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1、Soil Mineralogy,第一章 土壤矿物质,1,章节课堂,土壤物理性质：粘结性、膨胀性、耕性 化学性质：缓冲性、保肥性、吸附性 生物和生物化学性质：酶学、微生物 鉴定土壤类型 识别土壤形成过程：富铝化、淋溶,意义(Significance),2,章节课堂,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,3,章节课堂,地壳和土壤的平均化学组成（重量%）,4,章节课堂,地壳和土壤的平均化学组成（重量%）,5,章节课堂,二、土壤的矿物组成,The miner
2、alogical Compositions in Soil,1、原生矿物（primary minerals ) 石英(Quartz)、长石(Feldspar)、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),6,章节课堂,原生矿物： 砂粒(sand)、粉砂粒(silt) 硅酸盐(silicates)、铝硅酸盐(aluminosilicates),矿物(Minerals)-晶态(Crystalline)、 非晶态(Noncrystalline
3、or amorphous),7,章节课堂,第二节 粘土矿物,Secondary Clay Minerals,8,章节课堂,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）,9,章节课堂,Si-O tetrahedron,( 1 ) 硅氧四面体,10,章节课堂,硅氧四面体Si-O tetrahedron,11,章节课堂,(2) 铝氧八面体,Al O octahedron,12,章节课堂,Al(OH)6
4、 or Mg (OH)6 Octahedron,OH,13,章节课堂,2、单位晶片,四面体片（Tetrahedral Sheets） 八面体片（Octahedral Sheets）,14,章节课堂,Si6O18,四面体片（Tetrahedral Sheets）,15,章节课堂,Si6O18,Spaced Filled View,Si6O18,16,章节课堂,Tetrahedral Sheet,unsaturated edgesites,17,章节课堂,Tetrahedral Sheet,unsaturated apical oxygens,n(Si4O10)4-,18,章节课堂,Tetrahe
5、dral Sheet,Si:O 2:5,19,章节课堂,n(Al4O12)12-,八面体片 （Octahedral Sheets）,20,章节课堂,三八面体(tri)octahedral Sheet,Mg,Fe2+,21,章节课堂,二八面体 Dioctahedral Sheet,Al3+、Fe3+,22,章节课堂,3、单位晶层 （Layer）,Octahedral-Tetrahedral Linkage,23,章节课堂,1：1型的晶层,Serpentine (1:1 trioctahedral mineral),tet,oct,24,章节课堂,2：1型的晶层,Talc (2:1 triocta
6、hedral mineral),tet,oct,tet,25,章节课堂,2：1：1型晶层,26,章节课堂,Short-hand Symbols,tet,oct,Short hand, Block notation,27,章节课堂,4、同晶替代 （Isomorphic Substitution）, permanent (layer) charge,28,章节课堂,Isomorphic Substitution,tet,oct,Si4+,Mg2+,Al3+,Al3+, Fe3+,29,章节课堂,同晶替代 （Isomorphic Substitution）,组成矿物的中心离子（ Si 4+, Al3
7、+ )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。,30,章节课堂,晶片中阳离子与氧离子的比值范围,在四面体中的比值为 0.255 0.414 在八面体中的比值为 0.414 0.732,31,章节课堂,晶片中常见的阳离子,32,章节课堂,（二） 层状硅酸盐粘土矿物的种类和一般特性,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(illite) 绿泥石组：绿泥石(chlorite),33,章节课堂,1:1型 高岭石(Kaolini
8、te),34,章节课堂,35,章节课堂,36,章节课堂,2：1型 蒙脱石(Montmorillonite),37,章节课堂,38,章节课堂,39,章节课堂,2：1型 伊利石(Illite),40,章节课堂,41,章节课堂,2：1：1 绿泥石,(Chlorite),42,章节课堂,43,章节课堂,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),44,章节课堂,2、性质,* CEC：阳离子代换量，单位：
9、cmol(+) / kg *比表面：单位质量的表面积。单位：m2 kg-1103,45,章节课堂,决定硅酸盐矿物性质的主要因素,硅片与铝片的比例 层面物质（O、OH；氢键、分子键） 层间物质（水、水镁片或水铝片、K+、其它阳离子） 同晶替代（数量和位置）,46,章节课堂,二、非硅酸盐粘土矿物,Nonsilicate Clay Minerals,47,章节课堂,（一）结晶形态,结晶态（crystallized） 无定型（amorphous) 结晶差的（poorly crystallized）,48,章节课堂,（二）产生电荷的途径,+ H+,+ H+, H+, H+,脱氢作用（deprotonat
10、ion）,质子化作用（protonation）,中性（neutral）,负电（negative）,正电（positive）,49,章节课堂,50,章节课堂,（三）主要特点,不存在同晶替代(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,51,章节课堂,(四) 主要类型及性质,针铁矿(Goethite)：黄色，分布于温带、亚热带和热带土壤中 赤铁矿(Hematite)：红色，分布于亚热带和热带土壤中 三水铝石(Gibbsite)：分布较广,都具有很强
11、的固磷作用,52,章节课堂,第三节 我国土壤粘土矿物分布,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,53,章节课堂,54,章节课堂,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,55,章节课堂,二、我国土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 绿泥石组为主。,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。,56,章节课堂,水云母区,水云母蒙脱石区,水云
12、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,57,章节课堂,核心名词：,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,58,章节课堂,什么叫矿物?分析原生矿物和次生矿物在土壤中的主要作用是什么? 2. 试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同? 3. 矿物的SiO2/R2O3比值大小说明什么问题? 4. 试比较高岭石与蒙脱石在性质上的差异?以及产生这些差异的原因是什么?,思考题,59,章节课堂,1. 南方红、黄壤中的粘土矿物以高岭石为主，而北方土壤中以蒙脱石，伊利石为主( )。 2. 不同土壤类型粘土矿物的组成不同( )。 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( )。 4. 土壤矿物质的化学组成，一般N素含量很少( )。 5. 土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主( )。 6. 蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连( )；高岭石矿物顶、底层由氧键相连( )；伊利石矿物则由Si-O相连( )。,课堂速测,60,章节课堂,