土 粒 大 小 差 别 极 大 ， ＜ 1nm ～ 数 mm ，数百万倍！！按土粒的大小可将土粒 （单粒）分为若干级（组），称为 粒级 （粒 组）。相同粒级的土粒成分和性质基本一 致，粒级间有明显差异。 土粒分级标准：国际制、卡庆斯基制、中国制。 石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒。
彩云追月
3
• • • • • •
3、常见的原生矿物 （1）硅酸盐类：长石、云母等。 （2）氧化物类：石英、铁矿等。 （3）硫化物及磷化物类： 黄铁矿(FeS2)、磷灰石。 4、常见的次生矿物 （1）粘土矿物。为铝硅酸盐矿物，有高岭石、蒙 脱石、水云母等。 • （2）含水氧化物类。如含水氧化铁、水铝石等。 • （3）简单盐类。如石膏等。
《环境土壤学》
背景音乐：祝你平安
1
第一章 土壤矿物质
土壤矿物质占土壤固体物质的很大比 例，它不仅构成了土壤的基本骨架，而且 是植物矿质养分的主要来源，并且为植物 生长提供了机械支持作用。所以，土壤矿 物质对土壤肥力和农业生产特性有着深刻 的影响。
2
第一节 形成土壤母质的矿物、岩石
• 一、主要的成土矿物 • 1、矿物的概念 • 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用（火山 爆发，地震，岩石风化）下所形成的自然均质体。 • 2、类型 • 根据矿物形成原因可分为： • 原生矿物——由岩浆冷却后形成的矿物。 • 次生矿物——由原生矿物进一步风化形成的新的矿 物。
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粒 级 分 类 制
国 际 制
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二.矿质土粒的分级 ——粒级 矿 质 土 粒 大 小 差 别 极 大 ， ＜ 1nm ～ 数 mm ，数百万倍！！按土粒的大小可将土粒 （单粒）分为若干级（组），称为 粒级 （粒 组）。相同粒级的土粒成分和性质基本一 致，粒级间有明显差异。 土粒分级标准：国际制、卡庆斯基制、中国制。 石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒。
彩云追月
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3、常见的原生矿物 （1）硅酸盐类：长石、云母等。 （2）氧化物类：石英、铁矿等。 （3）硫化物及磷化物类： 黄铁矿(FeS2)、磷灰石。 4、常见的次生矿物 （1）粘土矿物。为铝硅酸盐矿物，有高岭石、蒙 脱石、水云母等。 • （2）含水氧化物类。如含水氧化铁、水铝石等。 • （3）简单盐类。如石膏等。
《环境土壤学》
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第一章 土壤矿物质
土壤矿物质占土壤固体物质的很大比 例，它不仅构成了土壤的基本骨架，而且 是植物矿质养分的主要来源，并且为植物 生长提供了机械支持作用。所以，土壤矿 物质对土壤肥力和农业生产特性有着深刻 的影响。
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第一节 形成土壤母质的矿物、岩石
• 一、主要的成土矿物 • 1、矿物的概念 • 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用（火山 爆发，地震，岩石风化）下所形成的自然均质体。 • 2、类型 • 根据矿物形成原因可分为： • 原生矿物——由岩浆冷却后形成的矿物。 • 次生矿物——由原生矿物进一步风化形成的新的矿 物。
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粒 级 分 类 制
国 际 制
环境土壤学第一章 (第1节)
4、蛭石（Vermiculinite）
• 2:1型矿物，属于半胀缩型矿物； • 三 八 面 体 （ Mg 八 面 体 ） X1.1(Al2.3Si5.7) (Al0.5Fe3+0.7Mg4.8)O20(OH)4； • 同晶替代：蛭石中四面体片和八面体片都 有同晶置换作用，但主要发生在四面体片 中，Si被Al置换的数量比蒙脱石高，所以电 荷密度比蒙皂石类高 • 补偿离子不确定。 • 晶层间距为140nm
橄榄石[(Mg,Fe)2SiO4]：
橄榄绿色，立方形晶粒，断口常为贝壳状，硬度6.5～7。 富含铁，易分解，为土壤提供铁、镁等养分。
孔雀石[Cu2(OH)2(CO3)]
一、原生矿物
2、辉石、角闪石类 属链状结构硅酸盐，其Si-O四面体沿一 维方向延伸，又可分为单链结构的辉石类 和双链结构的角闪石类。 其中的Si/O=1:3。 3、云母类 属层状结构硅酸盐，常见的有白云母和 黑云母，土壤中的次生粘土矿物也多为此 类型。
2:1型层状硅酸盐晶体结构
3、伊利石（Illite）
2:1型矿物，属于非胀缩型矿物； 分子式： (OH)4Al4Si8O20 ； 同晶替代：K1.33Al4(Si6.67Al1.33)O20(OH)4同晶 替代现象主要以Al3+代Si4+(发生在硅氧片中)； 存在补偿离子K+； 在我国分布最为广泛的次生矿物； c轴间距为100nm。
1、氧化铁
Fe3+
OH--
Fe (OH) 3 老 化
高温老化
α-Fe2O3
低pH、缓慢沉淀
α-FeOOH
〔
失
水
O〕
〔O〕 γ-Fe2O3
Fe2+
OH--
第一章 土壤母质与矿物质
实用文档
六、土壤母质的类型（续）
5 湖积体 ；6 风积体；7滨海沉积体 8 黄土母质 ： 黄土是第四纪的一种特殊沉积物，据统计，全
球陆地上有4%的面积被黄土覆盖，我国是世 界上最大的黄土覆盖区，面积达37万平方公里 以上，除部分为风积的原生黄土外，大部分均 为流水搬运而再沉积的次生黄土。 黄土的颜色为淡黄色或暗黄色，质地轻且疏松 多孔，通透性好。黄土通常是粉砂质的易受侵 蚀，有直立性，能形成很高的峭壁，柱状结构 发达，矿物成分以石英占优势，粘粒矿物以蒙 脱石及伊利石为主。
第一节 土壤母质
一、 几种主要岩石类型 岩石的风化产物就是土壤母质（或称成
土母质）。 母质是形成土壤的基本物质，构成土壤
的“骨架”。它既区别于土壤，又对土 壤形成和肥力发展有着深刻的影响，母 质的很多性状都遗传给了土壤。
实用文档
岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体， 土壤母质来源于岩石、矿物的风化产物。
叠化合形成层状铝硅酸盐的单位晶层。 两种晶片的配合比例不同，可构成1:1型、2 :
1型和2 : 1 : 1型晶层。
实用文档
4、同晶替代
同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同、 大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的 现象。
粘土矿物的中心离子Si4+可被Al3+替代， Al3+ 被Mg2+替代，从而使得晶体带上负电荷。
实用文档
4、 绿泥石组
这类矿物以绿泥石为代表，绿泥石是富 含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物， 具有以下特性：
（1）2:1:1型晶层结构 （2）同晶替代较普遍 土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，
但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。 沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。
六、土壤母质的类型（续）
5 湖积体 ；6 风积体；7滨海沉积体 8 黄土母质 ： 黄土是第四纪的一种特殊沉积物，据统计，全
球陆地上有4%的面积被黄土覆盖，我国是世 界上最大的黄土覆盖区，面积达37万平方公里 以上，除部分为风积的原生黄土外，大部分均 为流水搬运而再沉积的次生黄土。 黄土的颜色为淡黄色或暗黄色，质地轻且疏松 多孔，通透性好。黄土通常是粉砂质的易受侵 蚀，有直立性，能形成很高的峭壁，柱状结构 发达，矿物成分以石英占优势，粘粒矿物以蒙 脱石及伊利石为主。
第一节 土壤母质
一、 几种主要岩石类型 岩石的风化产物就是土壤母质（或称成
土母质）。 母质是形成土壤的基本物质，构成土壤
的“骨架”。它既区别于土壤，又对土 壤形成和肥力发展有着深刻的影响，母 质的很多性状都遗传给了土壤。
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岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体， 土壤母质来源于岩石、矿物的风化产物。
叠化合形成层状铝硅酸盐的单位晶层。 两种晶片的配合比例不同，可构成1:1型、2 :
1型和2 : 1 : 1型晶层。
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4、同晶替代
同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同、 大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的 现象。
粘土矿物的中心离子Si4+可被Al3+替代， Al3+ 被Mg2+替代，从而使得晶体带上负电荷。
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4、 绿泥石组
这类矿物以绿泥石为代表，绿泥石是富 含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物， 具有以下特性：
（1）2:1:1型晶层结构 （2）同晶替代较普遍 土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，
但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。 沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。
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八面体在水平方向上相邻八面体通过共用两个氧离子 的方式，在平面两维方向上无限延伸，排列成八面体 片（简称水铝片或铝片），铝片两层氧都有剩余的负 电荷，铝片可用n(Al4O12)12-表示。
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单位晶片——四面体片(tetrahedral sheet)
平视图
俯视图
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单位晶片——八面体片(octahedral sheet)
➢ 在总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主 要成分，如表：
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表： 土壤中主要原生矿物的近似化学组成(％)
矿物 石英
SiO2 100
A12O3 Fe2O3
－
－
CaO －
MgO －
K2O －
正长石 62－66 18－20 －
0－3
－ 9－15
钠长石 61－70 19－26 －
➢ 胶体特性弱
矿物颗粒大小属胶体（<100毫微米）范围，但仍较粗，总表面积小。
➢ 电荷数量少
硅片、铝片同晶替代极少。
负电荷来源：一是晶体外表面的断键；二是晶体边面OH基在碱性中性条 件下解离。
对水和阳离子的吸附力弱，CEC=3-15 cmol(+)/kg-1
➢ 主要存在于风化程度较高的土壤中。
0－9
－
0－4
钙长石 40－45 28－37 － 10－20 －
0－2
白云母 44－46 34－37 0－2
－
0－3 8－11
黑云母 33－36 13－30 3－11 0－2 2－20 6－9
辉 石 45－55 3－10 0－6 16－26 6－20 －
橄榄石 25－43 －
0－3
－ 27－51 －
2:1型蒙脱石类晶体结构模型图
20 / 56
由两个硅片夹一 个铝片构成。
两个硅片顶端的 氧都向着铝片， 铝片上下两层氧 分别与硅片共用 顶端氧形成单位 晶层。
单位晶层的两个 层面都是氧原子 面。
21 / 56
2:1型/蒙脱石/Montmorillonite
22 / 56
1:1 and 2:1 Clay Minerals
高岭石 31-33 38－40 －
－
绿泥石 － 18－20 －
－
褐铁矿 －
－ 75－90 －
水铝石 －
85
－
－
三水铝石 －
65
－
－
CaO 0－2 0－3
－ － － － －
MgO 1－4
K2O 4－7
0－25 0－0.5
－
－
35－38 －
－
－
－
－
－
－
Na2O 0－1 0－3
－ － － － －
10 / 56
主要普遍而大量存在于南方热带和亚热土壤中，在华北、西北、东北及 西藏高原土壤中含量很少。
34 / 56
B.蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）
➢蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等; ➢代 表 矿 物 蒙 脱 石 。 单 位 晶 胞 分 子 式 ：
24 / 56
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C 同晶替代/同晶代换/同晶置换/同型异质替代
/ Isomorphous substitution
当粘粒矿物形成时，晶架内的组成离子被电性相同、 大小相近的另一种离子所取代，其结果改变了晶架 的化学组成，但晶架结构不受破坏的现象。
四面体片：Al3+ For Si4+
八面体片：Mg2+、Fe3+ or Fe2+ For Al3+
硅氧四面体由1个硅原子和4个氧原子组成，硅原子位于中央， 氧原子占据4个顶点。
B、铝氧八面体(Al-Octohedron)
铝氧八面体由1个铝原子和6个氧原子组成，铝原子位于中央， 氧原子占据6个顶点。
12 / 56
硅氧四面体结构示意图
构成：一个硅离子(Si4+)和四个氧离子(O2-)
排列方式：以三个氧离子构成三角形为底，硅 离子位于底部三个氧离子之上的中心低凹处， 第四个氧则位于硅离子的顶部，恰恰把硅离子 盖在氧离子的下面。
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由一个硅片和一 个铝片构成。共 用活性氧形成单 位晶层。
单位晶层有两个 不同层面，一个都 是氧原子面，另一 个是氢氧层面。
四面体的负价全 部被中和；八面 体 2/3 的 氧 共 用 ， 1/3 被 氢 中 和 成氢氧离子。
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1:1型粘土矿物的构造示意图
2:1型/蒙脱石/Montmorillonite
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1.1.2 土壤的矿物组成
矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.
1、原生矿物(primary mineral)： 由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原 生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
2、次生矿物(secondary mineral)： 原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学 变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。
磷灰石 －
－
－ 54－ 55 －
－
磁铁矿 －
－
69
－
－
ห้องสมุดไป่ตู้
－
Na2O －
P2O3 －
9－4
－
6－11 －
0－5
－
0－2
－
－
－
－
－
－
－
－ 40－42
－
－
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表: 土壤中主要次生矿物的近似化学组成(％)
矿物 伊利石
SiO2 A12O3 50-56 18－31
Fe2O3 2－5
TiO2 0－0.8
蒙脱石 42-45 0－28 0－30 0－0.5
地壳中
0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003
土壤中
0.08 0.085
2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
1.1.1 土壤矿物质的主要元素组成
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A：含量
非金属元素：O（47％）、Si（29％） 金属元素：Al（8.05％）、Fe（4.65％） 四元素合计：（88.7％）
三水铝石
Kaolinite
Montmorillonite
2:1:1型 / 绿泥石 /chlorite
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在 2:1 单 位 晶 层 基 础 上 多 了一个八面体水镁片或水 铝片。2个硅片、1个铝片 及1个镁片（或铝片）构 成。
2:2 型 ？
2:1型矿物和一层八面体 型矿物相间重叠组成。
故2:1:1型
O
O
Si
O
Al O
Al3+
O
O
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大小相近：Fe3+ 离子半径 0.064nm Al3+离子半径 0.057nm （Y）
电性相同，电价同或不同。 电价同：晶体内电性中和；不同：晶体带电！
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粘土矿物：最普遍的情况是低价离子代中心离子。 如：Al3+ For Si4+ ；Mg2+ For Al3+ 粘粒矿物以带负电荷为主！ 2:1型、2:1:1型普遍； 1:1型较少。
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➢ 原生矿物
原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主
以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。 如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性
石英最稳定，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。
原生矿物是植物养分的重要来源
B：植物必需营养元素
含量很低且分布不均：N、P、S…… 远远不能满足植物和微生物营养的需要？ 应考虑营养元素生物有效性问题！如：P、K
C：土壤矿物的化学组成
继承地壳化学组成特点 部分元素在成土过程中含量增or 减：O、Si、C、N 增，Ca、Mg、K、Na 减 成土过程中元素的分散、富集特性和生物聚集作用。
岩浆岩、沉积岩、变质岩
土壤母质（Parent material）：
来源于岩石、矿物的风化产物。
➢ 矿物
矿物是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质 的元素或化合物。
原生矿物、次生矿物
地壳和土壤的元素组成
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元素 地壳中 土壤中 元素
O
47.0
49.0
P
Si
29.0
33.0
1.2 粘土矿物(Clay minerals)
1
1.2.1 层状硅酸盐粘土矿物
外部形态：极细微的结晶颗粒； 内部构造：两种基本结构单位；
都含结晶水； 但化学成分、水化程度不同。
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1.2.1 层状硅酸盐(phyllosilicate)粘土矿物
➢（1）基本结构单位
A、硅氧四面体(Si-Tetrahedron)
➢单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成， 故称1:1型矿物。
单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8
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高岭石的矿物结构
高岭石
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1:1型高岭石类晶体结构模型图
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高岭组（1:1型矿物）续
➢ 晶层之间以氢键连接，联结力强、膨胀性很弱。
C轴方向上相邻晶层层面不同，一是硅片的氧面，一是铝片的氢氧面， 层面间产生键能较强的氢键，不易膨胀，膨胀系数<5％。晶层间距约 0.72nm
排列方式：六个氧离子（或氢氧离子）排列成两 层，每层都由三个氧离子（或氢氧离子）排成三 角形，但上层氧的位置与下层氧交错排列，铝离 子位于两层氧的中心孔穴内。
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单位晶片——四面体片(tetrahedral sheet)
平视图
俯视图
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单位晶片——八面体片(octahedral sheet)
➢ 在总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主 要成分，如表：
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表： 土壤中主要原生矿物的近似化学组成(％)
矿物 石英
SiO2 100
A12O3 Fe2O3
－
－
CaO －
MgO －
K2O －
正长石 62－66 18－20 －
0－3
－ 9－15
钠长石 61－70 19－26 －
➢ 胶体特性弱
矿物颗粒大小属胶体（<100毫微米）范围，但仍较粗，总表面积小。
➢ 电荷数量少
硅片、铝片同晶替代极少。
负电荷来源：一是晶体外表面的断键；二是晶体边面OH基在碱性中性条 件下解离。
对水和阳离子的吸附力弱，CEC=3-15 cmol(+)/kg-1
➢ 主要存在于风化程度较高的土壤中。
0－9
－
0－4
钙长石 40－45 28－37 － 10－20 －
0－2
白云母 44－46 34－37 0－2
－
0－3 8－11
黑云母 33－36 13－30 3－11 0－2 2－20 6－9
辉 石 45－55 3－10 0－6 16－26 6－20 －
橄榄石 25－43 －
0－3
－ 27－51 －
2:1型蒙脱石类晶体结构模型图
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由两个硅片夹一 个铝片构成。
两个硅片顶端的 氧都向着铝片， 铝片上下两层氧 分别与硅片共用 顶端氧形成单位 晶层。
单位晶层的两个 层面都是氧原子 面。
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2:1型/蒙脱石/Montmorillonite
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1:1 and 2:1 Clay Minerals
高岭石 31-33 38－40 －
－
绿泥石 － 18－20 －
－
褐铁矿 －
－ 75－90 －
水铝石 －
85
－
－
三水铝石 －
65
－
－
CaO 0－2 0－3
－ － － － －
MgO 1－4
K2O 4－7
0－25 0－0.5
－
－
35－38 －
－
－
－
－
－
－
Na2O 0－1 0－3
－ － － － －
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主要普遍而大量存在于南方热带和亚热土壤中，在华北、西北、东北及 西藏高原土壤中含量很少。
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B.蒙蛭组（2:1型膨胀性矿物）
➢蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等; ➢代 表 矿 物 蒙 脱 石 。 单 位 晶 胞 分 子 式 ：
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C 同晶替代/同晶代换/同晶置换/同型异质替代
/ Isomorphous substitution
当粘粒矿物形成时，晶架内的组成离子被电性相同、 大小相近的另一种离子所取代，其结果改变了晶架 的化学组成，但晶架结构不受破坏的现象。
四面体片：Al3+ For Si4+
八面体片：Mg2+、Fe3+ or Fe2+ For Al3+
硅氧四面体由1个硅原子和4个氧原子组成，硅原子位于中央， 氧原子占据4个顶点。
B、铝氧八面体(Al-Octohedron)
铝氧八面体由1个铝原子和6个氧原子组成，铝原子位于中央， 氧原子占据6个顶点。
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硅氧四面体结构示意图
构成：一个硅离子(Si4+)和四个氧离子(O2-)
排列方式：以三个氧离子构成三角形为底，硅 离子位于底部三个氧离子之上的中心低凹处， 第四个氧则位于硅离子的顶部，恰恰把硅离子 盖在氧离子的下面。
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由一个硅片和一 个铝片构成。共 用活性氧形成单 位晶层。
单位晶层有两个 不同层面，一个都 是氧原子面，另一 个是氢氧层面。
四面体的负价全 部被中和；八面 体 2/3 的 氧 共 用 ， 1/3 被 氢 中 和 成氢氧离子。
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1:1型粘土矿物的构造示意图
2:1型/蒙脱石/Montmorillonite
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1.1.2 土壤的矿物组成
矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.
1、原生矿物(primary mineral)： 由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原 生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
2、次生矿物(secondary mineral)： 原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学 变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。
磷灰石 －
－
－ 54－ 55 －
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磁铁矿 －
－
69
－
－
ห้องสมุดไป่ตู้
－
Na2O －
P2O3 －
9－4
－
6－11 －
0－5
－
0－2
－
－
－
－
－
－
－
－ 40－42
－
－
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表: 土壤中主要次生矿物的近似化学组成(％)
矿物 伊利石
SiO2 A12O3 50-56 18－31
Fe2O3 2－5
TiO2 0－0.8
蒙脱石 42-45 0－28 0－30 0－0.5
地壳中
0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003
土壤中
0.08 0.085
2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
1.1.1 土壤矿物质的主要元素组成
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A：含量
非金属元素：O（47％）、Si（29％） 金属元素：Al（8.05％）、Fe（4.65％） 四元素合计：（88.7％）
三水铝石
Kaolinite
Montmorillonite
2:1:1型 / 绿泥石 /chlorite
23 / 56
在 2:1 单 位 晶 层 基 础 上 多 了一个八面体水镁片或水 铝片。2个硅片、1个铝片 及1个镁片（或铝片）构 成。
2:2 型 ？
2:1型矿物和一层八面体 型矿物相间重叠组成。
故2:1:1型
O
O
Si
O
Al O
Al3+
O
O
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大小相近：Fe3+ 离子半径 0.064nm Al3+离子半径 0.057nm （Y）
电性相同，电价同或不同。 电价同：晶体内电性中和；不同：晶体带电！
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粘土矿物：最普遍的情况是低价离子代中心离子。 如：Al3+ For Si4+ ；Mg2+ For Al3+ 粘粒矿物以带负电荷为主！ 2:1型、2:1:1型普遍； 1:1型较少。
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➢ 原生矿物
原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主
以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。 如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性
石英最稳定，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。
原生矿物是植物养分的重要来源
B：植物必需营养元素
含量很低且分布不均：N、P、S…… 远远不能满足植物和微生物营养的需要？ 应考虑营养元素生物有效性问题！如：P、K
C：土壤矿物的化学组成
继承地壳化学组成特点 部分元素在成土过程中含量增or 减：O、Si、C、N 增，Ca、Mg、K、Na 减 成土过程中元素的分散、富集特性和生物聚集作用。
岩浆岩、沉积岩、变质岩
土壤母质（Parent material）：
来源于岩石、矿物的风化产物。
➢ 矿物
矿物是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质 的元素或化合物。
原生矿物、次生矿物
地壳和土壤的元素组成
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元素 地壳中 土壤中 元素
O
47.0
49.0
P
Si
29.0
33.0
1.2 粘土矿物(Clay minerals)
1
1.2.1 层状硅酸盐粘土矿物
外部形态：极细微的结晶颗粒； 内部构造：两种基本结构单位；
都含结晶水； 但化学成分、水化程度不同。
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1.2.1 层状硅酸盐(phyllosilicate)粘土矿物
➢（1）基本结构单位
A、硅氧四面体(Si-Tetrahedron)
➢单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成， 故称1:1型矿物。
单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8
31 / 56
高岭石的矿物结构
高岭石
32 / 56
1:1型高岭石类晶体结构模型图
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高岭组（1:1型矿物）续
➢ 晶层之间以氢键连接，联结力强、膨胀性很弱。
C轴方向上相邻晶层层面不同，一是硅片的氧面，一是铝片的氢氧面， 层面间产生键能较强的氢键，不易膨胀，膨胀系数<5％。晶层间距约 0.72nm
排列方式：六个氧离子（或氢氧离子）排列成两 层，每层都由三个氧离子（或氢氧离子）排成三 角形，但上层氧的位置与下层氧交错排列，铝离 子位于两层氧的中心孔穴内。