页数：43页文件大小：2.22 MB来源： 土壤学ppt课件
本课件为土壤学第一章土壤矿物质，先对比地壳与土壤的平均化学组成，再区分原生矿物与次生矿物，随后系统讲解硅氧四面体、铝氧八面体、单位晶片与晶层、同晶替代等层状硅酸盐构造特征，比较高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石的性质差异，最后介绍非硅酸盐粘土矿物与我国粘土矿物的地带性分布规律。
第一章 土壤矿物质 Soil Mineralogy。
土壤的“骨骼”：以土体容积（Volume）构成说明矿物质在土壤固相中的骨架地位。
第一节 土壤矿物组成 Mineral Compositions of Soil
一、主要元素 The main Elements in soil minerals
地壳和土壤的平均化学组成（重量%）
| 元素 | 土壤（%） | 地壳（%） |
|---|---|---|
| O | 49.0 | 47.0 |
| Si | 33.0 | 29.0 |
| Al | 7.13 | 8.05 |
| Fe | 3.80 | 4.65 |
| C | 2.00 | 0.023 |
| Na | 1.67 | 2.50 |
| Ca | 1.37 | 2.96 |
| K | 1.36 | 2.50 |
| Mg | 0.60 | 1.37 |
| Ti | 0.40 | 0.45 |
| N | 0.10 | 0.01 |
| Mn | 0.085 | 0.10 |
| S | 0.085 | 0.09 |
| P | 0.080 | 0.093 |
| H | — | 0.15 |
说明：原文为图片表格，元素与数值呈交错粘连状，此处按“元素—土壤—地壳”对应关系拆分重排，并按含量由高到低排序；H 在土壤中的数值原文缺失，以“—”表示。
二、土壤的矿物组成 Mineralogical Compositions in Soil：
原生矿物：砂粒（sand，0.2—2 mm）、粉砂粒（silt，0.002—0.2 mm）。
第二节 粘土矿物 Secondary Clay Minerals
Phyllosilicate Minerals 层状硅酸盐粘土矿物
一、层状硅酸盐粘土矿物（一）构造特征 1、基本结构单位（structural unit）：
Si-O tetrahedron
（1）硅氧四面体：中心为 Si4+，四周配位四个氧。
Al–O octahedron
（2）铝氧八面体：中心为 Al3+，与 O 和 OH 形成六配位。
2、单位晶片：
四面体片（Tetrahedral Sheets）：Si6O18，结构单元写作 n(Si4O10)4-。
Tetrahedral Sheet：晶片边缘存在不饱和“edge”sites（断键位点），是电荷与吸附活性的重要来源。
四面体片中 Si:O = 2:5。
八面体片（Octahedral Sheets）：结构单元写作 [n(Al4O12)12-]。
3、单位晶层（Layer）：Octahedral-Tetrahedral Linkage，四面体片与八面体片通过共用氧连接成晶层。
1:1 型的晶层：tet-oct 组合，1:1 trioctahedral mineral。
2:1 型的晶层：tet-oct-tet 组合，2:1 trioctahedral mineral。
2:1:1 型晶层：在 2:1 型晶层基础上再增加一层八面体片（水镁片）。
示意图：tet-oct 片层的堆叠与连接关系。
4、同晶替代（Isomorphic Substitution）→永久电荷
同晶置换示意：四面体中 Si4+ 被 Al3+ 替代，八面体中 Al3+ 被 Mg2+、Fe3+ 等替代，产生永久负电荷。
思考：
晶片中常见阳离子半径及与 O 半径比存在的位置
| 离子 | 半径（nm） | rc/ro | 存在位置 |
|---|---|---|---|
| O2- | 0.135 | — | 硅片、铝片 |
| Si4+ | 0.040 | 0.30 | 硅片 |
| Al3+ | 0.055 | 0.41 | 硅片、铝片 |
| Fe2+ | 0.080 | 0.59 | 铝片 |
| Fe3+ | 0.067 | 0.54 | 铝片 |
| Mg2+ | 0.078 | 0.58 | 铝片 |
| K+ | 0.134 | 1.00 | 层间 |
配位规则：四面体中 rc/ro 为 0.255—0.414；八面体中为 0.414—0.732。
说明：Fe3+ 一行的 rc/ro 与其半径比值略有出入，此处保留原文数值未作修改。
（二）层状硅酸盐矿物的种类和特性 1、种类：
1:1 型高岭石（Kaolinite）：一层硅氧四面体片与一层铝氧八面体片组成。
2:1 型蒙脱石（Montmorillonite）：两层四面体片夹一层八面体片，层间可进水化阳离子。
2:1 型伊利石（Illite）：2:1 晶层，层间以 K+ 连接，膨胀性弱。
2:1:1 绿泥石（Chlorite）：2:1 晶层加一层水镁片，层间物质为水镁片。
粘土矿物的主要性质：
粘土矿物的主要性质对比
| 性质 | 高岭组 | 蒙蛭组 | 伊利组 | 绿泥组 |
|---|---|---|---|---|
| 晶层类型 | 1:1 | 2:1 | 2:1 | 2:1:1 |
| 同晶替代 | 很少 | 普遍 | 较多 | 较多 |
| 层间物质 | 无 | 水化阳离子 | K+ | 水镁片 |
| 层间键 | 氢键 | 分子键 | 离子键 | 离子键 |
| CEC（cmol(+)/kg） | 3—15 | 80—120 | 20—40 | 10—40 |
| 比表面（m²/kg×10³） | 10—20 | 600—800 | 70—120 | 70—150 |
| 颗粒大小（μm） | — | 0.01—1.0 | 0.1—2 | 0.2—5 |
说明：原文为图片表格，各组数值与指标名称粘连严重、部分对应关系无法确定，此表仅还原可明确对应的晶层类型、层间物质与 CEC、比表面等项；膨胀性、粘结性等指标因对应关系存疑未列入，建议对照原图核实。
二、非硅酸盐粘土矿物 Nonsilicate Clay Minerals
（一）结晶形态：
（二）带电性：表面羟基随介质酸碱发生质子化与脱氢。
（三）主要特点：
（四）主要类型及性质：
三者都具有很强的固磷作用。
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
1、气候：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：决定盐基离子种类。风化序列由复杂到简单：
白云母 → 伊利石 → 蛭石 → 蒙脱石 → 高岭石 → 三水铝石
二、我国土壤粘土矿物分布规律：干旱半干旱区土壤以伊利石、蒙蛭、绿泥石等 2:1 型为主；热带和亚热带湿润区土壤以高岭石和氧化物为主。
思考题：
意义（Significance）：
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