环境化学南开大学第四章土壤环境化学知识讲解
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。
第四章 土壤环境化学(2)
● 控制氧化还原条件
在水稻抽穗到成熟期，无机成分大量向穗部转移。淹水可明显地抑制水 稻对镉的吸收，落干则能促进镉的吸收，糙米中镉的含量随之增加。 镉、铜、铅、汞、锌等重金属在pE较低的土壤中均能产生硫化物沉淀， 可有效地减少重金属的危害。但砷与其他金属相反，在pE较低时其活性较大。
● 改良土壤
土壤一旦造成污染，特别是重金属污染，很难从中排除出去 采用排去法、客土法 、深耕法 土壤有机污染的化学修复：用表面活性剂或有机溶剂清洗土壤中 的有机物 生物修复：利用微生物将土壤中有毒有害有机污染物降解为无害 的有机物质(CO2和H2O) 生物修复是治理土壤有机污染的最有效方法。污染土壤的生物修 复效率受污染物性质、土壤微生物生态结构以及土壤性质、环境条 件等影响。研究污染物的生物可降解性、微生物对污染物的降解作 用机理、降解菌的选育与生物工程菌的应用，是提高污染土壤生物 修复效果的关键
如P，P′-DDT脱氯产 物P，P′-DDD可进一 步氧化为P，P′-DDA：
光化学降解 农药在光照下可吸收光辐射进行衰变、降解。光解仅 对少数稳定性较差的农药起明显的作用。由于土壤中农药 的光解多在表层进行，所以光化学降解在农药降解中的贡 献较小。但光解作用使某些农药降解变成易被微生物降解 的中间体，从而加快农药的降解。
例如，氯代烃农药的半衰期约2-5年， 但在淹水的条件下土壤微生物的存在可加 快农药的分解。
实 例
顾宗濂（1986）研究湘江流域农田土壤微生物群体降解林丹 的能力。结果表明，土壤中能以林丹为唯一碳源的细
菌数为平均36×104/g干土，稻田淹水84天，林丹降 解可达98.4%，若不淹水，84天后只降解了43.5%
马拉硫磷 代谢产物为羧酸衍生物
绿色木霉，假单胞菌
第四章 土壤环境化学4
• 6.2.2.2 有机态磷
• 有机磷在总磷中占的比例及其变化范围十分宽，一般地说，有机磷随土 中有机质的含量增加而增加，而表层土又较次层土有机磷含量高，有机 磷在表层土的含量不定。土壤中有机态磷主要有三类（约占总有机磷的 70%左右，其中以植素磷和核酸磷两类为主，还有20~30%左右的有机磷 形态需要进一步查明）：
因为尿素要经过2~3天水解后方转化为铵而被水稻吸收或被土壤胶体吸 附。在有串灌习惯的地区尤为突出。
• 6.1.3.5 地表径流和冲刷 • 指水土流失，不仅土壤中的化肥，连同土壤本身也被剥蚀。在严重的
地区，化肥的损失可达100%。
• 6.1.4 氮污染 • 氮是蛋白质及其他生命物质的基本组分，植物在富氮的土壤中生长，不
有蓝铁矿Fe3(PO4)2·8H2O。
• （3）闭蓄态磷（O-P表示）
• 是由氧化铁胶膜包被着的磷酸盐。如粉红磷铁矿遇到土壤局部pH升高时，
产生下列反应：
Fe(OH) 2H2PO4 + OH-
Fe(OH) 3 + H2PO4-
• 结果释放出固相表面部分的固定磷，同时所形成的无定形Fe(OH)3胶体在 粉红磷铁矿表面形成胶状薄膜，溶解度更远小于粉红磷铁矿，对内部的
– 水溶性有机态氮 主要是一些较简单的游离氨基酸、胺盐及酰胺类化合物， 一般不超过全氮量的5%，这类有机氮化合物不能直接被植物吸收，但很容 易水解放出NH4+，从而成为植物的速效性氮源。
第四章 土壤环境化学-1
简介¾但土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，称作土壤圈。
¾土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物质能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂，这就是土壤的两个重要的功能。
全球范围的土壤环境问题土壤酸化、盐碱化、土壤污染土壤沙漠化（石漠化）陆地植被破坏水土流失土壤环境污染化学研究内容：污染物在土壤中的分布、迁移、转化与归趋的规律，为防治土壤污染奠定理论基础。
我国是世界上荒漠化危害严重的国家之一。
荒漠化土地面积达262.2平方公里，占国土总面积的27.3%，超过全国现有耕地面积的总和。
有60%的贫困县集中在沙区。
目前有400万公顷农田处于沙漠威胁之中。
每年因风沙造成的粮食损失达15 亿吨。
土壤荒漠化我国盐碱化土地达9913万公顷，其中现代化盐渍化土壤3693万公顷，潜在盐渍化土壤1733万公顷。
在现有耕地中，次生盐渍化面积达933万公顷。
由于不适当灌溉等原因，有的地区次生盐渍化面积还在扩大。
土壤盐碱化主要表现在水田潜育化、土壤酸化和养分亏缺。
我国南方地区水田潜育化面积有433万公顷。
据1982年2400个监测点的雨水分析，酸雨频率占44.5%,酸雨遍及我国22个省(市)，受害耕地面积达287 万公顷;全国缺钾土壤面积占耕地面积，由1949年的39%上升到1983年的46%；缺磷土壤占耕地面积，由1957年的27%上升到1983年的70%。
土壤退化水土污染链接1：土壤污染危害严重¾化学农药是指用来杀灭有害生物以及调节植物生长的化学物质。
按照防治对象可以分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀螨剂、杀鼠剂、杀线虫剂、植物生长调节剂等¾农药的使用是保证农牧业增产的基本手段。
据联合国粮农组织(FAO)估计，全世界每年因病、虫、草害损失粮食达35%、损失棉花达33.8%。
农药的使用起码可挽回损失30%~40%，其他方法，诸如生物防治、物理防治等都不能代替化学农药，而且未来相当长的时间内，农牧业的生命力，在一定程度上仍将依赖化学农药的广泛使用。
第四章 土壤环境化学
（2）土地盐碱化 是指在各种因素的影 响下，原来不显盐碱的土地变为盐碱地的 过程。而由于人类不合理的农业措施而引 起的盐渍化，称为次生盐渍化，由此形成 的盐碱土也称为次生盐渍土。
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土地荒漠化 图片
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因沙漠化被埋没的村庄
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由于草原严 重沙化，骆驼无 草可食，营养不 良，骆驼产下后 无法站立，无法 吃奶，最后死亡。
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2、我国土地资源概况
我国是土地资源相对贫乏，土地质量较 差的国家。国土面积中干旱、半干旱土地大 约占一半，山地、丘陵和高原占66%，平原仅 占34%。而且随着人口的不断增长，工矿、交 通、城市建设用地不断增加，人均耕地不断 减少。与此同时，由于人类不合理的生产活 动，致使水土流失严重，土地沙化、盐渍化 和草场退化面积不断扩大而损失掉大片的良 田。
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近年来，我国北方频繁出现的沙尘天 气，给社会发展和人民群众的生产及生活 带来了严重的影响。沙尘暴的形成原因有 自然的和人为的两方面：已知的自然原因 主要是气候的周期性变化 -- 尤其是气温和 降水量的周期变化；而人口膨胀导致的过 度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开 垦土地等人为因素在一定的自然条件下直 接导致了沙尘暴频发。
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1、世界土地资源概况
在全球51000 × 104 km2 总面积中， 陆地占 29.2% ，约 13000 万 km2，其中与 人类关系最大的是可耕土地。世界上现 有耕地 13.7 亿 hm2，约占土地总面积的 10.5% 。对于世界居民而言，这些土地 无疑是一个巨大的数字。用当前世界总 人口60亿计，人均占有2.5 hm2。
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中国土地总面积居于世界第三位， 但人均土地面积仅为0.777 hm2，相当 于世界人均土地的三分之一。其中耕地 面积大约占世界总耕地的7%。虽然我们 用世界上7%的耕地养活了22%的人口， 取得了举世瞩目的成就，但这种情况不 可能无休止的维持下去。
土壤环境化学
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。
第四篇土壤环境化学52页PPT文档
第一章 土壤的组成与性质
2、土壤的次生矿物
土壤中次生矿物可分为：简单盐类、三氧化物类和次生铝硅 酸盐类。 (1)简单盐类
如 方 解 石 ( CaCO3)、 白 云 石 ( Ca、Mg（CO3）2)、 石 膏 (CaSO2·2H2O)等，是原生矿物化学风化的最终产物，结晶构造 都较简单，常见于干早和半干旱地区的土壤。 (2)三氧化物
如针铁矿(Fe2O3 H2O)、褐铁矿（2Fe2O3 3H2O）等，是硅 酸盐类矿物彻底风化的产物，常见于湿热的热带和亚热带地区的 土壤中，特别是基性岩(玄武岩、安山岩和石灰墙)上发育的土壤 中含量最多。
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第一章 土壤的组成与性质
（3）次生硅酸盐类 由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成，是构成土壤粘粒的主
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第四篇 土壤环境化学
土壤环境的质量
国家环境保护局于2019年制订和发布了《土壤质量环境标准》 GB15618一2019，其适用范围包括我国疆域内所有农田、蔬菜地、 茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等地的土壤。
依据土壤应用功能、保护目标和主要性质，将土壤质量划分 为三级： 一级标准
适用于I类土壤区，包括国家规定的自然保护区(原有背景重 金属含量高的除外)、集中生活饮用水源地、茶园、牧场和其他保 护地区的土壤。土壤质量应基本上保持自然背景水平。
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第一章 土壤的组成与性质
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第一章 土壤的组成与性质
土壤矿物质
按成因类型可将土壤矿物分为两类：原生矿物和次生矿物. 原生矿物
是各种岩石(主要趋岩浆岩)受到程度不同的物理风化而未经 化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变. 次生矿物
大多数是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组 成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。
四章土壤环境化学
另一方面土壤溶液中含有阳离子， 可以中和负电荷使胶体凝聚，同时由于 胶体比表面能很大，为减少表面能，胶 体也具有相互吸引、凝聚的趋势。
2020/4/27
土壤胶体的凝聚性主要取决于其电动 电位的大小和扩散层的厚度；此外，土 壤溶液中的电解质和 pH 值也有影响。常 见阳离子凝聚力的强弱顺序： N K a N 4 H H M 2 C 2 g A a 3 F l 3 e
活体（根系、土壤中的生物） 细菌、藻类和原生动物等
2020/4/27
非活体 非腐殖质（动植物残体、蛋白质、糖 类、纤维素、树脂、有机磷、有机氮、有 机酸等，约占10%） 腐殖质（土壤中特有的有机物，由植 物经微生物降解转化而成，不属于有机化 学中现有的任何一类，占85-90%）
2020/4/27
• 胡敏素(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的有 机高分子化合物。
质地组 质地号 质地名称
砂土质
两合土组
粘土
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粗砂土
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细砂土
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面砂土
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砂性两合土
5
小粉土
6
两合土
7
胶性两合土
8
粉粘土
9
壤粘土
粘土
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各粒级百分含量
砂粒
粗粉粒
(1-0.05mm) (0.05-0.001mm)
>70
-
60-70
-
50-60
-
>20
>40
<20
>40
>20
<40
<20
<40
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在沙漠化过程中水土流失也很严 重，目前我国水土流失的面积已达 150万km2，每年土壤流失量达50亿吨 ，养分流失量相当于四、五千吨化肥 。