第四章土壤环境化学 环境化学(袁加程)第二版

第一节 土壤的组成与性质
2.土壤液相
• 指土壤中的水分及其水溶物。主要来自大气降水和灌溉。土
壤水分既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染
物向其他圈层迁移的媒介。
3．土壤气相
• 指土壤中有无数的空隙充满空气，典型土壤约35%的体积 是充满空气的。 土壤中空气与大气差异： （1）不连续体系； （2）O2和CO2含量差异大； （3）CH4、H2S、H2和NH3等还原性气体； （4）污染物。
第一节 土壤的组成与性质 五、土壤酸度、碱度和缓冲性能 1.土壤的酸碱性
1. 土壤酸度
根据土壤中H+存在的形式，土壤酸度可分为两类： 活性酸度 activity acidity（有效酸度）：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 ）。 潜性酸度 potential acidity： 土壤胶体吸附的可代换性H+、
• 国际上粒级的划分标准及详细程度主要有三种不 同的划分：即国际制、前苏联制和美国制，其划 分情况见下表。
第一节 土壤的组成与性质
第一节 土壤的组成与性质
我国的土壤粒级的划分标准为五级：石块、石砾、砂砾、粉 粒、黏粒
颗粒名称 石块 石砾 粗砾 细砾 砂粒 粗砂粒 细砂粒 粉粒 粗粉粒 细粉粒 黏粒 粗黏粒 粗黏粒
Al3+离子造成的。H+、Al3+致酸离子只有通过离子交换作用产生
H+离子才显示酸性，因此称潜性酸度。
第一节 土壤的组成与性质
根据测定潜性酸度的提取液不同，可分为：
第一节 土壤的组成与性质 土壤胶体的离子交换吸附
土壤胶体扩散层中的补偿离子，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
土壤胶体的阳离子交换吸附（可逆过程）
土壤胶体微粒带负电荷，表面可吸附阳离子，可与土壤溶液 中另一些阳离子发生交换
第一节 土壤的组成与性质
• 阳离子交换吸附实际是胶体分散系统中扩散 层的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换 达到平衡的过程。它有以下三个特点： ①阳离子吸附过程是一种可逆反应的动态 平衡。 ②阳离子交换量是等量进行的。 ③各种阳离子被胶体物质吸附的亲和力大 小各不相同。
原因是： ①黏土矿物颗粒微细、具有很大的表面积，伴随 产生巨大的表面能，因此能够吸附进入土壤中的气、液态污
染物。
②黏土矿物带负电荷，阳离子交换量高，对土壤中 离子态污染物有较强的交换固定能力。
第一节 土壤的组成与性质
（3）有机-无机复合胶体 无机胶体和有机胶体结合而成的一种胶 体，其性质介于上述两种胶体之间。土壤胶 体大多是有机-无机复合胶体。
砾土类
壤土类
砂土及填质砂土
砂质壤土 壤土 粉砂质壤土 砂质黏壤土 黏壤土 粉质黏壤土 砂质黏土 壤质黏土 粉质黏土 黏土 重黏土
0~15
0~15 0~15 0~15 15~25 25~45 25~45 25~45 45~65 65~100
0~15
0~45 35~45 45~100 0~30 20~45 45~85 0~20 0~45 45~75 0~35 0~35
第一节 土壤的组成与性质第一节 水环境化学 基础
第一节 土壤的组成与性质
第一节 土壤的组成与性质 土壤退化的过程
第四篇 土壤环境化学
风和水的侵蚀作用： 引起土壤流失；
受纳酸雨或过多使用氨氮肥料： 引起土壤酸化；
灌溉水中含过多盐分或深度风化作用： 引起土壤盐碱化；
干旱： 引起土壤板结、龟裂、结构单元破坏甚至荒漠化；
第一节 土壤的组成与性质
不同粒径土粒的化学组成（%）
粒径 （mm） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O P2O5
1.0~0.2 0.2~0.04 0.04~0.01 0.01~0.002 <0.002
93.6 94.0 89.4 74.2 53.2
1.6 2.0 5.0 13.2 21.5
第一节 土壤的组成与性质
第一节 土壤的组成与性质 • 土壤有机质对重金属离子等的吸附作用和螯合作 用可同时发生。
Hasler指出土壤有机质结合金属离子能力的顺序为：Pb＞ Cu＞Ni＞Co＞Zn＞Mn＞Mg＞Ba＞Ca＞Hg＞Cd。 Jonasson认为胡敏酸、富里酸吸附金属的顺序为：Hg2+＞C u2+＞Pb2+＞Zn2+＞Ni2+＞Co2+。
第一节 土壤的组成与性质
阳离子交换量
（cation exchange capacity CEC）
CEC：表示每千克土中阳离子的总含量，是表示土壤吸附性质的重要指标。
可交换 阳离子
致酸阳离子（Al3+、H+）
盐基阳离子 （Ca2+、Mg2+、K+、Na+等）
第一节 土壤的组成与性质
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。
粒 径（mm）
>10 10~3 3~1 1~0.25 0.25~0.05
0.05~0.01 0.01~0.005
0.005~0.001 <0.001
第一节 土壤的组成与性质
各粒级的主要矿物成分和理化特性
• （1）石块和石砾
• （2）砂砾
多为岩石碎块，直径大于1mm。土壤中含石块和石砾多时，其空 隙过大，水分和养分易流失。 主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母和角闪石等。其中以石 英为主。粒径为1~0.05mm。空隙大，通气和透水性强，保水保 肥能力弱，营养元素含量少。 是原生矿物和次生矿物的混合体，粒径为0.05~0.005mm。物理 化学性质介于砂粒与粘粒之间。团聚、胶结性差，分散性强。保水 保肥能力较好。 主要是次生矿物，粒径＜0.001mm。含黏粒多的土壤，营养元素 含量丰富，团聚能力较强，有良好的保水保肥能力，但通气和透水 性差。
水涝： 引起营养物浸出和流失； 污染： 引起土壤中有毒物质累积。
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第一节 土壤的组成与性质
一、土壤的组成
土壤中的水分及 水溶物
土壤 固相
土壤矿物 质、土壤 有机质
土壤 液相
土壤气 相
土壤中所含有的气体
第一节 土壤的组成与性质
土壤中固、液、气相结构简图
土壤矿物质、土壤有机质
第一节 土壤的组成与性质
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 比表面积越大，表面能越大，胶体的吸附性 越大。 • （2）土壤胶体的电荷及电性 • 电荷的数目决定于土壤吸附离子的多少，而 电荷的密度决定于离子被吸附的牢固程度。
•
土壤胶体微粒一般带负电荷，形成一个负离子层（决 定电位离子层），其外部由于电性吸引而形成一个正离子 层（反离子层或扩散层），即合称双电层。
• （3）粉粒 • （4）黏粒
第一节 土壤的组成与性质
各级土粒的矿物组成（%）
石英 粒径（mm） 长石 云母 角闪石 其它
1~0.25 0.25~0.05 0.05~0.01 0.01~0.005 <0.005
86 81 74 63 10
14 12 15 8 10
7 21 66
4 3 5 7
3 3 3 7
什么是土壤，它是如何形成的呢？？
土壤
是由地壳岩石及矿物经过长期风化形成的。在风化 过程中，岩石、矿物变成碎屑（土壤母质），它们在生物及 其遗骸、微生物作用下，通过腐殖质形成地表疏松层，它是 陆生植物赖以生存的物质基础，是一切农业的基础，除可生 产食物外，也是外界同化和代谢物及大部分污染物的承受体 ，是维持全球人口生存的重要因素。
第四章 土壤环境化学
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土壤的组成与性质 污染物在土壤-植物体系中的迁移 土壤中农药的迁移转化
第四章
第一节 土壤的组成与性质
一 • 土壤的组成
二 三 四 • 土壤的结构 • 土壤的粒级其理化特性
• 土壤胶体的性质及离子交换
• 土壤的酸碱度和缓冲性 • 土壤的氧化还原性
五 六
第一节 土壤的组成与性质
第一节 土壤的组成与性质
二、土壤的结构
块状
柱状
结构
片状
团粒
第一节 土壤的组成与性质 三、土壤的粒级分组与质地分组和各粒级的理化特性 • 1．土壤的粒级分组与各粒级的理化特性 • 土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。不
同粒径的土壤矿物质颗粒（土粒），其性质和成分都不一 样。为了研究方便，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。
1．土壤固相
• 土壤中的固相物质主要包括土壤矿物质和土壤有机质，其中 土壤矿物质占土壤固体总重量的90%以上，而土壤有机质占 总重量的1％～10％（可耕土壤中约占5％，且绝大部分在 土壤表层）。 • （1）土壤矿物质 原生矿物——主要四类：硅酸盐类矿物、氧化物类 、矿 物、硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。 次生矿物——分为三类：简单盐类、三氧化物类、次生铝 硅酸盐类。 • （2）土壤有机质 是土壤中含碳有机物的总称，主要来源于动植物和微生物 残体，可分为非腐殖物质和腐殖质两大类 。
85~100
55~85 45~55 0~55 55~85 30~55 0~40 55~75 10~55 0~30 0~55 0~55
黏壤土类
黏土类
第一节 土壤的组成与性质
我国土壤质地分类标准（1975年）
各粒级百分含量 质地组 质地号 1 2 3 质地名称 粗砂土 细沙土 面砂土 砂粒 （1~0.05mm） >70 60~70 50~60 粗粉粒 (0.05~0.001mm) —— —— —— 胶粒 （<0.001mm） —— <30 ——
砂土组