环境化学第四章土壤环境化学..
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004.3土壤环境化学-土壤污染(农药)
④磷酰胺和硫代磷酰胺 磷酰胺：磷酸中的羟基被被氨基取代
硫代磷酰胺：磷酰胺中的氧被硫取代。
⑵有机磷农药降解
有机磷农药是为取代有机氯农药而发展起来的， 但其毒性较高，大部分对生物体内胆碱酯酶有抑 制作用
较有机氯农药易降解
有
吸附催化水解
机 非生物降解
磷
光降解
农
绿色木霉
药 土壤微生物降解
降 解
假单胞菌
吸附作用是农药与土壤固相之间相 互作用的主要过程，直接影响其他过程 的发生。如土壤对除草剂2,4-D的化学 吸附，使其有效扩散系数降低。
○阳离子型农药，易溶于水并完全离子化，很快吸附于粘土矿物 ○弱碱性农药，可以接受质子带正电荷，吸附于粘土矿物或有机 质表面 ○酸性农药在水溶液中解离成有机阴离子，不易被胶体吸附，是 靠范德华力和其他物理作用
有机物的离子或基团从自由水向 土壤矿物的亚表面层扩散；离子 或基团以表面反应或进入双电层 的扩散层的方式为土壤矿物质吸 附。
分配作用（partition）
有机化合物在自然环境中 的主要化学机理之一，指 水-土壤（沉积物）中， 土壤有机质对有机化合物 的溶解，或称吸附（ sorption, uptake），用分 配系数 Kd 来描述。
4.光解
4.南方水田里DDT降解快于北方
1.从土壤和空气转入水体 林 2.挥发而进入大气 丹 3.在土壤生物体内积累
4.植物积累
1. 易溶于水 2. 挥发性强，持久性低 3. 在生物体内积累性较DDT低
2.有机磷农药（organophosphorpus pesticides,
ops)
磷酸的脂类或酰胺类化合物
非生物降解 降解
水解反应
(Hydrolysis Reaction)
环境化学复习资料第四章 土壤环境化学 名词术语
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③土壤水分，并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
环境化学课后答案(戴树桂)主编_第二版(4-7章)
第四章土壤环境化学1．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。
根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的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，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。
以碳酸及其钠盐为例说明。
向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。
H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O土壤中的某些有机酸（如氨基酸、胡敏酸等）是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。
RCHNH2COOH+ HClNH3ClR CHCOOH+ NaOH + H 2ORCHNH 2COOH R CH NH 2COONa（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
对酸缓冲（M －盐基离子）：土壤胶体 M ＋HCl 土壤胶体 H ＋MCl对碱缓冲：土壤胶体 H ＋MOH 土壤胶体 M ＋H 2OAl 3+对碱的缓冲作用：在pH 小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al 3+有6个水分子围绕，当OH －增多时，Al 3+周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H +，中和OH -：2Al(H 2O)63＋ + 2OH － [Al 2(OH)2(H 2O)8]4+ + 4H 2O3．植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。
第四章土壤环境化学(SoilEnvironmentalChemistry)
土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离 子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
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。
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。
004.2土壤环境化学-土壤污染(重金属)
而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明 显不同。
重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为： Cd、As较易被植物吸收， Cu、Mn、Se、Zn等次之， Co、Pb、Ni等难于被吸收， Cr极难被吸收。
研究春麦受重金属污染状况后发现， Cd是强积累性元素， 而Pb的迁移性则相对较弱； 铬和铅是生物不易积累的元素。������
5
（3）土壤环境容量：
土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大 允许量或负荷量(土壤环境静容量).
土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准， 既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环 境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数 量或负荷量(土壤环境动容量)。
6
（4）当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能 力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化， 微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在 土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”， 或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达 到危害人体健康的程度，就是土壤污染。
4.放射性污染物
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（6）重金属污染土壤的特点：
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中 不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物 链在人体内积累，危害人体健康。
重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的 清除。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张 士灌区的“镉米”事件等是重金属污染的典 型实例。
10
•克山病 •大骨节病 •水俣病 •痛痛病 •黑脚病
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
补充掌握
土壤污染概述
（1）土壤背景值 土壤本身含有微量的金属元素，其中很
多是作物生长必需的微量营养元素，如Mn、 Zn、Cu等。不同地区土壤中重金属的种类和 含量也有很大差别。
第四章土壤环境化学第三节土壤中农药的迁移和转化
①溶解性:
多数有机磷农药难溶于水(敌百虫、乐果除外),可溶于脂 肪及各种有机溶剂; 常用疏水性有机溶剂:丙酮、石油醚、正己烷、氯仿、二 氯甲烷及苯等;亲水性有机溶剂;乙醇、二甲基亚砜等。
②水解性: 有机磷农药属酯类(磷酸酯或硫代磷酸酯),在一定条件 下能水解,特别就是在碱性介质、高温、水分含量高等环 境中,更易水解。 例如:敌百虫在碱性溶液中易水解为毒性较大得敌敌畏。
2、质体流动
土壤中农药既可以溶于水,也能悬浮在水中,还能以气 态存在,或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质 中,从而使它们与水一起发生质体流动。
在稳定得土壤-水流状态下,有机物通过多孔介质移动 得一般方程为:
c t
D
2c x 2
V0
c x
S t
D—扩散系数;
V0—平均孔隙水速度;
C—土壤溶液中农药得浓度; β—土壤容水量;
④磷酰胺与硫代磷酰胺: 磷酸分子中羟基被氨基取代得化合 物,为磷酰胺。 磷酰胺分子中得氧原子被硫原子所 取代,即成为硫代磷酰胺;如甲胺磷。
敌百虫 甲胺磷
有机磷农药得理化性质
除敌百虫、乐果少数品种为白色晶体外,其余有机磷 农药得工业品均为棕色油状; 有机磷农药有特殊得蒜臭味,挥发性大,对光、热不稳 定,并具有如下性质:
扩散迁移 指土壤中气-液、气-固界面上发生得扩散作用。土壤系统 复杂,土壤表面得吸附与解吸平衡,土壤得性质,有机物得性 质,都会影响农药得扩散作用。
Shearer等提出得农药得扩散方程式:
主要影响
(1)土壤水分得含量: A 、 Shearer 等对林丹在粉砂壤土中得扩散研究表明:干燥土
R2CCHCl2
R2CHCHCl2 R2C=CCl2
OH R2CCCl3
多数有机磷农药难溶于水(敌百虫、乐果除外),可溶于脂 肪及各种有机溶剂; 常用疏水性有机溶剂:丙酮、石油醚、正己烷、氯仿、二 氯甲烷及苯等;亲水性有机溶剂;乙醇、二甲基亚砜等。
②水解性: 有机磷农药属酯类(磷酸酯或硫代磷酸酯),在一定条件 下能水解,特别就是在碱性介质、高温、水分含量高等环 境中,更易水解。 例如:敌百虫在碱性溶液中易水解为毒性较大得敌敌畏。
2、质体流动
土壤中农药既可以溶于水,也能悬浮在水中,还能以气 态存在,或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质 中,从而使它们与水一起发生质体流动。
在稳定得土壤-水流状态下,有机物通过多孔介质移动 得一般方程为:
c t
D
2c x 2
V0
c x
S t
D—扩散系数;
V0—平均孔隙水速度;
C—土壤溶液中农药得浓度; β—土壤容水量;
④磷酰胺与硫代磷酰胺: 磷酸分子中羟基被氨基取代得化合 物,为磷酰胺。 磷酰胺分子中得氧原子被硫原子所 取代,即成为硫代磷酰胺;如甲胺磷。
敌百虫 甲胺磷
有机磷农药得理化性质
除敌百虫、乐果少数品种为白色晶体外,其余有机磷 农药得工业品均为棕色油状; 有机磷农药有特殊得蒜臭味,挥发性大,对光、热不稳 定,并具有如下性质:
扩散迁移 指土壤中气-液、气-固界面上发生得扩散作用。土壤系统 复杂,土壤表面得吸附与解吸平衡,土壤得性质,有机物得性 质,都会影响农药得扩散作用。
Shearer等提出得农药得扩散方程式:
主要影响
(1)土壤水分得含量: A 、 Shearer 等对林丹在粉砂壤土中得扩散研究表明:干燥土
R2CCHCl2
R2CHCHCl2 R2C=CCl2
OH R2CCCl3
4 土壤环境化学 环境化学课件
活性酸度（或有效酸度）（Activity Acidity） 土壤溶液中氢离子浓度的直接反映出来的酸度，通 常用pH表示（通常描述土壤性质时表示作土壤pH值）
交换性酸度 潜性酸度（Potential Acidity） 水解性酸度 是由土壤胶体吸附的可代换性H+、Al3+离子造成的。
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交换性酸度
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：
由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤 粗细状况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。
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1.土壤的吸附性(Soil Adsorption) 1)土壤胶体的性质（直径1-100nm）
（１）大的比表面积和表面能
比表面积：单位重量（或体积）物质的表面积。
一定体积的物质被分割时，随着颗粒 数的增多，比表面也显著地增大。
阳离子 (电荷数,离子半径,水化程度)
土壤（胶体,颗粒, SiO2/R2O3、pH等）
33
可交换性 阳离子
致酸离子 （Al3+、H+）
盐基离子
（Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等）
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盐基饱和土壤：
土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离 子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100% 阳离子交换量
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3> Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
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2.土壤的酸碱性(Acidity-Alkalinity of Soil)
土壤环境化学
和土壤有机质，两者约占土壤总量的90-95%。
液体：土壤水分以及其中的溶解物构成土壤
溶液
气体：土壤中有无数空隙充满空气,典型的土
壤约有35%的体积是充满空气的孔隙.
细菌、微生物：一般作为土壤有机物而被视
为土壤固体物质。
矿物质～45％：包括矿物岩石碎屑及无 机固体
有机物～5％
空气20～30％：存在于土壤的孔隙里
c＋ 4H+ ＋ 2e- = Mn2+ ＋ 2H2O
d、硫体系
有机态硫--般不参予Redox反应
SO42- / SO32- / H2S
e、氢体系
H2极少，产生条件特殊
RCOOH CO2, CH4, H2
f、氮体系
NO3- / NO2-
g、有机体系
（Eh < 100 mV时，有机体系起作用）
c、脂肪、蜡质及树脂
可溶于有机溶剂的类脂类化合物、酸、醇 型的萜烯聚合含氧衍生物。疏水，可防止土壤 结构破坏，对植物有毒。
d、有机氮化合物
腐殖质中N、氨基酸等，提供微生物养分 和土壤氮肥。
e、有机磷化合物
磷酸脂、磷脂等植物磷酸盐的来源。
f、灰分残留物
有机化合物中除C、H、O、N、P外的 Ca、Mg、 K、 Na、 Si、 S、 Fe、 Al、 Mn、 Cl为植物生活要素的来源。
第四章 土壤环境化学
Lithosphere
土壤圈不仅与大气圈、水圈、生物 圈之间进行着物质和能量交换，而 且对环境的自净能力和容量有着重 大贡献。
4-1 土壤的组成与性质
4-1-1 土壤的组成
土壤是以固相为主的不均质多相体，由 固体、液体、气体物质共同组成,它们的相对 含量因时因地而异。
液体：土壤水分以及其中的溶解物构成土壤
溶液
气体：土壤中有无数空隙充满空气,典型的土
壤约有35%的体积是充满空气的孔隙.
细菌、微生物：一般作为土壤有机物而被视
为土壤固体物质。
矿物质～45％：包括矿物岩石碎屑及无 机固体
有机物～5％
空气20～30％：存在于土壤的孔隙里
c＋ 4H+ ＋ 2e- = Mn2+ ＋ 2H2O
d、硫体系
有机态硫--般不参予Redox反应
SO42- / SO32- / H2S
e、氢体系
H2极少，产生条件特殊
RCOOH CO2, CH4, H2
f、氮体系
NO3- / NO2-
g、有机体系
（Eh < 100 mV时，有机体系起作用）
c、脂肪、蜡质及树脂
可溶于有机溶剂的类脂类化合物、酸、醇 型的萜烯聚合含氧衍生物。疏水，可防止土壤 结构破坏，对植物有毒。
d、有机氮化合物
腐殖质中N、氨基酸等，提供微生物养分 和土壤氮肥。
e、有机磷化合物
磷酸脂、磷脂等植物磷酸盐的来源。
f、灰分残留物
有机化合物中除C、H、O、N、P外的 Ca、Mg、 K、 Na、 Si、 S、 Fe、 Al、 Mn、 Cl为植物生活要素的来源。
第四章 土壤环境化学
Lithosphere
土壤圈不仅与大气圈、水圈、生物 圈之间进行着物质和能量交换，而 且对环境的自净能力和容量有着重 大贡献。
4-1 土壤的组成与性质
4-1-1 土壤的组成
土壤是以固相为主的不均质多相体，由 固体、液体、气体物质共同组成,它们的相对 含量因时因地而异。
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1.4土壤酸碱性 根据土壤的酸度可以将其划分为9 个等级 (如表4-8)。我国土壤的 pH 大多 在 4.5-8.5 范围内 , 并有由南向北 pH 值递增的规律性 , 长江( 北纬 33 。 )以 南的土壤多为酸性和强酸性 ; 长江以北的土壤多为中性或碱性 , 如华北、 西北的土壤大多含CaC03,pH 值一般在7.5-8.5 之间 , 少数强碱性土壤的 pH 值高达 10.5。
1.1.4. 土壤中的空气 组成：与大气基本相似 , 主要成分都是N2、 02 和 C02. 差异是①土壤 空气存在于相互隔离的土壤孔隙中 , 是一个不连续的体系 ; ②在 02 和 C02 含量上有很大的差异. 土壤空气中 C02 含量一般为 0.15%-0.65%, 甚至高达 5%，氧的含量低于大气。土壤空气中水蒸气的含量比大气中高 得多。少量还原性气体 , 如 CH4 、 H2S 、N2、 NH3 等。被污染的土壤 , 可能存在污染物 . 1.2土壤的粒级分组与质地分组 1.2 . 1土壤矿物质的粒级划分 粒组或粒级：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 , 组间则有明显差异。 粒级的划分标准主要有三种, 即国际制、前苏联制和美国制
1.1土壤组成 1.2土壤的粒级分组与质地分组 1.3土壤吸附性 1.4土壤酸碱性 1.5土壤的氧化还原性
录
2 重金属在土壤 -植物体系中的迁移及其机制
2.1 影响重金属在土壤-植物体系中迁移的因素 2.2重金属在土壤-植物体系中的迁移转化规律 2.3主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 2.4植物对重金属污染产生耐性的几种机制
1.4.1. 土壤酸度 根据土壤中 H+ 离子的存在方式 , 土壤酸度可分为两大类。 (1)活性酸度 : 土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映 , 又称有效酸度 , 通常用 pH 表示。 土壤溶液中氢离子的来源:A土壤中 C02 ; B有机物质分解产生的有机酸 ； C土壤中矿物质氧化产生的无机酸； D无机肥料中残留的无机酸； E大气酸沉降 (2) 潜性酸度 : 土壤潜性酸度是指土壤胶体吸附的可代换性 H+ 和 A13+被 代换进入土壤溶液中所表现的酸度。 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。 根据测定土壤潜性酸度所用的提取液 , 可以把潜性酸度分为代换性酸 度和水解酸度 。
1.3.2 土壤胶体的离子交换吸附
离子交换：在土壤胶体双电层的扩散层中 , 补偿离子可以和溶液中
相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换 , 称为离子交换 ( 或代 换)。 (1)土壤胶体的阳离子交换吸附 : 土壤胶体吸附的阳离子 , 可与土壤溶 液中的阳离子进行交换 , 其交换反应如下 :
土壤胶体阳离子交换能力的强弱 , 主要依赖于以下因素 : ①电荷数 : 离子电荷数越高 , 阳离子交换能力越强。 ②离子半径及水化程度 : 同价离子中 , 离子半径越大 , 水化离子半径就越 小 ,交换能力较强。 常见阳离子的交换能力顺序如下 : Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>NH4+>K+> Na+>Li+。
我国土壤颗粒级划分标准
1.2.2. 各粒级的主要矿物成分和理化特性
矿物组成各种矿物抵抗风化的能力不同 , 在各粒级中分布的多少也不相 同 。 石英常以粗的土粒存在 , 而云母、角闪石等多以较细的土粒存在 ( 如表 4-3) 。 矿物的粒级不同 , 其化学成分有较大的差异。在较细粒级中 , 钙、镁、 磷、钾等元素含量增加。一般地说 , 土粒越细 , 所含养分越多 , 反 之 , 则越少 ( 如表 4-4)。
土壤质地分类
1.3土壤吸附性 土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物 , 它们对污染物 在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面 积和带电性 , 而使土壤具有吸附性。
1.3.1 土壤胶体的性质 (1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能 (2)土壤胶体的电性：热力电位 ，电动电位 (3)土壤胶体的凝聚性和分散性 ：影响土壤凝聚性能的主要因素 是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度 , 阳离子种类和浓度,土壤 溶液中电解质浓度、 pH值也将影响其凝聚性能。土壤溶液中常见 阳离子的凝聚能力顺序如下 Na+<K+<NH4+<H+<Mg2+<Ca2+<A13+<Fe3+
土壤环境化学
重点要求
了解土壤的组成与性质 , 土壤的粒级与质地分组 特性 ; 掌握重金属污染物在土壤-植物体系中迁移的特 点、 影响因素及作用机制. . 掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性 , \ 农药 在土壤中的 迁移原理与主要影响因素 , 以及主要 农药在土壤中的转归规律与效应。
目
1.土壤的组成与性质
各粒级物理化学性质
石块和石砾 粒径 矿物 组成 通气和透水性 水和养分易流 失 大于 1mm 砂粒 1-0.05mm 粘粒 小于 0.001mm 粉粒 0.05-0.005mm 原生矿物与次 生矿物 保水保肥能力 较好
பைடு நூலகம்
石英、长石、云 次生矿物 母、角闪石
强,保水保肥能 较差，良好的 力弱 保水保肥能力
可交换性阳离子有两类 : 一类是致酸离子 , 包括 H+ 和 Al3+;另一类是 盐基离子 , 包括 Ca2+ 、 Mg2+ 、 K+、 Na+ 、 NH4+ 等。
盐基饱和土壤：当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子 , 且已达到吸
附饱和时的土壤 , 称为盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一 部分为致酸离子 , 则这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子 中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度 :
小于 2μm
较小 较高
小于 1 μ m
0.1-5.0 μ m
膨胀性小 低
大
极高
植物易感水分 良好 , 植物可获得 缺乏 的有效水分多
晶体结构
1.1.2土壤有机质 土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。土壤有机质主要来源 于动植物和微生物残体。
非腐殖物质 ,组成有机体的各种有机化合物 , 如蛋白质、 糖类、树脂、有机酸等 ; 分类 腐殖质, 它不属于有机化学中现有的任何一类 , 它包括 腐殖酸、富里酸和腐黑物等。 1.1.3. 土壤水分 来源：主要来自大气降水和灌溉。在地下水位接近地面 (2-3m) 的情况 下 , 地下水其重要来源。空气水蒸气遇冷凝. 影响土壤保水能力的因素：土质，气候条件 土壤溶液：土壤水分实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶 液 , 即土壤溶液。土壤水分的作用：既是植物养分的主要来源 , 也是进 入土壤的各种污染物向其他环境圈层 ( 如水圈、生物圈等 ) 迁移的媒 介。
存在
营养元素
山区土壤和河 漫滩土壤
很少
冲积平原土壤 中
少 丰富
黄土中含量较 多
较丰富
1.2.3. 土壤质地分类及其特性 土壤质地：由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况 , 称为 土壤质地 ( 或土壤机械组成 ) 。 土壤质地分类标准：是以土壤中各粒级含量的相对百分比作标准的。 主要有国际制 ( 如表 4-5) 、美国制和前苏联制。国际制和美国制均采用 三级分类法 , 即按砂粒、粉砂粒、粘粒三种粒级的百分数 , 划分为砂土、 壤土、粘壤土和粘土四类十二级。 我国土壤质地分类方案 ( 如表 4-6)。 土壤质地与特性的关系：质地不同的土壤表现出不同的性状。反映土 壤矿物组成和化学组成 , 土壤的物理性质, 并且影响土壤孔隙状况 , 对 土壤水分、空 气、热量的运动和养分转化均有很大的影响 。 壤土兼有 砂土和粘土的优点 , 而克服了二者的缺点 , 是理想的土壤质地。
阳离子交换量： 阳离子交换量：每千克干土中所含全部可交换阳离子总量 , 称阳离子换 量 , 以厘摩尔每千克土 (C mol/kg) 表示 。 影响土壤的阳离子交换量的因素 : ①不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为 : 有机胶体 > 蒙脱石 > 水化云 母 > 高岭土 > 含水氧化铁、铝 。 ②土壤质地越细 , 阳离子交换量越高。 ③土壤胶体中 Si02/R203 比值越大 , 其阳离子交换量越大 , 当 Si02/R203 小 于 2, 阳离子交换量显著降低。 ④因为胶体表面- OH 基团的离解受 pH 的影响 , 所以 pH 值下降 , 土壤 负电荷减少 , 阳离子交换量降低 ; 反之 , 交换量增大。
名称
分子式 风化程度 分布
伊利石 ( 或水 云母 )
[(OH)4Ky(Al4 ·Fe4 · Mg4 ·Mg6)(Si8-y · Aly)O20]
蒙脱石
[Al4Si8020(OH)4]
高岭石
[Al4Si4010(OH)8]
较低 温带干旱地区
较高
温带干旱地区
极高 湿热的热带地区
颗粒直径
膨胀性 阳离子代换量 透水性
土壤具有疏松的结构 ( 如图 4-1).
典型土壤随深度呈现不同的层次 ( 如图 4-2).
覆盖层 (Ao), 由地面上的枯枝
落叶所构成。 淋溶层 (A), 是土壤中生物最活 跃的一层 , 土壤有机质大部分 在这一层 , 金属离子和粘土颗 粒在此层中被淋溶得最显著。 淀积层 (B), 它受纳来自上一层 淋溶出来的有机物、盐类和粘土 颗粒类物质。 C层 也叫母质层 , 是由风化的 成土母岩构成。 D 层:母质层下面为未风化的基 岩 。
1.1.1土壤矿物质
土壤矿物质 是岩石经过物理风化和化学风化形成的。按其成因类型可将 土壤矿物质分为两类 : 一类是原生矿物 , 另一类是次生矿物 。 (1)原生矿物 : 原生矿物主要有石英、长石类、云母类、辉石、角闪石、 橄榄石、赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、黄铁矿等。其中前五种最常见。 石英最难风化 , 长石次之 , 辉石、角闪石、黑云母易风化。 岩石化学风化主要分为三个历程 , 即氧化、水解和酸性水解。 氧化 : 以橄榄石为例 , 其化学组成为 (Mg Fe)Si04, 其中 Fe(Ⅱ) 可以 氧化为 Fe(Ⅲ) 。