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1、土壤学 第一章第1页，共58页，编辑于2022年，星期五第2页，共58页，编辑于2022年，星期五1)土壤物理性质：粘结性、膨胀性、耕性2)化学性质：缓冲性、保肥性、吸附性3)生物和生物化学性质：酶学、微生物4)鉴定土壤类型：红壤、棕壤5)识别土壤形成过程：富铝化、淋溶意义(Significance)第3页，共58页，编辑于2022年，星期五第一节 土壤矿物质的组成Mineral Compositions of Soil一、土壤矿物质的主要元素组成 The main Elements in soil minerals第4页，共58页，编辑于2022年，星期五地壳和土壤的平均化学组成（重量%）元
2、素地壳土壤元素地壳土壤O47.049.0Ti0.450.40Si29.033.0H(0.15)?Al8.057.13Mn0.100.085Fe4.653.80P0.0930.08Ca2.961.37S0.090.085Na2.501.67C0.0232.0K2.501.36N0.010.1Mg1.370.60第5页，共58页，编辑于2022年，星期五地壳和土壤的平均化学组成（重量%）第6页，共58页，编辑于2022年，星期五二、土壤的矿物组成Mineralogical Compositions in Soil1、原生矿物（primary minerals)石英(Quartz)、长石(Felds
3、par)、云母(Mica)2、次生矿物（secondary minerals)层状硅酸盐(Phyllosilicates)、水化氧化物(Hydrous oxides)、简单盐类(Simple salts)第7页，共58页，编辑于2022年，星期五原生矿物：砂粒(sand)0.2-2mm、粉砂粒(silt)0.002-0.2mm 硅酸盐(silicates)、铝硅酸盐(aluminosilicates)矿物(Minerals)-晶态(Crystalline)、非晶态(Noncrystalline or amorphous)第8页，共58页，编辑于2022年，星期五第二节 粘土矿物Secondar
4、y Clay Minerals第9页，共58页，编辑于2022年，星期五Phyllosilicate Minerals一、层状硅酸盐粘土矿物（一）构造特征 1、基本结构单位（structural unit)硅氧四面体（Silica tetrahedron）铝氧八面体（Aluminum octahedron）第10页，共58页，编辑于2022年，星期五 Si-O tetrahedron(1)硅氧四面体第11页，共58页，编辑于2022年，星期五硅氧四面体Si-O tetrahedron第12页，共58页，编辑于2022年，星期五(2)铝氧八面体AlO octahedron第13页，共58页，编辑
5、于2022年，星期五Al(OH)6 or Mg(OH)6 OctahedronOH第14页，共58页，编辑于2022年，星期五2、单位晶片四面体片（Tetrahedral Sheets）八面体片（Octahedral Sheets）第15页，共58页，编辑于2022年，星期五Si6O18四面体片（Tetrahedral Sheets）第16页，共58页，编辑于2022年，星期五Si6O18Spaced Filled ViewSi6O18第17页，共58页，编辑于2022年，星期五Tetrahedral Sheetunsaturated edgesites第18页，共58页，编辑于2022年，星
6、期五Tetrahedral Sheetunsaturatedapicaloxygensn(Si4O10)4-第19页，共58页，编辑于2022年，星期五Tetrahedral SheetSi:O2:5第20页，共58页，编辑于2022年，星期五n(Al4O12)12-八面体片（Octahedral Sheets）第21页，共58页，编辑于2022年，星期五三八面体(tri)octahedral SheetMg,FeMg,Fe2+2+第22页，共58页，编辑于2022年，星期五二八面体 Dioctahedral SheetAlAl3+3+、FeFe3+3+第23页，共58页，编辑于2022年，星
7、期五3、单位晶层 （Layer）Octahedral-TetrahedralLinkage第24页，共58页，编辑于2022年，星期五1：1型的晶层Serpentine(1:1trioctahedralmineral)tetoct第25页，共58页，编辑于2022年，星期五2：1型的晶层Talc(2:1 trioctahedral mineral)tetocttet第26页，共58页，编辑于2022年，星期五2：1：1型晶层第27页，共58页，编辑于2022年，星期五Short-hand SymbolstetoctShort hand,Block notation第28页，共58页，编辑于20
8、22年，星期五4、同晶替代（Isomorphic Substitution）permanent(layer)chargen n组成矿物的中心离子（Si 4+,Al3+)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。第29页，共58页，编辑于2022年，星期五Isomorphic SubstitutiontetoctSi4+Mg2+Al3+Al3+,Fe3+第30页，共58页，编辑于2022年，星期五晶片中阳离子与氧离子的比值范围n n在四面体中的比值为在四面体中的比值为0.2550.414n n在八面体中的比值为在八面体中的比值为0.4140.732第31页，共58页，编辑于202
9、2年，星期五晶片中常见的阳离子离子半径(nm)rc/ro存在的位置O2-0.135硅片、铝片Si4+0.0400.30硅片Al3+0.0550.41硅片、铝片Fe2+0.0800.59铝片Fe3+0.0670.54铝片Mg2+0.0780.58铝片K+0.1341.00层间第32页，共58页，编辑于2022年，星期五（二）（二）层状硅酸盐粘土矿物的种类和一层状硅酸盐粘土矿物的种类和一般特性般特性1、种类：高岭组(Kaolin)：高岭石(kaolinite)、埃洛石(Halloysite)蒙蛭组：蒙脱石(montmorillonite)、蛭石(vermiculite)水化云母组：伊利石(illi
10、te)绿泥石组：绿泥石(chlorite)第33页，共58页，编辑于2022年，星期五1:1型 高岭石(Kaolinite)第34页，共58页，编辑于2022年，星期五第35页，共58页，编辑于2022年，星期五2：1型 蒙脱石(Montmorillonite)第36页，共58页，编辑于2022年，星期五第37页，共58页，编辑于2022年，星期五第38页，共58页，编辑于2022年，星期五2：1型 伊利石(Illite)第39页，共58页，编辑于2022年，星期五第40页，共58页，编辑于2022年，星期五2：1：1 绿泥石(Chlorite)第41页，共58页，编辑于2022年，星期五第4
11、2页，共58页，编辑于2022年，星期五粘土矿物的主要性质带电性(electrical charge)巨大的表面积(surface area)离子吸附与交换(ion adsorption and exchange)胀缩性、粘结性(expansion and cohesion)第43页，共58页，编辑于2022年，星期五2 2、性质、性质性质高岭组蒙蛭组伊利组绿泥组同晶替代很少很 普 遍位置铝片硅片三片CEC*3.0158012020401040层间键氢键分子键离 子 键层间物质无阳离子 水K+水镁片膨胀性很弱很强无比表面*1020.06008007012070150颗粒大小0.2-5m0.01
12、1.00.12粘结性差强中等CEC*CEC*：阳离子代换量，单位：阳离子代换量，单位：cmol(+)/kgcmol(+)/kg比表面比表面*：单位质量的表面积。单位：单位质量的表面积。单位：m m2 2 kg kg-1-110103 3第44页，共58页，编辑于2022年，星期五二、非硅酸盐粘土矿物Nonsilicate Clay Minerals第45页，共58页，编辑于2022年，星期五（一）结晶形态结晶态（crystallized）无定型（amorphous)结晶差的（poorly crystallized）第46页，共58页，编辑于2022年，星期五（二）产生电荷的途径+H+H+H+H
13、+脱氢作用（deprotonation）质子化作用（protonation）中性（neutral）负电（negative）正电（positive）第47页，共58页，编辑于2022年，星期五第48页，共58页，编辑于2022年，星期五（三）主要特点存在同晶替代(Isomorphous Substitution)不仅带负电(Negative Charge)，也带正电(Positive Charge)数量可变(Variable)晶态转化，性质差异较大第49页，共58页，编辑于2022年，星期五(四)主要类型及性质针铁矿(Goethite)：黄色，温带、亚热带和热带土壤中赤铁矿(Hematite)：
14、红色，亚热带和热带土壤三水铝石(Gibbsite)：分布较广都具有很强的固磷作用第50页，共58页，编辑于2022年，星期五第三节 我国土壤粘土矿物分布规律The distribution of soil minerals in China一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系第51页，共58页，编辑于2022年，星期五第52页，共58页，编辑于2022年，星期五1、气候条件：影响矿物的风化速度和产物，影响环境的酸碱性和盐基离子的种类。2、母质：盐基离子种类白云母 伊利石 蛭石 蒙脱石 高岭石 三水铝石复杂 简单第53页，共58页，编辑于2022年，星期五二、我国土壤粘土矿物分布规律二、我国土
15、壤粘土矿物分布规律温带、干旱和半干旱地区土壤中的粘土矿物以伊利石、蒙蛭、绿泥石等2:1型为主。热带和亚热带的湿润地区土壤中的粘土矿物以高岭石和氧化物为主。第54页，共58页，编辑于2022年，星期五水云母区水云母蒙脱石区水云母蛭石区蛭石高岭区水云母蛭石高岭区高岭水云母区高岭区第55页，共58页，编辑于2022年，星期五主要名词：原生矿物 次生矿物四面体 八面体同晶替换 硅铝铁率2：1型 1:1型第56页，共58页，编辑于2022年，星期五1.1.什什么么叫叫矿矿物物?原原生生矿矿物物和和次次生生矿矿物物在在土土壤壤中中的的主主要要作作用用是是什么什么?2.2.试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架
16、构造上有何不同试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同?3.3.比比较较高高岭岭石石与与蒙蒙脱脱石石在在性性质质上上的的差差异异，产产生生这这些些差差异异的的原因是什么原因是什么?思考题第57页，共58页，编辑于2022年，星期五1.1.南南方方红红、黄黄壤壤中中的的粘粘土土矿矿物物以以高高岭岭石石为为主主，而而北北方方土土壤壤中中以以蒙蒙脱石，伊利石为主脱石，伊利石为主()()。2.2.不同土壤类型粘土矿物的组成不同不同土壤类型粘土矿物的组成不同()()。3.3.任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿物任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿物()()。4.4.土壤矿物质的化学组成，一般土壤矿物质的化学组成，一般N N素含量很少素含量很少()()。5.5.土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主()()。6.6.蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连()()；高岭石矿物顶、；高岭石矿物顶、底层由氧键相连底层由氧键相连()()；伊利石矿物则由；伊利石矿物则由Si-OSi-O相连相连()()。课堂速测第58页，共58页，编辑于2022年，星期五