第一章土壤矿物质(1)
第三节 我国粘土矿物分布规律
一、粘土矿物形成假说
1、新生：风化沉淀说
风化释放酸胶基SiO2.nH2O 碱胶基Fe2O3.nH2O、 Al2O3.nH2O 合成粘土矿物
2、转变：直接从原来矿物转变来
白云母-水云母-蛭石-蒙脱石-高岭石-三水铝石
第一章土壤矿物质(1)
第三节 我国粘土矿物分布规律
二、影响因素
3）颗粒较小：力学性质，吸湿性适中。
第一章土壤矿物质(1)
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
二、非硅酸盐粘土矿物
1）水化程度不等的铁、锰、铝、硅氧化物和水铝英石。 2）既可带正电荷，又可带负电荷，电荷产生是由质
子化或表面—OH的H+解离产生。称为可变电荷。
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)
（一）构造特征 1、硅氧四面体和硅氧片
硅氧四面体：SiO44- 正四面体形状。第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体) （一）构造特征
1、硅氧四面体和硅氧片
硅氧片：（单位晶片）
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)
二、非硅酸盐粘土矿物
1、氧化铁
1）针铁矿：Fe2O3.H2O，晶体小，呈现针状，故针铁矿。 大点的黄色，小点的棕色。一部分Fe3+被Al3+ 结晶程度差。
温带、亚热带、热带土壤中大量存在。 2）赤铁矿：2Fe2O3.H2O
红色，六角形板状 红壤、赤红壤、砖红壤发红的原因。
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
第一章土壤矿物质(1)
第一章土壤矿物质(1)
第一节 土壤矿物质的组成
二、土壤矿物质的矿物组成
原生矿物：岩浆冷凝形成的矿物，土壤中未发生化学改 变。
次生矿物：原生矿物在H2O、CO2、O2、生物等作用下， 矿物组成、结构、性质发生改变而形成的矿物。
第一章土壤矿物质(1)
第一节 土壤矿物质的组成
二、土壤矿物质的矿物组成 1、土壤中的原生矿物
第一章土壤矿物质(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/16
第一章土壤矿物质(1)
二、非硅酸盐粘土矿物
4、氧化硅 1）结晶类 α—石英 2）非晶态：蛋白石（SiO2.nH2O），凝胶
富含铁质热带土壤 灰化土中 来源于植物残体，植物体内SiO2多为凝胶或蛋白石
第一章土壤矿物质(1)
第三节 我国粘土矿物分布规律
一、粘土矿物形成假说 二、影响因素 三、我国粘土矿物的分布规律
第一章土壤矿物质(1)
常见的有：石英、长石（正长石、斜长石）、云母（黑云 母、白云母）、辉石、角闪石、橄榄石、磷灰石、黄铁矿等等。
1）石英：SiO2 原子晶体，乳白色，硬度7，抵抗物理、化 学风化作用强。
2）钾长石： 多肉红色，硬度6，抵抗风化能力强。 3）钠长石：NaAlSi3O8多灰白色，抵抗风化能力强。 4）钙长石：CaAl2Si2O8多灰白色，抵抗风化能力强 5）白云母：KAl2Si3O10(OH)2 白，片状解理，硬度2-3，易 物理风化，抗化学风化。
Mg2+替代。 4）胶体性质突出：颗粒细小。 0.01-1µm
第一章土壤矿物质(1)
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿
（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性
3、水化云母组：
2：1型非膨胀性粘土矿物，青藏高原 东北 西北 华北 1）2：1型 2）无膨胀性：k+位六边形晶六中，起键联作用，层 间1.0nm 3）电荷数量较多：同晶替代普遍，发生硅片Si4+被 Al3+替代，20-40cmol(+)/kg 4）胶体特性：大小介于前二者之间，力学性质介于 前二者之间。
（一）构造特征
2、铝氧八面体和铝氧片
铝氧八面体：AlO69-
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体) （一）构造特征
2、铝氧八面体和铝氧片
铝氧片
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿晶体)
（一）构造特征
3、单位晶层
1：1型
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
第一章土壤矿物质(1)
2020/11/16
第一章土壤矿物质(1)
主要内容:
第一节 土壤矿物质的组成 第二节 粘土矿物 第三节 我国粘土矿物分布规律
第一章土壤矿物质(1)
第一节 土壤矿物质的组成
一、土壤矿物质的元素组成
地壳中、土壤中多的元素有： 1）O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、P、S 地壳中：O 47% Si 29% Al 8.05% Fe 4.65% 合计88.7 土壤中：O 49% Si 33% Al 7.13% Fe 3.8% 合计92.3% 2）植物生长所需 P、S<0.1% N<0.01% 3）土壤继承地壳化学组成遗传特点, 地壳中多的土壤中 也多，地壳中少的土壤中也少，但元素含量发生变化，增加 的有O、Si、C、N，显著下降的有Ca、Na、K、Mg。
第一章土壤矿物质(1)
二、土壤矿物质的矿物组成
1、土壤中的原生矿物
6）黑云母：KH2(Mg,Fe)3AlSi3O12黑，片状解理，硬度2.5-3，易 物理风化，化学风化。
7）辉石：Ca(Mg,Fe,Al)[(Si,Fe)2O6]绿黑色，硬度5-6，易风化。 8）角闪石：Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11](OH)2 褐色或黑 色，硬度5.5-6，易风化。 9）橄榄石：(Mg,Fe)2 SiO4绿色，极易风化。 10）磷灰石：Ca5(PO4)3(F,Cl)颜色较多（灰白、黄、绿、黄褐）， 硬度5，抵抗风化能力强。 11）黄Fe矿：FeS2金黄色，硬度6-6.5，极易风化。
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)
（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性 1、高岭组： 1：1型非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶
土、迪恺石、埃洛石热带、亚热带土壤中多。华中、华南、西南。 1）1：1型 2）无膨胀性，氢键作用0.72nm，膨胀性小于5% 3）电荷数量少，同晶替代弱或无，负电荷来源断键，3-
原生矿物的类型和数量很大程度上取决于矿物的稳定性，抗风 化能力强，土壤中就多，
如：石英、正长石、白云母、磷灰石。 原生矿物是植物养分重要来源，P、K、Ca、Mg、S、微量元素。
第一章土壤矿物质(1)
第一章土壤矿物质(1)
第一节 土壤矿物质的组成
二、土壤矿物质的矿物组成
2、土壤中次生矿物
1）易溶盐、微溶盐： K+、Na+、Ca2+、Mg2+等盐 Cl-、SO42-、CO32-、PO43-等盐，硫化物
第一章土壤矿物质(1)
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿
（二）硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性
4、绿泥石组：
混层型矿物，富含Mg Fe极少量铬，由母质遗留下来 较多，也可由其它粘土矿物转化而来。
片。
1）2：1：1型： 1层2：1型晶片，1层水镁片或水铝
2）同晶替代普遍：含Mg2+, Al3+, Fe3+, Si4+ 还含有 Cr, Mn, Ni, Li 10~40cmol(+)/kg
2）粘土矿物：层状铝硅酸盐类矿物 (晶体) Si Fe Al氧化物及水化氧化物。
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)
1 、高岭组 2 、蒙蛭组 3、水化云母组 4、绿泥石组
二、非硅酸盐粘土矿物
1、氧化铁 2、氧化铝 3、水铝英石 4、氧化硅
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
1、气候： 干燥气候 蒙脱石、伊利石多 湿热气候 高岭石、氧化物多
1）转变说：风化强度不断增加 2）新生说：K+丰富（水云母），Mg+多（蒙脱石），盐基少（高岭
石） 2、母质影响 不同母质粘土矿物差异较大
1）河流冲积物：富含水云母 2）湖积物、淤积物：富含蒙脱石、水云母 3）黑云母：易形成蛭石或黑云母蛭石夹层矿物 4）表土层：矿物组成具有明显地带性，受风化淋溶成土作用强烈。 3、地形因素影响 1）水热再分配影响风化强度，影响粘土矿物类型。 2）影响风化产物搬云堆积。
一、层状硅酸盐粘土矿
（一）构造特征 3、单位晶层
2：1型
第一章土壤矿物质(1)来自第二节 粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿（晶体)
（一）构造特征 4、同晶替代
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。
例如：Al3+与Fe3+ Si4+被Al3+ Al3+被Mg2+
由于同晶替代作用产生负电荷，称为永久电荷。
二、非硅酸盐粘土矿物
3、水铝英石：xAl2O3.ySiO2.nH2O
1）非晶质矿物 2）Si/Al 约为1~2 3）阳离子交换量大，10-15 cmol(+)/kg 受PH影响 4）表面积大，非晶态 5）火山灰土中主要粘土矿物，在高海拔，低温，中量， 林下土壤心土层也存在。
第一章土壤矿物质(1)
第二节 粘土矿物
二、非硅酸盐粘土矿物
2、氧化铝
三水铝石：Al2O3.3H2O
➢
热带、带热带高风化酸性土壤中，北纬30度以南
➢
作为脱硅富铝化的指标。
➢
铁铝氧化物：土壤中有：
➢
离子态——无定形态——晶态
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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
土壤矿物质1
（2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含 量很低而且分布很不平衡。
（3）土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元 素的分散、富集特性和生物积聚作用。
二、土壤中的矿物组成
根据矿物的结晶状态， 矿物可分为
结晶质矿物 非晶质矿物 一般常分为 原生矿物和次生矿物。
二、土壤中的矿物组成
原生矿物：指那些经过不同程度的物理风化，未改
第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成
一、土壤矿物质的主要元素组成
土壤
矿物质 38%，(95%)
有机质 12%，(5%)
溶液 (15-35%)
空气 (15-35%)
表 1-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%） （维诺格拉多夫，1950、1962）*
元素
地壳中
土壤中
元素
地壳中
土壤中
O
47.0
49.0
3、单位晶层
1:1型单位晶层:
由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与 铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。 这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的 层面，一个是由具有六角形孔穴的氧原子层面，一 个是由氢氧构成的层面。
2:1型单位晶层
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 层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方 式 形 成 单 位 晶 层 。 这 样 2:1 型 层 状 硅 酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原 子面。
水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）
特征： （1）2:1型晶层结构中伊利石是其主要代表，分子
式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。 （2）非膨胀性: 在伊利石晶层之间吸附有钾离子，
对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀， 伊利石晶层的间距为1.0nm。
（3）土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元 素的分散、富集特性和生物积聚作用。
二、土壤中的矿物组成
根据矿物的结晶状态， 矿物可分为
结晶质矿物 非晶质矿物 一般常分为 原生矿物和次生矿物。
二、土壤中的矿物组成
原生矿物：指那些经过不同程度的物理风化，未改
第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成
一、土壤矿物质的主要元素组成
土壤
矿物质 38%，(95%)
有机质 12%，(5%)
溶液 (15-35%)
空气 (15-35%)
表 1-1 地壳和土壤的平均化学组成（重量%） （维诺格拉多夫，1950、1962）*
元素
地壳中
土壤中
元素
地壳中
土壤中
O
47.0
49.0
3、单位晶层
1:1型单位晶层:
由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与 铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。 这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的 层面，一个是由具有六角形孔穴的氧原子层面，一 个是由氢氧构成的层面。
2:1型单位晶层
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 层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方 式 形 成 单 位 晶 层 。 这 样 2:1 型 层 状 硅 酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原 子面。
水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）
特征： （1）2:1型晶层结构中伊利石是其主要代表，分子
式为K2(AlFeMg)4 (SiAl)8O20(OH)4nH2O。 （2）非膨胀性: 在伊利石晶层之间吸附有钾离子，
对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀， 伊利石晶层的间距为1.0nm。
第1章 土壤矿物质
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。
15 / 56
单位晶片——四面体片(tetrahedral sheet)
平视图
俯视图
16 / 56
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：
8 / 56
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 －
15 / 56
单位晶片——四面体片(tetrahedral sheet)
平视图
俯视图
16 / 56
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 －
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。
土壤矿物物组成与特性PPT(79张)
• 4、冲积物：岩石风化产物受河流经常性流 水的侵蚀和搬运，在流速减缓时沉积于河 谷地区的冲积物。
• 5、湖积物：湖水泛滥沉积而成的沉积物。
• 6、海积物：由于海岸上升或江河入海回流 的淤积物露出水面形成。
• 7、风积物：风力吹来的泥砂堆积而成。
• 8、黄土：是第四纪沉积物，是风力堆积而 成。
• 9、红土：又称第四纪红色粘土，分布在我 国南方，多呈红色、红棕色，质地粘重， 养分少。
浆岩的类型：
• S45iO%2～＞5625%%基酸性性岩岩；；＜524%5%～超65基%性中岩性岩； • 共同特征：没有层次、没有化石、不含有机沉
淀物。
• （2）、沉积岩：各种先成岩（岩浆岩、变质岩、 原有的沉积岩）经过风化、搬运、沉积，重新固 结而成的岩石，或者生物的遗骸、生物新陈代谢 所形成理因素作用而崩 解碎裂的过程。
• 物理风化的因素主要是：温度引起的热胀 冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰 川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。
• 其结果使岩石由大块→小块→细粒，使岩 石有了对水分和空气的通透性，为岩石的 进一步风化，尤其是化学风化创造条件， 但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。
• 2）：某些植物生长的必需营养元素：比如： Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而 且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石 中，处于极分散的状态，植物难于吸收利 用。
• 所以地壳由原来的状态变成能生长植物的肥沃
土壤，中间需要经过一个极其复杂的质变过程。 坚硬的岩石必须崩解、碎裂，分解成母质，植物 营养元素才能被释放、被集中，空气和水分才能 流通，肥力才可以发展，土壤才能形成。
•
土壤最初来源是岩石，而岩石又是由
一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的
• 5、湖积物：湖水泛滥沉积而成的沉积物。
• 6、海积物：由于海岸上升或江河入海回流 的淤积物露出水面形成。
• 7、风积物：风力吹来的泥砂堆积而成。
• 8、黄土：是第四纪沉积物，是风力堆积而 成。
• 9、红土：又称第四纪红色粘土，分布在我 国南方，多呈红色、红棕色，质地粘重， 养分少。
浆岩的类型：
• S45iO%2～＞5625%%基酸性性岩岩；；＜524%5%～超65基%性中岩性岩； • 共同特征：没有层次、没有化石、不含有机沉
淀物。
• （2）、沉积岩：各种先成岩（岩浆岩、变质岩、 原有的沉积岩）经过风化、搬运、沉积，重新固 结而成的岩石，或者生物的遗骸、生物新陈代谢 所形成理因素作用而崩 解碎裂的过程。
• 物理风化的因素主要是：温度引起的热胀 冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰 川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。
• 其结果使岩石由大块→小块→细粒，使岩 石有了对水分和空气的通透性，为岩石的 进一步风化，尤其是化学风化创造条件， 但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。
• 2）：某些植物生长的必需营养元素：比如： Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而 且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石 中，处于极分散的状态，植物难于吸收利 用。
• 所以地壳由原来的状态变成能生长植物的肥沃
土壤，中间需要经过一个极其复杂的质变过程。 坚硬的岩石必须崩解、碎裂，分解成母质，植物 营养元素才能被释放、被集中，空气和水分才能 流通，肥力才可以发展，土壤才能形成。
•
土壤最初来源是岩石，而岩石又是由
一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的
1.1土壤矿物质
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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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6
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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7
石英
正长石
斜长石
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云母
角闪石
辉石
8
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。
1.1土壤矿物质
－
0.072
－
0.056
－
0.030
5
0.005
6
0.004
16
－
105
－
160
－
405
不 可 塑
可塑 (28~40) 塑性较强 (30~48) 塑性强 (34~872)6
4、化学组成不同
表4－4 土壤各粒级的化学组成
粒径 mm
1~0.2
化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 83.92 9.34 1.12 1.79 0.38 1.78 1.21 0.08
0.2~0.04 73.87 13.47 4.21 3.05 1.05 1.73 1.53 0.12
0.04~0.01 70.15 14.04 5.86 2.15
0.01~0.00 2
67.21
18.91
7.85
1.45
<0.002 44.08 27.67 21.81 0.58
1.05 1.48 1.63 2.51 1.61 1.10
3.89 0.21 1.27 0.29 0.96 0.36
颗粒愈小，氧化物多，营养程度高；颗粒愈粗，SiO2多，土壤愈贫瘠。
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5、生物性状不同
不同粒级颗粒上微生物类型和数量、酶等的差异 是当今研究的热点。
大颗粒是土壤的骨骼，细小的粘粒是肌肉，要特别 重视小颗粒尤其是胶体颗粒 （纳米土壤或土壤中纳 米材料研究）
0.002~0.001 <0.001
土壤粒级分类系统
土粒
土 壤 骨 骼 (石 砾 ) >1mm
细土 <1mm
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--