硅氧四面体（SiO44-→Si2O52-→Si4O104- ）
硅氧四面体
硅氧四面体的构造图示法
铝氧八面体(AlO69-→Al4O1212-→Al4（OH）8O44- )
铝氧八面体
铝氧八面体的构造图示法
b. 单位晶片：硅氧四面体 -硅层；铝氧八面体-铝层
硅片（硅氧片）图示法
铝片（水铝片）图示法
1、几乎包括元素周期表中所有元素； 2、O、Si、Al、Fe为主，四者共占88.7%以上； 3、植物必需营养元素含量低，分布不平衡。
1.原生矿物
土壤原生矿物是指各种岩石受到不同程度的 物理风化，而未经化学风化的碎屑物，原来的 化学组成和结晶构造未变。 原生矿物的种类和含量，随母质的类型、风化 强度和成土过程的不同而异。土壤中粉沙粒和砂 粒基本都是原生矿物（图1-7）。
c. 单位晶格（晶层）
（1）1:1型 一层硅层与一层铝层重叠而成
1:1型层状硅酸盐(高岭石)晶体结构示意图
（2）2:1型
两层硅层中间夹一铝层
2:1型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图
（3）2:1 :1型（2:2型）
2:1型基础上增加一铝层(或镁层)
2:1:1型层状硅酸盐（绿泥石）结构示意图
(2) 非膨胀性
(3) 电荷数量大
同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间K+ 中和，有效电荷量少于蒙脱石
(4) 膨胀、收缩和可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。
伊利石广布于一般土壤中，以温带干旱地区的土壤含量最多。
4、绿泥石组(Chlorite)
（以绿泥石为代表，富含镁、铁）
特点：
可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性居中
土壤中绿泥石大部分来自母质遗留，石灰性土壤中含量高，河流冲积物和变质岩的 冰碛物中较多
(二）土壤矿物质的迁移与转化
1.粘土矿物的形成过程 （1）粘土矿物形成途径
粘土矿物：即次生铝硅酸盐类，是风化和成土过程 中形成的次生矿物
风化过程：
物理风化
机械崩解，在温度变化、水分冻结、碎石 劈裂及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素 作用下，岩石矿物的分解过程。矿物本身的化 学性质和组成上均未发生变化，在干旱半干旱 地区的岩石风化中比较普遍。
不同原生矿物的相对稳定性与其化学成分密切
相关，如下表：
土壤原生矿物种类主要有：硅酸盐、铝硅酸盐类 矿物、氧化物类矿物、硫化物和磷酸盐类矿物。
1）硅酸盐、铝硅酸盐类矿物：包括长石、云母、
辉石、角闪石和橄榄石等。
长石类：钾长石、钠长石和钙长石；是岩石中分布 最广的一类硅铝酸盐类矿物。 云母类：白云母、黑云母，铝硅酸盐类矿物，易
蒙脱石在温带干旱地区土壤含量高，蛭石分布在风化不太强而排水良好的土壤中
C. 水云母(伊利石)组(Hydromica)（又称2 :1型非膨胀 性矿物） 特点：
(1) 2 :1型
单位晶胞化学式： K2(Al· Fe· Mg)4(Si· Al)8O20(OH)4· nH2O
SiO2/Al2O3:3～4 晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm
生氧化物类和次生铝硅酸盐类。
1）简单盐类：包括各种碳酸盐、重碳酸盐、氯化 物等，是原生矿物风化的最终产物，结晶构造简单，
常见于干旱和半干旱地区的土壤中。
2）次生氧化物矿物 （1）氧化铁和氢氧化铁类： 褐铁矿(2Fe2O3· 3H2O)：土壤呈棕褐、橘红和红色。 赤铁矿(2Fe2O3)：温暖地带由氢氧化铁沉淀而成，在 有机质丰富的土壤，赤铁矿易还原为针铁矿。 磁赤铁矿(γFe2O3)：原生磁铁矿氧化或脱水后形成，
化学风化： 水的溶解作用 Ca3(PO4)2+2H2O+2CO2 CaH4(PO4)2+2CaCO3 水合作用 CaSO4+2H2O CaSO4· 2H2O 水解作用 a.脱盐基: K2Al2Si6O16+H2CO3 KHAl2Si6O16+KHCO3 b.脱硅 H2Al2Si6O16+H2CO3 H2Al2Si2O8· 2H2O+4SiO2+CO2 c.富铝化作用 H2Al2Si2O8· 2H2O 2Al(OH)3+2H2SiO3 氧化作用 FeS2 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe(OH)3
解： 41.89 33.27 SiO2的分子含量＝——— ＝0.698 Al2O3的分子含量＝——— ＝0.326 60 102 11.85 SiO2 0.698 Fe2O3的分子含量＝——— ＝0.074 ——— ＝——————＝1.75 160 R2O3 0.326+0.074
硅铝铁率可以反映土壤母质的化学风化程度 硅铝铁率还可以反映土壤的成土过程和保肥能力
蒙脱石理论硅铝率SiO2/Al2O3=8/2=4
(2) 膨胀性大
晶层以分子引力联结，晶层间距： 蒙脱石0.96～2.14nm 蛭石0.96～1.45nm
(3) 电荷数量大
同晶替代现象普遍
(4) 颗粒较细，呈片状
可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著，吸收水分的力强，不利于植物吸 水，干燥时发生剧烈收缩，对耕作不利
同晶替代
指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的其 它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。
发生同晶替代后，硅酸盐矿物产生负电荷
4）硅酸盐矿物的种类 A. 高岭(石)组(Kaolinite )
包括高岭石、埃洛石等
特点： (1) 1:1型 单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8
SiO2/Al2O3=4/2=2
SiO2· nH2O 土壤pH条件下带负电荷，酸胶基 Al2O3· nH2O， Fe2O3· nH2O 带正电荷，碱胶基 盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、Na+等，决定溶液pH，并参与矿物形成
正负电荷胶体相互中和沉淀组成新矿物
沉淀 老化、结晶
溶胶
凝胶（非晶质）
结晶质
当溶胶SiO2/Al2O3＞3，可形成2:1型矿物
Ca、Mg、K、P、S等
2.次生矿物
土壤次生矿物是原生矿物风化后重新组成的，
其化学组成和构造发生改变。主要包括土壤物质中
最细小的部分(粒径小于10微米)，呈胶体性质， 又称粘土矿物或粘粒矿物。 次生矿物有活动的晶格，有强烈的吸附代换性能， 土壤固体物质最有影响力的部分，对土壤吸收性 膨胀收缩性、粘着性等均有影响。 根据组成、构造和性质可分三类：简单盐类、次
地壳中 土壤中
47.0 29.0 8.05 4.65 2.96 2.50 2.50 1.37 0.10 49.0 33.0 7.13 3.80 1.37 1.67 1.36 0.60 0.085
元素
P S C N Cu Zn B Mo
地壳中 土壤中
0.093 0.09 0.023 0.01 0.01 0.005 0.003 0.003 0.08 0.085 2.0 0.1 0.002 0.005 0.001 0.0003
当溶胶SiO2/Al2O3＜3，可形成1:1型矿物及氧化铝矿物
2、粘土矿物的形成条件
粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高， 粘土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁 率为2左右，属铁铝土 北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型(伊利石、 蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低， 属硅铝土
原生矿物的主要特征：
1、原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主
以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。
2、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。
3、原生矿物是植物养分的重要来源
土壤呈红棕色，热带、亚热带的高度风化土中。
针铁矿(2FeOOH)：所处酸碱度范围宽，几乎所有土壤 中均存在针铁矿，呈黄-棕褐色。 纤铁矿(γFeOOH)：比针铁矿少见，存在温带湿润地区
的非石灰性水成土内，特别是氧化-还原交替频繁的层 次或有机质含量多的土层尤为常见，呈橙色斑纹。
水铁矿(Fe2O3· nH2O)：高铁化合物水解产生的棕色胶体
硅铝铁率：土壤粘粒部分的SiO2和Fe2O3、Al2O3（R2O3） 含量的分子比 硅铝率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比 硅铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3的分子比
计算其硅铝铁率、硅铁率。
例：某土壤粘粒部分SiO2含量为41.89%，Al2O3含量33.27%，Fe2O3含量11.85%，
3、矿物风化程度的度量指标
土壤矿物分解程度越高，化学元素的淋溶迁移作用越强。
硅铝比率(摩尔数之比）
SiO 2 Al2O3 Fe2O3
迁移系数
K km
任一土层或风化层的 K 2O/Al2O3 母质层或母岩层的 K 2O/Al2O3
（4）次生氧化硅：
指氧化硅凝胶和蛋白石（SiO2 · nH2O)。由土壤中氧 化硅在酸性介质中聚合呈凝胶，凝胶老化后缩合成蛋白 石。蛋白石包含有机、无机杂质，呈彩色。 来源于生物的蛋白石可以作为埋藏土层和古地理环 境的指示矿物，其中植物蛋白石中的有机碳可用来测定 土壤的年龄。
3）次生铝硅酸盐类
a. 基本结构单位
(1) 2:2型
三八面体，化学式为Mg· Fe· Al)12(Si· Al)8O20(OH)16
(2)同晶替代现象普遍
硅片、水铝片和水镁片上均有发生，硅片中Al3+代Si4+、铝片中Mg2+代Al3+ 产生负电荷，水镁片中Al3+ 代Mg2+产生正电荷，两者相抵为净负电荷，介于伊
利石与高岭石之间
(3) 颗粒Байду номын сангаас小