环境管理_土壤环境化学课件

第四章土壤环境化学 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 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 第一节土壤的形成 组成和性质 一 土壤的形成五大成土因素 母质 气候 地形 生物和时间在土壤所依赖的自然环境条件中 岩石及其风化产物 母质是形成土壤的基质 气候是直接的水 热 空气条件 它使相同的母质在不同的气候条件下产生不同的物理 化学和生物学变化 地形使气候因素发生局部的重新分配 是间接的水 热 空气条件 生物通过生长繁育 新陈代谢进行着有机物质的合成与分解 一方面充实与丰富了土壤的基质 另一方面以有机物形式为土壤累积化学能 时间是一切作用过程的累积因素 没有时间则任何作用皆不可能进行 它是所有作用及其由量变到质变的基本保证 Hubble等 1983年 从成土过程的共性出发 把主要的成土过程归纳为 1 消耗过程 包括淋溶 分解 溶解等 其中也包括盐基及其它可溶物质在土壤中的重新分配以及新矿物的形成 2 有机物质的循环 包括生物对养分的选择吸收和积累 有机物质的分解对消耗过程的补偿 可溶性有机物在矿物风化 元素的活化和迁移中的作用 3 无机物质的循环 包括矿物由物理力引起的加成 混合和分离 总之 成土过程是在物理风化 化学风化和生物风化作用下进行的 二 土壤的基本物质组成 图土壤中固相 液相 气相结构示意图 一 土壤矿物质土壤矿物质按其成因可分为原生矿物和次生矿物 1 原生矿物原生矿物是指那些在风化过程中未改变化学组成的原始成岩矿物 它构成了土壤的骨架 土壤矿质元素主要来源于土壤矿物质 特征 具有坚实而稳定的晶格 不透水 不具有物理化学吸收性能 不膨胀 粒径较大 如砂粒的粒径为0 02 2mm 粉砂粒为0 002 0 02mm 原生矿物种类 1 硅酸盐类矿物 2 氧化物类矿物 3 硫化物类矿物 4 磷酸盐类矿物 2 次生矿物次生矿物是岩石经历化学风化 氧化 水解和酸性水解 形成的新矿物 其化学组成和晶体结构都发生了改变 次生矿物粒径较小 大部分以黏粒和胶体 粒径小于0 002mm 分散状态存在 分类 根据次生矿物的性质与结构划分为简单盐类 氧化物类和次生铝硅酸盐类 氧化物类和次生铝硅酸盐类是土粒中最细小的部分 比表面积大 在物理性质上表现为强烈的吸水膨胀 失水收缩的特点 称为黏土矿物 有明显的胶体特征 所以土壤学中习惯把黏土矿物视为土壤矿物胶体 次生矿物是构成土壤的最主要组成部分 对土壤中无机污染物的行为和归宿影响很大 1 简单盐类 如方解石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 石膏 CaSO4 2H2O 泻盐 MgSO4 7H2O 岩盐 NaCl 和芒硝 Na2SO4 10H2O 等 常见于干旱和半干旱地区的土壤中 2 氧化物类 如针铁矿 Fe2O3 H2O 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 和三水铝石 Al2O3 3H2O 等 它们是硅酸盐矿物彻底风化后的产物 在热带和亚热带土壤中 这类矿物占优势 3 次生铝硅酸盐类 是由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成的次生矿物 由两个基本结构单元 硅四面体和铝八面体所组成的矿物 层状硅酸盐矿物 晶层的基本单元 硅氧片 硅四面体结构单元中 硅原子以共价键方式将四个氧原子联结成为一个原子团 SiO4 4 电性未中和 通过与其相邻的另一个硅四面体共用一个氧原子 如此相联 成为由六个硅四面体构成的六角形网孔 然后再与另外的六角形网孔通过共用氧原子来联结 如此继续联结 在水平方向上构成一层硅氧片 成为晶层的基本单元 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 K2O4 7 图高岭石的晶层构造图蒙脱石的晶层构造图水云母的晶层构造 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 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 二 土壤有机质土壤有机质包括土壤中各种动 植物残体 微生物体及其分解和合成的有机物质 土壤有机质是土壤的重要物质组成 尽管它在土壤中的含量一般在5 以下 但它对土壤功能的影响是很深刻的 土壤有机质的种类繁多 性质各异 主要包括碳水化合物 含氮化合物和腐殖质三大类 此外还有数量极少的其他类别化合物 如脂蜡类等 腐殖质是一般的有机化合物经微生物作用后 在土壤中新形成的一类性质稳定 结构极其复杂的特殊的高分子化合物 腐殖质的主要组成元素有碳 氢 氧 氮 硫 磷等 还有少量的钙 镁 铁 硅等 整个分子含有多种功能团 重要的有羧基 酚羟基 醇羟基 羰基 甲氧基 氨基等功能团 它们表现多种活性 腐殖质对于土壤结构形成 提供植物养分等方面具有重要作用 同时 由于其强烈的吸附性能 对于有机 无机污染物在土壤中的迁移 转化和生物活性具有重要影响 三 土壤水与土壤空气土壤矿物质和有机体构成土壤的固体骨架 而土壤空隙部分充满了土壤空气和土壤水 土壤水主要来源 降水与灌溉 地下水 在地下水位较高时 地下水也是上层土壤水分的重要来源 水分进入土壤后 土壤中的各种可溶成分会被溶解 所以 所谓的土壤水分 实际上是浓度不等的土壤溶液 土壤水分是影响土壤功能重要物质基础 它不但影响土壤的物理性质 对土壤中生物及化学性质的影响也具有举足轻重的作用 土壤空气存在于无水的土壤空隙中 所以 土壤空气含量决定于土壤空隙度和含水量 土壤空气组成与大气基本一致 主要成分也为氮气 氧气和二氧化碳等 但与大气相比 土壤空气中的氧要少一些 二氧化碳要多一些 why 四 土壤生物土壤中存在着大量的生物群落 包括微生物和土壤动物两大类 他们不仅参与岩石的风化 而且是成土作用的主要因素 土壤动物分类 包括原生动物 线虫类 蚯蚓 节肢动物 腹足动物 脊椎动物和掘土动物等 土壤动物作用 是进入土壤的有机物料的第一消费者 有机物料经土壤动物嚼细 破碎 吞食和消化等过程使之初步降解或释放养分 这些作用对于纤维素和木质素的分解十分重要 因为微生物很难分解这些物质 土壤微生物分类 包括细菌 放线菌 真菌和藻类 土壤微生物作用 是土壤有机物的第二消费者 可使有机物彻底分解释放出碳 氮 磷 硫等元素供自身生长和植物利用 土壤生物生命活动过程中还会向土壤释放多种多样 功能各异的酶类 如水解酶 氧化还原酶 转化酶等 这些酶类对于土壤中的物质循环 有机 无机污染物的迁移 转化起着十分重要的作用 土壤中的各种生物群体与所处土壤环境之间构成土壤生态系统 在系统中各种生物间存在着复杂的食物链和食物网的关系 它们之间的相互作用和相互影响使系统处于相对平衡状态 使土壤表现出特定的功能状态 通常生物的种类和数量更丰富的土壤 具有更高的土壤肥力和对污染物净化能力 一 土壤的机械组成和粒级划分土壤的机械组成 土壤质地 土壤学上将由不同粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况称为土壤的机械组成 也称为土壤质地 三 土壤的机械组成和质地分类 表土粒分级 土壤质地分类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 美国制和前苏联制 二 土壤质地分类和主要特性 土壤质地 土壤粒级组合体所表现的粗细程度称为质地 二 土壤质地分类 表土壤质地的国际制分类 四 土壤的物理化学性质 一 土壤的吸附性土壤具有吸附性能是因为土壤中存在具有巨大表面能 并带有电荷的矿物胶体和有机胶体 能吸附气体或液体 分子或离子 1 土壤胶体的性质 1 土壤胶体具有巨大的比表面和表面能 比表面是单位体积或重量物质的总表面积 土粒愈细 总表面积愈大 比表面也愈大 表面能也越大 2 土壤胶体具有带电性 所有土壤胶体都带有电荷 一般讲 土壤胶体带负电荷 在某些情况下也会带正电荷 同晶置换 产生永久电荷同晶置换是指硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子 被大小相近的离子所取代 它使其化学组成发生改变 但其晶层结构未变 例如 硅氧片中的Si4 被Al3 所取代 水铝片中的Al3 为Mg2 所取代 使晶层产生剩余负电荷 同晶置换产生的电荷不受介质pH的影响 而且它是在粘土矿物形成时产生的 为该矿物永久所有 除非该矿物变为另一矿物时 电荷才发生变化 因此 把这种因同晶置换所产生的电荷称为永久电荷 因其电荷均为负电 也称为永久性负电荷 表面分子解离 产生可变电荷表面分子解离是指土壤胶体上的一些基团 由于解离出H 而使胶核表面带负电荷 例如 腐殖质胶体上的羧基 酚羟基 醇羟基等基团解离出H 而使腐殖胶体的胶核表面带负电荷 硅酸盐粘土矿物的晶层表面有许多暴露的OH原子团 也常解离出H 而使粘土矿物带负电 表面分子解离受介质pH的影响 当介质pH高时 解离H 的能力强 因而产生的负电也多 介质pH下降时 解离H 受到抑制 当介质pH低于胶体等电点 胶体正负电荷数量相等时的pH 时 则会使胶体电荷符号发生改变 例如 三水铝石的等电点为pH4 8 当介质pH低于此值时 Al2O3 3H2O 2Al OH 2 2OH 可见 三水铝石在其介质pH值低于等电点时 不是解离H 而是解离羟基离子 而使胶体带正电荷 氧化铁的水合物 以及硅酸盐粘土矿物晶层表面的OH原子团都是这样 表面分子解离产生的电荷数量和电荷符号 受介质pH的影响 因而属可变电荷 断键硅酸盐粘土矿物在破碎时 引起晶层断裂 使硅氧片和水铝片的断裂边角上出现电性未中和的键 如Si O Al O 一般认为 断键是引起高岭石带电的主要原因 对2 1型矿物也有一定重要性 腐殖质胶体也常发生碳键断裂 从而也产生剩余负电荷 这也是引起腐殖质胶体带电的原因之一 断键引起的电荷 随着胶体破碎程度的加剧而增大 胶体表面从介质中吸附离子胶体表面从介质中吸附离子 也会使土壤胶体带电 例如 铁铝氢氧化物在低于其等电点的介质中 会从介质中吸附H 而使其质子化 使这类胶体表面带正电荷 硅酸盐或铁铝氢氧化物胶体从介质中吸附PO43 OH 等而使这类胶体产生负电荷 腐殖质胶体中 NH2基在低pH的介质中 可质子化 使腐殖质产生带正电荷的 NH3 基团 3 土壤胶体的凝聚性和分散性 是由土壤胶体的电动电位引起的 分散性 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 使之能均匀分散 这就是土壤胶体的分散性 凝聚性 当加入电解质时 胶体的动电电位降低趋近于零 胶体相聚成团 此时溶胶转变为凝胶 这就是胶体的凝聚性 影响土壤凝聚性能的主要因素 是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度 例如 当土壤溶液中阳离子增多 由于土壤胶体表面负电荷被中和 从而加强了土壤的凝聚 阳离子改变土壤凝聚作用的能力与其种类和浓度有关 一般 土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下 Na K NH4 H Mg2 Ca2 Al3 Fe3 叔采 哈迪规则 感胶离子序 此外 土壤溶液中电解质浓度 pH值也将影响其凝聚性能 紧密层 扩散层 胶体的双电层结构 土壤双电层示意图 E0 热力学电位 EM 电动电位 2 土壤胶体的离子交换吸附 土壤胶粒带有电荷 其可以吸附土壤溶液中的离子 土壤吸附的离子又可以被其它离子等当量地交换出来 这一过程称为离子交换 或代换 吸附 1 土壤对阳离子的交换吸附 阳离子交换的能力 是指一种阳离子将胶体上的另一种阳离子交换出来的能力 影响因素 电荷数 离子电荷数越高 受胶体电性吸持力愈大 阳离子交换能力越强 水化离子半径 同价离子中 离子半径越大 水化离子半径就越小 因而具有较强的交换能力 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 Rb NH4 K Na Li 阳离子交换量 每千克干土中所含的全部阳离子总量 称为阳离子交换量 CATIONEXCHANGECAPACITY CEC cmol kg 阳离子交换量影响因素 有机质的含量与种类 土壤有机质含量愈高 土壤阳离子交换量愈大其一般顺序为 有机胶体 蒙脱石 水化云母 高岭土 含水氧化铁 铝土壤质地越细 阳离子交换量越高 土壤胶体中SiO2 R2O3比值越大 阳离子交换量越大 土壤酸碱性 pH下降 阳离子交换量降低 WHY 土壤可交换性阳离子 致酸离子 H Al3 盐基离子 Ca2 Mg2 Na K NH4 盐基饱和土壤 当土壤胶体上吸附的阳离子均是盐基离子 且已经达到吸附饱和时的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为盐基饱和度 2 土壤胶体的阴离子交换吸附 自身带正电荷的胶体离子所吸附的阴离子与溶液中的阴离子的交换作用 分为非专性吸附和专性吸附两种类型 3 沉淀吸附土壤中有些物质与土粒表面的一些成分发生沉淀 也是实现吸附作用的一个重要方面 如许多金属离子被土壤中的OH H2PO4 SO42 CO32 沉淀于土粒表面 经过反复沉淀与表面覆盖成为封闭状态 土壤中CaCO3是很好的沉淀剂 它不仅能够源源不断的地提供CO32 而且可提供OH 直至CaCO3消失为止 磷酸盐也是极好的沉淀剂 不过它虽可因沉淀而消除重金属的危害 但同时却使自己被封闭起来不能为植物利用 S2 的沉淀能力也很强 但需要在强还原的碱性条件下起作用 同时也会使一些营养元素失效 二 土壤酸碱性 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 1 活性酸度 是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映 又称为有效酸度 通常用pH表示 土壤溶液中氢离子的来源 CO2溶于水形成碳酸 有机酸 无机酸 酸沉降 2 潜性酸度 土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的H 和Al3 所造成的酸度 只有当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液中之后 方可增加土壤溶液的H 浓度 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 分类 根据测定潜性酸度所用的提取液 可以把潜性酸度分为交换性酸度和水解酸度 交换性酸度 用过量中性盐 如NaCl或KCl 溶液淋洗土壤 溶液中金属离子与土壤中H 和Al3 发生离子交换作用 而表现出的酸度 近年研究确认 交换性Al3 是矿质土壤中潜性酸度的主要来源 水解性酸度 用弱酸强碱盐 如乙酸钠 淋洗土壤 溶液中的金属离子可以将土壤胶体吸附的H 和Al3 代换出来 同时生成某弱酸 此时测定的弱酸的酸度为水解性酸度 H 土壤胶体 Al3 4CH3COONa 3H2O 土壤胶体 4 Na Al OH 3 4CH3COOH 活性酸度与潜性酸度的关系 土壤的活性酸度与潜性酸度是同一平衡体系的两种酸度 二者可以互相转化 在一定条件下处于暂时平衡状态 土壤潜性酸度往往比活性酸度大得多 潜性酸 活性酸 2 土壤碱度土壤溶液中OH 的主要来源 是CO32 和HCO3 的碱金属及碱土金属盐类 碳酸盐碱度和重碳酸盐碱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 胶体上吸附的盐基离子不同 对土壤pH值或土壤碱度的影响也不同 3 土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能是指土壤具有缓和其pH发生剧烈变化的能力 它可以保持土壤反应的相对稳定 为植物生长和土壤生物创造比较稳定的生活环境 1 土壤溶液的缓冲作用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 对酸碱具有缓冲作用 NH2NH2 R CH NaOHR CH H2O COOHCOONa 2 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 土壤胶体的数量和盐基代换量越大 土壤的缓冲性能越强 盐基饱和度越高 对酸的缓冲能力越强 盐基饱和度越低 对碱的缓冲能力越强 铝离子对碱的缓冲作用 在pH 5的酸性土壤里 土壤溶液中Al3 有6个水分子围绕着 当土壤中OH 增多时 铝离子周围的6个水分子有一 二个水分子离解出H 与加入的OH 中和 并发生如下的反应 这种带有OH 的铝离子很不稳定 它们要聚合成更大的离子团 聚合的离子团越大 解离出的氢离子越多 对碱的缓冲能力越强 土壤中主要的氧化还原体系 氧体系O2 H2O氮体系NO3 NO2 NO3 N2 NO3 NH4 硫体系SO42 H2S铁体系Fe3 Fe2 锰体系Mn4 Mn2 有机碳体系CO2 CH4铬体系Cr2O72 CrO42 土壤中主要的氧化剂 氧气土壤中主要的还原剂 有机物 1 5土壤的氧化还原性 氧化还原电位 还原半反应 土壤淹水后氧化物的还原序列 当土壤的Eh值 700mV时 土壤完全处于氧化条件下 有机物质会迅速分解 当Eh值在400 700mV时 土壤中氮素主要以NO3 形式存在 当Eh值 400mV时 反硝化开始发生 当Eh 200mV时 NO3 开始消失 出现大量的NH4 当土壤渍水时 Eh值降至 100mV Fe2 浓度就会超过Fe3 Eh值再降低 200mV时 H2S大量产生 Fe2 就会变成FeS沉淀了 其迁移能力降低了 其它变价金属离子在土壤中不同氧化还原条件下的迁移转化行为与水环境相似 影响土壤Eh的因素 土壤的通气状况土壤的含水量土壤有机质pH值变价元素 第二节土壤污染 一 土壤污染与污染源 一 土壤污染的发生土壤污染 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 土壤污染与净化 土壤污染与净化是两个相互对立又同时存在的过程 若进入污染物的量在土壤自净能力范围内 仍可维持正常生态循环 如果人类活动产生的污染物进入土壤的数量与速度超过净化速度 造成污染物在土壤中持续累积 表现出不良的生态效应和环境效应 最终导致土壤正常功能的失调 土壤质量下降 影响作物的生长发育 作物的产量和质量下降 即发生了土壤污染 土壤污染的判别 1 地下水是否受到污染 2 作物生长是否受到影响 二 土壤污染源及污染物1 土壤污染源 工业污染源 就是指工矿企业排放的废水 废气 废渣 农业污染源 主要是指在农业生产过程中施入土壤的化学农药 化肥 有机肥 以及残留于土壤中的农用地膜等 生物污染源 是指含有各种致病的病原微生物和寄生虫的生活污水 医院污水 垃圾 以及被病原菌污染的河水等 这是造成土壤环境生物污染的主要污染源 2 土壤的主要污染物土壤污染物种类 1 无机污染物 2 有机污染物 3 病原微生物 如肠道细菌 炭疽杆菌 肠寄生虫 结核杆菌等 二 土壤的自净作用土壤的自净作用 土壤利用自身的物理 化学和生物学特性 通过吸附 分解 迁移和转化等作用 使污染物在土壤中的数量 浓度或毒性 活性降低的过程 分类 物理净化作用物理化学净化作用化学净化作用生物净化作用 一 物理净化作用土壤物理净化作用 是指土壤通过机械阻留 水分稀释 固相表面物理吸附 水迁移 挥发 扩散等方式使污染物被固定或使其浓度降低的过程 影响因素 土壤的物理净化能力与土壤孔隙 土壤质地 结构 土壤含水量 土壤温度等因素有关 特征 物理净化只能使污染物在土壤中的浓度降低 而不能从整个自然环境中消除 其实质只是污染物的迁移 如土壤中的农药向大气的迁移 污染源向地表水或地下水的迁移 二 物理化学净化作用通过土壤胶体对污染物的阴阳离子进行的交换吸附作用 其净化能力的大小可用土壤阳离子交换量或阴离子交换量的大小来衡量 增加土壤中胶体的含量 特别是有机胶体的含量 可以相应提高土壤的物理化学净化能力 如 Ca2 Cd2 Cd2 Ca2 PO43 AsO43 AsO43 PO43 物理化学净化作用是暂时性的 不稳定的 土壤环境条件发生变化 污染物又会重新释放到土壤溶液中 又恢复原来的毒性和活性 土壤胶体 土壤胶体 土壤胶体 土壤胶体 三 化学净化作用化学净化作用 是指污染物进入土壤以后 经过一系列的化学反应 从而使污染物转化成难溶性 难解离性物质 使危害程度和毒性减小 或者分解为无毒物或营养物质为植物利用的过程 能起化学净化作用的反应类型 凝聚与沉淀反应 氧化还原反应 络合或螯合反应 酸碱中和反应 同晶置换反应 水解 分解和化合反应 发生由太阳辐射能和紫外线等能流而引起的光化学降解作用等化学反应 其中化学降解和光化学降解作用可以将污染物分解为无毒物 从土壤环境中消除 而其它的化学净化作用 只是暂时降低污染物在土壤溶液中的浓度 或活度 或暂时减小活性和毒性 起到了一定的缓冲作用 但并没有从土壤环境中消除 四 生物净化当污染物进入土体后 土壤动物 如蚯蚓 线虫 蚁类等 首先将其破碎 再在微生物 细菌 真菌和放线菌等 内酶或分泌酶的催化作用下 发生各种各样的分解反应 统称为生物降解作用 主要包括氧化还原反应 水解 脱烃 脱卤 芳烃羟基化和异构化 环破裂等过程 并最终转变为生物无毒性的残留物和CO2 但是微生物不能净化重金属 甚至能使重金属在土体中富集 这是重金属成为土壤环境的最危险污染物的根本原因土壤的生物降解净化能力的大小与土壤中微生物的种群 数量 活性 以及土壤水分 土壤温度 土壤通气性 pH值 Eh值 适宜的C N比等因素有关 小结 土壤自净能力与土壤的物质组成和其他特性及污染物的种类 性质有关 不同土壤的自净能力是不同的 同一土壤对不同污染物的净化能力也是有差异的 总的来说 土壤的自净速度比较缓慢 污染物进入土壤后较难净化 三 土壤背景值与土壤环境容量及其应用 一 土壤背景值1 定义指在未受人类活动 特别是人为污染 影响的情况下 土壤环境本身的化学元素组成及其含量 现在很难找到绝对不受人类活动影响的土壤 因此现在所获得的土壤背景值也只能是尽可能不受或少受人类活动影响的数值 所以 土壤背景值只是代表土壤环境发展中一个历史阶段的 相对意义上的数值 由于土壤环境中各种元素的含量因成土母质类型 土壤类型的不同 以及气候生物带等成土因素对土壤形成过程影响程度的不同 导致土壤环境背景值在空间上存在分异 因此 在一定区域内研究土壤环境背景值时 必须确定各种代表性土壤和母质类型中重要元素的自然含量 2 土壤背景值的确定一般是在一定的范围采取代表性土样进行分析 并按各元素分析结果的频数分布规律进行统计 再确定背景值 在调查过程中难免计入已被污染的土壤样品 需要将污染的土壤样品剔除 剔除污染土壤样品的统计检验方法 差异检验 富集系数法 平均值加标准差法 4d法 3 表示 1 几何平均值或算术平均值加减一个标准差 2 平均值 3 根据区域土壤元素概率分布类型 用算术平均值或几何平均值加减一或两个标准差 4 意义 1 评价土壤环境质量 特别是评价土壤污染的基本依据 如评价土壤是否发生污染及划分污染等级 2 研究和确定土壤环境容量 制定土壤标准的基本数据 3 研究污染元素和化合物在土壤环境中的迁移 转化等化学行为的依据 4 土壤利用及其规划 研究土壤生态 施肥 污水灌溉和环境医学的重要参比数据 二 土壤环境容量1 概念土壤环境容量包括一定环境单元 达到土壤环境标准时 土壤容纳污染物的量 关于土壤环境容量的概念还在探索之中 两个观点 1 土壤存在一个可承纳一定污染物而不致污染作物的量 土壤所允许承纳污染物质的最大数量 2 从生态学的角度 不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下 土壤所能承纳污染物的最大数量 土壤环境容量是指一定环境单元 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 又使环境不致于被污染的条件下 土壤所能容纳污染物的最大负荷量 2 土壤环境容量的确定 1 土壤静容量根据土壤的环境背景值和环境标准的差值来推算容量的一种简易方法 它是从静止的观点来度量土壤的容纳能力 CS m Ci CBi 式中 m 每公顷耕地土壤重 kg Ci i元素的土壤临界含量 mg kg CBi i元素