土壤矿物质河北农业大学第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成
矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本单位。 土壤矿物 是土壤的主要组成物质，一般占土壤固相部分重量的 95-
98%左右。
土壤矿物质的组成、结构和性质如何，对土壤物理性质、化学性质、以及生物与生物化学性质均有深刻的影响。
一、土壤矿物质的主要元素组成
土壤中矿物质，主要由岩石中矿物变化而来。
表 01－ 01列了地壳和土壤的平均化学组成，从表 1中可见：
（ 1）氧（ O）和硅（ Si）是地壳中含量最多的二种元素，分别占了 47%和 29%，两者合计占地壳重量的 76.0％；铁、铝次之，四者相加共占
88.7％的重量。在组成地壳的化合物中，极大多数是含氧化合物，其中以硅酸盐最多。
（ 2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含量很低，其中如磷、硫均不到 0.1%，氮只有
0.01％，而且分布很不平衡。
表 01-01 地壳和土壤的平均化学组成 （ 重量 %）
图 01-01 为土壤的化学组成二、土壤的矿物组成
（ 一 ） 土壤的原生矿物和次生矿物
土壤矿物按矿物的来源，可分为 原生矿物 和 次生矿物 。
土壤原生矿物 是指那些经过不同程度的物理风化，
未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。它们主要分布在土壤的砂粒和粉砂粒中。
土壤次生矿物 是在风化及成土过程中新生成的矿物。 由原生矿物分解转化而成。粘粒主要由次生矿物组成，故次生矿物也叫 粘土矿物 。
表 01-02 土壤中主要的原生矿物组成第二节 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
构成层状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位是 硅氧四面体 和 铝氧八面体 。
硅氧四面体基本的结构是由一个硅离子（ Si4+）
和四个氧离子 (O2-)所构成。
铝氧八面体基本的结构是由一个铝离子 (Al3+)
和六个氧 (O2-)离子 (或氢氧离子 )所构成 。
硅氧四面体 铝氧八面体
(SiO4)4- (AlO6)9-
图 01－ 02 硅氧四面体在平面图上相互连接成硅片图形图 01－ 03 铝氧八面体在平面上相互连接铝片图形
2、单位晶片
3、单位晶层
硅氧片顶端的氧仍然带负电荷－ n(Si4O10)4-；
铝氧片两层氧都有剩余的负电荷－ n (Al4O12)12-；
硅片和铝片都带负电荷，不稳定，它们相互重叠化合形成层状铝硅酸盐的单位晶层。
两种晶片的配合比例不同，可构成 1:1型,2,1型和 2,1,1型晶层。
4、同晶替代
同晶替代 是指组成矿物的 中心离子 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。
粘土矿物的中心离子 Si4+可被 Al3+替代,Al3+
被 Mg2+替代，从而使得晶体带上负电荷。
同晶替代现象在 2,1型和 2,1,1型的粘土矿物中较普遍。
同晶替代的结果使土壤产生永久电荷 。
（二）硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性
1、高岭组,1,1型矿物，包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石等，具有以下特点：
（ 1） 1,1型的晶层结构
（ 2）非膨胀性
（ 3）电荷数量少
（ 4）胶体特性较弱
高岭组粘土矿物大量存在于我国南方热带和亚热带土壤中（红、黄壤等）
2、蒙蛭组
又称为 2,1型膨胀性矿物，包括蒙脱石、蛭石、
绿脱石、拜来石等。
（ 1） 2,1型的晶层结构
（ 2）胀缩性大
（ 3）电荷数量大，阳离子交换量 80-
150cmol/kg
（ 4）胶体特性突出
蒙脱石在我国东北、华北和西北的土壤中分布较广。
3,水化云母组
又叫 2:1型非膨胀性矿物或伊利组矿物，具有以下特征：
（ 1） 2:1型晶层结构
（ 2）无膨胀性
（ 3）电荷数量较大
（ 4）胶体特性一般
伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。
图
01
＊
04
水云母
（
伊利石
）
结构示意图
4,绿泥石组
这类矿物以绿泥石为代表，绿泥石是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物，
具有以下特性：
（ 1） 2:1:1型晶层结构
（ 2）同晶替代较普遍
土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，
但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。
沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。
图 01－ 05 绿泥石结构示意图二、非硅酸盐粘土矿物
土壤粘土矿物组成中，除层状铝硅酸盐外，还含有一类结构较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石。
常见氧化物：氧化铁（针铁矿 α-FeOOH、赤铁矿
α-Fe2O3 ）；
氧化铝（三水铝石 Al(OH)3）；
水铝英石（ xAl2O3 · ySiO2 ·nH2O）；
氧化硅（ α-石英；蛋白石 SiO2 ·nH2O）。
第三节 我国土壤粘土矿物分布规律
一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系
粘土矿物是在 风化及成土过程中新生成的次生矿物。
其类型分布一方面受母岩、母质的矿物学组成的影响，另一方面又和风化、成土条件有密切关系。
不同环境下，气候、生物、母质、地形等因素的影响不同，粘土矿物组成和数量就具有不同的特点。一般随气候、生物纬度的变化而具有纬度地带性。
二、我国土壤粘土矿物分布规律
中科院南京土壤研究所根据我国不同地区、山地高原和平原丘陵地带土壤粘土矿物组成，将我国土壤粘土矿物分布划分为 7个区：
1、水云母区：新疆、内蒙高原西部、柴达木盆地、
青藏高原大部。
2、水云母－蒙脱石区：内蒙高原东部、大小兴安岭、长白山地和东北平原大部。
3、水云母－蛭石区：青藏高原东部边缘山地、黄土高原和华北平原。
我国土壤粘土矿物分布规律（续）
4、水云母－蛭石－高岭区：秦岭山地和长江中下游平原。
5、蛭石－高岭区：四川盆地、云贵高原、
喜马拉雅山东南端。
6、高岭－水云母区：浙、闽、湘、赣大部和粤、桂北部。
7、高岭区：贵州南部、闽粤东南沿海、南海诸岛及台湾。
矿物是天然产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的物体，是组成岩石的基本单位。 土壤矿物 是土壤的主要组成物质，一般占土壤固相部分重量的 95-
98%左右。
土壤矿物质的组成、结构和性质如何，对土壤物理性质、化学性质、以及生物与生物化学性质均有深刻的影响。
一、土壤矿物质的主要元素组成
土壤中矿物质，主要由岩石中矿物变化而来。
表 01－ 01列了地壳和土壤的平均化学组成，从表 1中可见：
（ 1）氧（ O）和硅（ Si）是地壳中含量最多的二种元素，分别占了 47%和 29%，两者合计占地壳重量的 76.0％；铁、铝次之，四者相加共占
88.7％的重量。在组成地壳的化合物中，极大多数是含氧化合物，其中以硅酸盐最多。
（ 2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含量很低，其中如磷、硫均不到 0.1%，氮只有
0.01％，而且分布很不平衡。
表 01-01 地壳和土壤的平均化学组成 （ 重量 %）
图 01-01 为土壤的化学组成二、土壤的矿物组成
（ 一 ） 土壤的原生矿物和次生矿物
土壤矿物按矿物的来源，可分为 原生矿物 和 次生矿物 。
土壤原生矿物 是指那些经过不同程度的物理风化，
未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。它们主要分布在土壤的砂粒和粉砂粒中。
土壤次生矿物 是在风化及成土过程中新生成的矿物。 由原生矿物分解转化而成。粘粒主要由次生矿物组成，故次生矿物也叫 粘土矿物 。
表 01-02 土壤中主要的原生矿物组成第二节 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
构成层状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位是 硅氧四面体 和 铝氧八面体 。
硅氧四面体基本的结构是由一个硅离子（ Si4+）
和四个氧离子 (O2-)所构成。
铝氧八面体基本的结构是由一个铝离子 (Al3+)
和六个氧 (O2-)离子 (或氢氧离子 )所构成 。
硅氧四面体 铝氧八面体
(SiO4)4- (AlO6)9-
图 01－ 02 硅氧四面体在平面图上相互连接成硅片图形图 01－ 03 铝氧八面体在平面上相互连接铝片图形
2、单位晶片
3、单位晶层
硅氧片顶端的氧仍然带负电荷－ n(Si4O10)4-；
铝氧片两层氧都有剩余的负电荷－ n (Al4O12)12-；
硅片和铝片都带负电荷，不稳定，它们相互重叠化合形成层状铝硅酸盐的单位晶层。
两种晶片的配合比例不同，可构成 1:1型,2,1型和 2,1,1型晶层。
4、同晶替代
同晶替代 是指组成矿物的 中心离子 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。
粘土矿物的中心离子 Si4+可被 Al3+替代,Al3+
被 Mg2+替代，从而使得晶体带上负电荷。
同晶替代现象在 2,1型和 2,1,1型的粘土矿物中较普遍。
同晶替代的结果使土壤产生永久电荷 。
（二）硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性
1、高岭组,1,1型矿物，包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石等，具有以下特点：
（ 1） 1,1型的晶层结构
（ 2）非膨胀性
（ 3）电荷数量少
（ 4）胶体特性较弱
高岭组粘土矿物大量存在于我国南方热带和亚热带土壤中（红、黄壤等）
2、蒙蛭组
又称为 2,1型膨胀性矿物，包括蒙脱石、蛭石、
绿脱石、拜来石等。
（ 1） 2,1型的晶层结构
（ 2）胀缩性大
（ 3）电荷数量大，阳离子交换量 80-
150cmol/kg
（ 4）胶体特性突出
蒙脱石在我国东北、华北和西北的土壤中分布较广。
3,水化云母组
又叫 2:1型非膨胀性矿物或伊利组矿物，具有以下特征：
（ 1） 2:1型晶层结构
（ 2）无膨胀性
（ 3）电荷数量较大
（ 4）胶体特性一般
伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。
图
01
＊
04
水云母
（
伊利石
）
结构示意图
4,绿泥石组
这类矿物以绿泥石为代表，绿泥石是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物，
具有以下特性：
（ 1） 2:1:1型晶层结构
（ 2）同晶替代较普遍
土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，
但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。
沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。
图 01－ 05 绿泥石结构示意图二、非硅酸盐粘土矿物
土壤粘土矿物组成中，除层状铝硅酸盐外，还含有一类结构较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石。
常见氧化物：氧化铁（针铁矿 α-FeOOH、赤铁矿
α-Fe2O3 ）；
氧化铝（三水铝石 Al(OH)3）；
水铝英石（ xAl2O3 · ySiO2 ·nH2O）；
氧化硅（ α-石英；蛋白石 SiO2 ·nH2O）。
第三节 我国土壤粘土矿物分布规律
一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系
粘土矿物是在 风化及成土过程中新生成的次生矿物。
其类型分布一方面受母岩、母质的矿物学组成的影响，另一方面又和风化、成土条件有密切关系。
不同环境下，气候、生物、母质、地形等因素的影响不同，粘土矿物组成和数量就具有不同的特点。一般随气候、生物纬度的变化而具有纬度地带性。
二、我国土壤粘土矿物分布规律
中科院南京土壤研究所根据我国不同地区、山地高原和平原丘陵地带土壤粘土矿物组成，将我国土壤粘土矿物分布划分为 7个区：
1、水云母区：新疆、内蒙高原西部、柴达木盆地、
青藏高原大部。
2、水云母－蒙脱石区：内蒙高原东部、大小兴安岭、长白山地和东北平原大部。
3、水云母－蛭石区：青藏高原东部边缘山地、黄土高原和华北平原。
我国土壤粘土矿物分布规律（续）
4、水云母－蛭石－高岭区：秦岭山地和长江中下游平原。
5、蛭石－高岭区：四川盆地、云贵高原、
喜马拉雅山东南端。
6、高岭－水云母区：浙、闽、湘、赣大部和粤、桂北部。
7、高岭区：贵州南部、闽粤东南沿海、南海诸岛及台湾。
