第四章土壤环境

土壤有机质
土壤有机质的作用
土壤有机质能改善土壤的物理、化学和生物 学性状。 腐殖质具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与 土壤重金属的络合性能等，对土壤结构、土 壤性质和土壤质量有重大影响。 一定条件下，土壤还具有净化解毒作用。这 种净化作用是极不稳定的。
土壤水
土壤水是土壤中各种形态水分的总称 。 土壤水非指纯水，实际是含有复杂溶质的稀溶液， 因此，通常将土壤水及其所含溶质称为土壤溶液。 土壤溶液中的溶质包括可溶无机盐、可溶有机物、 无机胶体及可溶性气体等。 土壤水的主要来源有大气降水、降雪和地表径流 若地下水位接近地表面(约2—3m)，地下水是土壤 水的主要来源。
交换性酸
指用K+可交换出来的酸，包括H+、Al3+
RH K RK H


3
R Al 3K R K Al
Al
3
3H 2 O Al (OH ) 3 3H

水解酸
指用碱性盐（NaAc）置换出来的酸
R H NaAc R Na HAc
2．2 土壤的组成
固相（45%）：矿物质（40%） （原生矿物 和次生矿物）和有机质5% （腐殖质） 生物 气相（20%-30%）：土壤空气中的氧、氮气、 二氧化碳、水蒸气及其他气体组成（存在状态 有吸附态、自由态和溶解态；动态变化过程包 括浊化过程和更新过程） 液相（20%-30%）：土壤的水分和溶液
土壤环境问题
土壤破坏：由于人类大规模的生产、生活 等活动，改变了影响土壤发育的生态环境， 使土壤本身受到破坏，形成了一系列的生 态环境问题。
土壤污染：大规模现代化和农业生产的实 现、大量使用农药、不适当施用化肥和工 业三废的排放等，使土壤遭受不同程度的 污染。
我国土地环境问题
1）我国土地资源并不丰富：人口占世界人口的1/5，但耕 地面积只占世界的7%，人均耕地面积仅为世界人均耕地面 积的1/4； 2）我国土地资源迅速锐减； 3）土地资源还面临着生态环境不断恶化的威胁： A* 土地荒漠化、水土流失仍在加剧； B* 由于各种人为因素而废弃的土地累计已经超过2亿 亩； C* 随着三废排放和农业化学化，农田受到重金属、农 业化学品、酸沉降、放射性物质、矿物油及致病微生物等 因素所污染的面积已达3亿亩，相当于总耕地面积的1/5。
原生矿物与次生矿物
原生矿物：地壳深处的岩浆直接冷凝、结晶 后形成。如：长石、云母、角闪石。 次生矿物：原生矿物经风化、变质作用后， 其形态、性质和成分发生改变。如：简单盐 类、次生氧化物和铝硅酸盐类矿物。
土壤有机质绝大部分集中于土壤表层 。 土壤有机质主要来自:植物的茎秆、根茬、落 叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机 肥料。 我国大多数土壤中有机质含量在 5％左右。 有机物质在物理、化学、生物等因素的作用 下，形成一种新的性质相当稳定而复杂的有 机化合物，称为土壤有机质，主要以腐殖质 为主。
比表面
表面能的大小，决定于物体裸露表面积。 每单位重量物体的表面积称为比表面。 如半径为r的球形土粒，其重量为：4/3 πr3×2.65（即球形土粒容积乘土粒比重）， 而其表面积为4πr2，所以其比表面为：
面积 4r 2 3 1 1 比表面 1.13 (cm 2 / g ) 重量 4 3 r r 2.65 2.65 r 3 半径越小，比表面越大，表面能越大。
土壤氧化还原电位的影响
影响土壤中营养元素的状态和有效性。如c 在氧化态时为CO2，在还原态时为CH4，N 在氧化态时为NO3-，还原态时为N2、NH3 影响元素离子的价态，从而影响其迁移、转 化。土壤中大多数变价元素在高价态时溶解 度小，不容易迁移，在低价态时溶解度大， 容易迁移。
3.5 土壤环境中的矿质化作用和腐殖化作 用
未解离酸
腐殖质含量高时产生的有机酸。
盐基饱和度与土壤pH值
盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性； 盐基饱和度小，则呈酸性；正常土壤的盐基 饱和度一般保持在70%-90%.
3.4 土壤氧化还原性
土壤的氧化还原电位：当一支能够传递电子 的“惰性”铂电极插入土壤中时，在土壤和 电极之间建立一个电位差，称为氧化还原电 位（Eh），单位是mv。 氧化还原电位是由于土壤中存在氧化性物质 和还原性物质而产生的。氧化性物质越多， 土壤的氧化还原电位越高，其氧化性越强， Eh值越大。 土壤的Eh变化范围：-300—+700 mv
第四章 土壤环境
概述 土壤的基本结构和组成 土壤的理化性质 土壤环境污染 土壤污染的危害
1 概述
岩石圈由下伏岩石和表生自然体两部分组成。 表生自然体包括风化壳和土壤。 风化壳是遭受风化淋溶作用改变了原来形态 和性质的岩石圈表层 土壤是在生物因素参与下，在风化壳上发育 的对植物具有肥力的陆地疏松表层。由矿物 质（原生矿物和次生矿物）和有机质（腐殖 酸Humic Acid，HA和非腐殖酸）构成。
矿质化作用：在土壤微生物的作用下，土壤 中的有机态化合物转化为无机态化合物过程 的总称。 腐殖化作用：指动植物残体在微生物的作用 下转变为腐殖质的过程。
4 土壤环境污染
4．1 基本概念 土壤污染（soil pollution）：人类活动产生的污染物进 入土壤并积累到一定程度、超过土壤自净能力时，引起土 壤质量恶化的现象。 土壤质量恶化具体表现为土壤的物理、化学及生物进程被 破坏和土壤肥力下降，土壤正常生态功能遭到破坏或干扰， 毒性增强，进而对土壤生物产生直接或潜在的危害。 土壤自净作用：土壤自净作用是指以各种方式进入土壤的 污染物，通过土壤的物理、化学和生物学的复杂作用，使 污染物逐渐转化、减毒、消失，最终使土壤恢复到原有的 生态功能的过程。 土壤容量是指土壤对污染物的最大承受能力或负荷量。
无机胶体（矿质胶体）和有机胶体（腐殖 质胶体）
无机胶体包括各种次生黏土矿物和各种水合氧化物（土壤粘 粒）。 次生黏土矿物主要是高岭石类、伊利石类和蒙脱石类。 水合氧化物：在土壤和沉积物中，这一类胶体最重要的代表是 褐铁矿（Fe2O3.nH2O）、水化赤铁矿（2Fe2O3. H2O）、针 铁矿（Fe2O3.H2O）、水铝石（Al2O3.H2O）和三水铝石 （Al2O3.3H2O）等。除了这些含水的三氧化物外，还有二氧化 硅凝胶（典型的是蛋白石（SiO2.nH2O））；含水氧化锰胶体 代表是：水锰矿（Mn2O3.H2O）和偏锰酸矿（MnO2.H2O）。 有机胶体主要指各种可溶性和不可溶性的腐殖质。 有机-无机复合体是由无机胶体与有机胶体通过离子间的库仑引 力和表面分子间的范德华力紧密结合而成。
离子交换吸附
是一种物理化学吸附，指胶体对介质中各种 离子的吸附。这种现象的发生与胶体微粒带 有电荷有关，又称极性吸附。 在土壤环境中，大部分胶体（黏土矿物、有 机胶体）带负电荷；只有少数胶体，如含水 氧化铁、铝在酸性条件下带正电荷；一些胶 体呈现两性胶体：含水氧化铁铝在酸性条件 下带正电，碱性条件下带负电。
2 土壤的基本结构和组成
2．1 土壤的剖面结构
（自上而下） 覆盖层或有机质层（A0）：未分解、半分解、已分解。 淋溶层（A）：矿质土壤最上层，淋溶作用占优势，土壤物质 以悬浮、溶解两种状态淋溶。 淀积层（B）：物质沉淀和积聚的矿物质层。 母质层（C）：土体以下疏松的，未受成土作用（特别是生物 作用）影响的层次。是土体赖以形成的母体物质。 风化层（D）母质层之下，即为未受到风化作用影响的下垫面 坚硬岩石，又称为基岩层。
3．3土壤的酸碱度和PH值
土壤中H+主要是二氧化碳溶解于水形成碳 酸，有机物分解产生有机酸及某些少数无机 酸、Al3+水解产生H+是土壤酸性重要来源。 OH-主要来自土壤溶液中的碳酸钠、碳酸氢 钠、碳酸钙以及胶体表面交换性Na+，其水 解产生OH-。
土壤中酸度构成
活性酸度 由于土壤溶液中的氢离子形成的酸度 潜在酸度 由吸附于土壤胶体上的氢离子形成的酸度 包括：交换性酸、水解酸和未解离的弱酸
3 土壤的理化性质
3．1 土壤的物理性质（土壤的结构） 土壤颗粒的空间排列方式及其稳定程度，孔 隙的分布和结合的状况称为土壤的结构。 通气、保水、保肥即土壤结构良好。
土壤中颗粒直径小于2微米或小于1 微米，是由矿物质微粒、腐殖质、铝、铁、锰、硅 和含水氧化物组成的具有胶体性质的微粒。 可分为三大类：无机胶体、有机胶体和有机—无机 复合体。 土壤胶体的重要性质是带电荷和具有吸附作用。 土壤胶体的吸附机理表现为表面吸附和离子交换吸 附两种。
离子交换吸附
由于胶体带有电荷，决定了它具有吸引相反电荷离 子的能力。由于环境中大部分胶体带负电荷，所以 在自然环境中易吸附的主要是各种阳离子。 在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也 放出等当量的其他阳离子。所以这种吸附叫做离子 交换吸附。 土壤胶体吸附的交换性阳离子包括K+、Na+、 Ca2+、Mg2+、NH4+、H+、Al3+等。其中，除H+、 Al3+外的阳离子称为盐基性离子。 盐基饱和度是指土壤胶体在吸附的全部阳离子中， 盐基性离子所占的百分数称为盐基饱和度。
负电荷
离子所带负电荷可分为永久性负电荷和可变性负电 荷。 黏土矿物的负电荷一部分为永久性负电荷，是由晶 格中离子的同晶替代所产生的。如硅氧四面体中的 四价硅被三价铝代替，或铝氢氧八面体中的三价铝 被二价镁、铁所替代，就产生了过剩的负电荷，这 些电荷不受介质pH值的影响，其多少决定于晶格 中同晶替代的多少。 黏土矿物的另一部分电荷为可变性负电荷，其带电 多少随环境pH值而改变。
4．2 土壤污染类型
按其污染物来源可分为人为污染和自然污染 两大类 自然污染是指由自然因素造成的土壤污染， 例如自然矿床元素和化合物的富集中心周围， 常形成自然扩散晕，使附近土壤中某些元素 超过一般土壤的正常含量。与人为污染相比， 自然污染具有数量少、污染程度轻、范围小 等特点。