资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,土壤矿物质的形成与转化,土壤粘土矿物的性质,土壤的质地和结构,土壤的矿物组成,土壤的矿物转化,土壤母质（parentmaterial）,处于地球陆地表面的岩石、矿物经过一系列风,化作用及外力搬运作用形成的疏松碎屑物，称,之为土壤母质（parentmaterial），或成土母,质，简称母质。,土壤矿物质（soilmineral）,岩石矿物经一系列风化作用和成土过程形成,的大小不同的颗粒物质，统称为土壤矿物质,（soilmineral）。,土壤的矿物组成,1、原生矿物:,土壤原生矿物是指那些经过不同程度的物理风化，其化学组成和结晶构造均未,发生改变的原始成岩矿物。,硅酸盐类、铝硅酸盐类矿物：长石类、云母类、角闪石、辉石类、橄榄石类,氧化物类矿物：,主要包括石英（SiO,2,）、铁矿类矿物、红锌矿（ZnO,2,）、刚玉（Al,2,O,3,）、金红石（TiO,2,）、,锆英石（ZrSiO,4,）、电气石等。,硫化物类矿物:,主要是黄铁矿和白铁矿，两者分子式同为FeS,2,，属同质异构物。,磷酸盐类矿物:,磷灰石是多种磷酸盐矿物的总称，包括氟磷灰石、氯磷灰石、羟磷灰石和碳磷灰,石等。,土壤的矿物组成,2、原生矿物的化学成分及相对稳定性,原生矿物,分子式,稳定,常量元素,微量元素,性,橄榄石,(Mg,Fe),2,SiO,4,易风,Mg,Fe,Si,Ni,Co,Mn,Li,Zn,3+,化,Cu,Mo,角闪石,Ca,2,Na(Mg,Fe),2,(Al,Fe,)(Si,Mg,Fe,Ca,Al,Ni,Co,Mn,Li,Se,Al),4,O,11,(OH),2,Si,V,Zn,Cu,Ga,辉石,Ca(Mg,Fe,Al)(,Si,Al,),2,O,6,Ca,Mg,Fe,Ni,Co,Mn,Li,Se,Al,Si,V,Pb,Cu,Ga,黑云母,K(Mg,Fe)(Al,Si,3,O,10,)(OH),2,K,Mg,Fe,Rb,Ba,Ni,Co,Se,Al,Si,Li,Mn,V,Zn,Cu,Sr,Cu,Ga,Mo,斜长石,钠长石,CaAl,2,Si,2,O,8,较稳,Ca,Al,Si,Na,Al,Si,NaAlSi,3,O,8,定,Cu,Ga,石榴子石,Cu,Mg,Fe,Mn,Cr,Ga,Al,Si,正长石,白云母,钛铁矿,磁铁石,KAlSi,3,O,8,K,Al,Si,K,Al,Si,Ra,Ba,Sr,Cu,Ga,F,Rb,Sr,Ga,V,Ba,KAl,2,(AlSi,3,O,10,)(OH),2,Fe,2,TiO,3,Fe,Ti,Co,Ni.Cr,V,Fe,3,O,4,Fe,Zn,Co,Ni.Cr,V,极稳,Cu,Mg,Fe,电气石,定,Al,Si,Li,Ga,锆英石,Si,Si,Zn,Hg,石英,SiO,2,土壤的矿物组成,3、次生矿物(secondarymineral),次生矿物是原生矿物经风化后分解或重新形成的矿物，,其化学组成、构造和性质都发生了改变。,根据其化学组成、构造和性质可分为三类：简单盐类、,次生氧化物类和次生铝硅酸盐类。,土壤矿物质的转化,1、土壤矿物质的风化作用,裸露在地表的岩石矿物，在大气、水、温度和,生物等因素的综合作用下，逐渐发生崩裂和分,解，同时矿物化学组成、性质也会发生变化，,形成新的物质，这一复杂的过程通常称为风化,作用或风化过程。,按其作用因素和风化特点，可分为物理风化、,化学风化和生物风化三种类型。,土壤矿物质的转化,1、土壤矿物质的风化作用,1物理风化（physicalweathering）,物理风化又称机械崩解作用,指岩石矿物在物理因,素作用下崩解破裂成碎块，只造成结构、构造的改变,而不改变其化学成分的过程。,2化学风化（chemicalweathering）,化学风化又称为化学分解作用，指岩石和矿物在,大气、水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物,组成的变化。,土壤矿物质的转化,化学风化（chemicalweathering）类型,（1）溶解作用指岩石和矿物溶解于水的作用。,一般矿物难溶于水，但在水分充足和温度较高条件下，矿物的溶解度可增大。,在漫长的地质年代中，水溶解矿物的规模是相当大的。加之地表水常常含有CO,2,，,产生的H,2,CO,3,可增强水对岩石矿物的溶解作用。如经过碳酸作用，岩石矿物中含,有的CaCO,3,生成溶解度较高的Ca（HCO,3,）,2,：,CaCO,3,H,2,OCO,2,Ca（HCO,3,）,2,土壤矿物质的转化,（2）水化作用指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。这一作用,往往使矿物失去光泽、膨胀变松、易松散，有利于矿物的进一步分解。,石膏水化：CaSO,4,2H,2,OCaSO,4,2H,2,O,赤铁矿水化：2Fe,2,O,3,3H,2,O2Fe,2,O,3,3H,2,O（褐铁矿）,土壤矿物质的转化,（3）水解作用是指水解电离出的H,+,对矿物的分解作用，是化学风化的,最主要过程，可使矿物彻底分解。当水中含有CO,2,和酸性物质时，解离的H,+,增多，,可增强水解作用。,水解过程根据矿物的分解顺序可分为以下3个阶段，脱盐基作用：H,+,交换出,矿物中的盐基离子形成可溶性盐而被淋溶；脱硅作用：矿物中的硅以游离硅酸的,形式被离析出来，并开始淋溶；富铝化作用：矿物被彻底分解，硅酸继续淋溶，,氢氧化铝相对富集。以正长石为例：,土壤矿物质的转化,脱盐基作用：K,2,Al,2,Si,6,O,16,+H,2,O+CO,2,KHAl,2,Si,6,O,16,+KHCO,3,（正长石）（酸性铝硅酸盐）,KHAl,2,Si,6,O,16,+H,2,O+CO,2,H,2,Al,2,Si,6,O,16,+KHCO,3,（酸性铝硅酸盐）（游离铝硅酸）,脱硅作用：H,2,Al,2,Si,6,O,16,+H,2,CO,3,H,2,Al,2,Si,2,O,8,2H,2,O+4SiO,2,+CO,2,（游离铝硅酸）（高岭石）,富铝化作用：H,2,Al,2,Si,2,O,8,+4H,2,O2Al(OH),3,+2H,2,SiO,3,（高岭石）,土壤矿物质的转化,（4）氧化作用矿物质中的一些非氧化态矿物，容易发生氧化，生成新矿,物。氧化作用一方面促使矿物的分解，另一方面活化了被氧化矿物，促进其发生,迁移转化。在湿润条件下，富含变价元素铁、硫的矿物普遍进行着氧化过程。以,黄铁矿为例：,4FeS,2,+15O,2,+14H,2,O2（Fe,2,O,3,3H,2,O）+8H,2,SO,4,（黄铁矿）（褐铁矿）,土壤矿物质的转化,3生物风化（biologicalweathering）,指在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，岩石矿物,发生机械破碎和化学分解的过程。,主要表现在两个方面，一是生物的生命活动引起的机械破碎,作用，如植物根系对岩石的穿插作用，土壤中各种动物如鼠类、,蚯蚓、昆虫等挖掘、翻动作用，促使岩石及其矿物进一步机械破,碎；二是生物的化学分解作用，如植物根系分泌有机酸加速矿物,的分解；硝化细菌等微生物以及藻类、地衣等，在岩石表面生长，,分泌出酸液分解岩石，并从中摄取所需的养分，从而使岩石矿物,遭到分解和破坏。,土壤矿物质的转化,2、矿物分解的阶段性与成土风化壳类型,1碎屑（风化）阶段碎屑风化壳,2钙淀积（风化）阶段钙淀积风化壳,（碳酸盐风化壳）,3硅铝（风化）阶段硅铝风化,4富铝化阶段富铝风化壳,土壤矿物质的转化,3、土壤矿物风化强度指标,1硅铝铁率,风化壳、土体或土壤粘粒部分中的SiO,2,/R,2,O,3,或SiO,2,/,（Al,2,O,3,+Fe,2,O,3,）的摩尔数比率。,2迁移系数Km：是衡量元素在土壤剖面中淋溶迁移程度,的指标，其计算公式为：,式中x代表土壤矿物任何一种化学元素，一般多用盐基离子K、Na、Ca、Mg、Si、Al、Fe等。,如果迁移系数k1，表示元素x在土层或者风化层中有淋溶，数值愈小说明淋溶程度愈强。反之，,如k1，则说明元素x在土层中有积累现象，迁移系数愈大说明富积程度愈强。,土壤矿物质的转化,3、土壤矿物风化强度指标,3风化指数,风化指数是岩石与风化壳中残余的稳定和不稳定,的风化物含量之比，可以确定风化程度的大小。,4淋溶率,而淋溶率则是用风化壳或土层中盐基总量与氧化,铝的摩尔数比率来表明盐基的淋溶损失或累积状况。,层状铝硅酸盐粘土矿物的构造特征,土壤粘土矿物的形成过程和地理分布,土壤粘土矿物的形成过程和地理分布,层状铝硅酸盐粘土矿物的构造特征,基本结构单位,(1)硅氧四面体,(2)铝氧八面体,硅氧四面体构造图及硅氧片连接方式,单位晶层,A1:1型晶层,B2:1型晶层,C2:1:1型晶层,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空穴的氧原子层面，,一个是由氢氧构成的层面。,铝氧八面体构造图及铝氧片连接方式,1:1型高岭石类晶体结构模型图,1:1型矿物，又称高岭组,(2)性质,非膨胀性,电荷数量少,胶体特性较弱,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。,2:1型蒙脱石类晶体结构模型图,2:1型伊利石类晶体结构模型图,2:l型膨胀性矿物，又称蒙蛭组,(2)性质,胀缩性大,电荷数量大,胶体特性突出,2：1：1型矿物，又称绿泥石组,1晶层结构晶层结构为2：1：1型，是由滑石和水镁片交替重叠组成的。,由于滑石属2：1型矿物，与蒙脱石结构相似（只是铝氧片中的A1,3+,为Mg,6+,所替代），,加上与之重叠的水镁片或水铝氧片也是八面体片，这样就形成了两个硅氧片、1,个铝氧片和1个镁片构成的单位晶层，所以绿泥石的晶层结构叫做2：1：1型，,有些文献则称之为2：2型。,2性质,同晶替代也较普遍，阳离子交换量为1040cmol（+）kg。因晶层之间吸,附水分较少，所以不易膨胀，代换量远低于蒙脱石和蛭石。,次生氧化物类,（1）氧化铁矿物,（2）氧化铝矿物,（3）氧化锰矿物,（4）次生氧化硅,土壤粘土矿物的形成过程和地理分布,粘土矿物的形成过程,高钾矿物,斜长石,极地寒漠区,温带荒漠区,暖温湿润区,高温高湿区,正长石,原生铝硅,酸盐矿物,其他,水,风化,液中多镁,迅速,脱盐基,水化云母,白云母,黑云母金云母,K,+K,蛭石,K,脱硅,Mg,Mg,蒙脱石,高镁,钙钠矿物,碱长石,K,绿泥石,Mg,高岭石,长石,辉石,缓慢脱盐基,角闪石,迅速脱盐基,脱硅,铁铝氧化物,其他,不同地理环境中粘土矿物形成的一般模式,土壤粘土矿物的地理分布,（1）在热带和亚热带地区，土壤含有较多,的高岭石、水铝石、氧化铁和氧化铝等,次生粘土矿物。,（2）在干旱寒冷地区，土壤中的粘土矿物,以伊利石、蒙脱石和蛭石比较普遍,（3）,温暖或温湿条件比较适中的地区，土,壤粘土矿物也以伊利石为主，也会出现,少量高岭石。,土壤粒级（soilseparates）,土壤的机械组成与质地,土壤结构,土壤粒级（soilseparates）,概念,土壤中大小和形状不同而成分和性质迥异的,各种固体颗粒，称为土壤颗粒，简称土粒。,土壤粒级制,1国际制土粒分级国际制原为瑞典土壤学家爱特伯所拟定，经1930年莫斯科,第二届国际土壤学会大会采纳。分为4个基本粒组，特点是分级标准为十进位,制，简明易记，曾广为采用。我国解放前多采用国际制。,2卡庆斯基制土粒分级前苏联土壤学家卡庆斯基拟订（1957），先以粒径,1mm为界分出粗骨和细土两部分，然后在细土中以0.01mm为界分为“物
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