第四章土壤
土壤学第四章-土壤酸碱性和氧化还原反应
H2O+HC+O2
CO2很重要
②Na2CO3的水解
来源：a.矿物Na与H2CO3形成
b.矿物风化形成Na2SiO3与H2CO3作用形成
c.水溶性Na盐（NaCl,Na2SO4）与CaCO3
共存形成
2NaCl+CaCO3 CaCl2+Na2CO3
③ 交换性Na的水解：碱化土的一个重要指标
Na++H2O
三.土壤对氧化还原的缓冲性
第四节 土壤酸碱性和氧化还原性与生物环境
一.生物对土壤酸碱性、氧化还原性的适应
1.对土壤酸碱性的适应： 不同植物对土壤酸碱性的要求不同——这是自 然选择的结果，大多数植物适于生长在中性至微碱 性土壤上，但有些植物：
茶、映山红——酸性指示植物， 盐嵩、碱蓬——碱性指示植物
2.对氧化还原性的要求： 旱作植物要求 Eh在400—700mv（特别注意
15—20%为强度碱化土壤
③、影响土壤碱化的因素：
1> 气候 碱土分布于干旱、半干旱和 漠 境地区.其降雨量远小于蒸发量，特别是在冬春季 节，其比值在5:1—20:1故有明显的积盐和脱盐 过程
2> 生物 植物的选择性吸收，对K、Na、Ca、 Mg等盐基离子有强的富集作用
3> 母质 母质是碱性物质的直接来源，基性 岩，超基性岩中富含K、Na、Ca、Mg，其他如 质地的差异，不同母质在土体中垂直分布等也对 此有影响。
根际范围的Eh） 水田植物要求Eh在200—300mv
3．微生物活动与pH值和Eh的关系：细菌、放线菌 在中性和微碱性环境中，真菌在强酸性土壤中占 优势，Eh越高微生物活动越强。（特别是好气性 微生物）
二.养分的生物有效性与土壤酸碱、氧还的关系
第四章 土壤的组成及基本性质
二、土壤的化学组成
Soil composition by volume
1.继承了岩石和母质的特点： O, Si, Al, Fe 含量在80%以上 2.包含了生物活动的产物，反映地区水热条件所带来的物质迁移、
转化和富集特点 Si（非金属元素）在土壤中相对富集； Al，Fe，Ca，Mg，K，Na（金属元素）倾向淋失； C，N在土壤中含量较岩石高20，10倍。
三、土壤的矿物组成
斜长石（plagioclase）
1.原生矿物(primary mineral)
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。
闪石（amphibole）
石英 (quartz) 云母（mica）
正长石（orthoclase）
辉石（pyroxene）
橄榄石（olivine）
硅酸三盐、粘土土壤（的一矿层物硅组氧成四面体和一层铝氧八面体） 2.次生矿物(secondary mineral) 原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物. 1) 层状硅酸盐黏粒矿物—基本结构
第四章 土壤的组成与基本性质
主讲人：张彬
第一节 土壤的组成
一、土壤的三相组成
1.固体物质—土粒
Soil Composition
土壤矿物质：占重量95%以上，体积38%；
Air
土壤有机质：重量的5%以下，体积12%。
2.液体：溶盐类和简单有机物的水溶液
Water Organic
Mineral
3.气体：土壤孔隙中的各种气体。
铝氧八面 硅氧四
三、土壤的矿物组成
1）层状硅酸盐黏粒矿物—单位晶层结构
★ 2:1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向 着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方 式形成单位晶层。晶层间通过静电力和范德华力结合。
第四章土壤环境化学(SoilEnvironmentalChemistry)
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100 阳离子交换量
（2）土壤胶体的阴离子交换吸附
带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中的阴离子交换。 吸附顺序：
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
代换性酸度：
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl
形成过程：由地壳的岩石、矿物经过风化作用形成的。 按成因类型分类： 原生矿物
Soil)
次生矿物
原生矿物：
土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同
程度物理风化后形成的。
类别：
硅酸盐（石英、长石、云母等）；
氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3）；
硫化物 (FeS)；
磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。
有机质和低价金属离子。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧 化还原电位（Eh）来衡量。 根据土壤Eh值可以确定土壤中有机物和
无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。
一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为 +400—+700mV;水田的Eh值在-200—300mV。
第四章我国主要的土壤类型及分布
四、 地形对土壤形成的影响
引起地表物质与能量的再分配，是影响土壤和 环境之间物质、能量交换的一个重要条件。
1、地形对母质起着重新分配的作用。
2、不同地形影响地表水热条件的重新分配。
大的地形分布和排列能影响到气候带和生物带 的分布 ；中小地形主要影响土壤水热条件、养分、 质地、土壤厚薄的差异。 3、地形支配着地表径流，影响水分的重新分配， 在很大程度上决定着地下水的活动情况。
（3）不同母质所形成的土壤，其养分状况也不相同。
（4）在一些土壤形成过程中，母质因素起着重要 的作用。
二、气候对土壤形成的影响 气候支配着成土过程的水、热条件。 （1）气候影响岩石矿物风化强度和物质的淋溶过程。 （2）气候影响次生粘土矿物的形成。 （3）气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用。 （4）气候影响着土壤分布规律，尤其是地带性分 布规律。
A B
C R
A1 A2
淀积层
母质层 母岩层
二、土壤的发生学层次 1、自然土壤的发生学层次
2、农业土壤中的发生学层次
（1）耕作层（A） （2）犁底层（B） （3）心土层（W） （4）底土层（C）
4.1.1.3 影响土壤形成的因素
土壤是在五大成土因素（即气候、母质、 生物、地形和时间）综合作用下形成的。
方向的。
4.1.1.4 主要成土过程
一、原始成土过程 从岩石出露地表着生微生物和低等植物开始 到高等植物定居之前形成的土壤过程，称为原始 成土过程。 二、腐殖化过程 是指在生物因素作用下，在土体中，尤其 是在土体表层所进行的腐殖质累积过程。
4.1.1.4 主要成土过程
三、粘化过程 是指矿物颗粒由粗变细形成粘粒的过程，或粘 粒在土体中淀积使粘粒含量增加的过程。 四、钙化过程 是指碳酸盐在土体中的淋溶淀积的过程，多发 生在干旱、半干旱地区。
第四章 土壤有机质
2、腐殖酸的化学性质
腐殖酸的主要元素组成是碳、 氢、氧、氮、硫，此外还含有 少量的钙、镁、铁、硅等灰分 元素。不同土壤中腐殖酸的元 素组成不完全相同，有的甚至 相差很大。腐殖质含 碳55％-60％，平均为58％， 氮3％-6％，平均为5.6％， C/N比值为10:1-12:1
腐殖酸分子中含各种功能基。其中主要是含氧的酸性功 能基，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基(R-COOH) 和酚羟基(酚-OH)，其中羧基是最重要的功能基团。此 外，腐殖物质中还存在一些中性和碱性功能基，中性功 能基主要有醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2-O-H2-R)、 酮基(R-C=O(-R))、醛基(R-C=O(—H))和酯(R-C=O(-OR))， 碱性功能基主要有胺(R-CH2-NH2)和酰胺(R-C=O(-NHR))。富啡酸的羧基和酚羟基含量以及羧基的解离度均较 胡敏酸高，醌基较胡敏酸低；胡敏素的醇羟基比富啡酸 和胡敏酸高，但富啡酸中羰基含量最高。我国各主要土 壤中胡敏酸的羧基含量在270～480cmol/kg之间，醇羟基 在220-430cmol/kg，醌基在90-189cmo1/kg之间。富啡酸 的羧基含量为640-850cmol/kg，是胡敏酸的2倍左右，富 啡酸的醇羟基和醌基的含量分别在500-600和5060cmol/kg之间。
第四章 土壤有机质
有 机 质 是 土 壤 的 重 要 组 成 部 分
在土壤肥力、 环境保护、 农业可持续 发展等方面 都有着很重 要的作用和 意义
一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素， 是土壤微生物生命活动的能源，对土壤物理、 化学和生物学性质都有着深刻的影响
土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机 污染物的行为都有显著的影响，而且土壤有机 质对全球碳平衡起着重要作用，被认为是影响 -全球“温室效应”，的主要因素
第四章 土壤孔性、结构性和耕性
在湿润时，（由于土壤含有一定的水分）土壤板结性实际土 粒-水-土粒之间相互吸引而表现的板结力。
影响粘结力的因素：
• 1.土壤颗粒的比表面积：比表面积越大， 粘接力越强。 （1）土壤质地：粘性土>壤质土>砂质 （2）粘土矿物的类型： 2：1矿物>1:1型 矿物 （3）代换性阳离子组成：土壤上代换性 Na+（盐渍土）越高，粘结力越强（白 僵土）。 （4）土壤颗粒的团聚化程度：结构性强 的土壤粘结性差 • 2.土壤水分含量 • 在适度含水量时粘结力最大。水分的 C表明由干土到湿土 变化过程也会影响到粘结力（见图） 粘结力变化，A • “湿时一团糟，干时一把刀”； (Clay）、B（sand） • “宁可干耕勿湿耕” 从湿到干变化中粘结 • 3.有机质缺乏的土壤，粘结性强。 力变化
1．土壤团粒结构的形成过程 包括“多级团聚说”和“粘团说”两种。 第一阶段：有单粒在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初 级复粒或致密的小土团。 第二阶段：初级复粒进一步逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第 二级、第三级及微团聚体的过程。
2．团粒结构形成的必备条件 ①各种各样的单粒、复粒、黏团及微团粒的数量 及组成； ②胶结物质：有机胶体、无机胶体及胶体凝聚物 质。 成型动力 包括：土壤生物的作用、干湿交替、适宜土壤含水 量下耕作。
项目四 土壤的孔性、结构性与耕性
第一节 土壤孔性
小 孔 隙 大 孔 隙
土壤孔隙是容纳 水分和空气的空 间； 是土壤中物质和 能量贮存和交换 的场所； 是众多土壤动物 和微生物活动的 场所； 是植物根系伸展 并从土壤中获取 水分和养料的介 质。
土壤学第四章土壤质地和结构
③ 根据砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于55%的，
在质地名称前冠“砂质(sandy)” 。
土壤 学
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（2）美国制(Soil Taxonomy)（连接） 等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、
粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量 ，在图中查出相对应的区域，即得该土壤的质地。 （3）卡庆斯基制 (Kachinsky classification system of soil texture)
土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。
2020/3/30
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3. 土壤比重 (soil specific gravity) 土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。
（二）土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒 间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3）
土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系。 atmosphere water
organic matter
mineral
一、土壤的密度和容重
（一）土壤密度(soil density) 1. 概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质
量。(g/cm3)
2. 影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。
2. 土壤质地概念 按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土
壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为 土壤质地。
划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利 用土壤和改良土壤。
3. 土壤质地分类(soil texture classification)制
（1）国际制(international system)
（三）各级土粒的物理性质
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离
子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交 换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+ 浓度， 使土壤 pH 值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其 大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。据测定土壤潜性酸
②水解性酸度： 用弱酸强碱盐 (如醋酸钠)淋洗土壤，溶液中金属离子可
以将土壤胶体吸附的 H+ 、 A13+ 代换出来，同时生成某弱酸
(醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土 壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
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第四章土壤环境化学
一、填空题
1. 土壤酸度分为活性酸度、潜性酸度两大类。
2. 环境中有机磷农药的降解途径主要有：吸附催化水解，光降解，生物降解。
3. 典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层，淋溶层，淀积层和母质层。
4. 岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
5. 土壤重金属污染具有隐蔽性、持久性和间接有害性等三个特点。
5. 酶的催化作用具有专一性强、催化效率高和温和的条件三个特点。
6. 能保持土壤缓冲性能的物质有土壤溶液中弱酸及其盐类和两性物质、土壤胶体、铝离子三类。
二、选择题
1. 盐基饱和土壤是当土壤胶体吸附饱和、且吸附的离子全部为：（）
A．盐基离子 B．致酸离子 C．盐基离子和致酸离子 D．H+和Al3+离子
2.土壤的活性酸度是土壤中H+活度的直接反映，又称为：（）
A．有效酸度 B．潜性酸度 C．代换性酸度 D．水解酸度
3. 土壤的E h是其主要性能指标之一，（）
A．E h越大，氧化能力越强 B．E h越小，氧化能力越强
C．E h越大，缓冲能力越强 D．E h越小，缓冲能力越强
4. 土壤中的砷多以阴离子形式存在，若要增加土壤对它的吸附量，则：（）
A．升高PH B．降低PH C．PH大小没有影响 D．PH=7.0
三、简答题
1.如何进行土壤的粒级划分？
答：土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。
不同粒径的土壤矿物质颗粒（即土粒），其性质和成分都不一样。
为方便研究，人们常按粒径的大小将土粒分为若干组，称为粒组或粒级，同组土粒的成分和性质基本一致，组间则有明显的差异。
土壤颗粒可分为粘土、泥沙、沙子
2. 土壤的活性酸度—土壤中直接反映出的氢离子浓度，用PH表示。
3. 土壤的潜性酸度—土壤胶粒吸附的可代换性H+和Al3+被交换出来后所显示的酸度。
4. 土壤的代换性酸度—用过量的中性盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生交换作用出来后所显示的酸度。
5. 土壤的水解性酸度—用弱酸强碱盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生交换作用后，测定出的弱酸的酸度。
6. 土壤胶体对下列阳离子的交换吸附顺序为：
Fe3+ > Ba 2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > Rb+ >K+ > Na+ > Li+。
7. 土壤的致酸离子为：（Al3+、H+）
8. 盐基饱和土壤—土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离子、且达到饱和时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
9. 植物对重金属污染产生耐性的机制有哪几种？
答：1．植物根系限制重金属跨膜吸收。
2．重金属与植物的细胞壁结合。
3．酶系统的作用 保护酶活性。
4．形成重金属硫蛋白或植物配合素。
10. 影响重金属离子在土壤—植物体系中迁移的主要因素有哪些？
答；（1）土壤的理化性质，包括土壤的酸度、土壤质地、土壤的氧化还原性质、土壤的有机质含量；
（2）重金属的种类、浓度以及在土壤中存在的形态；
（3）植物的种类、生长发育期；
（4）重金属的联合及环境因素的联合污染等；
（5）土壤的施肥作用。
11. 植物对土壤中重金属富集的一般规律是什么？
答：从植物对重金属吸收富集的总趋势来看，
（1）土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高。
不同的植物由于生物学特性不同，对重金属的吸收积累有明显的种间差异，一般顺序为：
豆类>小麦>水稻>玉米。
（2）重金属在植物体内富集的浓度一般为：根>茎叶>颖壳>籽实。
12. 影响农药在土壤中扩散的主要因素有哪些？
答：影响农药在土壤中扩散的主要因素有：(1)土壤水分含量；（2）土壤对农药的吸附；(3)土壤的紧实度；(4)温度；（5）气流速度；（6）农药的种类。
13. 引起水体、大气、土壤污染的主要化学物质各有哪些？
等核素。
、、、、、、）放射性物质，如（种；
有机物占物，其中
种应予优先考虑的污染）曾提出水体中年美国环境保护局（卤化物等；氯联苯、脂肪酸、有机农药、表面活性剂、多）有机物，如酚、醛、（、等；
、、）营养物质，如（等；
、、、、、）有害阴离子，如（等；
、、、、
、、）有害金属阳离子，如染物有以下几类：（答：水体的主要化学污U C I S P H 5114129EPA 19784PO NO NO NH 3SO S B C F CN 2Z P H C C C A 123823214413190323 -34-2-34-2
4-2--Th e r r l n b g u r d s +
--等。
物是农药、肥料重金属土壤中的主要化学污染气。
烧后，铅化合物进入大经燃
内燃机气缸的抗震剂，中加入铅化合物，作为中加入添加剂，如汽油）燃料使用过程
等中间产物；（）燃烧不完全，产生燃烧而逸散；（随
燃料粉末或石油细粒末）；种氮氧化物（再经过复杂过程产生各，
参与反应生成的）燃烧过程中，大气中；（后产生污染气体）燃料中含硫，燃烧
于这样一些过程：（是无害的。
污染物产生和烧。
燃烧的直接产物物来自于石化燃料的燃大气中的主要化学污染5CO 4)3(NO NO N 2SO 1O H CO 2222
x。