环境土壤学第一章XXXX

环境土壤学ENVIRONMENTALSOILSCIENCE安徽师范大学环境科学学院芜湖市北京东路1号(241000)博士教授戴万宏SoilEnvironmentology岩石风化而来，一般占土壤质量的95%以上，占土壤容积的45%左右。生物残体及腐殖物质组成，一般占土壤质量5%左右，占土壤容积5%左右。种类繁多，包括昆虫、蠕虫、原生动物、藻类及微生物;微生物数量大、种类多、繁殖快，但占土壤质量和容积的份额很少。外部进入土壤，含有溶解物质，是稀薄的溶液，占土壤容积的0~50%左右。主要有氧气、氮气、二氧化碳和水汽等，占土壤容积的0~50%左右。矿物质有机质生物(活体）水分气体固体部分粒间孔隙土壤组成Unite1.土壤组成和性质SoilconstituentsandpropertiesThesoilcanbeviewedasathree-phasesystemcomprisingsolid,liquidandgaseousconstituents.Solidphase—mineralandorganicmaterialParentmaterialVegetationLiquidphase—soilwaterPrecipitationGround-waterGaseousphase—soilatmosphere(air)Above-groundatmosphereRespirationofsoilorganismsUnite1.土壤组成和性质Soilconstituentsandproperties1.土壤矿物质Soilmineralmaterial2.土壤有机质Soilorganicmatter3.土壤生物Soilorganisms4.土壤质地和结构Soiltextureandstructure5.土壤水分Soilwater(moisture)6.土壤空气和热量Soilairandheatregime，Unite1.土壤组成和性质Soilconstituentsandproperties第一章土壤矿物质SoilmineralmaterialIntroduction第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成第二节粘土矿物第三节中国土壤粘土矿物分布规律地核2900km~地幔33~2900km地壳0~33km地壳物质组成：元素矿物岩石Introduction矿物地壳及上地幔中的化学元素在各种地质作用下形成的具有相对固定化学组成和物理性质的均质单质或化合物。是组成岩石的基本单位。岩石在各种地质作用下，按一定方式结合而成矿物复合体。是构成地壳和地幔的主要物质。岩石按形成方式分类岩浆(火成)岩地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。沉积岩由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。变质岩原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石。Themineralfractionofsoilsisderivedlargelyfromweatheringoftheunderlyingparentmaterial,whichmayconsistofconsolidatedbedrocksorunconsolidatedsuperficialdeposits.BedrockIgneous(火成岩）Sedimentary(沉积岩）Metamorphic（变质岩）DepositRiverinealluvium（河流冲积物）Glacialtill(冰积物）Lacustrineclays(湖积粘土）土壤矿物来源第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成Soilmineralconstituentsandchemicalcompositions一、元素组成二、矿物组成一、土壤矿物质的主要元素组成地壳和土壤的平均化学组成（W%）元素地壳土壤元素地壳土壤OSiAlFeCaNaKMgMn47.029.08.054.652.962.502.501.370.1049.033.07.133.801.371.671.360.600.085PSCNCuZnBMo0.0930.090.0230.010.010.0050.0030.0030.080.0852.00.10.0020.0050.0010.0003几乎包括元素周期表中所有元素；土壤矿物质元素的相对含量与地球表面岩石圈元素的平均含量及其化学组成相似。O、Si、Al、Fe为主，四者共占88.7%以上；植物必需营养元素含量低，分布不平衡。化学组成既继承了地壳化学组成的特点，又反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。O、Si、C、N等增加，Ca、Mg、K、Na等减少。土壤矿物质元素组成特点：二、土壤的矿物组成原生矿物经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和晶体结构的原始成岩矿物。土壤粗粒部分主要由原生矿物组成。硅（铝硅）酸盐矿物：长石类、辉石、角闪石、云母类碳酸盐矿物：方解石、白云石(氢)氧化物矿物：石英、赤铁矿、褐铁矿、金红石磷酸盐矿物：鳞灰石次生矿物(粘土矿物)由原生矿物经过风化、成土过程分解转化而形成的矿物。粘粒主要由次生矿物组成。高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石、绿泥石、氧化物土壤原生矿物简介土壤原生矿物简介以硅酸盐和铝硅酸盐为主氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性石英最稳定,是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定,在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。原生矿物对土壤肥力的贡献构成土壤的骨骼——土粒原生矿物是植物养分的重要来源,通过风化提供养料Ca、Mg、K、P、S等硅酸盐矿物Silicatemineral闪石amphibole辉石augite长石feldspar云母micaOxide氧化物石英quartz金红石赤铁矿hematitePhosphate磷酸盐磷灰石phosphaterockCarbonate碳酸盐方解石calcite白云石第二节粘土矿物ClaymineralIntroduction层状硅酸盐粘土矿物Sheetsilicateclayminerals非硅酸盐粘土矿物Non-silicateclayminerals粘土矿物的类型特征综合反映了土壤的风化和成土条件，研究和鉴定其种类、数量和特征有重要意义.帮助了解各种土壤在发生学上的地位；帮助了解土壤的理化性质（如吸湿性、可塑性、胀缩性和吸附性等）;概略评价肥力特征及质量。粘土矿物简介土壤中的主要次生矿物Aluminosilicates(铝硅酸盐类)高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石、绿泥石Simplesalts(简单盐类)碳酸盐、硫酸盐(石膏)、氯化物Oxides(氧化物类)针铁矿、赤铁矿、三水铝石、锐钛矿Aluminosilicates铝硅酸盐类高岭石Kaolinite蒙脱石Montmorillonite绿泥石ChloriteSimplesalts简单盐类方解石calcite白云石Oxide氧化物类针铁矿goethite褐铁矿三水铝石gibbsite第二节粘土矿物ClaymineralIntroduction层状硅酸盐粘土矿物Sheetsilicateclayminerals非硅酸盐粘土矿物Non-silicateclayminerals一、层状硅酸盐粘土矿物Sheetsilicateclayminerals（一）构造特征1.基本结构单位2.单位晶片3.单位晶层4.同晶替代(二)硅酸盐粘土矿物的种类和一般特性1.基本结构单位Silicon-oxygentetrahedron硅氧四面体(SiO4)4-Aluminum-oxygenoctahedron铝氧八面体(AlO6)9-2.单位晶片Hexagonalarrangementn(Al4O12)12-Silicon-oxygentetrahedronsheet硅氧四面体片Aluminum-oxygenoctahedronsheet铝氧八面体片n(Si4O10)4-2.单位晶片n(Al4O12)12-Aluminum-oxygenoctahedronsheet铝氧八面体片Claymineralsaremadeupofvariouscombinationsofthreefundamentalsheetstructures:Si-OsheetinwhichtheSi-Otetrahedronarelinkedinahexagonalarrangement;Al-OsheetinwhichtheAl3+ionsaresurroundedbysixcloselypackedhydroxyl(OH-)ionstoformanoctahedronstructure;Mg-OsheetwhosestructureissimilartothatoftheAl-OsheetbutcontainsMg2+ionsratherthanAl3+.3.单位晶层3.单位晶层1:1型晶层2:1型晶层2:1:1型晶层1:1型晶层(Kaolinite)onesilicon-oxygensheettoonealuminum-oxygensheet1:1型晶层(Kaolinite)onesilicon-oxygensheettoonealuminum-oxygensheet2:1型晶层(Montmorillonite,illite)twosilicon-oxygensheettoonealuminum-oxygensheet2:1型晶层(Montmorillonite,illite)twosilicon-oxygensheettoonealuminum-oxygensheet2:1:1型晶层(Chlorite绿泥石）twosilicon-oxygensheettoonealuminum-oxygensheet，forminga2:1layerstructure,toonefurtherMg-O(brucite)sheetwhichoccupiestheinterlayerposition.4.同晶替代（Isomorphoussubstitution）组成矿物的中心离子被电性相通、大小相近的离子所替代而晶格构造不变的现象叫做同晶替代（同型异质替代）。ThemostcommonsubstitutionsinvolvesreplacementofsomeSi4+,inSi-Otetrahedron,byAl3+,andthesubstitutionofAl3+,inAl-Ooxtahedron,byMg2+orFe3+.ThissubstitutionalsocanledtoformingtheMg-Osheet.同晶替代常见的是以低价代高价的金属离子，所以产生的电荷以负为主。粘土矿物以负电荷为主，通过静电引力吸附阳离子。阳离子养料吸附是土壤一个极重要特性，和肥力关系密切。同晶替代现象在2:1和2:1:1型粘土矿物中比较普遍，而1:1型粘土矿物中则相对较少。4.同晶替代（Isomorphoussubstitution）一、层状硅酸盐粘土矿物Sheetsilicateclayminerals（一）构造特征1.基本结构单位2.单位晶片3.单位晶层4.同晶替代(二)硅酸盐粘土矿物的种类和一般特性Classificationofclaymineralsisbasedonthreecriteria:Theratioofdifferentsheetswithinaunitelayers,Theinterlayerorbasalspacingbetweenunitelayers,Theinterlayercomponentsorspecies.土壤中层状硅酸盐粘土矿物种类很多，根据其构造特点和性质可归纳为四类：高岭组蒙蛭组水化云母组绿泥石组(二)硅酸盐粘土