第四章 土壤环境污染与防治

2．土壤碱度 土壤的碱性反应是在土壤溶液中OH 离子浓度超过H 土壤的碱性反应是在土壤溶液中OH－离子浓度超过H+离 子浓度时反映出来的。 土壤溶液之所以出现碱性反应，是由于土壤溶液中存在有 水解性的弱酸强碱盐类，其中最多的弱酸根是碳酸根和碳 酸氢根。 3．土壤的缓冲性能 把少量的酸或碱加到土壤中，其pH值的变化不大，土壤这 把少量的酸或碱加到土壤中，其pH值的变化不大，土壤这 种对酸碱度变化的抵抗能力，称为土壤的缓冲性能或缓冲 作用。它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土 壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以土壤的缓冲 性能是土壤的重要性质之一。 土壤胶体和土壤溶液中的酸碱缓冲体系。
生物风化
• 岩石在生物的作用下引起的破坏过程。 岩石在生物的作用下引起的破坏过程。
• 成因：机械破碎；生物化学作用。 成因：机械破碎；生物化学作用。
成土过程
• 地质大循环：岩石→风化产物→岩石 地质大循环：岩石→风化产物→ • 生物小循环：无机养分→生物→无机养分 生物小循环：无机养分→生物→ • 土壤的形成是上述两个循环相互作用的结果 • 土壤的形成是成土过程与风化作用交织在一起， 土壤的形成是成土过程与风化作用交织在一起， 同时进行的。 同时进行的。
其他动物
三、土壤的结构和环境特性
• 土壤的结构 形态结构 • 土壤的环境特性 酸碱性（ 值 酸碱性（pH值） 缓冲性 氧化还原状况 土壤胶体
土壤颗粒
• 矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的，即通 矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的， 常说的土壤颗粒。 常说的土壤颗粒。 • 按粒径大小，土粒分为石砾、沙粒、粉粒和粘 按粒径大小，土粒分为石砾、沙粒、 石砾 粒。 • 土粒的大小与土壤矿物成分土壤化学成分密切 相关。 相关。 • 粘粒以上主要由各种原生矿物组成，以石英最 粘粒以上主要由各种原生矿物组成， 还有长石、云母等原生硅酸盐矿物； 多，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物；粘粒 中原生矿物很少，基本上为次生矿物。 中原生矿物很少，基本上为次生矿物。
二、土壤的物质组成
原生矿物质 (90% ) 土壤矿物质 (95% ) 次生矿物 土壤固相 土壤有机质 (1-10%) 根须
根须
土壤液相 土壤气相 (15%~35% V) 生物体
昆虫、线虫、 昆虫、线虫、节肢动物 微生物
土粒上的 吸附水 土粒 土壤空隙 被水饱和 的土壤
土壤固∶液∶气三相的比示意图
• 岩石中含有约 岩石中含有约3000余种矿物，但与土壤有关的不 余种矿物， 余种矿物 过数十种，按其起源分为原生矿物和次生矿物。 过数十种，按其起源分为原生矿物和次生矿物。 原 生 矿 物
第四章
土壤环境污染与 防治
土壤形成、 第一节 土壤形成、组成和作用 第二节 土壤的污染与退化 第三节 土壤污染防治与修复
土壤形成、 第一节 土壤形成、组成和作用
一、土壤的形成
土壤是地球陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松 土壤是地球陆地表面具有肥力、 表层，是由岩石经风化发育而成的历史自然体。 表层，是由岩石经风化发育而成的历史自然体。
化学风化
• 岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。 岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。 • 特点：不仅是已破碎的岩石进一步变细，同时 特点：不仅是已破碎的岩石进一步变细， 使岩石发生矿物组成和化学成分的改变， 使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生 新的物质。 新的物质。 • 成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。 成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。
岩石破碎
风化作用
• 物理风化 • 化学风化 • 生物风化
物理风化
• 岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程 • 特点：只能引起岩石形状、大小的变化，而不 特点：只能引起岩石形状、大小的变化， 能改变其矿物组成与化学成分。 能改变其矿物组成与化学成分。 • 成因：地球表面温度的变化；冰冻的挤压；风； 成因：地球表面温度的变化；冰冻的挤压； 冰川等自然动力的磨蚀；植物根系的穿插。 冰川等自然动力的磨蚀；植物根系的穿插。
不同生态系统下土壤有机质的含量
净 初 级 生 产 力 (Mg C /ha y) 量 (Mg C/ha) 物 生
40 0 0 0 0
土 土 壤
60
800 700 600 500 400 00 00 00 0
植 物
50
SOM (Mg C/ha) SOM (Mg C/ha)
腐殖质的组分 • 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。 • 胡敏酸(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。
土粒分级
粒 砾 石 级 大砾石 小砾石 粗 砂 砂 粒 细 砂 极细砂 砂质粉砂 粉 砂 粘 粒 中粉砂 细粉砂 粘 粒 胶 体 颗粒直径（ 颗粒直径（mm） ） 20~6 6~2 2~0.6 0.6~0.2 0.2~0.06 0.06~0.02 0.02~0.006 0.006~0.002 <0.002 <0.0002 100000 1000000 10000 100 10 土粒比表面增长（ 土粒比表面增长（倍）
石英、长石类、云母类、 石英、长石类、云母类、 辉石、角闪石、橄榄石、 辉石、角闪石、橄榄石、 赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、 赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、 铁矿
次 生 矿 物
……
类( 类 类
石、 石、
云石、 云石、石 铁矿
、 、 石
)、 、
铁矿、 铁矿、
石、 石、
石、 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
成土过程的主要影响因素
• 母质
构成土壤矿物质的基本材料 提供植物必需的养料元素
• 气候
影响土壤中的物理、化学、 影响土壤中的物理、化学、生物作用的方向 与进程
• 生物
只有在母质的基础上出现了生物之后， 只有在母质的基础上出现了生物之后，土壤才能形成
• 地形
影响热量及水的重新分配； 影响热量及水的重新分配；影响母质的分配
土壤结构模型
形成机制
• 土粒的粘聚
粘粒的凝聚作用 有机质的胶结作用 难溶性化合物的胶粘作用 水膜的粘结作用
• 土壤结构的成型
生物作用 干湿交替 冻融交替 耕作作用
土壤环境特性
壤的吸附特性（土壤胶体） （一）土壤的吸附特性（土壤胶体） 土壤胶体的结构: 土壤胶体的结构: o 胶核→二氧化硅，氧化铁铝，次生硅酸 胶核→二氧化硅，氧化铁铝， 盐，腐殖质 o 决定电位离子层→胶核表面分子解离成 决定电位离子层→ 为离子， 为离子，或从溶液中吸收某种离子而成 o 补偿离子层 o 胶团间溶液
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。
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 一个晶片，八面体片中，部分 取代Al而使层片带负电 而使层片带负电， 取代 而使层片带负电，多余电 荷由层间阳离子中和。 荷由层间阳离子中和。水化时膨 胀严重。 胀严重。
岩石
风化作用
母质 成土过程
土壤
岩
石
氧和硅为岩石的主要成分，两 者占其组成的75%以上，其中氧占约 一半，而作为植物所需要的营养元 素不仅含量少，而且都以难溶化合 物的形态封闭在坚硬的岩石中，处 于分散状态，故此需经历一个质变 过程，亦即岩石的破碎分解，直至 形成母质。
岩石的风化
岩石
外界因素 岩石本身的成分 与性质改变
土壤水与空气
• 土壤水 主要来自降水，同时还有灌溉水和地 下水。 形态分为固态水、液态水和气态水 液态水：吸湿水、膜状水、毛管水、重 力水。 • 土壤空气 二氧化碳高于大气十到数百倍，氧气 仅占十分之一左右。
土壤生物的种类和数量
生物种类 细 菌 微 生 物 放线菌 真 菌 藻 类 表土层（ 表土层（15cm） ） 中数量（ 中数量（个/m2） 1013 ~ 1014 1012 ~ 1013 1010 ~ 1011 109 ~ 1010 动 物 生物种类 原生动物 线虫类 蚯 蚓 表土层（ 表土层（15cm） ） 中数量（ 中数量（个 /m2） 109 ~ 1010 106~ 107 30~300 103~ 105
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 胡敏素 胡敏酸 富里酸 羧基 酚OH 醇OH 羰基
分子大小： 胡敏素>胡敏酸>富里酸
腐殖质的分子结构
土壤腐殖质的作用
• 土壤养分的重要来源 • 促进土壤养分有效化 • 形成土壤结构 • 吸附污染物，减轻污染 吸性
（二）土壤酸碱性
• 酸的产生 生命活动 土壤溶液中活性铝的作用 吸附态氢离子和铝离子的作用 • 碱的产生 土壤中大量存在的碱金属的水解
1．土壤酸度 根据土壤中H 根据土壤中H＋离子的存在方式，土壤酸度可 分为活性酸度和潜在酸度两大类型。 (1)活性酸度：土壤活性酸度是自由扩散到土壤溶 (1)活性酸度：土壤活性酸度是自由扩散到土壤溶 液中氢离子浓度的直接反映出来的酸度。因此， 氢离子的浓度越大，活性酸的酸度越强。通常 用pH表示活性酸，这是一个强度指标。 pH表示活性酸，这是一个强度指标。 (2)潜性酸度：土壤潜性酸度是由于土壤胶体吸附 (2)潜性酸度：土壤潜性酸度是由于土壤胶体吸附 的H+和Al3+所造成的。这两种致酸离子只有在 通过离子交换作用进入土壤溶液时，产生了H 通过离子交换作用进入土壤溶液时，产生了H+ 离子，才显示出酸性，所以它们是土壤酸度的 潜在来源，故称之为潜性酸。