土壤环境化学

土壤阳离子交换量：指带负电荷的土壤胶体， 借静电引力而对溶液中的阳离子所吸附的数 量，以每千克干土所含全部代换性阳离子的 厘摩尔（按一价离子计）数表示。(Cation exchange capacity, CEC) (c mol/kg)
土壤的可交换性阳离子有两类：
致酸离子：包括H+和A13+；
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土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组
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土壤矿物质的粒级划分
各粒级的主要矿物成分和理化特性
土壤质地分类及其特性
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土壤矿物质的粒级划分
人们按粒径的大小将土粒分为若干组，称为 粒组或粒级。同组土粒的成分和性质基本一 致，组间则有明显差异。
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土壤胶体的阳离子交换吸附
土壤盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中盐 基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。
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土壤胶体的阴离子交换吸附
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。
常伴随有化学固定作用，因此不象阳离子交 换有明显的当量交换关系。
换，将土壤中的活性酸度转化为潜在酸度，从而起着稳定
土壤pH值的作用。
• 对碱的缓冲作用：如果土壤胶体吸附的主要是氢离子，则
缓冲碱的能力强。例如，加氢氧化钠于土壤，使土壤的潜
在酸转化为活性酸，而与溶液中的氢氧离子中和，使土壤
的pH值不因加入碱性物质而变化过剧。
• 砂土掺粘土及施用各种有机肥料，都是提高土壤缓冲 性能的有效措施。在代换量相等的条件下，盐基饱和度愈
第四章 土壤环境化学
内容提要及重点要求
本章主要介绍土壤的组成及性质；污染物 在土壤-植物体系中的迁移和它的作用机制及 主要农药和重金属在土壤中的迁移、转化与 归趋。要求了解土壤的组成与性质，土壤的 粒级与质地分组特性；了解污染物在土壤-植 物体系中迁移的特点、影响因素及作用机制。 掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性，重 金属离子和农药在土壤中的迁移原理与主要 影响因素，以及主要农药和重金属离子在土 壤中的转化规律与效应。
土壤质地分类是以土壤中各级粒级的相对百 分比作标准的。我国土壤质地分类标准 （p271～272 表4-4）。
土壤质地与土壤性状（p272 表4-5）。
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土 壤 的 基 本 性 质
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土壤的物理性质 土壤的胶体性质 土壤的酸碱性
土壤的氧化还原性质
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第二节 污染物在土壤－植物体系中的 迁移及其机制
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污染物在土壤-植物体系中的迁移
土壤中污染物主要是通过植物根系根毛细胞的 作用积累于植物茎、叶和果实部分。
污染物由土壤向植物体内迁移的方式
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土壤酸碱性
根据土壤的酸度可以将其划分为9个等级。
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土壤酸度
活性酸度：存在于土壤溶液中氢离子引起的酸度，
称为活性酸度（activity acidity）， 又称为有效酸度，通常用pH表示。
潜性酸度： 吸附在土壤胶体表面的H+和Al3+所引起
土壤的配合和螯合作用
土壤中的有机、无机配位体能与金属离子发生配合或螯 合作用，从而影响金属离子迁移转化等行为。 土壤中有机配体主要是腐殖质，其表面含有多种含氧、 含氮等多配位原子的官能团，能与金属离子形成配合或螯 合物。 OH不＞同－配CO位OH基＞与C金=O属。离腐子殖亲质和官力能的团大中小羧顺基序和为酚：羟－基N分H2别＞约－ 占功能团的50%和30%，成为腐殖质金属配合物的主要配位 基团。我国土壤中，腐殖酸的羟基含量低于富里酸，富里 酸的配合能力高于腐殖酸。 们 Cu土与Cl壤金+、中属Cu常离Cl见子3-的生等无成。机各配种体配有合C物l-，、如SOC4u2-(、OHH)C+O、3-C、u(OOHH-等)O。2、它
式中Eh表示氧化还原电位，其量纲单位为伏（V）或毫伏 （mV）；E。为标准电位；Ox和Red分别为氧化剂和还原剂
的活度（以每升的摩尔计）；R为气体常数（8.313焦耳/ 度·摩）；T为绝对温度；F为法拉第常数（96500库仑）； n为反应中转移的电子数。
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土壤碱度
土壤溶液中OH-离子的主要来源:CO32-和HCO3-的碱金属(Na、K) 及碱土金属(Ca、Mg)的盐类。
碳酸盐碱度和重碳酸盐度的总和称为总碱度。 不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同。
当土壤胶体上吸附的Na+、K+、Mg2+(主要是Na+)等离子 的饱和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水 解作用，结果在土壤溶液中产生NaOH，使土壤呈碱性。 此时Na+离子饱和度亦称为土壤碱化度。
配合和螯合作用
土壤的自净作用
土壤生物学性质
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有机胶体
土
壤
中
无机胶体
的
胶
体
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有机无机复合胶体
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土壤吸附性
土壤胶体的性质
土壤胶体具有巨大的比表面和表面能 土壤胶体的电性 土壤胶体的凝聚性和分散性
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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。
土壤胶体的缓冲作用：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。
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土壤溶液的缓冲作用
以碳酸及其钠盐为例，当加入盐酸时，碳酸 钠与其发生作用，生成中性盐和碳酸，大大 缓和了土壤酸性的提高： Na2CO3＋2HCl＝H2CO3＋2NaCl
(1)非腐殖物质：包括动植物残体的组成部分以及 有机质分解的中间产物，例如蛋白质、树脂、糖 类、有机酸等，占土壤有机质总量的10－15%。
(2)土壤腐殖质：是土壤特有的有机物质，占土壤 有机质总量的85－90%，主要是动植物残体通过 微生物作用，发生复杂转化而成。包括腐殖酸、 富里酸、腐黑物。
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当遇到碱时，碳酸和它反应，生成溶解度低 的碳酸钙，使土壤不会显著地提高碱性： H2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3＋2H2O
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土壤胶体的缓冲作用
•对酸的缓冲作用：土壤胶体数量大，吸附的盐基离子多， 其缓冲酸的能力就强。如加入盐酸，通过胶体上的离子代
粉粒：也称作面砂，是原生矿物与次生矿物的混 合体。黄土中含量较多。团聚、胶结性差，分散 性强，保水保肥能力较好。
粘粒：主要是次生矿物，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。
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土壤质地分类及其特性
土壤质地（或土壤机械组成）是由不同的粒 级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况。
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土壤的缓冲性能
土壤的缓冲性（Buffering power of soil）是指：当 加酸或碱于土壤时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力。
土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子，其次 是土壤所含的弱酸及其盐类。
土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、
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第一节 土壤的组成与性质
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土壤的组成
土壤水分及其可溶物，两者 合称为土壤溶液。
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土壤中生物最活跃的一层， 土壤有机质大部分在这一 层 受纳来自上一层淋溶出来 的有机物、盐类和粘土颗 粒物质
高，土壤对酸的缓冲能力愈大；反之，盐基饱和度愈低，
土壤对碱的缓冲能力愈大。
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土壤胶体的缓冲作用
•铝离子对碱的缓冲作用：酸性土壤中的铝离子 也有缓冲作用，这是由于同铝离子结合的水分 子能解离出氢离子，而中和了加入溶液中的氢 氧离子，使碱性不能剧烈增加所致，其作用可 以下式说明：
盐基离子：包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。
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土壤胶体的阳离子交换吸附
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。
盐基不饱和土壤：当土壤胶体上吸附的阳离 子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基 不饱和土壤。
我国土粒分级标准（p270 表4-1）。
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粒级的主要矿物成分和理化特性
石块和石砾：多为岩石碎块。山区土壤和河漫滩 土壤中常见。由于其孔隙过大，水和养分易流失。
砂砾：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云 母、角闪石等，其中以石英为主。在冲积平原土 壤中常见。孔隙大，通气和透水性强，保水保肥 能力弱，营养元素含量少。
次生矿物：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。 通常根据其性质与结构可分为三类：简单盐 类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类
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土壤有机质
土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总 称。包括生物死亡的残骸、施用的有机肥 料、微生物活动生成的有机物等。
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土壤水分
•当水分进入土壤后， 即和其他组成物质发 生作用，其中的一些 可溶性物质如盐类和 空气将溶解在水里。 这种溶有盐类和空气 的土壤水即为土壤溶 液。
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土壤中的空气
土壤是一个多孔体系，在水分不饱和的情况下， 孔隙中充满空气。土壤孔隙中所存在的各种气体 的混合物称为土壤空气。以O2、N2、CO2及水汽等 为主要成分；其次由于土壤进行生物化学作用产 生的气体，如H2S、NH3、NO2、CO等；另外一些醇 类、酸类以及其它挥发性物质通过挥发作用也进 入土壤。
如氯化钾（KCl或NaCI）溶液，才能把 土壤吸附的氢离子和铝离子交换出来， 形成土壤的代换性酸度（exchange acidity）。
水解性酸度：潜在酸度中另一部分与土壤结合较
牢固的氢离子，只有用基性盐，如 弱酸强碱的醋酸钠（NaAc）盐溶液， 以水解的方法把土壤吸附的氢离子 和铝离子取代出来，形成土壤的水 解性酸度（hydrolytic acidity）。
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土壤吸附性
土壤胶体的离子交换吸附：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(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。
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土壤胶体的阳离子交换吸附
的酸度，称为潜性酸度（potential acidity）。在一般情况下，它并不显 示其酸度，只有在被其他阳离子交换而 转入土壤溶液后才显示其酸度。潜在酸 度一般用厘摩尔每千克土表示，有时亦 有用pH表示。
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代换性酸度：潜在酸度中有一部分要用中性盐类，
由风化的成土母岩构成
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土壤矿物质
土
土壤有机质
壤
的
组 成
土壤水分
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土壤中的空气
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土壤矿物质
原源自文库矿物：各种岩石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。最常见的有石 英、长石类、云母类、辉石和角闪石等。
2Al（H2O）63++2OH-→[Al2（OH）2（H2O）8]4++4H2O
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土壤的氧化还原性
土壤氧化还原作用（oxidation-reduction）是很普遍 的现象。氧化还原反应的实质是原子的电子得与失的过程。 氧化还原能力常用氧化还原电位（Eh）表示，其计算方 法常用Nernst公式：