第一篇土壤的基本组成性质分类
第二章土壤生态系统的基本组成
§2.1 土壤矿物质
§2.2 土壤有机质
§2.3 土壤生物
§2.4土壤水分及其特性
§2.5土壤空气及其热量状况
目的与要求
1.了解土壤生态系统的基本组成
2.熟悉土壤的性质
3.掌握土壤的形成、分类与分布
4.掌握土壤环境及其功能
关键词
土壤矿物(soil mineral)
原生矿物(primary mineral)
次生矿物 (secondary mineral)
土壤腐殖质(soil humus)
胡敏酸(humic acids) 富啡酸(fulvic acid)
有机-矿质复合体(organo-mineral complex)
土壤微生物 (soil microorganism）
土壤质地(soil texture) 粒级(particle fraction)
土壤结构(soil structure) 土壤颜色(soil color)
土壤生态系统的基本组成
土壤是由固相、液相、气相三部分组成。
适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为土壤孔隙占50％，内含水分和空气；土壤固体占50%，其中矿物质占45％，有机质占5%；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中，如图所示。
第一篇土壤的基本组成、性质、分类
第二章：土壤生态系统的基本组成
§2.1土壤矿物质
本章重点介绍硅酸盐矿物的基本构造。
主要教学目标：
1、基本概念
2 、三种主要粘土矿物的性质
§2.1土壤矿物质
一、土壤矿物质的主要元素组成
矿物：是经各种地质作用，自然产生于地壳中的化合物或化学元素，是具有一定化学成分和物理性质的自然均质体，是组成岩石的基本单位。
自然界矿物有三千多种，造岩矿物只有几十种，且主要是硅酸盐类（即硅的含氧盐）矿物（占地壳重量的80%). 土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。
土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。
*一、土壤的矿物组成
*按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。
原生矿物 (primary mineral)直接来源于母岩特别是岩浆岩。
*一、土壤的矿物组成
*原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物称为次生矿物。
它包括
*次生层状硅酸盐：高岭石、蒙脱石、水云母、蛭石、绿泥石；
氧化物及其水化物：氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰；
碳酸盐：方解石（CaCO3）、白云石[CaMg（CO3）2].
§2.1土壤矿物质
一、土壤的矿物组成
硅酸盐矿物的基本构造
*由于粘土矿物是由硅氧片和水铝片迭合而成的，因此，要了解粘土矿物的构造和性质，必须先说明硅氧片和水铝片的结构状况。
1.基本结构单位
*原生硅酸盐矿物最基本的结晶构造单位，是硅氧四面体和铝氧八面体。
§2.1土壤矿物质
一、土壤的矿物组成
硅酸盐矿物的基本构造
*1、粘土矿物硅酸盐层的基本单位：
*（1）硅氧四面体：由硅四面体连接而成，每一个硅四面体由一个硅离子与四个氧离子组成。
砌成一个三角形锥形体，一共四个面，故称为硅氧四面体 (SiO4)4- 。
（2）铝氧八面体(AlO6)9-。
由六个氧原子围绕一个铝原子构成。
六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。
*为什么硅、氧两元素能组成一个单位？为什么铝、氧两元素能组成一个单位？
但四面体的键价并不平衡（SiO4）4-，因此许多四面体可共用氧原子形成一层此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合组成粘土矿物的硅酸盐层。
2.单位晶片
*硅氧四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。
许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。
氧原子排列成为中间有空的六角形，称为硅氧片（Si4O10）4-。
*铝水八面体是由一个铝离子和六个氧和氢氧离子所构成。
氧和氢氧离子砌成具有八个面的晶格基本单位，铝离子位于中央，所以称为铝水八面体（如图）。
通过八面体相互连接，构成铝水八面体片，又称铝水片
3.单位晶层
*由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。
*硅片和铝片以不同的方式在C轴方向上堆叠,形成层状硅酸盐的单位晶层;
*铝水八面体的两个面上通过共同氧离子和硅氧四面体片结合，构成硅酸盐层；
* 4.同晶代换
*在粘土矿物晶格的形成过程中，组成矿物的中央离子，被电性相同、大小相近的离子取代而晶格构造保持不变的现象叫做同晶代换。
*如四面体中央的Si4+被Al 3+代替，八面体中央的Al 3+被Mg 2+代替，就产生了剩余的负电荷。
所产生的负电荷位于硅酸盐层的晶格中，不受外界溶液的影响，称为永久电荷或层电荷。
§2.1土壤矿物质
一、土壤的矿物组成
*层状铝硅酸盐矿物的晶层即是由硅氧片和水铝片叠合而成的。
硅氧片和水铝片相互重迭后，正负离子价达到中和，因而较为稳定。
*由于叠合方式不同，形成种类多样的层状铝硅酸盐矿物。
概括讲，层状铝硅酸盐的晶层主要有两类：
*一类是由一片硅氧片和一片水铝片叠合成的，称1:1的单位晶层，其矿物称1﹕1型矿物，主要为高岭石类矿物。
*另一种是由两片硅氧片中间夹一片水铝片叠合而成的， 2:1型单位晶层，矿物称2﹕1型矿物。
主要为蒙脱石类矿物。
§2.1土壤矿物质
1:1的单位晶层由1个硅片和1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.其晶层是由一片硅氧片和一片水铝片叠合而成。
当晶层相叠加时，每个晶层的一面是氢氧离子组（水铝片上的），另一面是氧离子（硅氧片上的）出露于表面，因而叠加时晶层间是由氢键紧密相连
.
此类矿物的代表高岭石类矿物1:1
§2.1土壤矿物质
*高岭石类矿物1:1
*代表分子式为Al4Si4O10(OH)8。
*氢键的联结力强，晶层间距离小（0.72nm），且较为固定，不易扩展，膨胀系数仅5%左右，水分子与其它离子很难进入其间，阳离子交换量小，因此，富含高岭石的土壤保
§2.1土壤矿物质
2:1型单位晶层由两个硅片夹1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公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土壤矿物质
*蒙脱石类矿物 2:1
*代表分子式为Al4Si8O20(OH)4。
系由两片硅氧片中间夹一片水铝片，其晶层上下两面都是氧离子，晶层间通过“氧桥”联结（图），这种联结力弱，晶层易碎裂。
由于晶层联结力弱，水分和其它阳离子容易进入，使晶层间距扩大，由0.96nm至2.14nm之间变化，为膨胀型晶体。
*晶层间距扩大时，它的内表现也可吸持水分和各种离子。
保肥力强。
§2.1土壤矿物质
*伊利石类矿物
*2∶1型晶格，即两层硅氧片中间夹一层水铝片组成一个晶层。
但伊利石类晶格中有一部分硅被铝代替，不足的正电荷被处在两个晶层间钾离子所补偿；这些钾离子似乎起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来(图)。
*钾键联结晶层的引力远较“氧桥”大，因而晶层联结紧密，不易扩展，属非膨胀型矿物。
§2.1土壤矿物质
我国土壤粘土矿物的分布
*土壤粘土矿物是受各种自然因素的影响，在风化和成土过程中形成的，故粘土矿物的分布有一定的地带性，随生物—气候带的变化呈纬度地带性。
*新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带；
*内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带；
*华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带；
*北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带；
*江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带；
*华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。
§2.1土壤矿物质
粘土矿物结晶
类型
分子
层
排列
情况
晶层
间
联结
力
颗粒
大小
比面
(m2•g-1)
CEC
（cmol(+)·kg-1）
粘结
性
可塑
性
胀缩
性
高岭石
伊利石
蒙脱石。