土壤环境化学
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 -1第四章 土壤环境化学1(2)
Ellipsometric Search for Vapor Layers at Liquid-hydrophobic Solid Surfaces. Y. Takata, J.-H. J. Cho, B. M. Law, and M. Aratono pp 1715 - 1721; (Research Article) DOI: 10.1021/la052599s
Langmuir, 2006, 22 (4), pp 1715–1721
Figure 2 Three rough surfaces in superhydrophobic Cassie’s state. A) Microstructure model; B) Nanostructure model. c) Hierarchical micro-and nanostructure model; Blue:water; gray: solid; white: air.
硅铝粘土层 准三层，d001~2.17 nm
硅铝粘土层 倾斜立式，d001~2.21 nm
图4-7 经CTMAB交换后的蒙脱石的层间距
探针
表面
原子力显微镜
7.88 [nm]
10.00 nm
bent
2 1 . 0 5 x 2 1 . 0 5 n m0 . 0 0
内蒙膨润土二维形貌与三维形貌断面线性轮廓AFM图
斥
力
作用区域
吸
引
感觉到表面
力
“feel” the
surface
环保应用 水合氧化铁、氧化铝——汤鸿霄院士（生态中心）
典型Al13硫酸盐与转化为Al30硫酸盐沉淀晶体形貌图像
铝总量， % 平均电荷
平均电荷
土壤环境化学
土壤环境化学
土壤环境化学是研究土壤中化学元素、化学反应和化学过程的学科。
土壤是地球上最重要的自然资源之一，它不仅是植物生长的基础，也是生态系统的重要组成部分。
因此，了解土壤环境化学对于保护土壤资源、提高农业生产和维护生态平衡具有重要意义。
土壤中的化学元素是土壤环境化学的重要研究内容之一。
土壤中的化学元素包括有机元素和无机元素。
有机元素主要来自于植物和动物的残体，而无机元素则来自于岩石、土壤和大气等。
土壤中的化学元素对于植物生长和土壤肥力有着重要的影响。
例如，氮、磷、钾等元素是植物生长所必需的营养元素，而铁、锰、铜、锌等微量元素则对植物生长和发育有着重要的作用。
土壤中的化学反应和化学过程也是土壤环境化学的重要研究内容。
土壤中的化学反应和化学过程包括酸碱反应、氧化还原反应、络合反应、离子交换等。
这些反应和过程对土壤的肥力、酸碱度、微生物活动等都有着重要的影响。
例如，土壤的酸碱度对于植物生长和土壤微生物的生长和活动都有着重要的影响。
土壤中的氧化还原反应则对土壤中的有机物质分解和微生物代谢有着重要的作用。
土壤环境化学的研究对于保护土壤资源、提高农业生产和维护生态平衡具有重要意义。
通过研究土壤中的化学元素、化学反应和化学过程，可以制定科学的土壤管理措施，提高土壤肥力和农业生产效益。
同时，也可以减少土壤污染和土地退化，保护生态环境。
因此，
加强土壤环境化学的研究和应用，对于实现可持续发展具有重要的意义。
土壤环境化学
土壤环境化学
土壤概述
土壤的形成： 地壳中各类岩石在长期风化过程中，逐渐破 碎成大小不等的颗粒，同时改变了原来的化学 组成和性质，形成了矿物碎屑（即土壤母质）， 并产生某些特性，如透水性、保水性、通气性， 并含有少量可溶性矿物元素等。这些特性是岩 石所不具备的，这时所形成的土壤母质，因不 含氮素，不具备绿色植物生长所必需的肥力条 件，所以土壤母质并不等于土壤；但在土壤母 质中，某些微生物特别是固氮微生物可以繁殖， 为土壤母质积累一定的氮素养料，继而开始出 现绿色植物。
土壤的形成
在绿色植物生命活动过程中，从土壤母质 中选择吸收大量的营养元素组成自己的躯体， 死亡后其残骸留于土壤母质中，经微生物活动， 一部分形成高分子腐殖质，一部分分解为简单 的可溶性养分元素，供下一代植物生长所需， 这一过程使土壤母质不断增加和积累有机体的 分解产物及营养元素，使土壤母质逐渐具备肥 力，这样土壤母质才逐步变为土壤。使土壤母 质发展肥力，从而转变成土壤的过程就叫做成 土作用，而有机质的合成与分解是成土作用的 实质。
土壤概述
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。 二级标准 适用于Ⅱ类土壤区，包括一般农田、蔬菜地、茶 园、果园、牧场等的土壤。土壤质量应基本上对植物 和环境不造成危害和污染。 三级标准 适用于Ⅲ类土壤区，包括林地土壤及污染物容量 较大的高背景值土壤和矿区附近等地的农田土壤(蔬菜 地除外)。 土壤质量应基本上对植物和环境不造成危害和污 染。
次生矿物
土壤中含磷矿物氟磷灰石[Ca3(PO4)2· 2]， CaF 经水解作用，形成可溶性酸式磷酸盐： Ca3(PO4)2 + H2O + CO2 → 2CaHPO4 + CaCO3 2CaHPO4 + H2O +CO2 → Ca(H2PO4)2 +CaCO3 又如含铁矿物黄铁矿的氧化： 2FeS2 +7O2 + 2H2O → 2FeSO4 +2H2SO4 次生粘土矿物的生成：次生粘土矿物大多为各 种铝硅酸盐和铁硅酸盐，在风化过程中，产生 一些可溶性产物，互相结合，形成非晶质凝胶， 再经过自晶化作用，形成粘土矿物。
第四章土壤环境化学(SoilEnvironmentalChemistry)
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。
土壤环境化学
土壤环境化学土壤环境化学是环境科学与化学交叉的一门学科。
它研究土壤中各种化学元素的分布、特性和作用，探讨土壤物质的结构与性质，分析生态系统和人类活动对土壤环境的影响，为改善土壤质量和保护生态环境提供理论和技术支持。
下面从几个方面对土壤环境化学进行分析和探讨。
1.土壤中化学元素的分布与作用土壤中含有丰富的化学元素，其中有些元素对植物生长和土壤质量有着重要作用。
例如，土壤中的氮、磷、钾等元素是植物生长所必需的养分元素，它们对植物营养生长和产量起着重要作用；而铁、锰等微量元素则对生物酶活性和土壤微生物的生长起到促进作用。
因此，研究土壤中各种化学元素的分布与作用，对于保持土壤生态平衡和提高土壤生产力具有重要意义。
2.土壤化学性质及其测定方法土壤的化学性质包括pH值、电导率、有机质、离子交换等，这些性质对于土壤物质的性质和土壤生态系统的平衡起着重要作用。
测定土壤中各种元素的含量和范围，对于判断土壤质量和土壤养分状况具有重要意义。
常用的土壤化学性质测定方法包括pH试剂法、离子交换色谱法、原子吸收光谱法等。
3.土壤环境污染及其防治土壤污染对于土壤生态环境和人类健康产生严重威胁。
土壤污染的主要来源包括农业生产、工业生产、城市人类活动等。
土壤环境化学研究土壤污染的来源、性质、分布规律等，为土壤污染防治提供科学依据。
土壤环境污染的防治手段包括土壤修复、土壤保护、土地整治和土壤资源综合利用等。
4.土壤有机质及其作用土壤有机质指在枯枝、落叶、残渣等废弃物的分解作用下形成的含碳物质。
有机质对土壤的肥力、结构和水分保持能力起着重要作用，同时还能促进土壤微生物生长，参与土壤健康发展。
因此，研究土壤有机质的来源、形成和作用对于提高土壤生产力和改善生态环境具有重要意义。
总的来说，土壤环境化学是一门涵盖广泛，应用领域广泛的交叉学科，它在促进土地资源的合理管理和提高土壤生产力方面拥有重要作用，也对保护生态环境和人民健康具有重要意义。
第四章土壤环境化学
土壤胶体是H+ Al3+的储存库，因此潜性
酸度是活性酸度的储备。
一般情况下，潜性酸度远大于活
性酸度。二者之比在沙土中达 1000，有机质丰富的粘土中高达
上万倍。
2．土壤碱度
土壤溶液中的OH- 离子，主要来源于 碱金属和碱土金属的碳酸盐类，即碳酸 盐碱度和重碳酸盐碱度的总量称为总碱 度，可用滴定法测定。
最高甚至5%
有还原性气体（H2S、NH3、H2、 CH4）、厌氧 细菌和污染物等存在。
二、土壤的粒级及其理化性质
兰州地区黄土的粒级分类
粘粒 clay (<0.002mm) 27.4 (%) 粉砂粒 silt (0.02-0.002mm) 53.85 砂粒 sand(2-0.02mm) 18.75 属于粘土类粉质粘土
土壤水分存在的形式：
土壤颗粒表面有很强的粘附力，土
壤颗粒吸附的水分称吸着水，几乎不移
动，不被植物吸收。外层的膜状水称内
聚水或毛细管水，是植物生长的主要水
源。
4．土壤空气
特性：不连续性，存在于土粒间隙之间； 湿度更高； O2少，CO2多，有机质腐烂分解； 大气 土壤
O2 CO2 21% (v/v) 0.03% 15% 0.15%-0.65%
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%）
3．土壤水分
土壤溶质包括：无机胶体、有机胶体、 无机盐类、有机化合物、配合物、溶 解气体 土壤水分的意义：土壤水分既是植物 营养物的来源，也是污染物向其他圈 层迁移的媒介
第四章土壤环境化学第三节土壤中农药的迁移和转化
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
环境化学---土壤
土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构成了土 壤的“骨骼”。土壤矿物质主要来自成土母质，按其 成因可分为原生矿物和次生矿物两大类。 1.原生矿物 土壤原生矿物是指各种岩石受到不 同程度的物理风化，而未经化学风化的碎屑物，其 原来的化学组成和结晶构造均未改变。 2.次生矿物 次生矿物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经过改变，而 不同于原来的原生矿物。
（1）氧化铁和氢氧化铁类：
（2）氧化铝矿物：次生氧化铝矿物中的铝来自含铝硅酸 盐矿物的风化，按加热脱水的表现，次生氧化铝矿物分 为一水型氧化铝（Al2O3·H2O）和三水型氧化铝 （Al2O3·3H2O）。一水氧化铝在热带土壤和石灰岩风化 土壤中偶尔可得到。三水氧化铝普遍存在于灰化土，湿 热气候下的砖红壤、赤红壤和黄壤。它是含铝矿物在强 烈淋溶条件下高度风化的最终产物，比高岭石还稳定。 （3）氧化锰矿物：土壤中常见为MnO和MnO2，氧化高 价锰（MnO2）更为常见。在土壤结构表面上呈棕、黑色 胶膜，或呈结核状存在。 （4）次生氧化硅：主要指氧化硅凝胶和蛋白石 （SiO2·nH2O）。土壤溶液中氧化硅在酸性介质中可由 单体聚合为凝胶，凝胶老化时缩合为蛋白石。蛋白石包 裹着许多有机和无机杂质，使它呈现彩色。蛋白石进一 步脱水可成隐晶质的石英或方英石——玉髓。来源于生 物的蛋白22 石，可作为埋藏土层和古地理环境的指示矿 物，包裹在植物蛋白石中的有机碳可用来测定土壤的年 龄。
1. 简单盐类 包括各种碳酸盐、重碳酸盐、氯化物等，它们都是原生矿物经化学风
化后的最终产物，结晶构造都较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。 2. 次生氧化物矿物 常见的有：
褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）是含水氧化铁，广泛分布于土壤和风化壳中，使 土壤呈棕褐、橘红和红色。 赤铁矿（2Fe2O3）赤铁矿可承自母质，也可在温暖地带的土壤中由氢氧化 铁沉淀而成，色赭红，常与针铁矿共生于红色土壤中。干热地区，土壤通气性好， 有利于赤铁矿生成。在有机质丰富的土壤中，母质中的赤铁矿易还原转变为针铁 矿。 磁赤铁矿（γFe2O3）原生磁铁矿氧化或纤铁矿脱水都可生成磁赤铁矿，常与 赤铁矿共生，使土壤呈红棕色。常见于热带、亚热带岩浆岩高度风化的土壤中。 针铁矿（2FeOOH）针铁矿生成的pH范围很宽，从pH3—10以上，几乎所 有的土壤类型中都含有针铁矿，它使土壤染成黄-棕褐色。CO2和亚铁离子有利于 针铁矿生成，菱铁矿氧化可转变为针铁矿，常成丛聚集。一水硬铝石（2AlOOH） 和斜方水锰矿（2MnOOH）的结构与针铁矿相同，针铁矿中常含有不少铝和锰。 纤铁矿（γFeOOH）它比针铁矿少见，常存在于温带湿润地区的非石灰性水 成土内，特别是氧化-还原交替频繁的层次或有机质含量多的土层内尤为常见，呈 鲜亮的橙色斑纹，晶体为边缘不齐的板条状。在热带土壤中纤铁矿往往为磁赤铁 矿所代替。 水铁矿（Fe2O3·nH2O）当高铁化合物快速水解时，产生棕色胶状沉淀中有 些稍具赤铁矿结构的微晶，称水铁矿。亚铁溶液经铁细菌作用，加速氧化时也可 生成水铁矿。有机质丰富的寒温带土壤中可存留较多的水铁矿。
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。
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其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，但当它们通过离子交 换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+ 浓度， 使土壤 pH 值降低。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。据测定土壤潜性酸
②水解性酸度： 用弱酸强碱盐 (如醋酸钠)淋洗土壤，溶液中金属离子可
以将土壤胶体吸附的 H+ 、 A13+ 代换出来，同时生成某弱酸
(醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土 壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
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土壤环境化学
土壤环境化学土壤环境化学是研究土壤中化学元素的组成、转化和迁移规律的一个重要领域。
土壤是生物圈中的一个重要组成部分，它承载着植物的生长和发育，保持着生物多样性的平衡，同时也是污染物的重要存储和传播介质。
因此，了解土壤中的化学性质对于环境保护和农业生产具有重要意义。
土壤中的化学成分主要包括无机物质和有机物质两部分。
无机物质是土壤的主要组成部分，包括矿物质、水和气体。
矿物质是土壤固体颗粒的主要成分，它们来源于岩石的风化和分解，包括石英、长石、云母等。
水分是土壤中的重要组成部分，它对土壤中化学物质的溶解、扩散和迁移起着重要作用。
气体主要是土壤孔隙中的氧气、二氧化碳和氮气等，对土壤中微生物活动和植物生长具有重要影响。
有机物质是土壤中的另一个重要组成部分，主要来源于植物残体、动物粪便和微生物分解产物。
有机物质对土壤的肥力、结构和水分保持起着重要作用，同时也是土壤中微生物的主要营养来源。
土壤中的有机物质含量和组成对土壤的肥力和生物多样性具有重要影响，因此研究土壤中有机物质的化学性质对于土壤生态系统的健康维护和可持续发展至关重要。
土壤中的化学元素主要包括宏量元素和微量元素两类。
宏量元素是植物生长必需的元素，包括碳、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫等。
这些元素对于植物的生长和发育至关重要，缺乏或过量都会影响植物的生长状况。
微量元素虽然在土壤中含量较少，但对植物的生长也具有重要作用，如铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯等。
这些微量元素在植物生长过程中参与了许多生物代谢反应，保证了植物的正常生长和发育。
土壤中的化学元素在土壤中的迁移和转化受到许多因素的影响，如土壤的pH值、纹理、有机质含量、温度、湿度等。
不同的土壤类型和环境条件会对化学元素的形态和活性产生影响，进而影响植物对元素的吸收和利用。
因此，研究土壤环境化学对于合理施肥、减少污染物排放、保护土壤生态环境具有重要意义。
土壤环境化学是一个综合性的学科，它涉及土壤中各种化学元素的来源、转化和迁移规律，对于环境保护、农业生产和生态系统的可持续发展具有重要意义。
土壤环境化学
土壤环境化学土壤圈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。
1、土壤的组成土壤除固相、液相和气相组成外，土壤中还有数量众多的细菌和微生物。
2、原生矿物3、次生矿物（1）按形态分类①非晶态次生矿物呈胶膜状态，它包裹于土粒表面，如水合氧化铁、铝及硅等；呈粒状凝胶成为极细的土粒，如水铝类石等，是一种无固定组成的硅铝氧化物，并有较高的阳离子和阴离子代换量，特别是无定形氧化物具有巨大的比表面和较高的化学活性。
②晶态次生矿物－主要是铝硅酸盐类黏土矿物由硅氧四面体和铝氢氧八面体的层片组成硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子组成，形成一个三角锥形的晶格单元铝氢氧八面体：一个铝原子与六个氧原子或氢氧原子组组成，形成具有八个面的晶格单元（2）按性质分类①简单盐类：方解石(CaCO3)、石膏(CaSO4·H2O)原生矿物化学风化后的最终产物水溶性盐，易淋溶流失土壤中存在较少、主要存在盐渍土壤中、干旱地区②三氧化物类硅酸盐矿物彻底风化后的产物③次生铝硅酸盐类（粘土矿物）由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成在土壤中普遍存在、土壤的主要成分，种类多黏土矿物分类：伊利石、蒙脱石、高岭石不足的正电荷被处在两个钾离子起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来。
但以温带干旱地区的土壤中含量其颗粒直径 ，膨胀性较小， 晶层间没有氢水分子或其他交换性阳离子可以进入层 是基性岩在碱性环境条件其颗粒直径 ，阳离子代换量极高。
因此富含蒙脱石的土壤，水分缺乏，同时干裂现象严重而不利于植物生长。
型二层晶层之间水分子和其他离子 主要见于湿热的热带地区的土; 其颗粒直径较大，为0.1～，膨胀性小，阳离子植物可获得的有效水4、土壤矿物质的粒级划分（1）石块和石砾：多为岩石碎块，直径大于1mm。
山区土壤和河滩土壤中常见。
土壤中含石块和石砾多时，其孔隙过大，水和养分易流失。
（2）砂粒：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、角闪石等，其中以石英为主，粒径为1～0.05mm。
土壤环境化学
土壤环境化学土壤环境化学是研究土壤中化学元素和化学反应的科学领域。
土壤是地球表面的重要自然资源，其化学性质对农作物生长、环境保护和生态平衡具有重要影响。
了解土壤环境化学的基本原理和特点，有助于科学合理地利用土壤资源，保护生态环境。
土壤中的化学元素是土壤环境化学研究的重点之一。
土壤中的主要化学元素包括有机物质、矿物质和无机盐等。
有机物质是土壤中的重要组成部分，可以提供植物生长所需的营养元素和能量。
矿物质是土壤中的无机物质，其主要成分包括氧化物、碳酸盐、硅酸盐等。
无机盐是土壤中的无机离子，包括氮、磷、钾等元素。
这些化学元素在土壤中以不同形式存在，对土壤的肥力和生物活性起着重要作用。
土壤中的化学反应是土壤环境化学研究的另一个重要方面。
土壤中的化学反应包括氧化还原反应、酸碱中和反应、络合反应等。
氧化还原反应是土壤中氧气与有机物质或无机物质之间的化学反应，可以释放能量或吸收能量，影响土壤中微生物的代谢和植物的生长。
酸碱中和反应是土壤中酸性物质与碱性物质之间的中和反应，可以调节土壤的酸碱度，影响土壤中微生物的生长和植物的吸收营养。
络合反应是土壤中金属离子与有机物质或无机物质之间的络合作用，可以影响土壤中金属元素的迁移和转化。
土壤环境化学还涉及土壤中的污染物质和其化学行为。
土壤中的污染物质包括重金属、有机污染物、放射性物质等。
这些污染物质会影响土壤的生物多样性和生态平衡，对人类健康和环境造成危害。
了解土壤中污染物质的化学性质和行为规律，有助于科学合理地治理土壤污染，保护生态环境。
土壤环境化学是一门综合性的学科，涉及土壤中化学元素、化学反应、污染物质等多个方面。
通过深入研究土壤环境化学的基本原理和特点，可以更好地利用土壤资源，保护生态环境，实现可持续发展。
希望通过不断努力和探索，能够更好地认识和理解土壤环境化学，为建设美丽家园贡献自己的力量。
土壤的主要成分及它们在环境化学中的作用
土壤的主要成分及它们在环境化学中的作用土壤是由无机和有机物质组成的复杂体系。
以下是土壤的主要成分及其在环境化学中的作用：1. 矿物质：矿物质是土壤的主要无机成分，包括石英、长石、黏土矿物等。
矿物质在环境化学中具有以下作用：-提供土壤的物理支持和结构稳定性。
-影响土壤的质地、保水性和透气性。
-可以吸附和释放养分，影响土壤肥力。
-可能吸附有机污染物和重金属，影响它们在土壤中的迁移和生物可及性。
2. 有机质：有机质是由已死和正在分解的植物和动物残体形成的有机物质。
有机质在环境化学中具有以下作用：-提供土壤的肥力和营养素。
-促进土壤结构的形成和稳定。
-提供微生物生长和活动所需的碳源和能量。
-可以吸附和解毒有机污染物。
3. 水分：水是土壤中的重要组成部分，对环境化学过程有重要影响：-水是溶解和迁移物质的介质，通过溶解作用可以促进养分和污染物在土壤中的迁移。
-水的存在和分布状况影响土壤的氧气和二氧化碳扩散，从而影响土壤中的生物活性和化学反应。
4. 气体：土壤中的气体包括空气中的氮气、氧气、二氧化碳等。
气体在环境化学中的作用包括：-影响土壤中微生物的呼吸和代谢过程。
-参与土壤中的氧化还原反应，如氮的硝化和脱氮过程。
5. 生物：土壤中存在着丰富的生物群落，包括细菌、真菌、线虫、蚯蚓等。
生物在环境化学中的作用包括：-分解有机物质，促进有机质的转化和循环。
-参与氮循环和其他生物地球化学过程。
-影响土壤中污染物的生物降解和转化。
综上所述，土壤的主要成分包括矿物质、有机质、水分、气体和生物。
它们在环境化学中发挥着关键的作用。
在环境化学中，土壤的成分与作用之间存在着密切的相互关系。
以下是一些关键的作用：1. 营养元素的储存和释放：土壤中的矿物质和有机质可以吸附和储存营养元素，如氮、磷、钾等。
这些养分对植物的生长至关重要。
土壤中的微生物和根系也参与了养分的循环和转化过程。
当植物需要时，土壤可以释放储存的营养元素，满足植物的需要。
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第六章 土壤环境化学
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)
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
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）、
1. 土壤的组成和性质
不同生态系统下土壤有机质的含量
60 800 700 600 40 30 20 10 0
ø ² ê Ó Ö Á Â Î ø ² É Ö Á È ø ² Ý ° Ô Â Î ø ² Ý ° Ô Ô ± ´ Á Í × ³ ø ² ± É ® Ä à ¶ ¾ Ä Ò Ñ ¯ Ê ¬ £ ± É ® Ä û µ ÷ × Á Í À È Ó Õ ó Ô
1. 土壤的组成和性质
土壤发生层
1. 土壤的组成和性质 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。
环境化学第四章土壤环境化学
环境化学第四章土壤环境化学第四章土壤环境化学1、土壤圈：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。
是联系有机界和无机界的中心环节，还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力。
主要元素O、Si、Al、Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等。
2、土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。
其本质属性是具有肥力土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。
土壤矿物质：是岩石经过物理和化学风化的产物，由原生矿物和次生矿物构成。
土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的标志，土壤肥力的表现。
土壤水分：来自大气降水和灌溉土壤中的空气：成分与大气相似，不连续，二氧化碳比氧气多。
3、土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，称为土壤的缓冲性能。
4、土壤中存在着由土壤动物、土壤微生物和细菌组成的生物群体。
5、典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层、淋溶层、淀积层和母质层。
6、土壤的显著特点是具有：隐蔽性、潜在性和不可逆性。
7、岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
8、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？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。
根据测定潜性酸度的提取液不同，可分为代换性酸度、水解性酸度：代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换。
用强碱弱酸盐淋洗土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来，同时生成弱酸，此时测定该弱酸的酸度称水解性酸度。
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液相 liquids 固相 solids
water
Soil solution salts
inorganic
minerals
organic
Humus and residue of plants
microorganisms
4-11
根须
土粒上的吸附水 土粒 土壤孔隙
被水饱和的土壤
排入地下水
4-12
土壤的分层： 覆盖层、淋溶层、淀积层
4-5
由于方方面面的原因，一些地区的土壤受到不同程度的污染， 对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成威胁，总体形 势相当严峻。
一是土壤污染程度加剧。据不完全调查，目前全国受污 染的耕地约有1.5亿亩①，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体 废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10 以 上，其中多数集中在经济较发达的地区（2006年）。
4-9
固体50%左右
矿物质45%左右
水
空气
20%~30% 30%~20%
空隙 50%左右
有机质5%左右
Dynamic Nature of Soil
Ideal
Too Dry
Too Wet
Water
Mineral
Organic
Air
4-10
土壤 soil
气相 gases
Soil air: CO2，O2，N2，H2S，CH4等
，还会附着在土壤颗粒上，通过呼吸直接进入人体。
工业废物的 任意堆放
大气污染的 干湿沉降
污泥、污水 的施用等
工业废水的 任意排放
土壤
农药和化肥 的过度施用
地表径流带 来的污染
生活垃圾的 填埋
4-4
世界十大污染事件之一 —— 骨痛病事件
19世纪80年代，日本富山县平原神通川上游的神冈矿 山(铅锌矿)开始采矿活动，然而在采矿过程及堆积的矿渣中 产生的含有镉等重金属的废水却长期直接流入周围的环境 中，在当地的水田土壤、河流底泥中产生了镉等重金属的 沉淀堆积。镉通过稻米进入人体，首先引起肾脏障碍，逐 渐导致软骨症，在妇女妊娠、哺乳、内分泌不协调、营养 性钙不足等诱发原因存在的情况下，使妇女得上一种浑身 剧烈疼痛的病，叫痛痛病，也叫骨痛病，重者全身多处骨 折，在痛苦中死亡。从1931年到1968年，神通川平原地区被 确诊患此病的人数为258人，其中死亡128人，至1977年12月 又死亡79人。
4-7
第一节 土壤的组成和性质
4.1 Soil Components & Characteristics
一、 土壤的组成
Soil Components
二、 粒级分组与质地分组
Size Classification & Texture Classification
三、 土壤吸附性
Soil Sorption Capacity
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
4-1Leabharlann 内容提要及要点要求本章主要介绍土壤的组成及性质；污染物在土壤－ 植物体系中的迁移和它的作用机制，以及主要农药和重 金属在土壤中的迁移、转化与归趋。要求了解土壤的组 成与性质，土壤的粒级与质地分组特性；了解污染物在 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，重金属离子和 农药在土壤中的迁移原理与主要影响因素，以及主要农 药和重金属离子在土壤中的转化规律与效应。
矿物质 90%以上 有机质 1.0%~10%
土壤中的水分 及其水溶物 （包括气体）
Soil solution is defined as the soil interstitial water, its solutes and dissolved gases.
孔隙中充满空气 porous media
淋溶（leaching ）：是指污染物随渗透水在土壤中沿土壤垂
直剖面向下的运动，是污染物在水－土壤颗粒之间吸附－解 吸或分配的一种综合行为。
淋溶层：是指由于淋溶作用使物质下移所经过的土层，也可称
过滤层，是土壤中生物最活跃的一层，有机质大部分在这一层。
二是土壤污染危害巨大。据估算，全国每年因重金属污 染的粮食达1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元。
三是土壤污染防治基础薄弱。
① 1亩=667 m2
4-6
为全面、系统、准确把握我国土壤污染的真实“家底”，有效 防治土壤污染，确保百姓身体健康，2006年7月18日国家环保总 局（现为环境保护部）和国土资源部联合启动了经费预算达１ ０亿元的全国首次土壤污染状况调查。全国土壤污染状况调查 的范围包括除台湾省和港澳地区以外的各省、自治区、直辖市 所辖全部陆地国土，调查的重点区域是长三角、珠三角、环渤 海湾地区、东北老工业基地、成渝地区、渭河平原以及主要矿 产资源型城市。
四、 土壤的酸碱性
Soil Acidity & Soil Alkalinity
五、 土壤的氧化还原性能
Redox Characteristics of Soil
4-8
一、土壤的组成 Soil Components
土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表 层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产 物。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。
4-2
土壤圈(Pedosphere)
特征：
1. 永恒的物质循环与能量交换 2. 最活跃、最富生命力的圈层
3. 对环境的交互作用（净化－污染） 4. 记忆块与基因库 5. 时空变化
4-3
土壤是各种污染物最终的“宿营地”，世界上90％ 的污染物 最终滞留在土壤内。土壤中的污染物质会向水体中迁移或流失； 附着其上的污染物能够进入大气，并通过大气环流在全球范围内 进行传播。土壤中的有害物质不仅通过食物和水体影响人体健康
根据安排，2006年７月至2007年底是调查的实施阶段，主要任务是 进行野外采样和室内数据分析工作；2008年是调查的总结阶段，主 要任务是编制调查报告，全面总结和集成调查成果。
此外，我国土壤污染标准体系的制定工作也日益受到重视
在2008年12月12日召开的“中国环境修复发展战略论坛”上，国家环 保部科技司刘志全副司长在发言中称，我国目前每年投入3000~4000 万元人民币用于制定土壤污染标准体系的研究，每年要制定100多项 标准，预计在未来1~2年内完成。