土壤模型

无定形——其内部原子或分子的排列无周期性， 如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液 体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很 强相互作用。
无定形的土壤有机质（软碳）
凝聚态的土壤有机质（硬碳）
土壤固相——吸附
随后，Weber和Huang将土壤（沉积物）中吸附有机污染物的组份分 成无机矿物表面、无定形的土壤有机质（软碳）和凝聚态的土壤有机质 （硬碳）3个部分。这样多端元反应模型就变成了三端元反应模型，有机 污染物通过不同的吸附方式进入到土壤的上述3个部分。 无定形——其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章 地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用。
土壤固相——土壤胶体
阳离子的交换能力：指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。 各种阳离子的交换能力或结合强度不等，它服从库仑定律。
F=q1· q2/（εr2）
式中：F——吸力
ε——介电常数
q1——阳离子电荷量 q2——负电胶体电荷量 r——阳离子水化后的有效半径
土壤固相——土壤胶体
3.土壤胶体的分散和凝聚性 分散性：在土壤溶液中，胶体常带负电荷，即具有负的电动电位，所以胶 体微粒又因具有相同电荷而相互排斥，电动电位越高，相互排斥力就越强， 胶体微粒呈现的分散性就越强。 凝聚性：由于胶体的比表面和表面能都很大，为减少表面能，胶体具有相 互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。 这些特性与土壤结构的形成及污染元素在土壤中的行为均有密切的关系。
土壤环境-人和动物
⑴土壤风蚀或者污染物质挥发后进入大气影响人和动物；
⑵土壤污染物进入水体中影响人和动物；
⑶土壤污染物被植物吸收后经过食物链影响人和动物；
二、土壤组成
二、土壤组成
土壤固相——矿物质
土壤矿物是土壤固相的主体物质，构成了土壤的“骨骼”，占土壤固 相总质量的90%以上。其中的土壤矿质胶体是土壤矿物质中最活跃的组分， 其主体是黏粒矿物。
无定形颗粒
土壤固相——吸附
4.双模式吸附模型 这个模型是假设土壤有机质同玻璃聚合物一样，是一个双模式的吸附 剂，因而可将土壤有机质分为溶解相和孔隙填充相两个部分。
这两个部分都会对吸附产生影响，但机理却完全不同。有机污染物在 溶解相上的吸附是一个分配过程，有机污染物在此相中具有较大的扩散系 数，吸附与解吸速率都很快，不会发生滞后现象。相反，在孔隙填充相中 的吸附则服从兰格缪尔吸附等温模型。
土壤空气
土壤空气组成的变化同时受到两组过程的制约：
1.土壤中的各种化学和生物化学反应，作用结果ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ括产生CO2和消耗02。
2.土壤空气与大气相互交换，即空气运动。 上述两组过程：前者趋于扩大土壤空气组成与大气差别，后者则趋于使土壤 空气组成与大气一致，总体表现为一动态平衡。
土壤空气
土壤空气的对流： 土壤空气的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动， 也称为质流。很多原因可引起土壤与大气间的压力差，从而引起土壤空气与 大气的对流，如大气中的气压变化、温度梯度、土壤表面的风力、降水、灌 溉等。 土壤空气对流可用下式描述：
⑥土壤体系中可能有多种反应同时出现，是一个复杂的缓冲体系。
土壤环境-大气环境
土壤环境与大气环境之间不断进行着固、液、气三相物质 的交换： 土壤通过绿色植物固定大气中的二氧化碳，释放出氧气； 土壤通过固氮植物固定大气中的氮气； 降雨为土壤补充水分，土壤水的蒸发；
大气中的悬浮颗粒主要来自与土壤的风蚀过程，而大气降 尘有是土壤物质的重要来源；
土壤孔隙
土粒或者团聚体之间以及团聚体内部的孔隙，称为土壤孔隙。 土壤中孔隙的容积占整个土体容积的百分数，称为土壤孔隙度：
土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积]×100% =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积]×100% =[1-（土粒容积/土壤容积）]×100%
=[1-（土粒重量/比重）/（土壤重量/容重）]×100%
=（1-容重/比重）×100% 容重：单位容积土体（包括粒间孔隙）的烘干重； 比重：单位容积的固体土粒（布包扣粒间孔隙）的干重与4℃同体积水重之比。
土壤水
一、土壤水在土壤形成过程中起着极其重要的作用，因而形成土壤剖面的土层 内各种物质的运行，主要是以溶液形式存在的，也就是说，这些物质随同液态 土壤水一起运动。 二、土壤水在很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程，如矿物质风 化、有机物的合成与分解等。 三、自然界水循环的一个重要组成部分。 吸湿水 土壤水 存在形态 膜状水 毛细水
土壤固相——吸附
1.线性分配吸附模型 土壤有机质被认为具有三 维空间结构的大分子聚合物，
它具有有机亲脂相，能使疏水
性有机物质从水环境中逃逸到 亲脂相。假设有机质均质。吸
附过程相当于有机污染物在土
壤的有机相与水相之间的分配 作用。
土壤固相——吸附
2.非线性分配吸附模型 非线性分配模型也是从分配原理出发，该模型认为之所以发生非线性 吸附主要是由于以下因素中的一个或多个共同作用的结果：
环境科学与工程2班
龚嘉临
2111405042
土壤
土壤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，被称为土壤圈。土壤圈是处于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈之 间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。
土壤
目录
一、土壤环境
二、土壤组成
三、土壤污染物的迁移转化
四、土壤模型介绍
⑴液相中存在的悬浮物会改变疏水性有机化合物在土壤（沉积物）中 分配系数的大小。
⑵土壤（沉积物）中无机矿物组分参与了吸附。 ⑶土壤（沉积物）有机质组成和结构的不同影响吸附。 对于给定的反应体系，该模型无法给出非线性吸附的范围和大小。 八十年代后，大量的非线性吸附现象的发现从根本上动摇了上述两种 模型的基础。
——土壤污染物运移模型的对流弥散模型
——挥发性有机污染物在土壤中的运移机制与模型 ——重金属在土壤中的数学模型
一、土壤环境
一、土壤环境
土壤环境是指由岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用，以及地貌、 气候等诸多因素长期作用下形成的土壤的生态环境。
原生矿物：岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物。 次生矿物：原生矿物经化学风化后形成的新矿物。 有机质（腐殖质） 微生物
氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 锰
磷 硫 碳 氮 铜 锌 硼 钼
土壤固相——有机质
土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物，主要来源于动植物和微生物的残体。
土壤有机质
微生物生物量
未分解或 部分分解 的动植物 残体
土壤腐殖质
土壤固相——土壤胶体
1.巨大的比表面和表面能： 土壤胶体有很强的表面活性， 能吸持各种重金属等污染物， 有较大的缓冲能力，对土壤中 元素的保持和忍受酸碱变化以 及减轻某些毒性物质的危害有 重要的作用。
土壤空气
土壤空气和土壤水分共存于土壤的孔隙系统中，在水分不饱和的情况下， 空隙中总有空气存在。在土壤的固、液、气三相体系中，土壤空气存在于土体 内未被水分占据的孔隙中，在一定容积的土体内，如果孔隙度不变，土壤含水 量增加，则空气含量必然减少，所以在土壤孔隙状况不变的情况下，二者是此 消彼长的关系。
S——土壤孔隙度；
Le ——气体通过的实际距离； P1，P2——在距离Le两端的气体分压；
β——比例常数。
土壤水-空气
在有水气共存的土壤中，即土壤非饱和带中，有机污染物随水运移时， 水中的有机污染物会与气体发生物质交换。水气两相间的物质交换平衡可用 亨利定律来表示：
Ca=H· Cw
式中：Ca——气体中污染物的浓度（mg· m-3） Cw——水中污染物的浓度（mg· m-3） H——亨利系数 有机物从土壤中的挥发速率与本身的理化性质如蒸汽压、水溶解度有关 外，还与土壤的含水量、土壤对有机物的吸附作用有关。
固相
土壤环境
液相
吸湿水 膜状水 毛细水 重力水 地下水
简单盐类 三氧化物类 次生铝硅酸盐类 云母类
石英
黄铁矿 橄榄石
气相
一、土壤环境
水环境
大气环境
土壤环境
植物
人与动物
土壤环境-水环境
土壤环境对地表水体和地下水体的影响主要在两方面： ⑴水质方面：土壤的性质可以影响水体浑浊度和其中离子的种类。 ⑵水中污染物的控制方面： ①土壤作为一种含有固、气和水的不均匀物质，具有独特的物理 化学性质，具有一定化学活性，从而影响水中有害物质的浓度。 ②土壤固体具有较大的表面积，可作为多种物理和化学反应的媒 介。 ③土壤还有大量水，因而可以发生许多水化学反应。 ④土壤还有大量微生物，可进行生物降解。 ⑤土壤具有一定的孔隙度，是许多挥发性有害物质的通路。
土壤外部的大气渗入
土壤空气
土壤内部进行的生物化学 过程也能产生一些气体
土壤空气
土壤空气的成分与大气存在着一定的区别。由于土壤生物的呼吸作用和有 机质的分解等原因，土壤空气的CO2含量一般高于大气，约为大气CO2含量的 5-20倍；同样由于生物消耗，土壤空气中的O2含量则明显低于大气。在土壤通 气不良或者当土壤中的新鲜有机质状况以及温度和水分状况有利于微生物活动 时，都会进一步提高土壤空气中CO2的含量和降低O2的含量。 当土壤通气不良时，微生物对有机质进行厌氧性分解，产生大量还原性气 体。此外，在土壤空气的组成中，经常含有大气污染相同的污染物质。
土壤固相——土壤胶体
2.带电性 一般来讲，土壤胶体带负电荷，某些情况下也会带正电荷。土壤中许多重要 的理化性质和其有关，其所带的表面电荷是土壤具有一系列化学、物理化学性质 的根本原因。土壤中的化学反应主要为界面反应，这是由于表面结构不同的胶体 所产生的电荷，能与溶液中的离子、质子、电子发生相互作用。
qv=-k· △p/η
式中：qv——空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积）； k——通气孔隙透气率； η——土壤孔隙度；p——土壤空气压力的三维梯度。
土壤空气
土壤空气的扩散：由于土壤空气和大气中气体的浓度差别而引起。 土壤空气扩散的速率与土壤性质的关系可用Penman公式表示： dq/dt=（Do/β）· AS· （P1-P2）/Le 式中： dq/dt——扩散速率（q为气体扩散量，t为时间）； Do——气体在大气中的扩散系数； A——气体通过的截面积；
土壤固相——吸附
吸附是化合物从气相或液相向固体表面凝集的一种物理化学过程，可分为 物理吸附、静电吸附和离子交换吸附。 土壤吸附有机污染物机理的主要研究是从土壤中有机质的角度进行的，目 前为止的模型有： 1.线性分配模型 2.非线性分配模型 3.双模式吸附模型
4.多端元反应模型
5.三端元反应模型 ……
重力水
地下水
土壤水
吸湿水：由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水 而保持在土粒表面的水。
膜状水：由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态 水膜。
毛细水：土壤中毛细孔隙因毛细为吸持的结果。 重力水：受重力支配的水。 地下水：土壤上层的重力水流至下层不透水层， 积聚起来就形成了地下水。
土壤水——径流与淋溶
总体上看，污染物在土壤中的迁移包括横向的径流和纵向的淋溶过程两个 方面。如农药，农药的水迁移主要包括直接溶于水和被吸附于土壤固体颗粒表 面上随水分移动，而进行机械迁移两种方式。农药在土壤中水迁移能力可用淋 溶指数进行比较。这个指数只是个相对值，规定最难迁移的DDT的挥发指数和 淋溶指数为1.0，以此为基数与其他农药相比，指数越大，迁移能力越强。
土壤生物
土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导 作用。同时，它也是净化土壤有机污染物的主力军。因此，生物群体是评价土 壤质量和健康状况的重要指标之一。
土壤固相——吸附
3.多端元反应模型与三端元反应模型 此模型不再将土壤（沉积物）或其中的有机质看成是组成和结构上都 为均一的物质，认为无论从宏观上还是微观上，土壤（沉积物）都是高度 不均已的吸附剂。在此基础上引入“硬碳”和“软碳”的概念，并认为有 机化合物与硬碳之间倾向非线性吸附，而与软碳之间则倾向线性分配。 该模型的大意为：土壤（沉积物）对有机污染物的吸附是由一系列线 性的和非线性的吸附反应组合而成。
……
土壤环境-植物
植物根系通过土壤吸收其中的各种物质，从而维持自 身的生长发育。土壤污染之后，植物从污染土壤中吸收污 染物，会引起代谢失调、生长发育受阻或导致遗传变异。
同时，植物体也是土壤中有机质的重要来源且能够一 定程度上影响土壤中物质的组成分布。
土壤中的重金属通过植 物根被植物吸收，然后 被植物体积累。