土壤礦物質(zhì)課件

第一章土壤礦物質(zhì)第一章土壤礦物質(zhì)第一節(jié)土壤礦物質(zhì)的礦物組成一、風(fēng)化作用的概念和類型

（一）巖石、礦物的概念巖石：是礦物的集合體礦物：礦物是地殼中的化學(xué)元素在各種地質(zhì)作用下形成的自然產(chǎn)物，是巖石的組成單位。礦物可以是單一元素所組成的，也可以是幾種元素組成的化合物。自然界的礦物絕大多數(shù)是固態(tài)，少數(shù)為液態(tài)或膠體狀態(tài)。第一節(jié)土壤礦物質(zhì)的礦物組成一、風(fēng)化作用的概念和類（二）風(fēng)化作用的概念第一節(jié)一、風(fēng)化作用的概念和類型風(fēng)化作用：是指巖石在地表受到種種外力作用，逐漸破碎成為疏松物質(zhì)，這一過程叫做風(fēng)化作用（二）風(fēng)化作用的概念第一節(jié)一、風(fēng)化作用的概念和類型風(fēng)化作用：（三）風(fēng)化作用的類型

由于作用因子的不同，巖石風(fēng)化作用過程的特點(diǎn)各異，可分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三大類型。一、風(fēng)化作用的概念和類型（三）風(fēng)化作用的類型一、風(fēng)化作用的概念和類型

1.物理風(fēng)化巖石在外力影響下機(jī)械地破裂成碎塊，僅改變了大小與外形而不改變化學(xué)成分的過程稱為物理風(fēng)化。產(chǎn)物：顆粒較粗，多偏砂、石礫多，養(yǎng)分不易釋放出來。1）、主要是溫度引起巖石的熱力學(xué)變化--晝夜溫差、凍結(jié)。2）、鹽類結(jié)晶的裂脹作用、流水沖刷和磨蝕、風(fēng)砂磨蝕1.物理風(fēng)化1）、主要是溫度引起巖石的熱力學(xué)變化--晝夜圖2-17氣溫變化引起巖石脹縮不均而崩解過程示意圖a、b、c、d表示風(fēng)化過程圖2-18由于冰的凍結(jié)擴(kuò)大了巖石的裂隙

圖2-17氣溫變化引起巖石脹縮不均而崩解過程示意圖圖2-第一章土壤礦物質(zhì)課件2.化學(xué)風(fēng)化作用

巖石和礦物在大氣，水及生物的相互作用下發(fā)生的化學(xué)成分和礦物組成的變化，稱化學(xué)風(fēng)化。引起化學(xué)風(fēng)化作用的主要因素有●溶解作用指巖石礦物溶解于水的作用。CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-2.化學(xué)風(fēng)化作用引起化學(xué)風(fēng)化作用的主要因素有●溶解作用

●水化作用指水分子與礦物化合生成含水礦物的化學(xué)作用。CaSO4+2H2OCaSO4

2H2O(硬石膏)（石膏）2Fe2O3+3H2O2Fe2O33H2O(赤鐵礦)(褐鐵礦)●水化作用指水分子與礦物化合生成含水礦物的化學(xué)作用。

●水解作用指礦物與水發(fā)生反應(yīng)而分解的作用。--最基本、最重要2KalSi3O8+CO2+2H2OH2Al2Si2O8H2O+2SiO2+K2CO3(正長(zhǎng)石)(高嶺石)(含水二氧化硅)(鉀鹽)Ca2(PO4)+2H2O+2CO2

Ca(H2-PO4)2+2CaCO3(磷灰石)(磷酸二氫鈣)

●氧化作用巖石中的很多礦物都能被自然界的氧氧化生成新礦物。2FeS2+16H2O+7O22FeSO47H2O+2H2SO4(黃鐵礦)(硫酸亞鐵)●水解作用指礦物與水發(fā)生反應(yīng)而分解的作用。--最基3.生物風(fēng)化作用巖石和礦物在生物影響下發(fā)生的物理和化學(xué)變化稱生物風(fēng)化作用。生物風(fēng)化作用主要有兩個(gè)方面：3.生物風(fēng)化作用A:生物的機(jī)械破碎作用由生物的生命活動(dòng)引起的巖石機(jī)械破碎作用(物理風(fēng)化)。例如：根劈作用。圖2-21植物根的機(jī)械破壞作用

B:生物的化學(xué)分解作用有些生物在生命活動(dòng)中靠分泌酸類物質(zhì)分解巖石，從中吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)?！鲜?種風(fēng)化類型之間相互影響，相互聯(lián)系,只是在不同的外界條件下各有側(cè)重。A:生物的機(jī)械破碎作用由生物的生命活動(dòng)引起的巖石機(jī)械破二、主要的成土礦物

礦物按成因可分為原生礦物和次生礦物.

原生礦物由地殼深處熔融狀態(tài)的巖漿冷凝固結(jié)而形成的礦物稱原生礦物。如石英、長(zhǎng)石、云母、輝石、角閃石等。

次生礦物

原生礦物經(jīng)物理、化學(xué)風(fēng)化作用，組成和性質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，形成的新礦物稱次生礦物。如方解石、高嶺石等。

二、主要的成土礦物礦物按成因可分為原生礦物石英地球表面最常見的礦物，分布最廣。分子式：SiO2。石英硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，不易風(fēng)化，巖石風(fēng)化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤，含鹽基少，形成的母質(zhì)養(yǎng)分一般貧乏，酸性也較強(qiáng)。（一）原生礦物石英地球表面最常見的礦物，分布最廣。分子式：SiO2。石正長(zhǎng)石KalSi3O8

由硅氧四面體和鋁氧八面體形成層狀鋁硅酸鹽礦物。由于發(fā)生同晶異質(zhì)替代作用，替代后多余的負(fù)電荷由鉀離子中和為正長(zhǎng)石。正長(zhǎng)石在巖石中呈晶粒，長(zhǎng)方形的小板狀，板面具有玻璃光澤。正長(zhǎng)石易風(fēng)化，風(fēng)化后形成粘土礦物高嶺石等，可為土壤提供大量K養(yǎng)分。正長(zhǎng)石類礦物一般含氧化鉀16.9％。常用來制取鉀肥正長(zhǎng)石KalSi3O8由硅氧四面體和鋁氧八面體形成層狀鋁第一章土壤礦物質(zhì)課件斜長(zhǎng)石

Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）

與正長(zhǎng)石類似，負(fù)電荷由鈣和鎂離子來中和。常呈板狀和柱狀晶體。白色或灰白色。玻璃光澤，斜長(zhǎng)石比正長(zhǎng)石容易風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物主要是粘土礦物，能為土壤提供K、Na、Ca等礦物養(yǎng)分。色澤美麗者可作為寶石，如傳說中的和氏璧斜長(zhǎng)石Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8）與云母片狀硅酸鹽礦物，鋁氧八面體中的鋁被鉀離子替代叫白云母，被鐵離子替代叫黑云母，被鎂離子替代叫金云母。白云母KH2Al3Si3O12常見片狀、鱗片狀。白云母無色透明或淺色（淺黃、淺綠）透明。白云母較難風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物為細(xì)小的鱗片狀，而黑云母風(fēng)化為顆粒。云母片狀硅酸鹽礦物，鋁氧八面體中的鋁被鉀離子替代叫白云母，被普通角閃石

Ca（Mg，F(xiàn)e）3Si4O12角閃石呈雙鏈結(jié)構(gòu)，所以在巖石中呈細(xì)長(zhǎng)柱狀，深綠至黑色，玻璃光澤。普通角閃石Ca（Mg，F(xiàn)e）3Si4O12角閃石呈雙鏈結(jié)輝石Ca（Mg，F(xiàn)e）Si2O6輝石呈單鏈結(jié)構(gòu)，所以在巖石中多呈晶粒狀，短柱狀，棕至暗黑色，條痕灰色，，較角閃石難風(fēng)化，風(fēng)化物為粘土礦物，富含F(xiàn)e。輝石Ca（Mg，F(xiàn)e）Si2O6輝石呈單鏈結(jié)構(gòu)，所以在巖橄攬石（Mg，F(xiàn)e）2SiO4

最容易風(fēng)化，所以常常作為指示礦物。用來指示土壤形成時(shí)間的長(zhǎng)短。橄欖石呈粒狀集合體出現(xiàn)，橄欖綠色，玻璃光澤或油脂光澤。橄攬石（Mg，F(xiàn)e）2SiO4最容易風(fēng)化，所以常常作為指示①土壤原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。②土壤中原生礦物類型和數(shù)量的多少在很大程度上決定于礦物的穩(wěn)定性，如長(zhǎng)石和石英。③土壤原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源①土壤原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。②土壤中原生礦物（二）次生礦物主要包括∶層狀的硅酸鹽礦物和氧化物類。前者是晶型礦物，后者有晶型的，也非晶型的。（二）次生礦物主要包括∶層狀的硅酸鹽礦物層狀的硅酸鹽礦物第一章土壤礦物質(zhì)課件第一章土壤礦物質(zhì)課件1:1型單位晶層:由一個(gè)硅片和一個(gè)鋁片構(gòu)成。硅片頂端的活性氧與鋁片底層的活性氧通過共用的方式形成單位晶層。這樣1:1型層狀鋁硅酸鹽的單位晶層有兩個(gè)不同的層面，一個(gè)是由具有六角形空穴的氧原子層面，一個(gè)是由氫氧構(gòu)成的層面。2:1型單位晶層由兩個(gè)硅片夾一個(gè)鋁片構(gòu)成。兩個(gè)硅片頂端的氧都向著鋁片，鋁片上下兩層氧分別與硅片通過共用頂端氧的方式形成單位晶層。這樣2:1型層狀硅酸鹽的單位晶層的兩個(gè)層面都是氧原子面。1:1型單位晶層:2:1型單位晶層特點(diǎn)：(1）1:1型的晶層結(jié)構(gòu)

單位晶胞的分子式可表示為Ai4Si4O10(OH)8。（2）無膨脹性兩個(gè)晶層的層面間產(chǎn)生了鍵能較強(qiáng)的氫鍵，膨脹系數(shù)一般小于5％.高嶺石層間距約為0.72nm。（3）電荷數(shù)量少陽離子交換量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。（4）膠體特性較弱較粗（0.2-2m），顆粒的比表面積相對(duì)較小，為10－20×103m2kg-1高嶺組粘土礦物是南方熱帶和亞熱土壤中普遍而大量存在的粘土礦物，在華北、西北、東北及西藏高原土壤中含量很少。是陶瓷的主要原料。高嶺組（1:1型礦物）特點(diǎn)：(1）1:1型的晶層結(jié)構(gòu)高嶺組粘土礦物是南方熱帶和亞高嶺石的礦物結(jié)構(gòu)高嶺石的礦物結(jié)構(gòu)蒙蛭組（2:1型膨脹性礦物）包括：蒙脫石、蛭石、綠脫石、拜來石等。特征：（1）2:1型的晶層結(jié)構(gòu)，蒙脫石是其典型代表。單位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。（2）脹縮性大蒙脫石晶層間距變化在0.96-2.14nm之間，蛭蟲的膨脹性比蒙脫石小，其晶層間距變化在0.96-1.45nm之間。（3）電荷數(shù)量大同晶替代現(xiàn)象普遍。（4）膠體特性突出，較細(xì)（有效直徑0.01-1m），總表面積為600－800×103m2kg-1，且80％是內(nèi)表面。蛭石一般為400×103m2kg-1。

蒙脫石組在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)的土壤中分布較廣蒙蛭組（2:1型膨脹性礦物）蒙托石的礦物結(jié)構(gòu)蒙托石的礦物結(jié)構(gòu)水化云母組（2:1型非膨脹性礦物）特征：（1）2:1型晶層結(jié)構(gòu)伊利石是其主要代表，。分子式為K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O。（2）無膨脹性在伊利石晶層之間吸附有鉀離子，對(duì)相鄰兩晶層產(chǎn)生了很強(qiáng)的鍵聯(lián)效果，使晶層不易膨脹，伊利石晶層的間距為1.0nm。（3）電荷數(shù)量較大20－40Cmoles(+)kg-1。（4）膠體特性一般總表面積為70－120×103m2kg-1，其可塑性、粘結(jié)性、粘著性和吸濕性都介于高嶺石和蒙脫石之間。伊利石廣泛分布于我國(guó)多種土壤中，尤其是華北干旱地區(qū)的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。水化云母組（2:1型非膨脹性礦物）特征：伊利石廣泛分布于我國(guó)伊利石的結(jié)構(gòu)示意圖伊利石的結(jié)構(gòu)示意圖①基本結(jié)晶單元相同②顆粒比較小，比表面積比較大③膠體性質(zhì)明顯④普遍存在同晶替代作用相同點(diǎn)①基本結(jié)晶單元相同②顆粒比較小，比表面積比較大③膠體性質(zhì)明顯氧化物類土壤中常見的氧化鐵礦物是赤鐵礦和針鐵礦針鐵礦

（a-FeOOH):黃色或棕色，呈針狀，在溫帶、亞熱帶與熱帶的土壤中大量存在赤鐵礦

（a-Fe2O3）：紅色，呈六角板狀，少量赤鐵礦的存在也會(huì)使土壤看起來呈紅色。在高溫、潮濕、風(fēng)化程度很深的紅色土壤中存在較多。存在方式：呈膠膜質(zhì)包被在土壤顆粒的表面。氧化物類土壤中常見的氧化鐵礦物是赤鐵礦和針鐵礦針鐵礦（a第二節(jié)土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成四大骨干元素——O、Si、Al、Fe硅鋁鐵率（SiO2/R2O3)SiO2/R2O3SiO2分子數(shù)Fe2O3+Al2O3分子數(shù)＝第二節(jié)土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成四大骨干元素——O、Si、Al、1、判斷細(xì)粒部分層狀鋁硅酸鹽礦物的組成1:1型：Al2O3·2SiO2·nH2O∴硅鐵鋁率<22:1型：Al2O3·4SiO2·H2O∴硅鐵鋁率在2-4之間2、可以判斷風(fēng)化程度1、判斷細(xì)粒部分層狀鋁硅酸鹽礦物的組成第三節(jié)土壤礦物質(zhì)的機(jī)械組成（顆粒組成）（一）粒級(jí)的概念粒級(jí)（粒組）：

按照土粒粒徑的大小把性質(zhì)和組成相近的一些土粒分成一組，每一組為一個(gè)粒級(jí)(或粗細(xì))。（二）粒級(jí)的分類粒級(jí)分類常用的標(biāo)準(zhǔn)有蘇聯(lián)制、美國(guó)制、國(guó)際制、中國(guó)制一、土壤礦物質(zhì)土粒的分級(jí)第三節(jié)土壤礦物質(zhì)的機(jī)械組成（顆粒組成）（一）粒級(jí)1、相同點(diǎn)：分為4個(gè)粒級(jí)：石礫、砂粒、粉粒、粘粒2、不同點(diǎn)：美國(guó)制（mm)蘇聯(lián)制(mm)石礫≥2≥1砂粒2-0.021-0.01粉粒0.02-0.0020.01-0.001粘粒＜0.002＜0.0011、相同點(diǎn)：2、不同點(diǎn)：美國(guó)制（mm)蘇聯(lián)制(mm)石礫≥二、各粒級(jí)土粒的特點(diǎn)1、不同粒級(jí)土粒，它們的礦物組成不同二、各粒級(jí)土粒的特點(diǎn)1、不同粒級(jí)土粒，它們的礦物組成不同2、不同粒級(jí)土粒，它們的化學(xué)組成不同3、不同粒級(jí)土粒，它們的物理性質(zhì)不同4、不同粒級(jí)土粒，它們的化學(xué)性質(zhì)不同2、不同粒級(jí)土粒，它們的化學(xué)組成不同3、不同粒級(jí)土粒，它們的三、礦物質(zhì)的機(jī)械組成和質(zhì)地分（一）機(jī)械組成和質(zhì)地的概念粗細(xì)不同的土粒在土壤中占有的不同的比例，這種大小不同土粒的比例組合，叫礦物質(zhì)土粒的機(jī)械組成。

根據(jù)機(jī)械組成劃分的土壤類型叫土壤質(zhì)地。三、礦物質(zhì)的機(jī)械組成和質(zhì)地分粗細(xì)不同的土粒在土壤中占有的不同（二）土壤質(zhì)地分類制國(guó)際制土壤質(zhì)地分類：是一種三級(jí)分類法，即按粘粒、粉粒、砂粒三種粒級(jí)占百分?jǐn)?shù)進(jìn)行分類，劃分為砂土、壤土、粘壤土、粘土四類十二級(jí)。>45%：前面加“粉質(zhì)”粘粒<15%：砂土、壤土類粉粒>25%：粘土15-25%：粘壤土類砂粒55-85%：前面加“砂質(zhì)”>85%：砂土（二）土壤質(zhì)地分類制國(guó)際制土壤質(zhì)地分類：是一種三級(jí)分類法，即砂質(zhì)壤土砂質(zhì)粘壤土砂質(zhì)粘土粘土壤質(zhì)粘土粘壤土粉砂粒15%25%45%65%粘粒0-100%粘粒砂粒1-100%35%55%砂粒壤土粉砂質(zhì)粘土粉砂質(zhì)粘壤土粉砂質(zhì)壤土重粘土粉砂粒0-100%45%砂質(zhì)壤土砂質(zhì)粘壤土砂質(zhì)粘土粘土壤質(zhì)粘土粘壤土粉砂粒15%252．卡慶斯基土壤質(zhì)地分類這是一種二級(jí)分類法，按物理性砂粒和物理性粘粒的百分?jǐn)?shù)劃分為砂土、壤土及粘土三類九級(jí)。解放后，我國(guó)多采用這種分類。如下表：2．卡慶斯基土壤質(zhì)地分類這是一種二級(jí)分類法，按物理性砂粒物理性砂粒： 粒徑在1～0.01mm之間的土粒。物理性砂粒：物理性粘粒： 粒徑<0.01mm的土粒。物理性粘粒：土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地3、我國(guó)土壤質(zhì)地分類近來中國(guó)科學(xué)院主編的《中國(guó)土壤》一書中，介紹了我國(guó)土壤質(zhì)地分類方案，如表： 我國(guó)將土壤質(zhì)地分為砂土、壤土和粘土三大組，每組再細(xì)分。一般常用的質(zhì)地種類有：

砂土、砂壤土、輕壤土、中壤土、重壤土、粘土3、我國(guó)土壤質(zhì)地分類近來中國(guó)科學(xué)院主編的《中國(guó)土壤》一書土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地4、經(jīng)驗(yàn)式：以粘粒含量判定質(zhì)地類別（粘粒<0.002mm）粘粒含量>30%：粘土15-30%：壤土<15%：砂土4、經(jīng)驗(yàn)式：以粘粒含量判定質(zhì)地類別（粘粒<0.002mm）粘5、土壤質(zhì)地的速測(cè)（指測(cè)）——田間直接測(cè)定土干時(shí)“土坷垃”——捏很硬，不易碎粘土“土坷垃”——捏易碎壤土“沒有土坷垃”砂土5、土壤質(zhì)地的速測(cè)（指測(cè)）土干時(shí)“土坷垃”——捏很硬，不易碎土濕時(shí)成球