1.2.2土壤矿物质及其环境生态意义在线视频

同学们大家好

今天我们一块来学习

土壤矿物质及其环境生态意义

首先我们来看土壤矿物质的组成及分类

土壤矿物质主要有

硅、氧、铝、铁、钙、钠、钾、镁等常量元素

和锰、锌、铜、钼等微量元素组成

地壳中含氧化合物占极大比重

其中以硅酸盐类最多

土壤元素组成

继承了地壳化学组成的特点

另一方面则体现了

成土过程中元素的分解、富集等特性

和生物积聚的特点

例如氧、硅、碳等在成土过程中增加

而钙、镁、钾、钠等在成土过程中则会减少

下面我们详细来看

我们来看这张表

地壳和土壤中的平均化学组成

氧、硅和碳

在成土过程中

含量是增加的

而钙、钠、钾、镁的含量则是降低的

另外我们需要注意像铝、铁和锰

已经是土壤中的常量元素了

由于是土壤中的固有组分

在土壤污染及其控制中

不作为污染物的研究范畴

这个是需要大家注意的

下面我们来看土壤的矿物组成

即原生矿物和次生矿物

原生矿物是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

主要分硅酸盐、硅铝酸盐如石英

长石

云母

辉石

角闪石等

次生矿物则是原生矿物

在母质或土壤的形成过程中

经化学分解、破坏，如水合、氧化、碳酸化等

而形成的次生矿物

包括次生层状硅酸盐类、晶质

非晶质的含水氧化物类及少量残存的简单盐类等

其中层状硅酸盐类和含水氧化物类

构成了土壤的黏粒

土壤黏粒是土壤矿物中最为活跃的组份

首先我们来看土壤典型的原生矿物

辉石，主要可以为土壤提供钙、铁、镁等养分

角闪石，主要是绿黑色

也可为土壤提供钙、铁、镁等养分

白云母，无色片状

很容易发生化学分解

可以为土壤提供钾

黑云母

黑色片状，易风化成碎片

因此在土壤中比较少见

下面我们来看土壤中的次生矿物

土壤次生矿物

主要有硅氧四面体

构成的四面体片

铝氧八面体所构成的八面体片

而硅片在水平方向上

通过共用底部氧的方式

在平面二维方向上无限延伸

形成近似六边形蜂窝状的四面体片

铝片则在水平方向上相邻八面体

通过共用两个氧离子的方式

在平面方向上维持无限伸展

排列成八面体的形状

从而构成铝片

硅片和铝片都带负电荷

不稳定

因此必须通过重叠化合的形式

才能形成稳定的化合物

即层状硅铝酸盐单位的晶层

在土壤的黏粒矿物中

硅片和铝片形成的化合物主要有三种类型

第一种是1:1型

即单位晶层由一个硅片和一个铝片所构成

2:1型

其单位晶层由两个硅片

加一个铝片构成

还有2:1:1型的

单位晶层在2：1型

单位晶层基础上多了一个八面体水镁片

或者是水铝片，即由两个硅片

一个铝片、一个镁片（或铝片）构成

我们需要注意的是

在矿物形成时性质相近的元素

在矿物晶格中会存在

相互替代而不破坏晶体结构的现象

我们称之为同晶置换

在土壤硅酸盐黏粒矿物中

最普遍的同晶置换现象是晶体中心离子

被低价态的离子所代替

所以土壤黏粒矿物一般以带负电荷为主

为了达到电荷平衡

矿物晶层之间就会常常吸附阳离子

如一些重金属离子

被吸附的阳离子

像重金属就会通过静电引力束缚在

黏粒矿物的表面

而不易随水流失

这些重金属等污染元素

就会在土壤中长期存在，发生积累和土壤的污染

土壤的同晶置换现象

在2:1和2:1:1型的

黏土类矿物中是比较普遍的

而刚才我们提到的1:1型的矿物中

则相对比较少见

下面我们来看黏粒类矿物的种类和它的一般特性

首先第一种高岭组

其结构最为简单

是南方热带和亚热带土壤中普遍存在的

包括高岭石

珍珠陶土等

它没有膨胀性

带电荷也比较少

其胶体特性自然就会比较弱

在南方热带和亚热带土壤中普遍大量存在

第二种是蒙蛭组，具有膨胀性

广泛分布于各大类土壤中

其中以温带和亚热带排水良好的土壤中最为常见

如蒙脱石

绿脱石、蛭石等具有膨胀性

带电荷较多

且其胶体特性非常突出

蒙蛭组在我国东北

华北和西北地区的土壤中分布非常广泛

像蛭石广泛分布于各大类土壤中

以风化不太强的温带和亚热带

排水良好的土壤中居多

还包括水化云母组

以2:1型非膨胀性矿物为主

如伊利石，其膨胀性较小

广泛分布于我国多种土壤中

尤其以西北、华北干旱地区的土壤中含量较多

还有氧化物组

包括水铝石、褐铁矿等

其电荷通过质子化和表面羟基中

氢离子的离解而产生

铁铝氧化物特别是凝胶状态的物质

能与磷酸根发生作用

从而固定大量磷酸

在酸性红壤中相对比较常见

其具有的专性吸附作用

会影响土壤环境中污染物的行为及其最终的归宿

我们来看几种典型的土壤黏土矿物

第一种，伊利石

伊利石是风化程度比较低的矿物

一般土壤中均有分布

直径基本在2微米左右

膨胀性较小

具有较高的阳离子代换量

富含钾

第二种，蒙脱石

蒙脱石是伊利石进一步风化的产物

是基性岩在碱性条件下形成的

在温带干旱地区的土壤中含量较高

其粒径小于1微米

阳离子代换量极高

第三种，高岭石，是风化程度极高的产物

主要见于湿热的热带地区土壤中

大小基本为0.1微米到5微米左右

膨胀性很小

阳离子代换量也相对较低

最后我们来看土壤矿物质的环境生态意义

土壤矿物质可以提供植物、微生物等

土壤生物体生命活动所需的营养元素

如可以提供氮、磷、钾等常量的营养元素

以及铜、锌、铁、锰等微量的营养元素

土壤矿物质还可能造成

土壤中元素背景值的差别

如其含量过高

可能会形成土壤污染，含量过低

则可能会产生各种水土疾病

另外，土壤矿物质

还可能影响土壤修复技术的选择

如刚才我们提到

铁、锰等是土壤固有的矿物组分，且含量相对较高

不是土壤污染控制所研究的范畴

在土壤修复技术的选择中

如化学氧化技术

高锰酸钾作为氧化剂

其还原后的四价锰是土壤中的固有组分

因此我们可以把它归结为无二次污染的绿色修复技术

含铁化合物

也可常用来作为芬顿体系的添加剂

或者是化学还原剂

固化/稳定化药剂等

同样是没有二次污染的

绿色修复技术

今天的课就到这里

谢谢大家