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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建筑、装修材料造成室内空气污染 人类活动造成室内空气污染 袁沁，张亚婷，吴梦瑶，陈佩，邵毓9分 吸烟造成的污染 李佩珊，秦雨丝，农俊肖，张小凤，涂晓 10分 乱弃电池造成的污染 刘思朋，刘笠枫，梁谷旭，穆萨 10分 刘佩，李东辉，范俣杰，何成智 9分 食品加工过程造成的食品污染 张敏，王歌，卡勒比努 8分 食品储存过程造成的食品污染 郝俊丽，杨倩，刘晨阳，孙幔，何思青 10分 炊具带来的污染 鲍应枝，柳亚男，肖胜男 沈志伟，关昊淼，张常青，阿依努热木·许库尔，孟万鹏，阿斯古丽· 米吉提，热娜古·艾尔肯 生活垃圾的危害及处理方法 高妍妍，周畅，苗悦，刘艳，刘艳雪 王磊，张邦振，邓勇，陈益，蔡庭瑾 日常生活中的水 黄晴 服装加工带来的污染 达选，索朗玉珍，云丹 于贺，李晓飞，杨晓莹，黄吴芳，杨桂榕，李聪鹤 药物的生产、使用过程的污染情况 卢倩，王馨野，刘荧欣，王琳玉 核污染 刘晓旭，李华艺，王文卓， 姚睿，邓敏霞，吴婧 食品添加剂使用不当对人体的危害 张丽媛，李小娟，王思宇，许敏 姜天宇，伍阳，李浪森，纪雯婕
第二节 土壤的性质
土壤的氧化还原反应在土壤化学、生物化学中占有极 其重要的地位。伴随氧化还原反应的进行，元素的价态会
发生改变，因此会强烈地影响该元素有关化合物的溶解度，
从而改变元素的迁移能力。同时元素价态的改变也必然影 响土壤的养分供应。此外，氧化还原反应还影响土壤的酸 碱性，氧化作用使土壤酸化，还原作用使土壤碱化。
(或代换)。 离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸 附作用。
第二节 土壤的性质
①土壤胶体的阳离子交换吸附： 土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液中的阳离于进行 交换，其交换反应如下： (土壤胶体)Na+＋Ca2+ → (土壤胶体)Ca2+ + 2Na+ 土壤胶体阳离子交换吸附过程除以离子价为依据进行等
碳酸盐和重碳酸盐，以及胶体上吸附的 Na+ 的水解作用。如： Na2CO3 + 2H2O → 2NaOH + H2CO3 2CaCO3 + 2H2O →Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 (土壤胶体)Na+＋H2O → (土壤胶体)H+ + NaOH
除了耐碱性植物外，强碱性土壤对大多数植物和微生物有害，
NH4+＞K+＞Na+＞Li+
第二节 土壤的性质
②土壤胶体的阴离子交换吸附：
是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子
的交换作用。 阴离子的交换吸附比较复杂，它可与胶体微粒 (如在酸
性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝)或溶液中阳离子(Ca2+、
Al3+、Fe3+)形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。 各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下： F- ＞草酸根＞柠檬酸根＞ PO43-≥AsO43-≥ 硅酸根＞ HCO3- ＞ H2BO3-＞CH3COO-＞SCN-＞SO42-＞Cl-＞NO3-。
第二节 土壤的性质
(4)土壤的氧化还原性
氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移转化
并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程。
土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气、 NO3- 离子以及 高价的金属离子，如Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、V(Ⅴ)、Ti(Ⅳ)等。 土壤中的主要还原剂有：有机质和低价金属离子。 此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧 化还原反应的重要参与者。
体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。但是
在土壤溶液中胶体常带负电荷，即具有负的电动电位，所以
胶体微粒又因相同电荷而相互排斥，电动电位越高，相互排
斥力越强，肢体微粒呈现出的分散性也越强。
第二节 土壤的性质
(2) 土壤胶体的离子交换吸附性
在土壤胶体双电层的扩散层中，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，称为离子交换
作用，既是土壤形成的主要标志，又是土壤肥力的重要物质
基础。
第一节 土壤及其组成 液体：
土壤水分，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成
的溶液，即土壤溶液。它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 染物向其它环境圈层迁移的媒介。
第一节 土壤及其组成
气体：
土壤是一个多孔体系，土壤中的空气主要存在于未被
水分占据的土壤孔隙中，其主要成分是N2、O2和CO2，主要
来源于大气，其次是产生于土壤内的生物化学和化学过程。 土壤空气与大气的差异是： ①土壤中90％的空气是与大气相连通的，大约有10％的空气 处于与大气隔绝的充气毛细管中，而且土壤中空气是不连续
的，被土壤中的固体物质所隔开。
第一节 土壤及其组成
第二节 土壤的性质
①土壤酸度：根据土壤中 H+ 的存在方式，土壤酸度可分为 两大类: a.活性酸：是土壤溶液中氢离于浓度的直接反映，又称 为有效酸度，通常用 pH表示。土壤溶液中氢离子的来源， 主要是土壤中CO2溶于水形成的碳酸和有机机质分解产生的 有机酸，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸，还有施用 的无机肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。此 外，由于大气污染形成的大气酸沉降，也会使土壤酸化， 所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。
第二节 土壤的性质
③土壤胶体的物理吸附：
物理吸附即土壤胶体把某些分子态的物质（有机酸、无
机碱等）吸附在其表面，从而降低其表面能的吸附，并称该 类吸附为正吸附。反之，能增加土壤胶体表面能的物质（如 无机酸及盐类），则受土壤胶体的排斥，称为负吸附。 此外，土壤胶体还能吸收NH3、N2、CO2等气态分子。
由此可见，物理吸附仅能保持一些分子态养分，对土壤
肥力的贡献不大。
第二节 土壤的性质
(3)土壤的酸碱性
由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种化学和生 物化学反应，因而使土壤表现出不同的酸性或碱性。其 pH 范围一般在4.0-8.5之间。 土壤的酸碱度不仅直接影响土壤环境中物质的存在形态 和迁移转化，而且还直接影响土壤微生物的活动、有机物的 分解、营养元素的释放、植物的生长发育，以及土壤污染与 净化，是土壤的重要化学性质。
并使微量元素沉积，恶化土壤的物理化学性能。
第二节 土壤的性质
③土壤的缓冲性能： 是指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，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。
土壤中起缓冲作用的因素有：
土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有 机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系。 土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子 能分别对酸和碱起缓冲作用，铝离子对碱具有缓冲作用。
第二节 土壤的性质
②土壤胶体的电性：
土壤胶体微粒具有双电层，其电荷主要集中在胶体的表
面，具有巨大的表面能，能从溶液中吸附呈分子态和离子态
的物质，并且吸附的离子可与土壤溶液中的离子交换，所以 土壤具有离子的交换和吸附性质。包括物理吸附和物理化学
吸附。
第二节 土壤的性质
③土壤胶体的凝聚性和分散性：
由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶
② 带有电荷，一般为负电荷，故阳离子交换量大，对土壤中
离子态物质有交换和固定作用。
第一节 土壤组成及其结构
第一节 土壤组成及其结构
• 膨胀性小 • 不易吸水
膨胀性大 易吸水
第一节 土壤组成及其结构
土壤有机质(1-10%) ： 非腐殖物质：如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等 腐 殖 质： 如腐殖酸、富里酸、腐黑物等 它主要来源于动植物和微生物的残体。它对土壤环境的 特性、性质及污染物在环境中的迁移、转化等过程起着重要
第二节 土壤的性质
土壤是一个多相的、变化（可发生多种物理的、化学的 和生化反应）的复杂体系，因此，土壤的性质取决于土壤的
组成和土壤中的一系列反应。就化学反应而言，主要有吸附
与解吸、氧化与还原、溶解与沉淀及中和反应等，因此，土
壤具有胶体性质，酸碱性质、氧化还原性质。