第4章 土壤环境化学(1)-11-25.
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粒级名称
砾石
前苏联制
粒级名称
石块 砾石
美国制
粒级名称
石块 粗砾 极Baidu Nhomakorabea砂 粗砂
粒径(mm)
>2
粒径(mm)
>3 3—1 1—0.50 0.5—0.25 0.25—0.05
粒径(mm)
>3 3—2 2—1 1—0.5 0.5—0.25 0.25—0.10 0.10—0.05 0.05—0.002
砂 粒
粗砂 细砂
次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类
……
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
硅四面体
四面体片
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
铝八面体
八面体片
1. 土壤的组成和性质
高岭石的特点
四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶 片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。
腐殖质
分子大小： 腐黑物>腐殖酸>富里酸
1. 土壤的组成和性质
1.1.3 土壤水分 主要来自于大气降水、地下水和灌溉。 不同土壤的保水能力不同；土壤水分实际上是土壤溶液。
土壤溶液的形成是土壤三相成分间进行物质和能量交换的结果。土壤溶液
浓度和成分随土壤种类、使用情况和环境条件的不同而有很大变异。除盐 碱土和刚施过化肥的土壤外，土壤溶液浓度一般约在0.1％～0.4％之间。
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
图1. 土壤中固、液、气相结构图 （自S.F. Manahan, 1984）
1. 土壤的组成和性质 1.1.1 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。
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 1.1 土壤的组成
原生矿物质 (90% ) 土壤矿物质 (90% ) 次生矿物 土壤固相 土壤有机质 (1-10%) 根须
土壤液相 土壤气相 (35% V)
1. 土壤的组成和性质
1.1.2 土壤有机质
土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称 (<10%) 。
组成有机体的各种有机化合物
腐黑物(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的 有机高分子化合物。 腐殖酸(Humic acid)：溶于稀碱，但不溶于稀酸的棕 至褐色的天然有机高分子化合物。 富里酸(Fulvic acid)：土壤中既能溶于稀碱又能溶于 稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。
2—0.2 0.2—0.02
粗砂
砂 粒
中砂 细砂
砂 粒
中砂 细砂 极细砂
粉砂粒
0.02—0.002
粉 砂 粒
粗粉砂 中粉砂 细粉砂
0.05—0.01 0.01—0.005 0.005—0.001 0.001—0.0005 0.0005—0.0001 <0.0001
典型土壤随深度呈现不同的层次
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
土壤环境化学
土壤圈层是地表环境系统中各种变化最为复杂，最为频繁的地带，在环 境系统中起稳定与缓冲的作用。
主要内容
土壤的组成和性质
土壤的组成
土壤的粒级与质地 土壤的吸附性 土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性 重金属的污染与修复
1. 土壤的组成和性质
蒙脱石的特点
两个四面体片夹一八面体片组成 一个晶片，八面体片中，部分Mg 取代Al而使层片带负电，多余电 荷由层间阳离子中和。水化时膨 胀严重。
1. 土壤的组成和性质
其他2:1型矿物 • 根据同晶置换与层间结合不同可分为
– 叶蜡石——范德华力连结 – 蒙脱石——Mg-Al，钠作为补偿离子 – 蛭石——Al-Si，Mg、Fe-Al，水合镁离子作为 补偿离子 – 伊利石——钾离子作为补偿离子 – 水云母——云母中钾离子下降，以其他水合离 子作为补偿
（a）溶解性气体 CO2>O2>N2 （b）无机盐离子 （c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物 （d）可溶性有机物 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物等 （e）配合物类 如铁和铝的有机配合物等。
1. 土壤的组成和性质
1.1.4 土壤空气 土壤空气组成与大气类似，主要成分都是N2、O2和CO2。 差异是：
•表 土壤空气与大气组成比较（%）
成分 N2 O2 CO2
大气 79 20.97 0.03
土壤 78~80 0.1~20 0.2~10
源于植物呼吸、有机质分解
1. 土壤的组成和性质
1.2 土壤的粒级分组与质地分组 1.2.1 土壤矿物质的粒级划分
表1. 国际制、前苏联和美国制土粒分级标准 国际制
土壤的污染与修复 有机污染与修复
土壤中农药污染物
1. 土壤的组成和性质
覆盖层(A0) 淋溶层(A)
A00 A0
A1
土 壤 的 层 次 结 构
A2 A3 B1 B2 B3 CC CS G
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)
①土壤空气是不连续的，存在于土粒空隙之间； ②有更高的湿度； ③由于有机物腐烂，使土壤空气中O2含量较少，而CO2浓度显著增加（比 大气中CO2浓度大8～300倍），但二者之和约为总量的21％（体积），与 大气情况相近； ④土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2等，在某些情况下 还可能产生PH3、CS2等气体，这些都是厌氧性微生物活动的产物，对植物 生长有害。
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）、
砾石
前苏联制
粒级名称
石块 砾石
美国制
粒级名称
石块 粗砾 极Baidu Nhomakorabea砂 粗砂
粒径(mm)
>2
粒径(mm)
>3 3—1 1—0.50 0.5—0.25 0.25—0.05
粒径(mm)
>3 3—2 2—1 1—0.5 0.5—0.25 0.25—0.10 0.10—0.05 0.05—0.002
砂 粒
粗砂 细砂
次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类
……
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
硅四面体
四面体片
1. 土壤的组成和性质
次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质
铝八面体
八面体片
1. 土壤的组成和性质
高岭石的特点
四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶 片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。
腐殖质
分子大小： 腐黑物>腐殖酸>富里酸
1. 土壤的组成和性质
1.1.3 土壤水分 主要来自于大气降水、地下水和灌溉。 不同土壤的保水能力不同；土壤水分实际上是土壤溶液。
土壤溶液的形成是土壤三相成分间进行物质和能量交换的结果。土壤溶液
浓度和成分随土壤种类、使用情况和环境条件的不同而有很大变异。除盐 碱土和刚施过化肥的土壤外，土壤溶液浓度一般约在0.1％～0.4％之间。
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
图1. 土壤中固、液、气相结构图 （自S.F. Manahan, 1984）
1. 土壤的组成和性质 1.1.1 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。
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 1.1 土壤的组成
原生矿物质 (90% ) 土壤矿物质 (90% ) 次生矿物 土壤固相 土壤有机质 (1-10%) 根须
土壤液相 土壤气相 (35% V)
1. 土壤的组成和性质
1.1.2 土壤有机质
土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称 (<10%) 。
组成有机体的各种有机化合物
腐黑物(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的 有机高分子化合物。 腐殖酸(Humic acid)：溶于稀碱，但不溶于稀酸的棕 至褐色的天然有机高分子化合物。 富里酸(Fulvic acid)：土壤中既能溶于稀碱又能溶于 稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。
2—0.2 0.2—0.02
粗砂
砂 粒
中砂 细砂
砂 粒
中砂 细砂 极细砂
粉砂粒
0.02—0.002
粉 砂 粒
粗粉砂 中粉砂 细粉砂
0.05—0.01 0.01—0.005 0.005—0.001 0.001—0.0005 0.0005—0.0001 <0.0001
典型土壤随深度呈现不同的层次
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
土壤环境化学
土壤圈层是地表环境系统中各种变化最为复杂，最为频繁的地带，在环 境系统中起稳定与缓冲的作用。
主要内容
土壤的组成和性质
土壤的组成
土壤的粒级与质地 土壤的吸附性 土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性 重金属的污染与修复
1. 土壤的组成和性质
蒙脱石的特点
两个四面体片夹一八面体片组成 一个晶片，八面体片中，部分Mg 取代Al而使层片带负电，多余电 荷由层间阳离子中和。水化时膨 胀严重。
1. 土壤的组成和性质
其他2:1型矿物 • 根据同晶置换与层间结合不同可分为
– 叶蜡石——范德华力连结 – 蒙脱石——Mg-Al，钠作为补偿离子 – 蛭石——Al-Si，Mg、Fe-Al，水合镁离子作为 补偿离子 – 伊利石——钾离子作为补偿离子 – 水云母——云母中钾离子下降，以其他水合离 子作为补偿
（a）溶解性气体 CO2>O2>N2 （b）无机盐离子 （c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物 （d）可溶性有机物 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物等 （e）配合物类 如铁和铝的有机配合物等。
1. 土壤的组成和性质
1.1.4 土壤空气 土壤空气组成与大气类似，主要成分都是N2、O2和CO2。 差异是：
•表 土壤空气与大气组成比较（%）
成分 N2 O2 CO2
大气 79 20.97 0.03
土壤 78~80 0.1~20 0.2~10
源于植物呼吸、有机质分解
1. 土壤的组成和性质
1.2 土壤的粒级分组与质地分组 1.2.1 土壤矿物质的粒级划分
表1. 国际制、前苏联和美国制土粒分级标准 国际制
土壤的污染与修复 有机污染与修复
土壤中农药污染物
1. 土壤的组成和性质
覆盖层(A0) 淋溶层(A)
A00 A0
A1
土 壤 的 层 次 结 构
A2 A3 B1 B2 B3 CC CS G
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)
①土壤空气是不连续的，存在于土粒空隙之间； ②有更高的湿度； ③由于有机物腐烂，使土壤空气中O2含量较少，而CO2浓度显著增加（比 大气中CO2浓度大8～300倍），但二者之和约为总量的21％（体积），与 大气情况相近； ④土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2等，在某些情况下 还可能产生PH3、CS2等气体，这些都是厌氧性微生物活动的产物，对植物 生长有害。
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）、