第四章 土壤环境化学
环境化学复习资料第四章 土壤环境化学 名词术语
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③土壤水分，并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
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。
环境化学课件——土壤环境化学
一、土壤组成
4. 土壤中的空气
土壤空气组成与大气基本相似，主要成分都是 N2、O2和CO2。 差异：①土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中， 是一个不连续的体系；
②在O2和CO2含量上有很大的差异。土壤空气 中CO2含量比大气中高得多。氧的含量低于大气。
土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、 H2S、H2、NH3等。如果是被污染的土壤，其空 气中还可能存在污染物。
角闪石等，其中以石英为主，粒径为1-0.05mm。在冲
积平原土壤中常见。土壤含砂粒多时，孔隙大，通气 和透水性强，毛管水上升高度很低(小于33cm)，保 水保肥能力弱，营养元素含量少。
(3)粘粒：主要是次生矿物，粒径小于0.001mm。含粘粒 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，但土壤的通气和透水性较差。
第四章 土壤环境化学
第一节 土壤的组成与性质
第二节 污染物在土壤—植物体系中
的迁移及其机制
第三节 土壤中农药的迁移转化
第一节 土壤的组成与性质
一、土壤组成 二、土壤的粒级分组与质地分组 三、土壤吸附性 四、土壤酸碱性 五、土壤的氧化还原性
一、土壤组成
土壤是由固体、液体和气体三相共同 组成的多相体系，它们的相对含量因时因 地而异。
(2)土壤胶体的电性
土壤胶体微粒具有双电层； 微粒的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层(即决定 电位离子层)，其外部由于电性吸引，而形成一个正离子层(又称反
离子层，包括非活动性离子层和扩散层)，即合称为双电层。
1．土壤胶体的性质
(3)土壤胶体的凝聚性和分散性 胶体的凝聚性: 由于胶体的比表面和表面能都很大，为减
下水和空气中水蒸气遇冷凝成为土壤水分。 ❖ 土壤颗粒表面的吸附力和微细孔隙的毛细管力，可将—部分水保
004.2土壤环境化学-土壤污染(重金属)
而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明 显不同。
重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为： Cd、As较易被植物吸收， Cu、Mn、Se、Zn等次之， Co、Pb、Ni等难于被吸收， Cr极难被吸收。
研究春麦受重金属污染状况后发现， Cd是强积累性元素， 而Pb的迁移性则相对较弱； 铬和铅是生物不易积累的元素。������
5
（3）土壤环境容量：
土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大 允许量或负荷量(土壤环境静容量).
土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准， 既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环 境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数 量或负荷量(土壤环境动容量)。
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（4）当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能 力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化， 微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在 土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”， 或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达 到危害人体健康的程度，就是土壤污染。
4.放射性污染物
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（6）重金属污染土壤的特点：
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中 不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物 链在人体内积累，危害人体健康。
重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的 清除。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张 士灌区的“镉米”事件等是重金属污染的典 型实例。
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•克山病 •大骨节病 •水俣病 •痛痛病 •黑脚病
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
补充掌握
土壤污染概述
（1）土壤背景值 土壤本身含有微量的金属元素，其中很
多是作物生长必需的微量营养元素，如Mn、 Zn、Cu等。不同地区土壤中重金属的种类和 含量也有很大差别。
环境化学课件(第四章 土壤环境化学)
土壤是地球陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，
是由岩石经风化发育而成的历史自然体。
土壤的两个重要功能： （1）肥力作用：土壤具有供应与调控植物根系所 需水、气、热和养料的能力； （2）净化作用：土壤具有同化和代谢外界进入土 壤中的物质的能力，所以土壤又是保护环境的重要 净化剂。 土壤环境化学主要介绍土壤的形成、组成和性质， 污染物在土壤-植物系统中的迁移、转化、降解与归 趋。其重点是研究和掌握污染物在土壤中的分布、 迁移、转化和归趋的规律，为防治土壤污染奠定理 论基础。
⑵水铝片：铝八面体（或称铝氧八面体）是由一个 铝原子和六个氧原子或氢氧原子团构成的。铝原子 在中央，上下各为三个氧原子或氢氧原子团交错排 列，构成一个八面体。在同一平面上，由许多相邻 的铝八面体通过共用氧原子相联结，形成铝八面体 层，称水铝片，水铝片也是晶层的基本单元。
层状硅酸盐矿物种类： 1:1型矿物:由一片硅氧片和一片水铝片叠合而成，主要为高岭 石类矿物； 2:1型矿物:由两片硅氧片中间夹一片水铝片叠合而成。这类矿 物又分为膨胀型（蒙脱石类和蛭石）和非膨胀型矿物（主要有 水云母类）。 （1）高岭石：风化程度极高的矿物，主要见于湿热的热带地 区的土壤中，在花岗岩残积母质上发育的土壤中含量也较高。 颗粒粗大，厚0.1~5.0 m；比表面小，膨胀性小，阳离子代换 量低；富含高岭石的土壤，透水性良好，植物可获得的有效水 分多，但供肥、保肥能力低，植物易感养分不足； （2）蒙脱石：基性岩在碱性环境条件下形成的，在湿带干旱 地区的土壤中含量较高。其颗粒直径小于1 m，阳离子代换量 极高。植物难以利用它所吸收的水分，因此富含蒙脱石的土壤， 植物易感水分缺乏，同时干裂现象严重而不利于植物生长。 （3）水云母：一种风化程度较低的矿物，一般土壤中均有分 布，但以湿带干旱地区的土壤中含量最多。其颗粒直径小于2 m，膨胀性较小，具有较高的阳离子代换量，并富含钾 （K2O 4~7%）。
第四篇土壤环境化学课件
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
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
土壤环境化学
相连时，形成铝氧 八面体片。基本单 元为: (Al4O12)-12或 Al4(OH)12)。
-1
-1 -1 -1 -1
(Al4O12)-12八面体 1(AlO6)9- + 3 (AlO6)9-1
顶部氧6
铝氧八面体片(nAl4(OH)12)
-1 -1 -1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
底部氧6
-1
（3）简单盐类：碳酸盐、硫酸盐类、氯化物类等。
次生矿物颗粒是土壤中最活跃的成分(其中以铝硅酸盐类组
分为主)，通常称之为粘土矿物或粘粒矿物。
4、土壤形成过程
岩石的稳定性：
岩石 土壤母质
自然土壤
石英 > 白云母
> 正长石 > 斜
自然成土
农业土壤
自然土壤
耕 种 熟 化
长石 > 黑云母 > 角闪石 > 辉 石 > 橄榄石
是湿热气候下红壤类土壤主要粘土矿物。
（2）蒙脱石组(2:1型): 蒙脱石、绿脱石、拜来石等 STS与AOS通过共氧键 以2:1方式组合，晶层
-1 -1
硅氧四 面体层
4Si 6O
间以静电或van der
Waals结合，晶胞化学 式：Al4(Si8O20)(OH)4；
-1 -1
8O 铝氧八 4(OH) 面体层 4Al 硅氧四 面体层 4Si 6O 1.0-2.1nm
O-1.5
O-1.5
Al为每个O 提供0.5个电 子成键，故 Al-O为半键！
(SiO4)4-
(AlO6)9-
硅氧四面体
Silica oxygen Tetrahedron (ST)
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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第四章 土壤环境化学
(2)不存在竞争吸附 在土壤—水体系中土壤矿物表面除吸附离 子型物质外，还与水分子发生偶极作用，它们几乎占据了剩余 的全部吸附位，使非离于型有机物很难吸附在矿物质表面的吸 附位置上。 （3）分配作用与溶解度的关系 非离于型有机物分配作用随溶解度减小而增大。
2.土壤湿度对分配过程的影响
三、典型农药在土壤中的迁移转化 有机氮农药大部分是含有一个或几个苯环的氧的 衍生物。其特点是化学性质稳定，残留期长，易溶于 脂肪，并在其中积累。有机氯农药是目前造成污染的 主要农药。美国已于1973指年停止使用，我国也于 1984年停止使用。
三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 一般来说，进入土壤的重金属主要停留在土壤的上层， 然后通过植物根系的吸收并迁移到植物体内，也可以随水 流等向土壤下层流动。 1.镉；2.铜；3.铅；4.鋅；5.汞。 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制 植物对重金属污染产生耐性由植物的生态学特性、遗 传学特性和重金属的理化性质等因素所决定，不同种类的 植物对重金属污染的耐性不同；同种植物由于其分布和生 长的环境各异，长期受不同环境条件的影响，在植物的生 态适应过程中，可能表现出对某种重金属有明显的耐性。 1.植物根系的作用 植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用 限制重金属离子跨膜吸收。
1．扩散 扩散是由于热能引起分子的不规则运动而使物质 分子发生转移的过程。不规则的分子运动使分子不均 匀地分布在系统中，因而引起分子由浓度高的地方 向浓度低的地方迁移运动。 影响扩散因素：①土壤水分含量；②吸附；③坚实度； ④温度；⑤气流速度；⑥农药种类。 2.质体流动 是由于水或土壤共同作用。几种农药在土壤中的 移动距离大小顺序为：非草隆>灭草隆>敌草隆>草不隆， 而它们的吸附系数大小顺序则相反，草不隆>敌草隆> 灭草隆>非草隆。即吸附最强者移动最困难，反之亦然。
(完整版)第四章土壤环境化学
土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
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3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil )
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▪ 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。
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▪ 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。
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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-第二节)
主动迁移
在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可 在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体结 合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质。这 一转运称为主动转运 所需代谢能量来自膜的三磷酸酰苷酶分解 三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷 酸时所释放的能量。
具有竞争性抑制、特异性选择和饱和 现象。 如钾离子在细胞内外浓度分布： [K+](细胞内) 》[K+](细胞外)
三、重金属在土壤－植物体系中的迁移及其机制
1．土壤－植物体系
土壤-植物体系具有转化储存太阳能为 生物化学能的功能，而微量重金属是土 壤中植物生长酶的催化剂；
又是一个强的“活过滤器”，当有机 体密度高时，生命活力旺盛，可以经过 化学降解和生物代谢过程分解许多污染 物；
微量重金属可以促进土壤中许多物质的 生物化学转化，但土壤受重金属污染负荷 超过它所承受的容量时，生物产量会受到 影响。 因此，土壤-植物系统通过一系列物理 化学或生物代谢过程对污染物进行吸附、 交换、沉淀或降解作用，使污染物分解或 去毒，从而净化和保护了环境。
五 几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移 砷 (As)
土壤中砷的形态：水溶态、吸附态和 难溶态前二者又称可给态砷，可被植物吸收 吸收：有机态砷 → 被植物吸收 → 体内降 解为无机态 → 通过根系、叶片的吸收→体 内集中在生长旺盛的器官 如：水稻，根 > 茎叶 > 谷壳 > 糙米
毒性：甲基化砷 > H3AsO3> H3AsO4 微生物转化 （p276)
土壤背景值中含量较高的元素 为： Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、 Pb、Co、 As、Be、Hg、Se、Sc、 Mo(mg/kg)。
土壤中重金属污染
重金属污染土壤的特点：
环境化学第四章土壤环境化学PPT课件
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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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。
环境化学(南开大学) 第四章 土壤环境化学
(OH)3]
水铝片
代表OH群
高岭石类结晶构造示意图
高岭石
单位晶层
瞧：氢键在这里
（牢固） 不易发生同晶取代 内表面 （无）
外表面
back
蒙脱石 montmorillonite
[O3 Si2 O2 OHAl2OH O2 Si2 O3] 硅氧片 水铝片 硅氧片
蒙脱石类结晶 构造示意图
弱的分子间力 极易发生同晶取代
1、土壤矿物质的粒级划分
机械组成
Mechanical composition
组
成
我国标准 mm 1-0.05
国际标准 mm 2-0.02
砂粒 Sand 粉粒 Silt 粘粒 Clay
主要是原生 矿物 主要是次生 矿物 原生与次生 矿物混合
0.05-0.005
<0.005
0.02-0.002
<0.002
粒级名称
石块каменствя 石砾гравий
粒径/mm
>3 1~3
粗砂 coarse sand 细砂 fine sand
2~0.2 0.2~0.02
粗细砂 Песок крупный 中细砂Песок средний 细砂粒 Песок мелкий
0.5~1 0.25~0.5 0.05~0.02
粒径小于1µm，阳 离子代换量极高， 它所吸收的水份植 物难以利用，属2： 1型晶格，晶层之 间主要靠弱的分子 间力连接，晶层连 接不紧，水分子易 进入，极易发生同 晶取代
风化程度极高， 粒径0.1-5.0µm， 膨胀性小，阳离 子代换量低，属1： 1型晶格，晶层之 间由氢键连接， 甚为紧密极少发 生同晶取代
土壤粒级分类系统(三级分类制) classification systems of soil separates
第四章土壤环境化学PPT课件
a. 硅酸盐类：易风化成盐； b. 氧化物类； c. 硫化物类； d. 磷酸盐类。
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(2) 次生矿物
一、组成 1.矿物质
由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。
a. 简单盐类：方解石、白云石、石膏等，原生矿物 经化学风化后的最终产物，常见于干旱和半干旱地区， 结晶结构简单；
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一、组成
图4-1 土壤的组成
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1．土壤矿物质
一、组成
(1) 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的碎屑物，其原来的化学组成和 结晶结构都没有改变。
原生矿物主要有：石英、长石类、云母类、辉石、 角闪石等。石英最难风化，长石次之，辉石、角闪石、 黑云母易风化。
生物种类 细菌
微 真菌
生 物 放线菌
藻类
表土层中(15cm) 数量(个/m2) 1013～1014 1010～1011 1012～1013 109～1010
生物种类
原生物 动 线虫类 物 蚯蚓
其它
表土层中(15cm) 数量(个/m2) 109～1010 106～107 30～300 103～105
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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 5 0 亿 吨 ， 养分流失量相当于四、五千吨化肥。
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❖土壤盐碱化面积扩大，我国盐碱化土 壤面积达100万平方公里左右；
❖土壤污染物质来源广泛，包括城市废 水和固体废弃物；农药和化肥；生物残 体和排泄物；大气沉降物等。
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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第四章土壤环境化学
一、名词解释：
机械组成质地类别土壤污染土壤背景值土壤环境容量农药残留期土壤的自净作用土壤盐基饱和度
二、填空
1、土壤的形成受自然因素和人为的耕种等的影响，经过不同的成土过程，形成了不同的土壤发育层次和剖面形态特征，从而形成各种各样的土壤。
2、五大成土因素是母质、气候、地形、生物和时间。
3、土壤的缓冲性能是指土壤具有对酸碱度变化的抵抗能力，它可以保持土壤反应的相对稳定。
4、土壤是由气、液、固三相组成的，其中固相包括土壤矿物质和土壤有机质，两者占土壤总量的50%。
5、重金属在土壤—植物体系中的转移过程与重金属的种类、价态、存在形式，土壤的理化性质，植物的种类、生长发育时期，复合污染及施肥有关。
6、元素的联合作用分为协同、竞争、加和、屏蔽和独立等作用。
7、耐性植物具有降低根系吸收重金属的机制。
8、植物对重金属污染的重要机制之一是金属结合蛋白的解毒作用。
9、农药在土壤中迁移的主要通过扩散和质体流动两个过程。
农药在土壤中的降解主要包括生物降解和化学降解两大类型。
10、农药在土壤中的残存能力常用半衰期和残留期表示。
11、农药在土壤中残留时间的长短，主要决定于农药本身的理化性质，此外，残留期还与土壤质地、有机质含量、酸碱度、水分含量、土壤微生物群落、耕作制度、作物类型等多种因素有关。
12、影响农药在土壤中行为的主要因素包括农药本身的物理化学性质、土壤性质、环境因素三个方面。
13、土壤可交换性阳离子包括致酸阳离子和盐基阳离子两类离子。
14、影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度和温度以及农药本身的性质。
15、农药在土壤胶体上的吸附机理包括静电吸附、离子交换吸附、范德华力吸附、有机物之间的疏水结合和氢键结合、配位交换等。
16、非离子型有机物在干土壤中表现为强吸附和高分配的特征，且表面吸附作用比分配作用大得多。
17、土壤中存在着由微生物和土壤动物组成的生物群体。
18、重金属对土壤环境的污染具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性，持久性和治理难度大的特点。
19、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。
三、选择题
1、在土壤—植物体系中，较易被植物吸收的是 A 。
A、Cd、As
B、Cu、Zn
C、Se、Mn
D、Pb、Ni
2、在土壤和作物中主要是通过食物链在动物体或人体内累积并引起慢性中毒的重金属是 C 。
A、Ni、As
B、Pb、Cr
C、Hg、Cd
D、Cu、Zn
3、下列胶体物质中， B 对重金属离子的吸附能力最强。
A. 高岭石
B. 蒙脱石
C. 伊利石
D. 腐殖质
4、土壤对植物的酸害实际是 B 。
A、H+的危害
B、Al3+的危害
C、NH4+的危害
D、Na+的危害
5、在土壤中，下列离子 C 的交换吸附能力最强。
A、Ca2+
B、Na+
C、Fe3+
D、H+
6、不同形态的重金属，其生理活性和毒性最大的是AB 。
A、水溶态
B、交换态
C、结合态
D、残留态
7、C1-对金属的络合力顺序是 B 。
A、Cd2+ > Hg2+ >Zn2+>Pb2+
B、Hg2+>Cd2+>Zn2+>Pb2+
C、Hg2+>Cd2+> Pb2+ > Zn2+
D、Hg2+> Zn2+> Cd2+>Pb2+
8、在土壤中残留期最长的农药是 A 。
A、有机氯农药
B、有机磷农药
C、均三氮杂苯类农药
D、苯氧乙酸类农药
9、土壤中如下四种重金属形态， B 的迁移性最强。
A. 铁锰氧化物结合态
B. 水溶态
C. 碳酸盐结合态
D. 有机物结合态
10、以下ABCD 因素可以诱发重金属从沉积物中释放出来。
A、盐度升高
B、pH降低
C、增加水中配合剂的含量
D、改变氧化还原条件。
11、进入人体，在骨骼中沉积的是 C 。
A、Pb
B、Cr
C、Cd
D、Hg
四、问答题
1、土壤具有哪些基本特性？
2、土壤中重金属向植物体内迁移的主要方式及影响因素有哪些？
3、进入土壤的农药是怎样迁移转化的？
4、举例说明影响土壤中农药残留量的因素。