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环境土壤学
第一章
第一节土壤与土壤圈
（一）土壤的定义
简明定义：
地球表面能够生长和收获植物的疏松表层。
“土壤”和“土地”概念的区别：
"土壤"和"土地"不是同一范畴的概念。
土壤是土地的物质组成部分，而土地不仅包括土壤要素，还包括地形、植被、水文、人文等要素。
土壤的基本特性是具有肥力。
土壤肥力：土壤具有能供应与协调梢.物正常牛长发冇所需耍的养分、水分、空气和热量的能力。
土壤的特性可以概括为：
（1）具冇生产力
（2）具冇生命力
（3）具有净化力
（4）具有交换力
地球表层系统五大要素：
大气圈、生物圈、岩石圈、水圈、土壤圈
土壤圈是覆盖于地球和浅水域底部的十壤所构成的种连续体或覆盖层，它是地圈统的重耍组成部分。
土壤圈的功能具有以下几个方面：
（1）支持和调节牛命过程
（2）影响大气圈的化学组成、水分与热量平衡（3）影响水的溶质组成及其在陆地、水体和大气的分配
（4）对岩石起保护作用
第二节
环境土壤学的发展及其主要研究内容
一、环境土壤学的发展
环境土壤学既属于土壤学的一个分支，也属于环境科学的一个分支。是环境地学的一个分支。
环境学与土壤学的边缘学科。
环境土壤学是研究土壤与环境相互关系及其调控的一门学科。主要包括三大方面：
一是环境因素包括人为因素对土壤环境质量的影响；
二是土壤对生态坏境和人体健康的蹈响；
三是土壤一环境一人相互关系的协调机理和措施。
二、环境土壤学的研究内容
环境土壤学研究的三次方而，更具体地说，乂可以细分为以下儿个主要内容：
（1）土壤环境现状及其评价方法
（2）土壤环境容量与环境标准
（3）土壤环境质呈变化规律
（4）人类活动、三废排放以及大气和水环境污染对土壤质量的影响。
（5）污染物和营养物在土壤屮的迁移转化规律，（6）土壤污染对食品质量、人体健康、动植物和微生物生长的影响。
（7）土壤污染和养分盈余对水体、大气的影响。（8）预防土壤污染的措施和提高土壤环境容量的技术途径。
（9）污染土壤的处理技术和修复工程。
（10）利用土壤來处理三废的技术原理和方法。
第二章
土壤母质与土壤的形成
第一节土壤母质
地壳物质的元素组成的特点
1、地壳主耍元素成分是氧和硅。它们的含量占地壳元素含量的7 5%。
2、凡是生物上有重要意义的元素，即作为植物与动物生长发育必不可少的元素，在地壳屮的含量却很少。N、P、K分别为0 .0 4%、0 . 1 2 %、2 . 6 0 %。
3、呈难溶、分散、不均衡状态。
二、主要成土矿物
矿物是一类产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部结构的单质元素或化合物。
矿物都貝有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。
矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。
矿物的类型按成因可分为原生矿物、次生矿物和变质矿物三大类。
原生矿物是指在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物。如石英、长石、云母等。次生矿物是指原生矿物经风化作用，纽?成和性质发生化学变化，形成的新矿物。如三水铝石、高岭石等。
变质旷物是指经过变质作用形成的，是原冇的旷物重
新处于高温高压的条件下，发生形态、性质和成分的变化而形成的新矿物。蓝晶石、石榴石等。
?摩氏硬度计/莫氏硬度计。
矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作川力（如刻
画、压入、研磨等）侵入的能力。Friedrich mohs提
出用10种矿物來衡量世界上最破的和最软的物体，
这是所谓的摩氏硕度计。按照他们的软硕程度分为十级：1>滑石2、石膏3、方解石4、萤石5、磷灰石
6、正长石
7、石英&黄玉9、刚玉10.金刚石
三、主要的成土岩石
岩石:是-?种或数种矿物纽.合而成的h然集合体。
岩石没有固定的化学组成和物理性质。
岩石的种类很多，根据其生成方式的不同，可将岩石分为三犬类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。
（一）、岩浆岩
岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。也称火成岩
岩浆岩的类型：
花岗岩流纹岩玄武岩
（二）、沉积岩
沉积岩是由地壳表而早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硕化而形成的岩石。一般分为
机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。
以颗粒大小分为：砾状结构（如砾岩），粒状结构（如沙岩），细粒状结构（如沙岩）
以颗粒形状分为：角砾状结构，颗粒有棱和（如
角砾岩），圆滚状结构，颗粒无棱角（如砾岩）（三）、变质岩
原來存在的岩右在新的地壳变动或岩浆活动产工
的高温、高压下，使岩石的矿物重新结品，重新排
列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩
石，称变质岩。
主要的变质岩:片麻岩、石英岩,、千枚岩、大理
岩、板岩等。
四、岩石的风化过程
岩石的风化作用是地球农面或近地球表面的岩石
在大气圈各种因素的作用下所产生的物理化学变化。（一）、风化作用的类型
风化作用按作用性质和作用因素的不同町分为物
理风化、化学风化、生物风化三个类型。
1、物理风化
岩石、矿物在外力作用下发生崩解破碎等
机械破坏过程，只造成岩石、矿物结构、构造的改变，-?般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。
物理风化使岩石由人块变碎块，碎块再逐渐变成细粒。
物理风化改变了岩石的形状和大小，但成分发生的变化很小，形成的母质多偏砂石砾多，养分不易释放出来。
物理风化的结果使岩石对空气、水分的通透性增强了，艰露的表而积增大，为化学风化创造了有利的条件。
2、化学风化
岩石和矿物在大气、水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物纽?成的变化，称化学风化。
参与化学风化的因素主要是水、二氧化碳和氧气，作用方式包括溶解、水化、水解和氧化。
（1）溶解作用：是指矿物和岩石为水所溶解的作用。
（2）水化作用：是指无水矿物与水结合形成含水的矿物称为水化作用。
CaSO4+2H2O CaSO4-2H2O
硕石膏石膏
2Fe2O3+n H2O
2F?2C)3*nH2
O
赤铁矿褐铁矿
（3）水解作用：是指矿物与水（碳酸水）发生反应而分解的作用。
4K[AISi3O8]+2CO32'+4H2O->2K2CO3+
AI4[Si4Oio][OH]84-8Si02
钾长石高岭石（4）氧化作用：是指人气中的氧气促使矿物进行氧化作用。
FeS2+14H2O+15O2 2Fe2O33H2O+8H2SO4
黄铁矿褐铁矿
3、生物风化
岩石和矿物在生物及其分泌物或有机酸分解产物的作用下，进行的机械破碎和化学分解过程称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：A:生物的机械破碎作用山生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用（物理风化）。例如：根劈作用。
B:生物的化学分解作用仃些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从屮吸取营养物质。
上述3种风化类型之间相互影响，相互联系，只是在不同的外界条件下各有侧重，划分只是为了讨论方便。
五、成土母质
成土母厘指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。
风化产物可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础。
第二节土壤的形成
俄国土壤学家道库恰耶夫认为自然土壤的发牛是以牛?物因索为主导的生物、母质、气候、地形和时间丘种口然冈索相互作丿IJ的产物，土壤是物
质的地质大循环和物质的生物小循环相互对立统一的结果
_、土壤形成的实质
地质大循环:精物营养物质由大陆流到海洋，海洋又变为大陆后，这些物质又由新的大陆流向新的海洋。营养物质的这种循环过程称为植物营养物质的地质人循环。
生物小循环:通过植物（包括所冇参与这一过程的牛?物）的反复吸收利用和积累营养物质的这一过程，称为营养物质的生物小循环。
土壤形成过程是建筑在地质大循环（营养元索的释放和淋溶过程）与生物小循环（营养元素被生物吸收积累和释放过程）的基础上的。地质人循环使营养元索不断向卜一淋失，而生物小循坏却从地质大循环中不断的积累生物所必需的营养元素。
二、土壤形成因素
属于自然形成的因素有：生物、气候、母质、地形和时间。
第三节土壤剖面及形态特征
一、土壤剖面
土壤中的各种物质都是以一定的形态存在着，土壤「I'物质存在状态在垂直方向的分布，即构成了土壤剖面特征，它是土壤肥力因素的外部表现。
土壤剖面就是指从地面向下挖掘而暴露出来的垂直切面。通常挖到仁2m深。一般情况下这些土层在颜色、结构、紧实度和其他形态特征上是不同的。二、土壤剖面形态特征
土壤形态就是土壤的外部特征，这种外部特征可通过人们的感官（即视觉、触角和嗅觉）來认识。土壤重要的形态特征主要冇：颜色、湿度、紧实度、结构、质地、pH值、新生体、侵入体、孔隙、动物孔穴等。
第三章土壤固体物质组成土壤组成状况
土壤是一个复杂的H然休，它是由冇机体和无机体共同组成，其基本物质是三和。
三相比例为：固相为5 0 %,液相+气相为5 0 %。第一节土壤颗粒组成与质地
一、土壤粒级及其划分
土壤中的各种固体颗粒简称土粒。
粒级（粒组）：土粒人小不同，性质也随Z而异。可按照土粒粒径的大小及其性质分成若干粒级（或粗细）。
粒级分类常用的标准冇以下四种：石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒。
二、各粒级土粒的组成和特性
1. 各粒级土粒的矿物组成
3、各级土粒的主要特性
（4）石砾多为岩右碎块，但直径较小，山区和
河漫滩土壤中常见。其矿物组成与母岩基本一致，一般速效养分很少，吸持性很差，但通透性极强。
（2）砂粒酸性岩山体的山前平氐和冲积平原土壤中帘见。矿物组成主要是石英等原生矿物，因颗粒较粗，比表面较小，吸持性能较弱，矿质养分较低，无粘结性和粘着性，表现松散。但粒间孔隙较大，通透性良好。
（3）粉粒在黄土中含量较多。颗粒中次生矿物相对增加，而石英相对减少。比表面比砂粒大, 吸持性能增强，养分含量比砂粒高，具有一定的粘结性、粘着性、可槊性和涨缩性，但衣现微弱。通气透水能力比砂粒差。
（4）粘粒是化学风化的产物，属于土壤胶体范畴。其矿物组成以次生矿物为主，粒径小，比表面巨大，具冇很强的粘结性、粘着性、可梨性、涨缩性和吸附能力，矿质养分丰富。但山于粒间孔隙极小，通透性能极差。
二、土壤质地
1＞机械组成和质地的概念
粗细不同的土粒在土壤屮打冇的不同的比例，这种人小不同土粒的比例纽.合，叫土壤的机械纽.
成。或叫I：壤质地。
3、土壤质地的肥力特征
（1）、砂质土
砂质土粒间孔隙大，总孔隙度低，毛管作川弱, 保
水性差，通气透水性强。矿物成分以石英为主，养分贫乏；由于颗粒大，比面小，吸附、保持养分能力低；好气性微生物活动旺盛，土中冇机质分解较快。砂质土热容量较小，土温不稳定，昼役温差大，在早春天气回暖时，土温容易升高，有“热性土”之称。砂质土粘结性差，疏松易耕，植物也容易扎根。
2 ?粘质土
粘质土颗粒细小，总孔隙度髙，由于粒间孔隙很小，通气透水性差，土壤内部排水因难，容易积水而涝。土中胶体数量多，比面大，吸附能力强，保水保肥性好；矿质养分丰富，特别是钾、钙、镁等含量较髙；供肥衣现前期弱而后期较强，但比较平稳。粘质土蓄水多，热容量人，温度稳定，在早春，水分饱和的粘质土土温上升慢，有“冷性土” 之称。粘质土比较紧实，容易板结；受干湿彩响，常形成筑裂，彩响植物根系仲展。
3 ?壤质土
壤质土是介于砂质土和粘质土Z间的-?种质地
类型，其中砂粒、粉粒和粘粒含量比较适宜，因而兼有砂质土和粘质土之优点，是较为理想的土壤。壤质土砂粘适中，大小孔隙比例适当，通气透水性好，土温稳定。养分较丰富，冇机质分解速度适当, 既有保水保肥能力，乂供水供肥性强，耕性表现良好。
第二节土壤矿物质
一、土壤矿物质的矿物组成和化学组成
（一）、土壤矿物质的矿物组成
原生矿物是指直接來源于母岩的矿物，主要分布在土壤的砂粒和粉砂粒中，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。岩浆岩是原生矿物的主要來源，常见的有石英、长石、云母、辉右、角闪石等。其中石英属极稳定的矿物，具冇很强的抗风化能力，因而在土壤粗颗粒中的含量较高。
土壤中的次牛矿物种类繁多，主要包括次生层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类及少量残存的简单盐类。其中，层状硅酸盐类和含水氧化物类被称为是次生粘粒矿物，简称粘粒矿物或粘土矿物，它们是构成土壤粘粒的卞要成分。
（二）、土壤矿物质的化学组成
土壤旷物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所冇的元素，主要元素约冇10余种，包折氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳,占土壤矿物质总质量的99%以上，其中以氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。
土壤中主要的原生矿物所含化学成分冇一定规律。石英、长石、白云母这些矿物的SO及?0、NazO含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。
矿物质颗粒愈粗，SiO2含呈愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但A12O3> Fe2O3> CaO、MgO、P2O5、K2O等养分元索的含量变化趋势正相反。
二、粘粒矿物
粘粒矿物是土壤矿质胶体的主体，在土壤矿物质中农现授活跃。粘粒矿物包括层状硅酸盐类和非层状硅酸盐类
（一）、层状硅酸盐矿物
1>基本结构单位
硅氧四面体和铝氧八面体
硅氧四面体由一个硅原子和四个氧原子组成，硅原子位于中央，氧原子占据四个顶点。
铝氧八血体由一个铝原子和八个氧原子纽?成，铝原子位于中央，氧原子占据八个顶点。
2、单位晶层
硅氧四面体和硅氧四面体之间通过共用氧原子互相联结就形成了硅氧片。每六个硅
氧四面体相连就形成一个六边形网孑鳥
铝氧八而体与铝氧八而体通过共用氧原子互相连接就形成了水铝片。
硅氧片与铝氧片（水铝片）称为基本晶片。晶片与晶片按一定方式堆盜就形成了
粘土矿物的晶层。
常见晶层类型包括1:1型、2:1型和二种晶层类型。
3、同晶置换
矿物形成时，组成矿物的屮心离子被性质相近的离子所置换而不破坏晶体结构的现象，称为同晶置换。相互置换的离子大小和电性要相近，如F訐离子（半径0.064nm）可与A产离子（半径0.057nm）和互置换。
同晶置换现象多发生在2:1型的粘粒矿物中，
1:1型的粘粒矿物中相对较少。
4、层状硅酸盐矿物的种类及一般特性
土壤中层状硅酸盐粘粒矿物种类很多，根据其构造特点和性质可归纳为3个类组：高岭组、蒙蛭组和伊利组。
①高岭组硅酸盐粘粒矿物中结构最简单的一类。代表性矿物为高岭石，是水铝片和硅氧片相间重宛组成的型矿物，无膨胀性，所带电荷数量少，胶体特性弱。在南方热带和亚热帯土壤中普遍且大量存在，而在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。
②蒙蛭组晶层山两层硅氧片中间夹一层水铝片构成，硅氧片和水铝片比例2:1,该组矿物具冇很好的膨缩性,因此又叫2:1型膨胀性矿物,代表性矿物为蒙脱石、虫至石等。
蒙蛭组在我国东北、华北和西北地区土壤中分布较广。
③伊利组属2:1型?菲膨胀性矿物，山两层硅片
夹一层铝片组成，以伊利石为主要代衣，乂称水化云母组，其特点是膨胀性小，带电量大，同晶置换较普遍，阳离子交换量和胶体特性都介于高岭石和蒙脱石之间。伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是西北、华北干旱地区的土壤中含量很高。
（二）非层状硅酸盐矿物
这类粘粒矿物主耍是指结构简单、水化程度不等的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化物。包括氧化铁、氧化铝、水铝英石、以及氧化硅等。其结构冇的为结晶型，如三水铝石、水铝石、针铁矿等；冇的则是非品质无定形的物质，常以凝胶态或斑状、胶膜状包被在层状硅酸盐和腐殖质上，如凝胶态物质水铝英石等。
铝硅酸盐矿物，是火山灰土壤中的主要粘土矿物。
第三节土壤有机质
土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。它与矿物质一起构成土壤的固相部分。土壤中有机质含疑并不多，一般在10%。?30 %?左右,但它却是土壤的重要组成，是土壤发育过程的重要标志，对土壤性质的影响重人。
（一）、土壤有机质的来源
对原始土壤來说，微生物是土壤有机质的最早來源。
随着生物的进化和成土过程的发展，动植物残体就成为土壤中有机质的基本来源。耕作土壤则包括作物根茬、各种有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机物质。
（二）、土壤有机质的组成
土壤冇机质存在形态
（1）I:壤小未分解的动、植物残休。
（2）半分解的动、植物残体及中间产物。
（3）己被微生物作用转化，彻底改变了原來性质, 而获得新的特性的特殊物质即腐殖质。
1 ?不含N化合物：主要成分是C、H、O,占土壤有机质80%?90%。包括单糖、双糖、淀粉、木质素、纤维素、半纤维素、脂肪、蜡脂、树脂、单宁和有机酸等物质。
2?含N化合物：主要是蛋白质、氨基酸等。占土壤有机质5%?8%。
3?灰分：约占土壤有机质2%?5%。它为各种无机盐类所组成。其中以K、Ca、Mg、S、P、Si等元素较多。
二、土壤腐殖质
土埋腐殖质是由芳香族有机化合物和含氮化合物缩合成的一类复杂的高分子有机物，呈酸性，颜色为褐色或暗褐色。
腐殖质一般占有机质的46%?90%。
土壤腐殖质是土壤养分的储存库，是土壤肥力的重要指标。
2. 土壤腐殖质的存在状态
土壤中游离态腐殖质很少，绝大多数是以结合态腐殖质存在。即腐殖质与土壤无机物，尤其是粘粒矿物和阳离子紧密结合，以冇机无机复合休的方式存在。
结合态腐册质一般分三种状态类塑。（4）腐殖
质与矿物成分中的强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和钱。（2）腐殖质与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。（3）与土壤粘粒结合成冇机无机复合体。
我国南方酸性土壤中主耍是Fe、Al离子键结合
的腐殖质，这种结合具有高度的坚韧性，但不一定具备水稳性，所以对土壤团粒状结构形成和肥力提高上关系不大。
我悯北方的中性和石灰性土壤主要以Ca离子键结介的腐殖质为主，具冇较强的水稳性，对改善土壤结构和提烏肥力冇重要意义。
（二）土壤腐殖质的性质
1 ?腐殖质的元素组成
腐殖质可分为胡敏素、胡敏酸和自里酸，后二者
介称为腐殖酸。
腐殖酸主要由C、H、0、N、S等元素组成，此外还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等元素。
-?般腐殖质含C55%?60%,平均为58%；含N 3%?6%,平均为5.6%；其C/N比为10:1?12:1。
2 ?腐殖质的物理性质
同一土壤，富里酸的平均分子量最小，胡敏素的平均分子量最人，胡敏酸介于二者Z间。我国儿种主耍土壤类型的胡敬酸和富里酸的平均分子量分别为890-2500和675T450之间。
土壤腐殖酸具有较大的比表面积，鳥达
2000m2g1,远人于粘土矿物和金屈氧化物的农而枳。
腐殖酸是一种亲水胶体,有强大的吸水能力，最大吸收量可以超过其自身匝量的500%。
腐殖质整体呈黑褐色。富电酸的颜色较淡，呈黄色至棕红色，而胡敏酸的颜色较深，为棕黑色至黑色。
3. 腐殖质的化学性质
胡放酸不溶于水，呈酸性，它与Q、Na\ NH4+等离子形成的一价盐溶于水，而与Ca、Mg、Fe、Al 等多价盐基离子形成的盐类溶解度相当低。
富里酸在水中溶解度很人，其水溶液呈强酸性反应，它的盐类（包押价或二价）都能溶于水，易造成养分流失。
腐殖质是带冇负电荷的冇机胶体。
腐殖质可以通过干燥或冻结脱水变性，形成凝胶。腐殖质的这种变性是不可逆的，因此，能形成水稳性的团粒状结构。
腐殖质分子中含各种功能基，其中最主要的是含氧的酸性功能基，包括竣基（R—COOH）和酚轻基（酚一OH。
三、土壤有机质的转化
（一）土壤有机质的转化过程
1矿质化过程2腐殖化过程
1 .土壤有机质的矿质化过程
（1）不含氮有机物的转化
（2）含氮有机物的转化
（3）含磷有机物的转化
（4）含硫有机物的转化
2. 土壤有机质的腐殖化过程
土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程，大致可分为两个阶段。
第一阶段：冇机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、
H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机
化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。
第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微牛?物的作用下氧化为醍，然厉酿再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。
（二）影响土壤有机质分解和转化的因素
1. 有机残体的特性
2.土壤水分和通气状况
3.温度
4. 土壤pH
四、土壤有机质的作用及其生态环境意义
（一）有机质在土壤肥力上的作用
1?提供植物需要的养分
2 ?改善土壤的肥力特性
（1）物理性质
有机质在改善土壤物理性质中的作川是多方面的，其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构，促进团粒状结构的形成，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。
（2）化学性质
土壤有机质能提高士壤的蓄水、保肥和缓冲能力。腐殖质是一种胶体，具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力，可避免养分随水流失同时，使土壤具冇较强的缓冲性能。而且，腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。
（3）生物性质
土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要來源。同时，腐殖酸被证明是一类生理活性物质，它能加速种子萌发，增强根系活力，促进植物生长。
（二）有机质在生态环境上的作用
1 ?有机质可降低或延缓重金属污染
2. 有机质对农药等有机污染物具有固定作用
3 ?土壤有机质对全球碳平衡的影响
土壤冇机质是全球碳平衡过程中菲常重要的碳库，一方面，其分解和积累速率的变化直接影响到全球碳平衡；另一方面，土壤有机质作为重耍的肥力因子影响植物生长，从而影响陆地的生物碳
第四章
土壤化学性质及其环境意义
第一节土壤酸碱性
土壤酸碱性是指土壤溶液的反应,它反映土壤溶液中H+浓度和0H?浓度的比例.是土壤的-项重要化学性质，对植物生长、土壤生产力以及土壤污染与净化都有较人的影响。
土壤酸碱性通常用土壤溶液的pH表示。
一、土壤酸碱度
(-)土壤酸度
1. 土壤中酸的来源
①水的解离
②碳酸的解离
③冇机酸的解离
④无机酸的解离
⑤酸雨：大气化学物质(pH<5. 6)
⑥农业生产
2. 土壤酸度类型
土壤酸度反映土壤中致酸离子的数就。根据致酸
离子在土壤中的存在形态与表现，可以将土壤酸度分
为活性酸度和潜性酸度两种类型。
①活性酸度
土壤中游离态的氢离子所衣现出来的酸度，其大
小用pH值表示。
②潜性酸度
包括土壤胶体上吸附的H+或阳3+所引起的酸度。
土壤潜性酸比活性酸-般人3?4个数呈级。
土壤潜性酸以分为：
交换性酸
用过疑的中性盐(往往是1.0 mol/L KCI)交换
出來的致酸离子所引起的酸度。
(二)土壤碱度
土壤碱度也是用土壤溶液的pH表示，据此可进行碱
性分级。山于土壤的碱度在很大程度上决定于胶体上
吸附的交换性Na+的相对数量，所以通常把交换性Na+的饱和度称为土壤碱化度，它是衡量土壤碱度的重要指标。
二、影响土壤酸碱性的因素
⑴气候⑵地形⑶母质⑷植被⑸耕作活动
三、土壤酸碱缓冲性
土壤的缓冲性(缓冲作用)是指将酸或酸性盐，碱或
碱性盐施入土壤后，在一定限度内土壤具有抵抗这些
物质改变土壤酸碱反应的能力。
重要性:由于土壤具冇缓冲性，使它可以稳定土壤溶液的反应，使土壤的酸碱变化保持在一定的范I韦I 内O
1. 土壤中的酸碱缓冲体系
(1) 碳酸盐体系CaCO3-H2O-CO2体系的平衡移动是石灰性土壤的主要缓冲休系，其缓冲的pH 范围在8.5?6.7Z间。
(2) 硅酸盐体系土壤无机粘粒主耍由层状硅酸盐矿物组成。硅酸盐矿物儈有一些碱金属和碱土金属离子，通过风化、蚀变释放出钠、钾、钙、镁等元素，进而对进入土壤的酸性物质起缓冲作用。
(3) 交换性阳离子体系土埋胶体上吸附的各种盐基离子，能对土壤中的H?离子等酸性物质起缓冲作用。而胶体表面吸附的H\ A仟离子，乂能对OH 离子等碱性物质起缓冲作用。土壤交换性阳离子愈多，缓冲能力愈强。对交换性阳离子总量相同的土壤，贝U盐基饱和程度愈人的土壤，对酸的缓冲性愈强。
(4) 铝体系在pH<4.0的酸性土壤中常存在大疑
的铝离子，其中土壤溶液中的铝离子，常与6个水分子结介成他出0)63+形态存在。当外來碱进入土壤溶液时，就会冇一两个水分子解离IIIH+,來缓冲OK离子。
(5)有机酸体系土壤腐殖酸(胡敏酸和富啡酸) 是高分子有机酸，含有竣基、酚泾基和醇泾基、胺基等两性功能团，分别对酸和碱冇缓冲能力。此外，土壤中还存在多种低分子冇机酸，如乙酸、柠檬酸、草酸等，在土壤溶液中构成一个良好的缓冲体系，对酸、碱具有缓冲作用。
2. 影响土壤酸碱缓冲性的因素：(1)土壤质地(2) 土壤粘粒矿物组成(3) 土壤有机质含量
四、土壤酸碱性的环境意义
土壤酸碱性对土壤微生物的活性、矿物质和有机质分解起重要作用。它可通过对土壤中进行的各项化学反应的干预作用而影响土壤组分和污染物的屯荷特性、沉淀一溶解、吸附一解吸和配位一解离平衡等，从而改变污染物的毒性；同时，土壤酸碱性还通过彩响上壤微生物的活性來改变污染物的毒性。
（-）微生物活性及有机质分解
酸碱度对土壤中微牛物的主命活动有很大影响，每种微生物都有其适宜的pH和一定的pH 适应范围。大多数土壤pH为4?9,因此能维持各类微生
物生长发育。土壤冇机质的转化多是在微生物的参与下进行的，在pH合适条件下，微生物活性高，有机质分解快，积累少，不仅群放出更多的植物营养元索，而且对重金属离子的吸附解吸、农药固定、全球
碳素循环都产生显著彩响。
（二）土壤溶液中的离子形态
土壤溶液中的人多数金属元素（包括重金属）在
酸性条件下以游离态或水化离子态存在，靠性较大，而在中、碱性条件下易生成难溶性氢氧化物沉淀，毒性显著降低。
（三）土壤表面电荷性质
土壤纽?成中许多物质衣而的电荷性质是随pH变化而改变的，因此，pH对土壤农而电荷性质貝有显若影响，而电荷性质的这种变化会影响到土壤表面对污染物的吸附数帰与强度，进而改变污染物在土壤中的转化。
（四）有机污染物的转化
有机污染物在土壤中的积累、转化、降解也受到土壤酸碱性的影响和制约。
（五）化学元素的迁移能力
大多数化学元素在强酸性环境中形成易溶化介物。
土壤溶液pH值对丁?控制氢氧化物从溶液中的沉淀有重耍意义。
第二节土壤氧化还原性
土壤氧化还原性也是土壤的一个重要化学性质。由于土壤的干湿交替及冇机物质的氧化和生物机体的活动较为频繁，因而，土壤氧化述原反应影响看物质的转化、迁移，控制着土壤元索的形态和有效性，制约着土壤环境中某些污染物的形态、转化和归趋。一、土壤氧化还原性特点
土壤具冇氧化还原性的原因在于土壤屮存在多种氧化、还原物质。土壤空气中的氧和高价金属离子都是氧化剂，而土壤有机物以及在厌氧条件下形成的分解产物和低价金属离子等为还原剂。山于土壤成分众多，各种反应对同时进行，其过程十分复杂。
是衡杲土壤氧化还原能力的大小主要根据实测的Eh值，影响因素包括土壤通气性、微生物活动、易
分解冇机质的含量、植物根系的代谢作用、土壤pH 等。一般旱地土壤的Eh为400?700 mV；水田的Eh为300?一200 mV。
二、土壤氧化还原的环境意义
（一）有机污染物降解
在热带、亚热带地区，间歇性阵雨和干湿交替对厌氧、好氧细菌的增殖均有利，比单纯的还原或氧化条件更有利于有机农药分子结构的降解。特别是有环状结构的农药，因其环开裂反应需要氧的参与，大多数冇机氯农药在还原环境下才能加速降解。
（二）重金属的生物有效性
土壤中大多数重金属元素是亲硫元素，在农田厌氧还原条件下易生成难溶性硫化物，其毒性和危害降低。
第三节土壤胶体与表面电荷性质
土壤胶体是土壤中授活跃的部分，它的许多特性影响着无机污染元素、有机污染物等在土壤固相表面或溶液中的积聚、滞留、迁移和转化，是土壤对污染物冇一定自净作用和环境容量的基本原因所在。
一、土壤胶体
土壤胶体是指土壤中粒径小于即m （或小于him）
的颗粒，为土壤中颗粒最细小而最活跃的部分。
按成分和來源，土壤胶体可分为无机胶体、有机胶体和冇机无机复合胶体三类。
1. 无机胶体
无机胶体存在土壤粘粒Z中，包括：
（1）层状（铝）硅酸盐矿物（2）含水氧化硅胶体; （3）含水氧化铁、铝胶体；（4）水铝英石；
2. 有机胶体
冇机胶体主要是腐殖质，还冇少呈的木质素、蛋白质、纤维素等。腐殖质胶体含有多种官能团, 属两
性胶体，但因等电点较低，所以在土壤中一般带负电，因而对土壤屮无机阳离子特别是匝金属等的吸附性能影响巨大。但它们不如无机胶体稳定，较易被微生物分解。
3. 有机?无机复合胶体：由有机胶体与无机胶体互和
结合而形成的复合胶体。
在土壤中，有机胶体和无机胶很少独立存在，大
部分是以冇机■无机复介胶体的形式存在的。
冇机胶体与无机胶体可通过：凝聚作用、桥梁作
用、极性吸附作用等方式结合成为土壤冇机无机胶体
复合体。
（二）、土壤胶体的性质
土壤胶体对土壤理化性质起着巨人影响，土壤
胶体的性质很多，其中影响最大的有三个：
1、具有巨大的比表面积和表面能
2、胶体带电性
3、土壤胶体凝聚与分散
2、土壤胶体带电性
土壤胶体电荷的种类
（1）永久电荷（2）可变电荷
3、土壤胶体凝聚与分散
土壤胶体由两种存在的状态，一种是胶体微粒相
当充分的分散在介质中形成的-?种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。
另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。
溶胶转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。
因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以加入阳离有使胶体凝聚的作用。但多种阳离子促使胶体凝聚作用的大小并不同。
一般规律是：离子价越人，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径人的，水膜片度小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为：
Fe3+>A 产〉H+>Ca2+>Mg2+>NH/>K、Na*
电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加人，其
凝聚作用也増强。
胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。
由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复川水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。山二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚。
第四节土壤的吸附性能
土壤是一个多孔体，同时在土壤表面具有大的表面能及电荷，使土壤具有明显的吸附性能，表现在土壤颗粒表而具冇能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力，称土壤的吸附性能。
由于土壤i般带负电荷，所以，土壤的阳离子
吸附与交换较阴离子吸附更普遍、更重耍。
（一）土壤的阳离子吸附与交换
1. 阳离子交换作用
在土壤屮，被胶体静电吸附的阳离子可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体衣面解吸，这种能和耳交换的阳离子叫做交换性阳离子，发生在土壤胶体农而的交换反应称为阳离子交换作用。
（1）土壤阳离子交换作用有以下特点：
（A）快速可逆反应，容易达到动态平衡。
（B）遵循等价交换的原则。
（C）符合质屋作用定律的原则。
（2）阳离子的交换能力：是指一种阳离子将胶体
另一种阳离子交换出来的能力。
影响阳离子交换能力的因素：
a.离子电荷数量的影响
在离子浓度柑同的悄况下，溶液中离子的电荷价越高，阳离子受胶体的吸附能力越人。
c.离子浓度
山于阳离f交换作用受质疑作用定律的支配，所以能力较弱的离子，如果冇较高的浓度，NH"、K*等，也可将交换能力强的Ca2\ Mg?+离子从土壤屮交换下來。所以根据这一原理，酸性土壤通过施用石灰，从而改良土壤酸性的II的。
（二）盐基饱和度
土壤胶体表面吸附的阳离子可以分为两种类型，一是盐基离子，如Na\ Ca2\ Mg2\ NH4+ 等，二是致酸离子，包括土壤胶体吸附的H+和A1" 离子。土壤的
交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数称为土壤盐基饱和度（简称BSP或BS）。盐基饱和
度>80%的土壤，一般认为是肥沃土壊。盐基饱和度在50%~80%为肥力中等的土壤。
盐基饱和度<50%的土壤被认为是肥力较低的土壤。一般说来，酸性土壤的盐基饱和度较低，而碱性土壤的盐基饱和度较高。
肥沃的土壤应该具冇较高的盐基饱和度。
（三）影响交换性阳离子有效度的因素
⑴离子饱和度指土壤吸附的某一种阳离子占阳离子交换量的百分数。离子饱和度越高，其被交换解吸的机会就越多，有效性也越高。同样数量的某种金属污染离子，分别对不同质地的土壤产生污染后，毒性也会不同，砂质土上的毒性人，粘质土上的毒性较小，原因是由丁砂质土对离子的吸附能力弱，其离子饱和度一般会比粘土的高。
（2）陪补离子土壤胶体表面总是同时吸附着多种交换性阳离子。对于被土壤胶体吸附的某一种阳离子來说，同时被吸附的其他阳离子都是它的陪补离子。陪补离子的交换力越强，其与土壤的结合越强, 越能提高上述某离了的冇效性。例如，吸附的离子为镉和铝离子的土壤屮，镉被植物吸收量就比土壤吸附镉和钠离子时的高。当用钱离子來代换土壤中吸附的镉离子时，前一?情况下就比后者容易代换些。
（3）粘土矿物类型不同类型的粘土矿物具冇不
同的品体构造特点，农面电荷数量和强度也不曲I
同，因而吸附阳离子的牢固程度也不同。在一?定的
盐基饱和度范围，蒙脱石类矿物吸附的阳离子一般位于晶层之间，吸附比较牢固，因而有效性较低。而高岭石类矿物吸附的WI离子通常位于晶格的外衣而，吸附力较弱，冇效性较高。
二、土壤的阴离子吸收作用
（一）阴离子吸收的机制
1、静电吸附：土壤带正电荷的胶体表面对阴离子的吸附。
以这种机制被吸附的阴离子，具冇交换性。
2、配位体交换吸附
指阴离了取代氧化物表面疑基而被吸附的过程。
这种吸附属于专性吸附。
能发生这种交换作用的阴离子主要冇F和含氧酸根离子。
可以发生在正电、负电或中性胶体表面。3、化学沉淀作用：
指阴离子与土壤矿物质形成沉淀的过程。
（二）阴离子的吸收强度
1＞被土壤强烈吸收的阴离子：
磷酸根、硅酸根和若干有机酸根（C2O42_）O 这类阴离子在土壤中常形成难溶沉淀。
2、吸附很弱或产生负吸附的阴离子：
所谓负吸附，指阴离子在土壤胶体表面的浓度低于土壤溶液屮的浓度的现彖。实际上指土壤胶体对阴离子的排斥现彖。土壤对C「，NO'的吸附通常较弱或产生负吸附。
3、中间类熨的阴离子：
指吸收强度介于上述两种的阴离子。
三、土壤吸附的环境意义
（一）影响重金属等污染元素的生物毒性土壤是重金屈元素的一个库。当外源重金屈进入土壤或河湖底泥时，易为土壤中的氧化物、水合物等胶体专性吸附所固定，对水体屮的重金属污染起到一定的净化作用，并对这些金属离子从土壤溶液向植物体内迁移和累积起一定的缓冲和调节作用。另一方面，专性吸附作用也给土壤带來潜在的污染危险。
（二）影响有机污染物的环境行为
山于土壤胶体特性影响农药等有机污染物在土壤环境中的转化过程，从而导致污染物的环境滞留等问题。进入土壤的农药等冇机污染物对被粘粒矿物吸附而失去其药性，而当条件改变时，乂可释放出来。
粘粒吸附阳离子态有机污染物的机制是离子交换作用。
第五章土壤物理性质及其环境意义第一节土壤结构与孔隙
一、土壤结构
（―）土壤结构的概念
土壤结构是土粒（单粒和复粒）互相排列、团聚
成一定形状和人小的土块或土团，它包含着土壤结构体和土壤结构性两个方而的含义。
（二）土壤结构的类型
1?块状结构和核状结构
块状结构近似立方体型，长、宽、高大体相等, 裂而核棱角不明显，形状不规则，衣面不平，可按大小再分为大块状（＞10 cm）、小块状结构（5 - 10 cm）、碎块状结构（0.5 ~ 5 cm）和碎屑状结构（＜0.5 cm）o冇机质缺乏瘠薄而粘匝的表土中多见块状与碎块状。土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。
2. 柱状结构和棱柱状结构
在结构体形成时沿纵轴排列，纵轴大于水平轴, 土体直立，边面不明显的称柱状结构，常出现于半干旱地带的心土和底土中，以柱状碱土的碱化层戢为典型。
形成边角明显的柱状体，叫做棱柱状结构，它常出现干湿交替明显的心底土中，表面有铁质、铭质胶膜，内部紧实。
3. 片状结构
土粒排列成片状，结构体的横轴人于纵轴，多出
现于冲积性土壤中。农田犁耕层、森林的灰化层、园林压实的土壤均属此类。老耕地的犁底层有片状结构，不利于通气透水，易造成土壤干旱，水土流失。
4. 团粒结构
团粒结构是指近似球形，疏松多孔的小团聚体，其粒径约为0.25- 10 mm,粒径v 0.25 mm 称为微团粒。生产中最理想团粒结构的粒径为2 ~ 3 mmo这种结构体在表土中出现，具有良好的物理性能，是肥沃土壤的结构形态。
冇团粒结构的土壤中，它能协调土壤水分和空气
的龙盾；能协调土壤养分的消耗和累积的孑盾；能调节土壤温度并改善土壤的温度状况；能改良土壤的可耕性，改善植物根系的生长伸长条件，被称为土壊肥力调节器，它在一定程度上标志着土壊肥力的水平。
（三）、团粒结构形成
1. 土壤因粒结构的形成过程
包括哆级团聚说”和“粘团说”两种。
（一）土壤孔隙性
1. 土壤孔隙性
土壤中土粒或团聚体Z间以及团聚体内
部的空隙叫做土壤孔隙
土壤孔隙性包括孔隙的数量、孔隙的大
小及其比例,土壤孔隙的数量用孔隙度或孔隙比表
示。
2. 土壤孔隙度与孔隙比
单位容积土壤中孔隙的容积占整个土体容积的
百分数称为土壤孔隙度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。
土壤孔隙度二（1-容重/比重）xioo%
孔隙比：它是土壤11'孔隙容积与土粒容积的比值。其值为1或稍大丁J为好。
土壤孔隙比=孔隙度/ （1 —孔隙度）
（二）、土壤相对质量密度（比重）和容重
1. 土壤相对质量密度（比重）是指单位容积的固
体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与同体枳水的质量
之比。
2. 土壤容Ht是指单位容积土壤体（包括粒间空隙）的烘干重，单位为g/cn?。土壤容重大体为 1.00-1.70g/cm3Z间，是土壤肥力的重要标志么一。
3. 土壤容重的应用
每亩或每公顷耕层土壤的重量，可以根据土壤容重来计算；同样，也可以根据容重计算在一?定面积上挖土或填土的重量。
w±=shp
式中：w±——土重
s ------ 面积
h——土层深度
P ------ 容重
如已知土壤容巫为1.15Vm3,4＜每亩耕层0-20cm的土重?
W 土 = 667x0.2".15=150t
所以，我们通常按每亩耕层土乖150t即150000kg 计算。
在土壤分析中,要推算出每亩土壤中水分、冇机质、养分和盐分含虽:等，可以根据土壤容巫计算作为灌溉、排水、施肥的依据；例如，已知土壤容重为1.15Vm3,冇机质含量为1%,则每亩耕层土壤有机质含量为：
150000kgx1/100=1500kg
（三）? 土壤孔隙类型
通常根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级：非活性孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。
1、非活性孔隙
（四）影响土壤孔性的因素及其调控
1. 内因（1）质地的影响。（2）结构的影响（3）冇机质的影响
2.外因
（1）增施冇机肥
（2）实行合理轮作
（3）合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏（4）土壤结构改良剂的应用
第二节土壤水分性质
土壤水分是土壤最为重耍的纽?成部分，它在土壤形成、七壤的演化过程中起到极为巫耍作用；水是土壤中一系列过程进行得媒介。
关于土壊水分的概念需要强调以下儿点：
（一）土壤水分并非纯水，而是溶解有各种有机无机物质的稀溶液。
（二）土壤水是指在105-1况下，从土壤中能够被
烘出来的水分总和。土壤水分不包含矿物晶架结构内的结晶水。测定土壤水分含挝时，烘箱温度必须控制在这个温度范围，直至烘至恒重。
（三）土壤水分均是來自于自然界降水、灌溉、或地卜-水的上升等，保蓄在土壤当中。
（四）土壤水与大气水、地表水、植物水、地下水处于平衡与交换状态，成为生态环境的主要影响因素。（-）土壤吸湿水（紧束缚水）
由固体土粒表面分子引力和静电引力，对空气中的水汽分子的吸附，紧密保持的水分称吸湿水。
土粒分子引力产生的表而能，其吸附力可达上力个大气压，所以，吸湿水不能被作物根系吸收。
土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度：i般土壤质地越粘重，冇机质含量越高，大气和对湿度越人，吸湿水的含量越高。
土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量称为吸湿系数，或称为最大吸湿量。
（二）膜状水（松束缚水）
土粒吸足吸湿水后，还冇剩余的吸引力，町吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒衣面，这种水分称为膜状水。
膜状水的性质利液态水相似，但粘滞性较高而溶解能力较小。膜状水移动缓慢，植物可利用的数量很少，仍然不能满足植物的需要。
当植物因根无法吸水而发生永久萎焉时的土壤含水量，称为菱蔦系数或菱蔦点。
膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量。
（三）毛管水
当土壤水分含量达到最人分子持水量时土壤水分就不再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的n 由水，这时靠土壤毛管孔隙的毛管引力保持，这些水分称为毛管水。
根据土层屮地下水与毛管水相连与否，可分为毛管悬着水和毛管上升水两类。
在地下水位很深的地区，降南或灌水等地而水进入土壤之后，借助毛管力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。
毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称出间持水量。m间持水量是确定灌水量的重要依据，是十分有用的水分常数。
山间持水量的大小，主耍受质地、有机质含量、结构、松紧状况等的彩响。
当土壤含水量降低到一定程度时，较粗毛管中悬着水的连续状态出现断裂，但细毛管中仍充满水，蒸发速率明显降低，此时土壤含水量称为毛管水断裂量。
地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称为毛管上升水。
毛管上升水达到最人量时土壤含水量称土壤毛管持水量。
从地下水血到毛管上升水所能到达的相对高度叫毛管水上升高度。毛管水上升的高度和速度与土壤孔隙的粗细有关。
毛管水上升高度对生产有重要意义，如果它能达到根系活动层，对作物源源不断利用地下水提供了有利条件。但是若地下水矿化度较高，盐分随水上升到根层，也极易引起土壤的次生盐渍化，危害作物。（四）重力水
当土壤水分超过田间持水疑时，多余的水分就受重力的作用沿土壤中的大孔隙向下移动，这种受重力支配的水叫重力水。植物能完全吸收重力水，但由于重力水很快就流失，因此利用率很低。
当土壤被垂力水所饱和，即土壤大小孔隙全部被水分充满时的土壤含水量称为饱和持水量，或称全箫水量或最大持水量。
（五）地下水
土壤上层的重力水流至下层遇到不透水层，积聚起來形成地卜-水，它是巫耍的水利资源。
在干旱条件下，土壤水分蒸发快，如地下水位过高，就会使水溶性盐类向上集中，使含盐屋増加到冇害程度，即所谓的盐渍化；在湿润地区，如地下水位过高，就会使土壤过湿，植物不能生长，冇机残休不能分解，这就是沼泽化。
三、土壤水分能态
（-）土壤水分能量观点产生的历史背景
Buckingham（H金汉姆）（1907）先捉出的应用能量理论和方法研究土壤水分问题。土壤水分能量概念的引入首先准确地农明了水分移动的方向一定是从口由能高出向口由能地处移动。
能有机械能、热能、化学能、电能等。对于土壤水分而言仅涉及机械能。
机械能-般冇两种
（1）动能
土壤水分移动速度非常慢，水分动能可以忽略不计。
（2）势能
衣达的是物质在不同力场小的一种做功的状态，
符合土壤水分问题，故人们借用此名词“?“土水
势”作为土壤水分的能量概念
（二）土水势（soil water potential）:
土水势（屮+）：从一已知高度的蓄水池中,把无限少量的纯水，在一个大气压下等温地和可逆地转移
到土壤屮的某一指定高度成为土壊水所必须作的功。
能量很难获得它的绝对值，儿乎都是和对而
言，这里需要一个标准状态一纯水池中的纯水作为参
照标准，并规定水势为零。进一步将水分在土壤中状
态进行分析会得出彩响土壤水分能量水平的因素，就
得到了许多分势。
土水势可以分为儿个分势：
基质势：由土粒分子吸水和毛管力作用下所降低的势能，是最主耍的土水势组成部分。
渗透势：土壤水中溶质所降低的势能，在一般土壤中忽略不计。
重力势：在淹水条件下，由于重力作用水向下
渗漏时产生。
压力势：压力势只有在饱和情况下才会有的，主要是连续水体的表现。水层越厚，受到压力势就大。
非饱和情况下,水体不连续，压力势最低,为零。土
水势是上述各分势的代数和。
（三）土壤水分能量学观点的优点
（四）、土壤水吸力
1、概念：土壤水承受一定吸力的情况下所处的能
态。
在概念上并不是土壤对水的吸力，但在实际应用中仍用土壤对水的吸力來农示。在数值上相当于土水势的基质分势和渗透分势。
2、表示单位：用压力作单位，即大气压或厘米水柱高；山于厘米水柱高数据太大，用起來不方便，这里采用了pF值，即用厘米水柱高的对数值來表示。
第三节土壤空气
一、土壤空气的组成
土壤空气与近地面大气成分近似但又冇其H己的特点:
（一）土壤空气中02的数量较大气为少，C02的数量较大气为多；
（二）土壤空气中水汽含量比大气高；
（三）土壤空气中含有少量还原性气体；
（四）土壤空气的组成不稳定；
（五）土壤空气存在的形态与人气不同；
二、土壤通气性
土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气的能力。
（一）土壤通气性机制
土壤空气与大气交换的机制有二：
一是气体对流，二是气体扩散
第四节土壤热性质
一、土壤热量的来源
1. 太阳的辐射能
土壤热量的最基木來源是太阳的辐射能。
2. 生物热
3?地球内热
二、土壤热性质
土壤接受热量后，土温升降的速率及变化幅度主要决定于土壤的热性质，土壤的热性质主要包括热容量、导热性与导温性。
1. 土壤热容量
单位巫量或单位体积的土埋，温度每升高或降低1K时所吸收或放出热量的焦耳数叫做土壤热容量。
以重量为土壤计量单位时，叫重量热容量，用C 表示，单位为J/Kg K。用容积为土壤计量单位时, 叫容积热容量,用Cv表示,单位为Jrr?/K,换算: Cv=Cxp 影响土壤热容量大小的因索主要为土壤含水量第八草
土壤分类及其与环境条件的关系
第一节土壤分类
一、土壤分类的目的和意义
土壤分类是根据土壤发生所表现的特征对土壤类型所作的科学区分。
土壤分类是认识和管理土壤的工具，是进行土壤调杳和制图、七地评价、土地利用规划和制定农业区划的基础。
通过土壤分类，为合理利用、改良土壤、保护生态环境服务。
二、中国土壤分类
（一）分类思想
中国土壤分类系统的指导思想核心是：每一个土壤类型都是在各成土因素的综合作用下，山特定的主要成土过程所产生，且具冇一定的土壤剖浙形态和理化性状的土壤。因此，在鉴别土壤和分类时, 比较注重将成土条件、土壤剖面性状和成土过程相结合而进行全面研究。
（二）分类原则
■ 11国土壤发生分类系统从上至下共设土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种七级分类单元。
1 ?土纲
土纲是土壤分类的最高级单元，是土类共性的归纳，其划分突出土壤的形成过程、属性的某些共性以及重大坏境因索对土壤发牛性状的影响。
2 ?亚纲
亚纲是在土纲范围内，根据土壤现实的水热条件划分，反映了控制现代成土过程的成土条件，它们对于植物生长和种植制度也起着控制性作用。
3. 土类
土类是基本分类单?元。土类之间的差别，无论在成土条件、成土过程方面，还是在土壤性质方面, 都具有质的差别。如砖红壤土类等。
4 ?亚类
亚类是在同一土类范围内，由于其发育阶段不同，或为土类之间的过渡类型；或在主导成土过程以外，尚有一个附加的成土过程。如黄色砖红壤等。
5 ?土属
土属是一个基层分类单元。其划分主要根据成土母质的类型与岩性，区域水文控制的盐分类型等地方性因素进行划分。
6 ?土种
土种也是基层分类单元。主要根据土壤剖ifii构型
和发育程度來划分。如山地土壤根据土层厚度，分为薄层（＜30cm）、中层（30~60cm）和厚层（＞60cm）3 个土种。
7 ?变种
是土种范围内的变化，一般以表土层或耕作层的某些差界來划分，如表土层质地、砾石含量等，对于土壤耕作影响大。
第二节中国土壤分布特点
（一）土壤水平分布规律我国东部大陆上，土壤水平带山北向南顺次排列着：漂灰土——暗棕壤——棕壤、褐土——黄棕壤——黄壤、红壤——赤红壤——砖红壤。
我国人陆由东向西部人陆内部的人气湿度渐减，干燥度渐增，北部温带的水平土壤带由东向西依次为：暗棕壤—黑土一黑钙土—栗钙土—榇钙土——灰漠土——漠境土壤。
土壤乖玄分布规律是指土壤随着地形高度的升高（或降低）依次地、有规律地、相应于生物气候带的变化而变化的规律。
山地土壤垂直分布规律収决于山体所在的地理位置（基带）的生物气候特点，以及
山体的迎风而与背风而的气候。
第三节中国主要土壤类型
一、富铁土与铁铝土土纲二、淋溶土土纲三、維形土土纲四、均腐土土纲五、人为土土纲六、盐成土土纲
第七章
土壤圈元素循环与环境效应
第一节土壤圈中碳的循环与环境效应
（一）概述
碳是一种很常见的元索，它存在丁?自然界中，是煤、石汕、沥青、石灰石和其它碳酸盐以及一切有机化合物的主要成分
碳元素的存在状态冇碳酸盐、C02和冇机化合物等。土壤有机碳库为1.5x1019 ~2x1019, 土壤无机碳库为0.7灯019?IQO%屮国土壤总碳库的佔计为110x1016o
碳是构成-?切生命体的基木成分，碳是占生物体干重比例最多的一种元素，碳在生命过程中占有特殊地位。
（二）土壤圈碳的循环
1 .土壤中碳的形态
（1）无机态碳：CO2和碳酸盐（2）有机态碳：土壤有机态碳包括尚体形态、生物形态和溶解态。2. 土壤中碳的迁移转化
地球环境系统中的碳素循环过程主要包括：生物的同化和界化作用，主要是植物的光合作用和生物的呼吸作用；
大气圈与水圈（特别是海洋）之间的交换过程;
大气圈与土壤圈及陆地生物圈Z间的交换过程；水圈Z中的碳酸盐沉积过程。
碳索在各类牛?物的作用F,在有机态和无机态之间不断发生转化和循环，借以保持口然界生态系统平衡。
土壤和陆地生态系统普遍存在CO2—冇机碳一碳酸钙三和不平衡系统，在不同生态系统条件下，植物同化作用固定的有机碳储存于土壤有机碳中, 这是陆地生态系统主要的碳汇途径。此外，通过土壤一水系统的移动以形式向海洋沉积系统迁移和沉淀成为土壤无机碳碳酸盐。
土壤碳转移是地球农层系统碳循环的重要控制途径。七壤释放的CO2是土壤对人气CO2源效应的
主要途径，历史上土壤碳转移的趋势主要农现为源效应的增强。
土壤对大气CO2的汇效应可通过以下两种主要途径实现：土壤地球化学系统对CO2的吸收和土壤冇机碳积累。
牛?物量建造、土壤的改良和恢复、全球沙漠化控制、农业生态系统管理及作物育种方面的革新也将冇助于土壤碳固存。
干旱胁迫、低磷胁迫均会表现为促进土壤碳的释放，环境污染特别是目益加剧的酸沉降和土壤m金属污染可能促进土壤碳的分解损失。
（三）碳的环境效应
1. 对环境的影响
2. 对植物的影响
C02是植物光合作用的重耍原料。
C02浓度大小直接影响植物生长发冇状况。
3. 对动物和人的影响
碳是构成动物和人机体的主要成分。
另一方而，碳乂以二氧化碳、有机物等形式排放到环境中去。
高排放及其引起的气候变暖也会影响人类健康，诱发哮喘、过敏及其它代谢、呼吸、心血管疾病。第二节土壤圈中氮的循环与环境效应
（一）概述
氮是地球环境系统中常见的化学元素，在大气中的含
疑高达75.51% ,而在地壳中的含最仅为0.002%。
土壤全氮含量是土壤小各种形态氮素含量Z和，包括有机态氮和无机态氮。
我国自然植被下土壤表层的全氮含量,口东向西，土
壤全氮含量逐渐减少。
山北向南，随温度的増高，分解速率的増人远胜于植物工物量的増多，土壤全氮含量降低，而由黄棕壤再向南至红埋、砖红壤，可能由于植物牛?物量的增大更甚于分解速率的增高，含量乂逐渐升高。
高山地带，山于金年大部分时间处于冰冻条件下，虽然植物生长量很低，但分解速率更低，因此，在长期的成土过程中，土壤也积累了较多的氮素。
（二）土壤圈中氮的循环
1?土境氮的形态
（1）无机态氮：土壤无机态氮包括较态氮、硝态
氮等。钱态氮可分为土壤溶液中的镀，交换性镀和粘土矿物固定态馋。交换性馁、土壤溶液中的馁及硝态氮总称速效态氮，是植物氮索的直接來源。
（2）有机态氮
土壤冇机态氮的组成较为复杂，已分离罄定出的含氮化介物单体冇：氨基酸、氨基糖、嚟吟、卩密陀以及微量存在的叶绿素及其衍生物、磷酯、各种胺、维生素等。
在土壤中，它们与其它冇机质或粘土矿物相结合，或与多价阳离子形成复合体，还冇一小部分存在于生物体中，绝人多数有机态氮存在于土壤固和中，只有很少量的存在于土壤液相中。
土壤有机态氮中的大部分较难以分解，只有少最存在于土壤中活的或死的生物体中的冇机态氮较易于分解，从而被植物吸收利用。在作物生长过程中，通过有机态氮矿化作用释放出來的氮是作物重耍的氮索来源，因此,土壤有机态氮在作物氮素营养中起着很大
的作用。
2 ?土壤中氮的迁移转化
由于氮元素在不同的环境条件下以不同形态存在，故氮素的生物地球化学循环过程非常复杂。每年都有大量的氮元素被投入到农业牛?态系统中，其中有大量的氮索从农山土壤中流失并引发了诸多的生态环境问题，如内陆水体和沿海水域的富营养化，以及农产品和饮用水中硝态氮浓度增鬲都会危害人群的健鹿，如果含氮化合物扩散到平流层中也会导致臭氧层破坏。地球环境系统中的氮素循环过程主耍包插：氮素输入、氮素存留与转化、生物吸收、生物归还、氮素失散。
（1）土壤氮的來源
土壤中的氮索來源除施入的化学氮肥和有机肥外，还包括生物固氮，灌溉以及降水等带入的氮。化学氮肥是农IH 土壤氮素的重要输入项之一。
冇机肥的主要來源是人畜粪來，其次是秸秆、饼肥、绿肥和污水污泥等。施用冇机肥不仅能为作物提供氮、磷、钾和微量元索养分，而且能增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤肥力。
生物固氮主要有共生固氮作用、自生固氮作用和联合I 古I氮作用三种类型。
降水中的氮主耍是钱和硝酸盐，以及微量的亚硝酸盐和有机态氮。以大气圈中雷电作用、光化学作用等形成，通过降水过程进入土壤。
氮进入土壤后冇三个去向，一部分被当季作物吸收利用，一部分残留于土壤中，另--部分则离开土壤-作物系统而损失。
（2）土壤氮的运转
土壤中的氮索通过生物化学的、物理化学的、物理的和化学的作用不断发生着形态的变化，即氮素的转化。氮素的矿化与生物固持作丿IJ是土壤有机态氨的矿
化及无机态氨的生物固持作川的简称，是土壊中不断进行的两个方向相反的生物化学过程。
硝化作用是土壤中的馋在微生物的作用下氧化为硝酸盐的作用。反硝化作用是硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态氮（分子态氮和氮氧化物）的作用过程。
山于钱离子的大小与四面体片上的六个氧围成的复三角网眼的大小很接近，而且与晶片上负电荷的静电引力乂人于其水化能，因而易脱去水化膜进入网眼中而被固定，称为彼的粘土矿物固定。
钱的吸附和解吸指上壤液相中的钱被上壤颗粒农面的吸附，以及吸附态的鞍自土壊颗粒表面的解吸而进入液相，是鞍在土壤固相和液相之间的一种平衡。（3）土壤氮的损失
氮素的损失途径主耍有反硝化、氨挥发、淋溶和径流等途径。在多数情况下，反硝化和氨挥发是主耍的损失途径。
（三）氮的环境效应
土壤氮素通过地农径流或者土壤侵蚀向水圈的失散过程，会引发一系列的生态环境问题。
过量氮索进入地表水体会引发水体富营养化导致水生生态系统朋溃。
土壤氮素向大气圈逸散，一是通过氨的挥发，二是土壤中的反硝化过程。
20在大气圈的平流层中与和互作用使其被消耗，增
加到达地农的紫外辎射;N2O还是-?种温室气体, 可使“温室效应”加剧。
石油燃烧与化学工业排放的大量氮氧化物，可以在人气中发生多种光化学反应，造成严重的光化学烟雾型大气污染。氮氧化物在人气圈中经过光化学氧化还可以形成硝酸微粒遇雨滴结合形成酸南。
2. 对植物的影响
植物需要多种营养元素，而氮素尤为重要。一般情况下，氮都是限制植物生长和形成产量的首要因索。氮是作物体内许多重要有机化合物的组分。氮索过量会岀现植物营养生长过度，果实产量也随若下降；或者导致糖类植物产糖量降低；也可能使呆实品质变劣。
3. 对动物和人的影响
饲料中过量的硝酸盐会引起动物中毒受害，而这种危害是在饲料中的硝酸盐转化为亚硝酸盐后才表现出來的，所以确切地说应为亚硝酸盐中毒。
人体摄入硝酸盐、亚硝酸盐后，亚硝酸在人体内经过-?系列生物化学过程可进一步形成亚硝胺。亚硝胺具有致癌、致畸、致突变作用。
第三节土壤圈中硫的循环与环境效应
（一）概述
硫是地壳中含量垠丰富的元素么一，地壳中平均含量估计在0.06%?0.10%。
我国南方，因高温多雨，土壤硫易分解淋失，是缺硫土壤的主要分布区。
北方土壤也冇相当人比例的土壤存在缺硫或潜在缺硫现象。
（二）土壤圈中硫的循环
1 ?土壤中硫的形态
土壤中含硫化介物可分为无机态和冇机态两种。
无机硫是指未与碳结合的含硫物质。（1）水溶性硫（2）吸附态硫（3）硫酸盐（4）硫化物
有机硫是指土壤中与碳结合的含硫物质。其主要来源是：（1）新鲜的动植物残体；（2）微生物合成过程中的副产品;（3）土壤腐殖质
2 ?土壤中硫的迁移转化
（三）硫的环境效应
1 ?硫对大气环境的影响
进入大气中的硫化物主要來源包括土壤中的气态硫化物，包括硫化氢、硫氧化碳、二氧化硫及二硫化碳等。
二氧化硫是研究较多的含硫“体，它是大气酸沉降的主要来源。在大气中易氧化转化成硫酸或硫酸盐。
我国大气酸沉降的主要成分中70%?90%是硫酸和
硫酸盐，大气的酸化和酸沉降的增加是当前人类面临的重人环境污染问题z—。
2. 硫对土壤酸化的影响
硫对土壤环境的污染，首先是酸化土壤。土壤酸化—般山表土向心土和底土层发展，并与酸雨浓度、数量及持续时间成正相关。
酸雨在使土壤酸度提高的同时也使土壤中重金属元素的活性增人，对环境造成严重的污染。
3. 对植物的影响
硫是植物生长必需的矿质营养元素之一，属中最营养元素。几乎所冇的蛋白质都含冇硫氨基酸。缺硫时可引起作物体内蛋白质合成受阻。
硫营养在许多植物上均可改善农产品品质。
4. 对人和动物的影响
硫对人和动物是非帘乖要的元素，含硫氨基酸在蛋白质结构中具有举足轻重的作用。
由于硫元素在蛋H质结构和稱的活性中所起的重要作用，它儿乎参与所有的机体代谢过程，除了它在蛋白质中的角色，硫元素作为维生素如硫胺素和生物素的组成元素也参与其它代谢过程。
此外，以硫酸根形式存在的硫离子在有害物质从尿液排岀前的脱毒代谢过程中起着重耍作川。
第四节磷的循环与环境效应
（一）概述
地球环境系统屮的磷元素儿乎全部以化合物形式存在，无游离态磷存在。无机含磷化合物主耍存在于岩石圈上部、土壤圈和水圈之中。有机含磷化合物多属于蛋口质类物质，主要存在于生物圈、土壊圈和水圈的生物代谢产:物之中。而大气圈中磷的含量较低。
我国土壤全磷含量随风化程度增加而减少。这表现在从北向南土壤全磷含量有减少趋向。从广泛范围來看，我国土壤全磷含最冇明显的从北向南减少倾向，但是由于耕作施肥等的影响，土壤全磷含量变幅不人。
梢物体的含磷量相差很人，有机态磷主耍以核酸、磷脂和植索等形态存在；无机态磷主耍以钙、镁、钾的磷酸盐形态存在。在植物体内均冇雨要作用。
（二）土壤圈中磷的循环
1 .土壤中磷的形态
（1）土壤中的无机态磷：土壤中的无机磷是土壤
磷的主体，在i般情况下，可占旱地土壤全磷量的70%以上。
（2）土壤有机磷：土壤中的有机磷化合物一般可
区分为三类，即肌醇磷酸盐、核酸和磷脂。
2.土壤中磷的迁移转化
地球坏境系统中磷索循坏属丁?典型的沉积循环，其基本过程包括：岩石圈农层及上壤中的磷酸盐被风化、迁移转化、淋溶流失就会进入水圈然后再沉积形成磷酸盐。在土壤生态系统屮磷素在各类生物的作用下，在无机磷与冇机磷间不断地发生转化与循环，借以保持土壤牛态系统中磷素的平衡。
土壤对磷有固定作川，这主耍是因为磷进入土壤后进行着两方面的反应：一个是磷化合物的沉淀作用，另一个是磷的吸附作用。
土壤磷的解吸作用是磷的释放作用的重要机理Z 一，它是磷从土壤固相向液相转移的过程。土壤溶液中磷的浓度通常很低，以致无法满足植物生长对磷的需要，大部分的磷上要靠吸附态磷的解吸供应。
竞争吸附也是磷素释放的重要途径。凡是能进行阴离子吸附作用的阴离子，在理论上都可与磷酸根有竞争吸附作用，这会导致不同程度的吸附态磷的解吸。（三）磷的环境效应
水体富背养化是指氮磷等背养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，仍类及其他工物人量死亡的现彖。在H然条件下，这种过裡非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富背养化则可以在短时间内出现。
水体是否产生富营养化，决定于水中氮和磷的浓度。水休中磷的來源主要是农业來源的污染。磷进入水体的途径，一个是通过径流进入地表水，一个是农山磷通过渗漏进入地下水。磷通过径流进入水体是水体富营养化的主要因素。
2. 磷肥施用中的重金属污染
由于磷矿中含冇少量镉及其他重金属，在磷肥加工过程中，一般有60%?95%的这些巫金屈会转移到磷
肥中。长期施用磷肥会使镉在土壤中积累。镉在土壤中不能为生物分解，所以在土壤中积累，而且会通过土壤进入人类的食物链。
3. 对植物的影响
磷是形成细胞核蛋白、卵磷脂等不可缺少的元索。
磷元索能加速细胞分裂，促使植物根系和地上部加快生长，促进花芽分化，提早成熟，提高果实品质。植物缺磷的症状常首先出现在老叶,从较老叶片开始向上扩展；从植物长相上看，常表现为生长迟缓, 植株矮小，结实状况差，严重缺磷时，植株儿乎停止生长。
第五节土壤圈中铝的循环与环境效应
（一）概述
铝在地壳和土壤中的含量仅次于氧和硅，是.土壤中含量最丰富的金属元素，约占地壳总量的7.1%…在自然界中，铝通常以难溶性的硅酸盐或氧化铝的形式存在于一系列含铝矿物中，如长石、云母、绿泥石、蒙脱石、高岭石和三水铝石等。
植物住长过程时会吸收铝，不过蔬菜、水來铝含量极低，大多在0.5?5.0mg/kg“
（二）土壤圈中铝的循环
1 ?土壤中铝的形态
一般来说，土壤中的铝主要以铝硅酸盐和铝的氢氧化物存在。
在土壤溶液中铝与其它元素以及一定量的有机质形成复杂的混合物和化合物，使土壤体系中铝的形态十分复杂。
土壤屮的铝主要的化学形态是：1）水溶性铝。（2）交换性铝（3）活性疑基铝（4）有机络合态铝一般来说，土壤交换性铝、土壤水溶性铝是土壤高活性铝，对植物生长的影响最大，是导致植物铝中毒最主要的原因。而冇机络介态铝的形成则増加了铝在土壤中的移动性，也降低了铝对生物的毒性。
2?土壤中铝的迁移转化
铝是原生矿物和次生矿物的风化产物，可以通过化学的和生物化学的风化过程从矿物中释放到土壤和水体环境中。人为和天然酸性物质对含铝矿物的溶蚀作用，也可使土壤和水体环境中的沉积物和悬浮物解体而群放出交换性铝，形成有机络合态铝，再由地表水和地下水带入江河湖泊，从而造成环境的酸化和污染。
铝离子具冇两性化学特征，当岩矿、土壤和水体底泥中釋放出來的铝离子溶解在溶液中时，首先生成水合铝络合离子。水合铝络合离子在土壤溶液和水体中会发生一系列水解反应，释放氢质子而导致上壤溶液降低。
（三）铝的环境效应
1. 对植物的影响
铝可以在梢.物体内移动，但移动性很小。
植物根系吸收的铝主耍积累在根部，只有极少量的铝被转移至地上部分，茎叶中铝的含量均很少。
但一般而言，铝是一种非营养性元素，植物体内的铝通过抑制冇丝分裂与的介成，破坏膜的结构和功能，影响酶的活性，阻碍离子通道等对植物产生吉接的毒
性或引起间接的牛理障碍作用。
由于植物吸收的铝主耍分布在根内，因此铝毒症状首先表现在根系上，而Ji?对根的伤害最为严重。
2?铝毒与酸雨、土壤酸化的关系酸雨、土壤酸化与
铝毒三者是密切相关的。
酸属促进七壤酸化，可导致铝人量溶解和流失，继而产生铝毒祸害。
第六节土壤圈中稀土元素的循环与环境效应
（-）概述
稀土元素是指元素周期衣IIIB族中原子序数为21、
39和57?71的17种化学元索的统称，包括铳、
铠、澜、饰、倂、敛、钮、侈、钳、札、轼、爾、秋、餌、铉、德、tto其中原子序数为57?71的15种化学元素又统称为锚系元素。通常把锚、饰、借、蚀:、铤、侈、侑称为轻稀土；轧、钮、锚、狄、
钾、饭、德、钳、化称为重稀土。屮国的稀土资源十分丰富, 有开采价值的储量占世界第一位。
土壤屮稀土的含量因成土母质和成土过程而异，呈一定的生物气候带分布持征。
我国土壤中稀土的总量为190mg/kg左右。南方土壤中稀土含量较高，北方土壤次之，西北干旱区土壤较低。总的趋势是由南到北和从东向西逐渐降低…（二）土壤圈中稀土元素的循环
1 ?土壤中稀土元素的形态
（1）水溶态：含量一般很低。（2）交换态。（3）碳酸盐结合态（4）有机态（专性吸附态）。（5）铁猛结合态（6）残渣态
2. 土壤中稀土元素的迁移转化
稀土在土壤中的迁移首先受稀土在土壤固液界面吸附与解吸的制约，开始稀土大部分吸附在土壤的表层，此后稀土在土壤小迁移、转化，其迁移与其它金属一样因土壤的纽?成以及基本理化性质不同而存在很人的差界，而转化更多的受环境条件的影响。
影响稀土在土壤中迁移的环境因素冇：土壊的Eh、PH、离子交换、络合作用等。另外，土壤水分、质地、温度、土壤衣面特性、伴随离子及冇机质，以及牛物因素諸如作物种类、生育期等对稀?土元索吸收差异引起的迁移条件的改变等，也影响稀土的迁移。外源稀土进入士壤后，随着时间增加，交换态迅速下降；碳酸盐结介态的变化与交换态基本相同，但下降幅度小；铁猛氧化物结合态先微弱上升，然后下降；有机结合态先稳定，然后逐步升高；残滋态相对稳定。进入土壤的外源稀七元素绝大部分在很短的时间内被土壤吸附固定，只冇很少的一部分以离子形态、可溶性的冇机无机络合态存在于土壤溶液中，可被植物直接吸收利用，在一定的环境条件下有向下迁移的趋势。
被吸附固定的稀土在一定条件下，可以解吸下來进入土壤溶液中，除一部分被植物吸收利用和向下迁移外，另一部分逐渐转化成其他的形态存在于土壤固和中，主要积累在表层土壤中。
（三）稀土元素的环境效应
对植物的影响：植物中的稀土來自土壤，其含量主要受环境和遗传因素制约。
稀土微肥具冇促进农作物增产的作用。
彩响植物根的分化：
随看环境的污染加剧，植物体可以吸收稀土元素，并可使稀土元素在植物体内积累，产生危害。第七节土壤圈中镉的循环与环境效应地壳中镉的含量很低，是相对稀少的金屈；-?般与锌矿共生，其背景值为
0.15mg/kge
未污染的大气和水体中，镉含量是很低的。
通常情况下，植物中镉含量都很低，不超过
1mg/kg；但某些特殊植物吸收镉的能力很强，其叶部含量可高达1200mg/kgo
（二）土壤圈中镉的循环
土壤镉污染的主要來源是采矿、选矿、冇色金属冶
炼、屯镀、合金制造以及玻璃、陶瓷、油漆和颜料等行业生产过程排放的“三废”物质。污水灌溉也是外源镉进入土壤的主耍途径。
1 ?土壤中镉的形态
镉的形态可分为水溶态、町交换态、碳酸盐结介态、
铁谥氧化物结合态、冇机物结合态、残渣态。镉有两种常见价态，0价和+2价，镉在土壤中只能以二价简单离子或简单配位离子的形式存在于土壤溶液中。
2 .土壤中镉的迁移转化
含镉的岩石风化产物一部分进入地农水和地下水。含镉矿在冶炼过程中，镉主要通过挥发作用、冲刷溶解作用释放到环境中去。
土壤中镉的形态与腐殖质的络合特性有关。
土壤中镉的迁移性受PH值的彩响。镉在土壤中的迁移转化还受Eh值的影响。
由于农层土壤对镉的吸附和化学固定，使土壤中镉的分布集中于绘表层儿厘米内。
镉迁岀率随土壤质地变粗而增大，随PH值和土壤有机质含量增大而降低。
（三）镉的环境效应
对植物的影响
镉被作物吸收后，可使叶绿索结构遭到破坏，叶绿素含量降低，叶片发黄、褪绿，叶脉间呈褐色斑纹。镉也可以影响淀粉酶的活性,影响细胞膜的通透性，对植物细胞膜也冇严重的破坏作用。
镉既可能与氨基酸、蛋H质和结合而对其合成发生直接作用，乂可能通过干扰蛋白质合成系统的镁和钾，对其合成发生间接作用。
作物吸收的镉上要积累在根部。
第八节土壤圈中铅的循环与环境效应
（-）概述
铅是地壳的组成成分之一，地壳中的含疑约为
13mg/kgo
（二）土壤圈中铅的循环
土壤铅污染主耍来源于矿山、蓄电池厂、电镀厂、合金厂、涂料厂等排出的“三废”物质以及汽车排岀的废气和农业上施用的含铅农药（如神酸铅等）。污水灌溉也是外源铅进入土壤的主要途径。
1 ?土壤中铅的形态
土壤中铅的化学形态分为：水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁镒氧化物结合态、有机结合态、残渣态。
水溶态铅和交换态铅毒性较大，前者含量极微，故常包含在交换态中一起测定。土壤中残渣态（毒性低）铅约占总铅35%?75%。有机态和铁钮氧化物态铅
也较丰富。
2 ?土壤中铅的迁移转化
铅进入土壤时，可以有卤化物形态存在。但它们很可能转化为难溶性化合物，使得铅的迁移性和对植物的有效性都降低。当土壤PH值降低时，部分被固定的铅可以释放出来，土壤中的特别明显。
铅可以被上壤复合体阳离子交换吸附。被吸附的程度取决于土壤的负电性、铅的离子势、以及己在交换性复合体上的离子的离子势。随着土壤的氧化还原电位的升高，土壤中可溶性铅的含量降低。在酸性土壤可溶性铅含量较高，在碱性土壤中含量较低。
铅从土壤中向植物根系的迁移主要是决定于土壤溶液中的铅离子。植物吸收的铅，绝大部分积累于根部，转移到茎叶中的很冇限。
（三）铅的环境效应
对植物的影响
植物受铅污染的危害可山植物所附若的污染土壤以及大气污染引起。植物根系的生长介质中存在过多的铅时，对根系直接产生毒害作用，抑制根系生长，导致
根系牛?物虽:和体积下降。影响对猛、锌的吸收，
而且铅含量越高，占据的位点越多，镒、锌的吸收就
越少，含量就越低。
土壤圈中汞的循环与环境效应
（一）概述
地壳中的平均含汞量为80pg/mg。
从总体上来说，北方土壤含汞量低，变幅较小，南方
土壤含量高，变幅较大。土壤屮的含汞量与成土母
质、成土过程、污染程度等有关。
（二）土壤圈中汞的循环自然界的岩石及土壤中都
含冇微罐汞。煤和右油燃烧以及制造水泥焙烧矿石等
过程中，燃料和矿石中的汞可蒸发到空气中，而后再
沉降至地面并进入到土壤中。当前，污染坏境的汞主
耍來自使用或生产汞的企业（仪表、电器、机械、氯
碱化工、塑料、医药、适纸、电镀、汞冶炼等）所排
放的"三废”，农业生产过程屮曾经使用过的冇机汞
农药?也是其重要來源。
1. 土壤中汞的形态
土壤中汞的存在形态主耍分为三大类：（1）金屈汞（2）无机化合态汞（3）有机化合态汞
2 ?汞在土壤中的迁移转化
汞从岩石中释放出來，其中一部分进入土壤而使局部地区土壤含汞量较高。进入土壤厉，被生长在土壤上的植物吸收到体内。汞亦可挥发而进入大气层。随废水排放到水体屮的汞，立刻在适直的地方进行沉淀，使沉积物的汞含量迅速提高。
土壤屮的汞人都以金属汞、无机汞（磷酸汞、醋酸汞和硫化汞）和有机汞的形式存在。土壤类型不同, 汞的形态也不同。土壤腐殖质和粘土矿物对汞的吸附固定作用强烈，在较低时，汞多被腐殖质螯合或吸附，随升高则主要为粘土矿物所吸附。
汞在土壤中的存在形态还与所处的土壤条件密切相关。在还原条件下，二价汞可以被还原为单质汞。而在存在的强还原条件下，二价汞则生成极难溶的硫化汞。在氧化条件下，硫化汞乂可慢慢地被氧化为亚硫酸汞和硫酸汞。
（三）汞的环境效应
1. 对植物的影响
一般來说，存在于土壤中的低剂量汞会促进梢物的生长和发育，并不产生危害作用。
当土壤中汞含量达25?50mg/kg时，才会使农作物的
生长发育受到危害。
土壤屮汞对植物的危害，主要是使根功能受到伤害，进而抑制植物的生长及阻碍梢物根对营养成分的吸收作川。当根受到汞毒害后，形态扭Illi,呈褐色，有锈斑，根系发育不良；相应的，地上部分的生长发育也受到影响，叶子发黄，植株烏度变矮，冇的其至枯萎死亡。
铅的循环与环境效应
（-）概述
钻在地壳中的平均含制:为260mg/kg。
（二）土壤圈中锯的循环
钻是-?种在H然界广泛存在的重金属，含偌矿物宅要仃珞铁矿、珞铅矿和硫珞矿等。污染环境的铠主要來自冶金、机械、电镀、制革、医药、染料、化工、纺织、橡胶、船舶等工业所排放的“三废”。
1 .土壤中馅的形态
（1）水溶性锯（2）吸附性铅（3）难溶性锯
2 ?土壤中锯的迁移转化
倂在土壤中仍然以正三价和正六价两种价态存在，其中以Cr3+为最稳定，因为在土壤中最常见的氧化还原电位范围内，Cr6+都可以迅速还原为
Cr3+。
环境中的胶体对三价珞冇强烈的吸附作用。土壤胶体对钻的强吸附作用是使土壤中钻的迁移能力降低的原因Z—。三价馅在地下水中极不稳定，易以沉淀利吸附两种形式积累到土壤中，其量的多少取决于水一土体系中的PH值。
离子态珞在土壤中的迁移转化情况，与土壤PH、Eh、冇机质含量、无机胶体组成、土壤质地及其它化合物的存在冇关。
我国北方地区粘粒矿物纽成以伊利石为主，这些土壤对六价辂的吸附能力相对较弱。
南方红壤的粘粒矿物组成以高岭石为主，并含有大量带正电荷的恢、铝氧化物凝胶，所以对六价倂的吸附能力较强。
土壤有机质可使六价馅还原成三价馅，PH和Eh是影响辂离子的迁移和转化的条件。不同的有机物质,在不同的PH条件下，对六价铅的还原能力随着值的提高而降低。因此增施有机肥，调节土壤酸碱度，可减轻六价钻的危害。
（三）铅的生态效应
对植物的影响
锯不是植物的必需元素。但微量锯对某些植物的生长冇促进作用。珞能提高植物体内一系列悔的活性，并增加叶绿素、冇机酸、痢萄糖和果糖的含量。但当植物体内馅含量超过一定限度时，就耍影响作物的牛长，表现出毒性。
（二）土壤圈中碎的循环
土壤碑污染主要来源于神矿的开采、含耐I矿石的冶炼以及皮革、颜料、农药、造纸、橡胶、纺织等行业所排放的“三废”。此外，含碑农药和猪场粪便的使用也是造成土壤神污染的原因之/一。
1?土壤中碑的形态
土壤中的伸常呈三价和五价两种价态，前者多见于水田,后者多见于旱地。自然界中的碑与磷的性质十分和似，以含氧酸根的形式与金属离子化合成盐，其中碱金属盐类溶于水，碱土金属盐类难溶于水，重金属及铝、铁盐类一般则不溶于水。
根据化学浸提剂不同，可对土壤中的砌进行分组；一般将土壤中的帥分为水溶性及代换性神、酸溶性确和难溶态碑三种形态。水溶性脚和代换性砂是植物吸收的有效形态。土壤中水溶性砂含量较低，一般仅占全碑的5%?10%,代换吸附态碑占土壤总神量的0?20%。
土壤对神的吸附能力主耍决定于土壤中粘土矿物和有机胶体的数量。根据土壤中铁铝氧化物含量不同，我国土壤对砂的吸附能力的顺序为红壊〉砖红壤〉黄棕壤〉黑土〉碱土〉黄土。
2. 土壤中碎的迁移转化
十壤中溶解态、吸附态以及难溶态神Z间的相对含量与土壤的PH、Eh关系密切。随着PH、Eh 升高和下降,土壤中耐啲可溶解性显著提高。
山于土壤屮的碑酸和亚碑酸相对数量随氧化还原电位的变化而相互转化，旱地土壤呈氧化条件，人部分神化物以帥酸形式存在。水田土壤呈还原状态，随若氧化述原电位的下降，砂酸转化为亚础酸, 碑的可溶性
提高,神的危害可能性增加,而且亚确酸（三价）对作物毒性也比碑酸强。
微工物对碑化合物在土壤屮的转化冇重要作用。人们已经发现一种称为神霉的短青霉或短帀霉的微生物，能使无机砂化物转化为有机态砂。
（三）碎的环境效应
对植物的影响
碑不是植物营养的必需元素，但低浓度的砕对植物冇刺激作用。当摄入过量呻时，植物就会受害。植物受神害的症状首先表现在叶子上，其次是根部的伸长受