〖BT3〗土壤矿物质Themineralcomponentofthesoil.DOC

第一章 土壤矿物质 (The mineral component of the soil) 土壤由固、液、气三相组成。 土壤的固体部分是由矿物质部分和有机质部分组成，一般土壤矿物质部分占土壤固体部分95%以上，是土壤的骨架，对土壤的理化性质都有极大的影响。 土壤矿物质的类别和性质 土壤矿物质主要由岩石风化而来，风化的岩石称为土壤母质(parent material)，母质的化学成分，颗粒大小与原来的岩石有密切关系。 土壤矿物的类别 矿物：是存在于地壳中具有一定的物理性质、化学成份和内部构造的天然化合物，是岩石的组成部分，是各种地质作用的产物。 岩石是由一种矿物或多种矿物组成的。 矿物可分为原生矿物和次生矿物两大类。 (一)原生矿物(primary mineral) 原生矿物：是指那些在风化过程中，只改变了形状和大小，未改变化学组成的原始成岩矿物。 一般原生矿物颗粒较大，其颗粒直径在1～0.001mm。 地壳中矿物总数可达3300多种，土壤中约40多种，主要有石英、长石、云母、辉石、方解石、白云石、石膏，各种磷灰石和铁矿，其中最重要的矿物是石英、其次是长石、云母、角闪石、辉石等。 挂图1：土壤中主要的原生矿物组成 原生矿物在土壤中的作用有下面几点： 1．构成土壤骨架，对土壤的物理性质有很大影响 2．是作物养料的重要来源，长石、云母风化后提供钾素、辉石、方解石风化后提供Ca、Mg等元素。 (二)次生矿物(secondary mineral) 土壤中除了原生矿物外，还有一部分是次生矿物。 定义：次生矿物是在风化及成土过程中新形成的矿物。 因为这种矿物颗粒较小(0.001mm)，具有粘土性质，又称为粘土矿物。 重要性：由于粘土矿物能够反应成土条件和土壤形成过程，它们对于土壤科学研究有重要意义。首先，它可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位，在现代土壤分类中，次生矿物的类型对鉴别土壤种类起重要作用，这将在土壤发生与分类学中深入探讨，其次，粘土矿物类型可以帮助了解土壤的理化性质(如吸湿性、膨胀性、收缩性、可塑性、对离子的吸收性能等)，这后一个方面是我们这门课中要讨论的，需给予特别的注意。 土壤中所含有的粘土矿物有晶态和非晶态之分。 晶态的次生矿物可分为两类： 第一类是铝硅酸盐类，呈层状结构，如高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石等等。 第二类是晶态的含水氧化铁，氧化铝等矿物，如三水铝石(Al2O3·3H2O)，水铝水(Al2O3·H2O)针铁矿(Fe2O3·H2O)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2O)，第一种晶态次生矿物更普通，更重要，后面将详细介绍。 非晶态的次生矿物主要呈胶膜状态，包裹于土粒的表面，如含水氧化铁、铝(R2O3· XH2O)和硅胶等(SiO2·YH2O)，也有的呈粒状凝胶，成为极细的土粒，如水铝英石(XR2O3·YSiO2·ZH2O)。 除以上这些粘粒矿物外，土壤中还有一些简单盐类，常见的有碳酸盐，硫酸盐和氯化物等，也属于土壤的矿物成分，或无机组分。 粘土矿物的绝大部分都属于铝硅酸盐类，有特殊的构造和性质。 二、铝硅酸盐粘粒矿物的构造特征 粘土矿物大部分是不溶性的铝硅酸盐类，外部特征是极微细的结晶物质，从内部结构看都由两种基本结构单位所组成，就是硅氧四面体、铝氧八面体。都含有结晶水。只是化学组成和水化程度有所不同。 （一）铝硅酸盐粘土矿物基本结构单位 1. 硅氧四面体(silicon tetrahedron) 由一个硅离子和四个氧离子所构成，其排列方式是以三个氧离子构成的三角形为底，硅离子在三个氧离子的中心低凹处，第四个氧则居于硅离子的顶部，恰恰把硅离子盖在下面。象这样的构造单位，在外表看来，有四个面，每个面由三个氧离子所构成。因为居于四个面中心的是硅离子，所以称为硅氧四面体。 模型、挂图2：硅氧四面体的构造图示 2. 铝氧八面体(aluminium octahedron) 由六个氧离子(或氢氧离子)环绕着一个中心铝离子排列而成，六个氧离子(或氢氧离子)分为两层排列，每层都由三个氧(或氢氧)排成三角形，但上下两层的6个氧离子互相交错，而铝离子恰恰居于此两层的中心孔穴内。这样的构造单位，在外表看来有8个面，每个面都由三个氧离子所构成(顶底各一面，四周共六面，其中三面向顶层倾斜，另三面向底层倾斜)因为居于中心的是铝离子，所以称为铝氧八面体。 模型、挂图3：铝氧八面体的构造图示 （二）铝层和硅层 四面体和八面体都是结晶学上的基本构造单位。四面体可以写作(SiO4)-4，八面体可以写作(AlO6)-9，它们都不是化合物，而是彼此互相结合，形成铝硅酸盐晶体。在它们形成铝硅酸时，第一步是四面体与八面体分别各自聚合，四面体在平面上连接成蜂窝状硅层，(硅氧片)而八面体则在平面上连接成较