环境化学南开大学第四章土壤环境化学知识讲解

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
气相 gases
Soil air、CO2、O2、N2、H2S、CH4等
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• 提取方法
土壤或沉积物
不溶物 （腐黑物，胡敏素）
用碱液提取
可溶物 用酸处理
低 5~20
外表面
高
中
低
内表面
很高
中
无
胀缩性
高
中
低
CEC（cmol/kg)
80~120
20~40
3~15
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原生矿物
• 磷酸盐类 • 氧化物类 • 硫化物类 • 硅酸盐类
土壤矿物质
次生矿物
• 简单盐类 • 三氧化物 • 次生铝硅
酸盐类
• 伊利石 • 高岭石 • 蒙脱石
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高岭石 kaolinite
0.72nm C轴
铝氧八 面体层
硅氧四 面体层
6(OH)
4Al 4O+2(OH) 4Si 6O
B轴
[O3 Si2 O2 OHAl2 (OH)3]
硅氧片
水铝片
2020/8/代18 表OH群
高岭石类结晶构造示意图
单位晶层
内表面 （无）
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高岭石
瞧：氢键在这里
（牢固） 不易发生同晶取代
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三大类次生硅酸盐矿物区别
性质
次生层状硅酸盐矿物
蒙脱石
伊利石
高岭石
晶架结构
2:1
2:1
1:1
晶层间连接键 分子引力
钾键
氢键
大小（） 0.01~1.0（小） 0.1~2.0（中） 0.1~5.0（大)
形状
不规则片状 不规则片状 六方形晶体
比表面（m2/g） 高 700~800 中 100~120
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公用上下两层氧原子形成片
粒径小于2µm， 阳离子代换量较 多，富含钾，属 2：1型晶格，两 晶层之间通过K 离子相连，膨胀 性小，可发生同 晶取代，但不明 显
粒径小于1µm，阳
风化程度极高，
离子代换量极高，
粒径0.1-5.0µm，
它所吸收的水份植
膨胀性小，阳离
物难以利用，属2： 子代换量低，属1：
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➢淋溶层：是指由于淋溶作用是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。
➢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。
➢评价污染物淋溶性能的指标一般使用最大淋溶深度，是指土 层中污染物的残留浓度为500ppb时，污染物所能达到的最大 深度。
1型晶格，晶层之
1型晶格，晶层之
间主要靠弱的分子
间由氢键连接，
间力连接，晶层连
甚为紧密极少发
接不紧，水分子易
生同晶取代
进入，极易发生同
晶取代
结构与性质
之间的关系
同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离 子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取代 ，取代后的晶体构造并未改变。
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➢土壤的机械组成（mechanical composition) ：土壤是由粗细 不等的土壤颗粒物组成的，这种粗细不等的土粒按不同比例 组合称为土壤的机械组成，又称为土壤质地（soil texture）。
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瞧！ 颗粒大小多么不匀
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1、土壤矿物质
原生矿物 primary minerals ➢ 岩石受物理风化，化学组成和结晶构造都未改变。 ➢ 主要有：石英、长石类、云母类、辉石和角闪石。 ➢ 土壤中1-0.001mm的砂和粉砂几乎全部是原生矿物。 ➢ 四类最重要的原生矿物：磷酸盐类、氧化物类、硫化物
2、土壤有机质
有机碳含量×（1.7~2）=有机质含量
土壤有机质：土壤中含碳有机化合物的总称。
分为如下两类： ➢ 非腐殖质：如蛋白质、糖、有机酸等。占10%~15%
➢ 腐殖质：占85%~90%。腐殖质是地表分布最广的天然有机物， 是动植物残体在土地微生物的作用下，通过复杂的反应转化而 成的暗色、无定形、难于分解、组成复杂的高分子有机物。包 括：富里酸、胡敏酸、胡敏素。其中，富里酸溶于稀酸稀碱； 胡敏酸只溶于稀碱，不溶于稀酸；胡敏素不被碱液提取。
土壤 soil
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液相 liquids 固相 solid
water
Soil solution salts
inorganic
minerals
organic
Humus及植物残体
microorganisms
根须
土粒上的吸附水 土粒 土壤空隙
被水饱和的土壤
排入地下水 中固、液、气相结构图（自S. F. Manahan，1984 ）
外表面
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蒙脱石 montmorillonite
[O3 Si2 O2 OHAl2OH O2 Si2 O3]
硅氧片 水铝片
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硅氧片
蒙脱石类结晶 构造示意图
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弱的分子间力 极易发生同晶取代
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伊利石类结 晶构造示意 图
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K+ 能发生同晶取代
类、硅酸盐类（占岩浆岩质量的80％以上）。
次生矿物 secondary minerals
➢ 由原生矿物经化学风化形成。
➢ 化学风化的三个历程：氧化、水解和酸性水解。
➢ 分为三类：简单盐类——原生矿物化学风化的最终产物
三氧化物——硅酸盐矿物彻底风化后的产物
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次生铝硅酸盐类——伊利石、蒙脱石、高岭石
第四章
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土壤环境化学
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第一节 土壤的组成和性质
一、土壤的组成
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。
矿物质 90%以上 有机质 1.0~10%
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硅氧四面体 tetrahedra
化学结2020构/8/18式
[SiO4]-4
Si0.39埃
硅氧四面体片 tetrahedral sheet
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公用底角氧原子
铝氧八面体 octahedra
中心孔径0பைடு நூலகம்58埃 Al20离20/8子/18 半径0.57埃
化学结 构式
[AlO6]-9
铝氧八面体片 ctahedral sheet