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紫色母岩和土壤中的钛

杨剑虹  
【摘要】:钛是地球上藏量占第九位最丰的元素(克拉克值0.57%),是地壳中占第七位的成矿元素,在地壳中的平均丰度是0.63%。就全世界土壤而言,全钛含量约为3.0~6.0g(TiO_2)·kg~(-1),平均为4.6g(TiO_2)·kg~(-1),其元素含量属中量元素水平。从现有的资料统计,我国土壤中全钛含量在2.0~39.0g(TiO_2)·kg~(-1)之间。在紫色母岩和土壤中,钛的含量为2.5~20g(TiO_2)·kg~(-1),平均值为6.7g(TiO_2)·kg(-1),总体位于中~高含量水平。 作为最主要的造岩元素之一,钛以各种含钛矿物的形式存在于所有类型的岩石中。钛的原生和次生矿物主要有:钛铁矿、板钛矿、金红石、榍石,无定型的白钛石矿、锐钛矿等。此外,钛在火成岩、沉积岩和变质岩中,还往往与硅、铁和铝的原生矿物伴生在一起,或以类质同晶体存在于原生和次生铝硅酸盐粘土矿物晶格中,也可以浸入各类长石或以金红石侵入体的形态存在于石英当中。一般认为,钛在火成岩中的含量高于沉积岩;其中,基性火成岩高于酸性火成岩,河湖相沉积岩或浅海相沉积岩高于海相沉积岩。 目前认为:在地球化学的表生——迁移——沉积旋回中,钛属于弱活性元素,化学迁移强度极弱。因此,土壤中钛含量的高低与土壤母质含钛水平关系最为密切;同时,由于不易迁移,导致随土壤风化发育程度的加深,钛可能在土壤中相对富集;因而,在深度发育的土壤中,钛往往较为丰富。土壤中含钛矿物的种类较多,目前,在土壤中已发现的钛的独立矿物数目,就可达60种以上。而在土壤钛的各种伴生矿物中,钛以不同的比例形成各种铝硅酸盐粘土矿物和复合的、无定型的氧化物、水合物、羟基化物等。和硅酸盐粘土矿物中的“Si—O”键一样,“Ti—O”也具有相当的稳定性,据认为,其化学键的强度仅次于“Al—O”健,可达5908~7216kJ·mol~(-1)。因此,由钛取代Si或Al所形成的粘土矿物,应具有一定的稳定性。 除矿物形态或无定型态以外,土壤中也许还存在钛的有机配位反应,这种反应如果确实存在的话,土壤中就应该存在有机钛络合或有机钛缔合钛,同时,也应该有一定数量的钛的离子态化合物存在。但这些配位态或离子态化合物的形式、化学性质、可溶性状、与土壤胶体之间的化学过程目前不清楚。而这些形式的钛,应该是土壤中最容易被提取剂所提取,或者说也是与植物的有效性最密切相关的钛的组成部分。 从生物学的角度,目前并无确切的依据证明钛是植物生长所必须的营养元素,但大量的实验表明了钛对植物某些生理功能具有明显的促进作用。不同种类植物体中钛的含量差异极大,低的只有不足1g(Ti)·kg~(-1),高时则可达100g(TiO_2)·kg~(-1)。但对于各种植物的实际最佳需要


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