第4章 土壤环境化学(1)-11-25.
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04章 土壤环境化学
粘粒类型
伊利石 0.l～2.9 不规则片状 100～120 中等 中等 中等 中等 15～40 高岭石 0.l～5.0 六方型晶体 5～20 小 无 低 低 3～15
4.1.1.2 非硅酸盐粘土矿物
氧化铁
• 赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、陵铁矿、兰铁矿 • 土壤中常见的是赤铁矿和针铁矿
• 赤铁矿：(α-Fe2O3)：红色，六角板状。高温、潮湿、
– 土壤具有极大比表面、一定的催化活性；土壤所含水、空气、微生物等都 能使污染物产生一定降解。同化和代谢外来物质—保护、净化环境。
• 人类的衣食住行以及一切活动，无不直接或间接地与土壤有 关。
土壤的形成过程
风化系统
岩石 矿物 风化层
风化产物及 矿物残粒
土壤系统
土壤 成土过程
微生物碎屑系统
有机物
腐殖质及 腐败产物 有机化合物 生物
腐殖质
• • 颜色 整体呈黑色，不同组分有差别：分子量+发色团。 特点： – 表面积大，构型伸展； – 亲水性强 最大吸水量超过本身重量5倍； – 高pH电离，荷负电； – 不同地区和土层所含腐殖质的化学组成有较大差异。
①气候-climate ②地形-topographty ③母质-parent material ④生物-biology
⑤时间-time
土壤退化
• 因人类开发利用不当而加速土壤质量和生 产力下降的现象和过程。包括：
① 数量减少：表土丧失、整个土体毁失、土地 被非农业占用。 ② 质量降低：土壤物理、化学、生物学方面的 质量下降。
4、氧化作用
2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁)
第四篇土壤环境化学课件
土壤污染修复技术的选择应根据污染物的种类、污染程度、土壤性质和修复目标等因素来确 定。
农业面源污染控制
农业面源污染是指农业生产过 程中由于不合理的管理措施而 导致的污染物排放，如化肥、 农药、畜禽粪便等。
控制农业面源污染的措施包括 优化施肥方式、推广环保型农 业技术、建设生态拦截工程等 。
农业面源污染控制对于保护农 村生态环境、保障农产品安全 和人体健康具有重要意义。
土壤的性质
01
02
03
04
土壤质地
指土壤中矿物质颗粒的大小和 比例，影响土壤的透气性、保
水能力和肥力。
土壤结构
指土壤颗粒的排列和连接方式 ，良好的土壤结构有助于保持
水分和空气。
土壤酸碱度
指土壤的酸碱反应，影响土壤 中养分的有效性以及植物的生
长。
土壤肥力
指土壤提供养分的能力，与土 壤有机质、矿物质和微生物活
06 未来展望与挑战
未来研究重点与方向
土壤环境化学过程与机制
深入研究土壤中化学物质的迁移、转化、归 趋等过程，揭示其内在机制。
土壤质量与农产品安全
研究土壤质量与农产品安全的关系，保障食 品安全和人类健康。
土壤污染修复与治理
发展高效、环保的土壤污染修复技术，实现 土壤污染的源头控制和生态恢复。
土壤环境与全球变化
利用和改良提供依据。
03 土壤污染与自净
土壤污染的定义与来源
土壤污染的定义
土壤污染是指人类活动产生的有害物质进入土壤，导致土壤质量下降，影响生 物生长和人体健康的现象。
土壤污染的来源
土壤污染主要来源于工业生产、农业生产、城市垃圾和污水等。工业排放的废 气、废水和废渣，农业生产中使用的化肥、农药，城市垃圾和污水的不合理排 放等，都会导致土壤污染。
农业面源污染控制
农业面源污染是指农业生产过 程中由于不合理的管理措施而 导致的污染物排放，如化肥、 农药、畜禽粪便等。
控制农业面源污染的措施包括 优化施肥方式、推广环保型农 业技术、建设生态拦截工程等 。
农业面源污染控制对于保护农 村生态环境、保障农产品安全 和人体健康具有重要意义。
土壤的性质
01
02
03
04
土壤质地
指土壤中矿物质颗粒的大小和 比例，影响土壤的透气性、保
水能力和肥力。
土壤结构
指土壤颗粒的排列和连接方式 ，良好的土壤结构有助于保持
水分和空气。
土壤酸碱度
指土壤的酸碱反应，影响土壤 中养分的有效性以及植物的生
长。
土壤肥力
指土壤提供养分的能力，与土 壤有机质、矿物质和微生物活
06 未来展望与挑战
未来研究重点与方向
土壤环境化学过程与机制
深入研究土壤中化学物质的迁移、转化、归 趋等过程，揭示其内在机制。
土壤质量与农产品安全
研究土壤质量与农产品安全的关系，保障食 品安全和人类健康。
土壤污染修复与治理
发展高效、环保的土壤污染修复技术，实现 土壤污染的源头控制和生态恢复。
土壤环境与全球变化
利用和改良提供依据。
03 土壤污染与自净
土壤污染的定义与来源
土壤污染的定义
土壤污染是指人类活动产生的有害物质进入土壤，导致土壤质量下降，影响生 物生长和人体健康的现象。
土壤污染的来源
土壤污染主要来源于工业生产、农业生产、城市垃圾和污水等。工业排放的废 气、废水和废渣，农业生产中使用的化肥、农药，城市垃圾和污水的不合理排 放等，都会导致土壤污染。
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
(完整版)第四章土壤环境化学
当土壤胶体上吸附的 Na+、K+、Mg2+ (主要是 Na+ )等 离子的饱和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的 水解作用，结果在土壤溶液中产生 NaOH，使土壤呈碱性。
土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
24
3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil )
27
▪ 土壤的氧化还原性质
土壤中有多种有机、无机物的氧化、还原过程。
土壤 E 与土壤通气状况的关系： ➢ 旱地通气好，游离氧占优势，E 较高，以氧化作用为主。 ➢ 水田通气差，游离氧很少，E 较低(甚至可以为负值)，以还 原作用为主。
28
▪ 土壤的自净作用
土壤有优越的自身更新能力－自净作用： ➢ 氧气氧化 ➢ 胶体吸附，配位 ➢ 微生物降解
可交换阳离子
致酸离子：Al3+、H+。 盐基离子：Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+、NH4+ 等。
19
（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。易被 吸附的阴离子是 PO43-、H2PO4-、HPO42- 等，与带正电荷的土壤胶体中 阳离子 Ca2+、Fe3+、Al3+ 等结合生成难溶性化合物而被强烈吸附。
土壤的自净作用决定于土壤的物质组成和其它性质， 也与污染物的种类和性质有关。
土壤的自净作用一般比较缓慢。
29
第二节 土壤的化学污染 2.1 土壤污染源和土壤污染物
▪ 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起 土壤质量恶化的现象即为土壤污染。 ▪ 土壤受到污染后，不仅会影响植物生长，同时会影响土壤 内部生物群的变化与物质的转化，即产生不良的生态效应。
土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
24
3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil )
27
▪ 土壤的氧化还原性质
土壤中有多种有机、无机物的氧化、还原过程。
土壤 E 与土壤通气状况的关系： ➢ 旱地通气好，游离氧占优势，E 较高，以氧化作用为主。 ➢ 水田通气差，游离氧很少，E 较低(甚至可以为负值)，以还 原作用为主。
28
▪ 土壤的自净作用
土壤有优越的自身更新能力－自净作用： ➢ 氧气氧化 ➢ 胶体吸附，配位 ➢ 微生物降解
可交换阳离子
致酸离子：Al3+、H+。 盐基离子：Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+、NH4+ 等。
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（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。易被 吸附的阴离子是 PO43-、H2PO4-、HPO42- 等，与带正电荷的土壤胶体中 阳离子 Ca2+、Fe3+、Al3+ 等结合生成难溶性化合物而被强烈吸附。
土壤的自净作用决定于土壤的物质组成和其它性质， 也与污染物的种类和性质有关。
土壤的自净作用一般比较缓慢。
29
第二节 土壤的化学污染 2.1 土壤污染源和土壤污染物
▪ 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起 土壤质量恶化的现象即为土壤污染。 ▪ 土壤受到污染后，不仅会影响植物生长，同时会影响土壤 内部生物群的变化与物质的转化，即产生不良的生态效应。
环境化学第四章土壤环境化学PPT课件
(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) 。
-
22
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
-
24
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。
很少
冲积平原土壤 中
少
丰富
黄土中含量较 多
较丰富
-
16
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。
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) 。
-
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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
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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。
很少
冲积平原土壤 中
少
丰富
黄土中含量较 多
较丰富
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16
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。
四章土壤环境化学
2020/4/27
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
2020/4/27
1
粗砂土
2
细砂土
3
面砂土
4
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
10
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
2020/4/27
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 。
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。
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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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1
粗砂土
2
细砂土
3
面砂土
4
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
10
各粒级百分含量
砂粒
粗粉粒
(1-0.05mm) (0.05-0.001mm)
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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 。
环境化学课件(第四章土壤环境化学)
2. 次生矿物 次生矿物是岩石经历化学风化（氧化、水解和酸
性水解）形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都发 生了改变。次生矿物粒径较小，大部分以黏粒和胶体 （粒径小于0.002 mm）分散状态存在。
分类：根据次生矿物的性质与结构划分为简单盐类、 氧化物类和次生铝硅酸盐类。
氧化物类和次生铝硅酸盐类是土粒中最细小的部分， 比表面积大，在物理性质上表现为强烈的吸水膨胀、 失水收缩的特点， 称为黏土矿物。有明显的胶体特征， 所以土壤学中习惯把黏土矿物视为土壤矿物胶体。次 生矿物是构成土壤的最主要组成部分，对土壤中无机 污染物的行为和归宿影响很大。
极细砂
0.2~0.06
100
粉砂 粘粒
砂质粉砂 中粉砂 细粉砂 粘粒 胶体
0.06~0.02 0.02~0.006 0.006~0.002
<0.002 <0.0002
10000
100000 1000000
（二）土壤质地分类和主要特性 土壤质地：土壤粒级组合体所表现的粗细程度称为质地 .
土壤质地分类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、美国制和前苏联制。
四、土壤的物理化学性质
（一）土壤的吸附性 土壤具有吸附性能是因为土壤中存在具有巨大表面能，并带有电荷的矿物胶 体和有机胶体，能吸附气体或液体、分子或离子。 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：比表面是单位体积或重量物质的总 表面积。土粒愈细，总表面积愈大，比表面也愈大，表面能也越大。
➢气候是直接的水、热、空气条件，它使相同的母质在不同的 气候条件下产生不同的物理、化学和生物学变化。
➢地形使气候因素发生局部的重新分配，是间接的水、热、空 气条件。
➢生物通过生长繁育、新陈代谢进行着有机物质的合成与分解， 一方面充实与丰富了土壤的基质，另一方面以有机物形式为土 壤累积化学能。
环境化学教学课件第四章土壤环境化学
具有较大的比 表面（单位质 量物质的表面 积）和表面能
具有双电层， 带负电
土壤胶体 凝聚性和分散性
35
补充：胶团的结构
中心称为胶核，其表面 选择性地吸附了一层带有同 号电荷的离子，称为胶体微 粒的电位离子层。
※由于电位离子的静电引 力，在其周围又吸附了大量 的异号离子，形成反离子层， 电位离子层与反离子层就构 成了胶体粒子的双电层结构。
23
• 有机质提取方法（补充）
土壤或沉积物
不溶物 （ 腐黑物）
用碱液提取
可溶物 用酸处理
用乙醇提取
沉淀物（腐殖酸）
不沉淀物 （富里酸）
可溶物
重新溶入碱并加入电解质
（棕腐酸、
沉淀物
不沉淀物
吉马多美朗酸） (灰腐酸)
（褐腐酸）
24
补充：有机质含量测定方法：K2Cr2O7-H2SO4氧化法
有机碳含量×（1.7~2）=有机质含量
1型晶格，晶层之
1型晶格，晶层之
间主要靠弱的分子
间由氢键连接，
间力连接，晶层连
甚为紧密极少发
接不紧，水分子易
生同晶取代
进入，极易发生同
晶取代
结构与性质
之间的关系
同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离
子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取代，
取代后的晶体构造并未改变。
14
高岭石 kaolinite
影响土壤功能的重要物质基础
毛管水、重力 水、地下水
土壤水冻结时 形成的冰
存在于土壤空 气中的水汽
吸湿水、 膜状水
26
单位体积的土壤具有的土壤 颗粒表面积很大，因而具有 很强的吸附力，能将周围环 境中水汽分子吸附于自身表 面。这种束缚在土粒表面的 水分即吸湿水。
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1. 土壤的组成和性质
蒙脱石的特点
两个四面体片夹一八面体片组成 一个晶片，八面体片中，部分Mg 取代Al而使层片带负电，多余电 荷由层间阳离子中和。水化时膨 胀严重。
1. 土壤的组成和性质
其他2:1型矿物 • 根据同晶置换与层间结合不同可分为
– 叶蜡石——范德华力连结 – 蒙脱石——Mg-Al，钠作为补偿离子 – 蛭石——Al-Si，Mg、Fe-Al，水合镁离子作为 补偿离子 – 伊利石——钾离子作为补偿离子 – 水云母——云母中钾离子下降，以其他水合离 子作为补偿
典型土壤随深度呈现不同的层次
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
土壤环境化学
土壤圈层是地表环境系统中各种变化最为复杂，最为频繁的地带，在环 境系统中起稳定与缓冲的作用。
主要内容
土壤的组成和性质
土壤的组成
土壤的粒级与质地 土壤的吸附性 土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性 重金属的污染与修复
（a）溶解性气体 CO2>O2>N2 （b）无机盐离子 （c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物 （d）可溶性有机物 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物等 （e）配合物类 如铁和铝的有机配合物等。
1. 土壤的组成和性质
1.1.4 土壤空气 土壤空气组成与大气类似，主要成分都是N2、O2和CO2。 差异是：
1. 土壤的组成和性质
成土母质的风化-土壤的形成
1. 土壤的组成和性质
石英、长石类、云母类、
原 生 矿 物
辉石、角闪石、橄榄石、 赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、 黄铁矿……
化学风化：氧化、水解和酸性水解。 次 生 矿 物
简单盐类(方解石、白云石、石膏、泻盐等)、 三氧化物类（针铁矿、褐铁矿）、
次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类
……
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
硅四面体
四面体片
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
铝八面体
八面体片
1. 土壤的组成和性质
高岭石的特点
四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶 片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。
腐殖质
分子大小： 腐黑物>腐殖酸>富里酸
1. 土壤的组成和性质
1.1.3 土壤水分 主要来自于大气降水、地下水和灌溉。 不同土壤的保水能力不同；土壤水分实际上是土壤溶液。
土壤溶液的形成是土壤三相成分间进行物质和能量交换的结果。土壤溶液
浓度和成分随土壤种类、使用情况和环境条件的不同而有很大变异。除盐 碱土和刚施过化肥的土壤外，土壤溶液浓度一般约在0.1％～0.4％之间。
粒级名称
砾石
前苏联制
粒级名称
石块 砾石
美国制
粒级名称
石块 粗砾 极粗砂 粗砂
粒径(mm)
>2
粒径(mm)
>3 3—1 1—0.50 0.5—0.25 0.25—0.05
粒径(mm)
>3 3—2 2—1 1—0.5 0.5—0.25 0.25—0.10 0.10—0.05 0.05—0.002
砂 粒
粗砂 细砂
土粒上的 吸附水 土粒 土壤空隙
被水饱和 的土壤
排入地下水
图1. 土壤中固、液、气相结构图 （自S.F. Manahan, 1984）
1. 土壤的组成和性质 1.1.1 土壤矿物质
土壤矿物质是岩石经物理风化和化学风化形成的。按其成
因类型可以将土壤矿物质分为两类：原生矿物和次生矿物。
原生矿物：各种岩石(主要是岩浆岩)受到程度不同的物理风 化而未经化学风化而形成的物质，其原来的化学组成和结 晶构造都没有改变； 次生矿物：原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学 组成和晶体结构都有所改变。
2—0.2 0.2—0.02
粗砂
砂 粒
中砂 细砂
砂 粒
中砂 细砂 极细砂
粉砂粒
0.02—0.002
粉 砂 粒
粗粉砂 中粉砂 细粉砂
0.05—0.01 0.01—0.005 0.005—0.001 0.001—0.0005 0.0005—0.0001 <0.0001
土壤的污染与修复 有机污染与修复
土壤中农药污染物
பைடு நூலகம்
1. 土壤的组成和性质
覆盖层(A0) 淋溶层(A)
A00 A0
A1
土 壤 的 层 次 结 构
A2 A3 B1 B2 B3 CC CS G
疏松的枯枝落叶层，未经分解 暗色半分解有机质层 暗色的腐殖层 灰白色的灰化层 向B层过渡层，多似A层 向A层过渡层，多似B层 棕色至红棕色的淀积层 向C层过渡层 CaCO3聚集层 CaSO4聚集层 潜育层(灰粘层)
①土壤空气是不连续的，存在于土粒空隙之间； ②有更高的湿度； ③由于有机物腐烂，使土壤空气中O2含量较少，而CO2浓度显著增加（比 大气中CO2浓度大8～300倍），但二者之和约为总量的21％（体积），与 大气情况相近； ④土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2等，在某些情况下 还可能产生PH3、CS2等气体，这些都是厌氧性微生物活动的产物，对植物 生长有害。
•表 土壤空气与大气组成比较（%）
成分 N2 O2 CO2
大气 79 20.97 0.03
土壤 78~80 0.1~20 0.2~10
源于植物呼吸、有机质分解
1. 土壤的组成和性质
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
表1. 国际制、前苏联和美国制土粒分级标准 国际制
土 壤 层 淀积层(B)
母质层(C)
可能出现的特殊层次
基岩(D)
D
图2. 自然土壤的综合剖面图(南京大学等合编，1980)
1. 土壤的组成和性质 1.1 土壤的组成
原生矿物质 (90% ) 土壤矿物质 (90% ) 次生矿物 土壤固相 土壤有机质 (1-10%) 根须
土壤液相 土壤气相 (35% V)
1. 土壤的组成和性质
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 (<10%) 。
组成有机体的各种有机化合物
腐黑物(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的 有机高分子化合物。 腐殖酸(Humic acid)：溶于稀碱，但不溶于稀酸的棕 至褐色的天然有机高分子化合物。 富里酸(Fulvic acid)：土壤中既能溶于稀碱又能溶于 稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。