第六章土壤环境化学ys

1、第六章第六章 土壤环境化学土壤环境化学Chapter 6. Soil Environmental Chemistry主要内容主要内容土壤的组成和性质土壤的组成和性质土壤的污染与修复土壤的污染与修复土壤的组成土壤的组成土壤的粒级与质地土壤的粒级与质地土壤的吸附性土壤的吸附性土壤的酸碱性土壤的酸碱性土壤的氧化还原性土壤的氧化还原性重金属的污染与修复重金属的污染与修复有机污染与修复有机污染与修复 土壤是农业最基本的生产资料土壤是农业最基本的生产资料 土壤是陆地生态系统的重要组成部分土壤是陆地生态系统的重要组成部分 土壤是最珍贵的自然资源土壤是最珍贵的自然资源 土壤资源是可持续农业的基础土壤资源是可持

2、续农业的基础土壤的重要性土壤的重要性土壤具有两个重要的功能，土壤具有两个重要的功能，一是土壤为农业生产的基一是土壤为农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝贵的自然资源础，是人类生活的一项极其宝贵的自然资源。二是土壤二是土壤具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力。以环境科学角度看，土壤不仅是一种资源，还是人类生以环境科学角度看，土壤不仅是一种资源，还是人类生存环境的重要组成要素。即作为环境的组成要素。由于存环境的重要组成要素。即作为环境的组成要素。由于土壤环境的特殊物质组成、结构、空间位置，除了肥力土壤环境的特殊物质组成、结构、空间位置，除了肥力外，尚具有一

3、些重要的客观属性外，尚具有一些重要的客观属性土壤环境的缓冲土壤环境的缓冲性、同化和净化性能。性、同化和净化性能。 土壤曾被认为具有无限抵抗人类活动干扰的能力。土壤曾被认为具有无限抵抗人类活动干扰的能力。其实，土壤也是很脆弱又容易被人类活动所损害的其实，土壤也是很脆弱又容易被人类活动所损害的环境要素，土壤环境一旦遭受污染便难于治理，其环境要素，土壤环境一旦遭受污染便难于治理，其危害是深远的。由于受人为活动与土地利用不当的危害是深远的。由于受人为活动与土地利用不当的影响，全世界土壤与环境问题日趋突出影响，全世界土壤与环境问题日趋突出。 土壤酸化、盐碱化、土壤污染土壤污染 土壤沙漠化土壤沙漠化（石漠

4、化） 陆地植被破坏 水土流失全球范围的土壤环境问题全球范围的土壤环境问题在土壤退化问题上在土壤退化问题上全国有全国有1500万万hm2土地（占全国的土地（占全国的1/3）遭受水蚀，有）遭受水蚀，有100万万hm2耕地遭受盐渍化，风蚀与荒漠化面积达耕地遭受盐渍化，风蚀与荒漠化面积达33万万hm2。耕地养。耕地养分有不同程度的减退分有不同程度的减退在环境污染方面在环境污染方面2006年，我国受污染的耕地约有年，我国受污染的耕地约有1.5亿亩，约占全国耕地的亿亩，约占全国耕地的1/10以上，每年造成的直接经济损失超过以上，每年造成的直接经济损失超过200亿元。亿元。全国有全国有13条流径城市的河流遭

5、受工业污水的污染；固体废弃物条流径城市的河流遭受工业污水的污染；固体废弃物堆压土地达堆压土地达5.5万万hm2；空气污染；空气污染TSP值，华南为值，华南为119g/m3, 在在华北竟高达华北竟高达526g/m3；全国；全国SO2的排放占发展中国家的一半，的排放占发展中国家的一半，南部地区酸雨的南部地区酸雨的PH值值5.6，甚至，甚至3.4。土壤环境不同程度的。土壤环境不同程度的受到了重金属污染、农药有机物污染、化肥污染和放射性元素受到了重金属污染、农药有机物污染、化肥污染和放射性元素污染，而且造成地下水和地表水污染，污染，而且造成地下水和地表水污染， 日本在20世纪五六十年代发生的土壤重金属

6、污染，至今仍没有有效的去除办法。 土壤环境中的农药可以通过挥发、扩散和迁移进入大气而引起大气污染，或随水迁移、扩散（包括淋溶和水土流失）进入水体而引起水体污染。进而导致化学农药在全球范围内的扩散。人们甚至在北极圈的冰层中发现了早已被禁止使用的DDT农药的残留物，可见土壤生物地球化学循环所传送的污染物质已经遍布全球各个角落。这些重金属和化学农药等有害物质极易通过食物链在生物体内浓缩，对动植物和人类造成危害。 一旦土壤环境受到污染，不但土壤本身的治理难度大，周期长，污染物质还会通过各种迁移途径向大气、水和生物环境中迁移，产生“次生污染”。 土壤是各种污染物的土壤是各种污染物的源源和和汇汇，土壤污染

7、物可经挥发，土壤污染物可经挥发污染大气，通过淋溶污染地表水和地下水，通过土污染大气，通过淋溶污染地表水和地下水，通过土壤作物系统的迁移积累，对农产品安全乃至人类壤作物系统的迁移积累，对农产品安全乃至人类健康构成严重威胁。健康构成严重威胁。 土壤是目前国际上环境科学研究的热点之一。土壤是目前国际上环境科学研究的热点之一。土壤的形成过程十分复杂，不同类型的土壤的形成过程有土壤的形成过程十分复杂，不同类型的土壤的形成过程有共共性性也有也有个性个性。其共性表现在土壤的生成与发展是在五大成土。其共性表现在土壤的生成与发展是在五大成土因素因素母质、气候、地形、生物、时间母质、气候、地形、生物、时间的影响下

8、进行的。的影响下进行的。成土母质决定土壤环境的最初形状，气候和地形决定土壤环成土母质决定土壤环境的最初形状，气候和地形决定土壤环境的发展方向，生物使土壤环境具有活力。境的发展方向，生物使土壤环境具有活力。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质 在土壤所依赖的自然环境条件中，岩石及其风化产物在土壤所依赖的自然环境条件中，岩石及其风化产物母质母质是形成土壤的基质。成土母质的机械组成直接是形成土壤的基质。成土母质的机械组成直接影响到土壤的机械组成，也影响土壤环境中物质的存在状影响到土壤的机械组成，也影响土壤环境中物质的存在状态和迁移变化过程，同时母质的化学组成是成土物质的主态和迁移变化

9、过程，同时母质的化学组成是成土物质的主要来源，要来源， 气候气候是直接的水、热、空气条件，它使相同的母质在不同是直接的水、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。气候的气候条件下产生不同的物理、化学和生物学变化。气候对于土壤的影响可以分为直接影响和间接影响，前者指通对于土壤的影响可以分为直接影响和间接影响，前者指通过土壤与大气之间进行的水分和热量交换，对土壤水、热过土壤与大气之间进行的水分和热量交换，对土壤水、热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度产生影响；后状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度产生影响；后者则指气候还可以通过影响岩石风化过程、外力地

10、貌形态者则指气候还可以通过影响岩石风化过程、外力地貌形态以及动、植物和微生物的活动等间接地影响土壤的形成和以及动、植物和微生物的活动等间接地影响土壤的形成和发育。发育。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质地形地形使气候因素发生局部的重新分配，所以是间接的水、使气候因素发生局部的重新分配，所以是间接的水、热、空气条件。热、空气条件。生物生物是通过生长繁育、新陈代谢进行着有机物质的合成与是通过生长繁育、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。物形式为土壤累积化学能。时间

11、时间是一切作用过程的累积因素，没有时间则任何作用皆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。不可能进行，它是所有作用及其由量变到质变的基本保证。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质l消耗过程消耗过程，包括淋溶、分解、溶解等，其中也包括盐基及其它可溶性物质可溶性物质在土壤中的重新分配以及新矿物的形成； l有机物质的循环有机物质的循环，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，可溶性有机化合物在矿物风化、元素的活化和迁移中的作用； l无机物质的循环无机物质的循环，包括矿物由物理力引起的加成、混合和分离。概

12、括地说，成土过程是在物概括地说，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理风化、化学风化和生物风化作用下进行的。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质 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。 淋溶层：是指由于淋溶作用使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。 最大淋溶深度：评价污染物淋溶性能的指标，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。l物理风化物理风化又称机械崩解作用，是指岩石受物理因素的作用而逐

13、渐破碎的过程。 l化学风化化学风化又称化学分解作用，是指岩石在各种化学因素作用下分解破坏的过程。 主要包括溶解、水解、水合、氧化等过程，其中水解作用是最基本、最重要的作用，使岩石矿物彻底分解，引起岩石性质的根本变化，并把养分释放出来，为成土过程创造了条件 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质 生物风化生物风化是指岩石中的矿物在生物及其分泌物生物及其分泌物或或有机质分解产物的作用下有机质分解产物的作用下，进行的机械破碎和化学分解的过程。 应当指出，地球出现生物以后，与生物风化作用的同时，开始了成土过程。在以生物为主的综合因素作用下，使母质发展肥力，从而转变为土壤的过程叫做成土作用

14、1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质l人类对土壤的干预有有利的一面，如定向培育、人类对土壤的干预有有利的一面，如定向培育、改良土壤性状，变低产田为高产田等。改良土壤性状，变低产田为高产田等。 但也可能发但也可能发生不利的影响，如破坏自然植被而引起的土壤侵蚀、生不利的影响，如破坏自然植被而引起的土壤侵蚀、土壤荒漠化；大量施用化肥、农药，以及引污水灌溉土壤荒漠化；大量施用化肥、农药，以及引污水灌溉导致的土壤的污染等。我们应当采取合理措施，保护导致的土壤的污染等。我们应当采取合理措施，保护土壤，使之向着有益于人类的方向发展。土壤，使之向着有益于人类的方向发展。 1. 土壤的形成、组成和

15、性质土壤的形成、组成和性质二二 土壤的组成土壤的组成土壤固相土壤固相土壤液相土壤液相土壤气相土壤气相 (35% V)土壤矿物质土壤矿物质 (90% )土壤有机质土壤有机质 (1-10%)原生矿物质原生矿物质 (90% )次生矿物次生矿物图图1. 土壤中固、液、气相结构图土壤中固、液、气相结构图（自（自S.F. Manahan, 1984）排入地下水排入地下水 根须根须土粒上的土粒上的吸附水吸附水土粒土粒土壤空隙土壤空隙被水饱和被水饱和的土壤的土壤土壤的层次结构土壤的层次结构图图2. 自然土壤的综合剖面图自然土壤的综合剖面图(南京大学等合编，南京大学等合编，1980) A00A0A1A2A3B1

16、B2B3CCCSGD土土壤壤层层覆盖层覆盖层(A0)淋溶层淋溶层(A)淀积层淀积层(B)母质层母质层(C)基岩基岩(D)疏松的枯枝落叶层，未经分解疏松的枯枝落叶层，未经分解暗色半分解有机质层暗色半分解有机质层暗色的腐殖层暗色的腐殖层灰白色的灰化层灰白色的灰化层向向B层过渡层，多似层过渡层，多似A层层向向A层过渡层，多似层过渡层，多似B层层棕色至红棕色的淀积层棕色至红棕色的淀积层向向C层过渡层层过渡层CaCO3聚集层聚集层CaSO4聚集层聚集层潜育层潜育层(灰粘层灰粘层)可能出现的特殊层次可能出现的特殊层次 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质 典型土壤随深度呈现不同的层次：最上层为覆盖层(A

17、0)，由地面上的枯枝落叶等所构成。第二层为淋溶层(A)，是土壤中生物最活跃的一层，土壤有机质大部分在这一层，金属离子和粘土颗粒在此层被淋溶得最显著。第三层为淀积层(B)，它接纳来自上一层淋溶出来的有机物、盐类和粘土颗粒类物质。C层也叫母质层，是由风化的成土母岩构成。母质层下面为未风化的基岩，常用D层表示。原生矿物原生矿物：各种岩石：各种岩石(主要是岩浆岩主要是岩浆岩)受到程度不同的物理风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；原生矿物构成了土壤的骨架，土壤矿晶构造都没有改变；原生矿物构成了土壤的骨

18、架，土壤矿质营养物质也主要来源于土壤矿物质。土壤原生矿物以硅质营养物质也主要来源于土壤矿物质。土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。1. 土壤矿物质土壤矿物质 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。因类型可以将土壤矿物质分为两类：原生矿物和次生矿物。次生矿物次生矿物：原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学：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。组成和晶体结构都有所改变。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质次

19、生矿物的形成途径： 在原生矿物分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解转变形成； 原生矿物晶体结构彻底分解后，某些分解产物再重新合成、再结晶而形成新的次生矿物 次生矿物是土壤矿物质中最细小的部分，其中粒径小于0.001mm的又称为次生黏土矿物或土壤矿物胶体，它们是土壤环境中矿物质部分最活跃的组成部分。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质石英、长石类、云母类、石英、长石类、云母类、辉石、角闪石、橄榄石、辉石、角闪石、橄榄石、赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、黄铁矿黄铁矿原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物简单盐类简单盐类(方解石、白云石、石膏、泻盐等方解石、白云石、石膏

20、、泻盐等)、三氧化物类（针铁矿、褐铁矿）、三氧化物类（针铁矿、褐铁矿）、次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类化学风化化学风化：氧化、水解和酸性水解。：氧化、水解和酸性水解。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质土壤矿物质化学组成土壤矿物质化学组成次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质硅四面体硅四面体四面体片四面体片 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质铝八面体八面体片 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质粒径小于粒径小于2m2m，阳离子代换量较阳离子代换量较多，富含钾，属多，富含钾，属2

21、 2：1 1型晶格，两型晶格，两晶层之间通过晶层之间通过K K离子相连，膨胀离子相连，膨胀性小，可发生同性小，可发生同晶取代，但不明晶取代，但不明显显粒径小于粒径小于1m1m，阳，阳离子代换量极高，离子代换量极高，它所吸收的水份植它所吸收的水份植物难以利用，属物难以利用，属2 2：1 1型晶格，晶层之间型晶格，晶层之间主要靠弱的分子间主要靠弱的分子间力连接，晶层连接力连接，晶层连接不紧，水分子易进不紧，水分子易进入，极易发生同晶入，极易发生同晶取代取代粒径粒径0.1-5.0m0.1-5.0m，膨胀性小，阳离子膨胀性小，阳离子代换量低，属代换量低，属1 1：1 1型晶格，晶层之间型晶格，晶层之间

22、由氢键连接，甚为由氢键连接，甚为紧密，极少发生同紧密，极少发生同晶取代晶取代伊利石伊利石伊利石伊利石蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石同晶置换( (同晶取代) )：粘土矿物晶格内的组成离子可被另一种半径相近、电荷符号相同的离子所取代，取代后的晶体构造不改变。在AlAlOHOH八面体中的AlAl3+3+ 半径为0.57A 0.57A ，它可被大小相近的FeFe3+3+ ( (半径为0.64A0.64A） 所取代，也可被MgMg2+2+取代。硅氧片中，AlAl3+3+ 取代SiSi4+4+（0.41A0.41A）。由低价离子取代高价离子的同晶置换，使晶体内部由低价离子取代高价离子的同晶置换，使晶

23、体内部电荷不平衡而带负电，因而能吸附阳离子。电荷不平衡而带负电，因而能吸附阳离子。2. 土壤有机质土壤有机质土壤有机质土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称是土壤中含碳有机化合物的总称 (胡敏酸富里酸p土壤水分是土壤的重要组成部分，主要来自大气降水和土壤水分是土壤的重要组成部分，主要来自大气降水和灌溉。在地下水位接近地面（灌溉。在地下水位接近地面（2-3m2-3m）的情况下，地下水也）的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。是上层土壤水分的重要来源。p土壤水分为土壤中各种化学反应的介质，对岩石风化、土壤水分为土壤中各种化学反应的介质，对岩石风化、土壤形成、植物生长有着决定性意义土壤形成、植

24、物生长有着决定性意义。3. 土壤水分土壤水分土壤水分的重要性土壤水分的重要性土壤水土壤水= =土壤溶液土壤溶液供作物生长需要影响养分的溶解和移动土壤的氧化还原电位有机质的分解与积累土壤热量状况土壤的耕性土壤溶质包括：无机胶体、有机胶体、无机盐类、有机化合物、配合物、溶解气体 土壤水分存在的形式：土壤水分存在的形式：固态水固态水、气存水气存水、毛细管毛细管水水和和吸附水吸附水。土壤颗粒表面有很强的粘附力，土。土壤颗粒表面有很强的粘附力，土壤颗粒吸附的水分称吸着水，几乎不移动，不被壤颗粒吸附的水分称吸着水，几乎不移动，不被植物吸收。外层的膜状水称内聚水或毛细管水，植物吸收。外层的膜状水称内聚水或毛

25、细管水，是植物生长的主要水源。是植物生长的主要水源。4. 土壤空气土壤空气 土壤空气组成与大气类似；但具有以下特点：土壤空气组成与大气类似；但具有以下特点： 土壤空气不连续，存在于土粒空隙之间；土壤空气不连续，存在于土粒空隙之间； 通常有更高的湿度；通常有更高的湿度； 因有机物腐烂分解，土壤空气中因有机物腐烂分解，土壤空气中O2含量较少，含量较少，CO2浓度显浓度显著增加（比大气中著增加（比大气中CO2浓度大浓度大8300倍）倍） 有还原性气体（有还原性气体（H2S、NH3、H2、CH4）、厌氧细菌和污）、厌氧细菌和污染物等存在染物等存在1.2 土壤的粒级分组与质地分组土壤的粒级分组与质地分组

26、1. 土壤矿物质的粒级划分土壤矿物质的粒级划分表表1. 国际制、前苏联和美国制土粒分级标准国际制、前苏联和美国制土粒分级标准国际制国际制 前苏联制前苏联制 美国制美国制粒级名称粒级名称 粒径粒径(mm) 粒级名称粒级名称 粒径粒径(mm) 粒级名称粒级名称 粒径粒径(mm) 砾石砾石 2 石块石块 3 石块石块 3 砾石砾石 31 粗砾粗砾 32粗砂粗砂 20.2 粗砂粗砂 10.50 极粗砂极粗砂 21细砂细砂 0.20.02 中砂中砂 0.50.25 粗砂粗砂 10.5 细砂细砂 0.250.05 中砂中砂 0.50.25 细砂细砂 0.250.10 极细砂极细砂 0.100.05粉砂粒粉

27、砂粒 0.020.002 粗粉砂粗粉砂 0.050.01 粉砂粉砂 0.050.002 中粉砂中粉砂 0.010.005 细粉砂细粉砂 0.0050.001粘粒粘粒 0.002 粗粘粒粗粘粒(粘质的粘质的) 0.0010.0005 粘粒粘粒 0.002 细粘粒细粘粒(胶质的胶质的) 0.00050.0001 胶体胶体 10石砾石砾 粗砾粗砾 103 细砾细砾 31砂粒砂粒 粗砂粒粗砂粒 10.25 细砂粒细砂粒 0.250.05粉粒粉粒 粗粉粒粗粉粒 0.050.01 细粉粒细粉粒 0.010.005粘粒粘粒 粗粘粒粗粘粒 0.0050.001 细粘粒细粘粒 0.001表表2. 我国土粒分级标

28、准我国土粒分级标准 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质2. 各粒级的主要矿物成分和理化特性各粒级的主要矿物成分和理化特性 由于土粒大小不同，矿物成分和化学组成也不同各粒级的由于土粒大小不同，矿物成分和化学组成也不同各粒级的 物理化学性质和肥力特征相差很大。物理化学性质和肥力特征相差很大。 (1) 石块和石粒：多为岩石碎块，直径大于石块和石粒：多为岩石碎块，直径大于 1 mm，不利于，不利于 保持水分和养分。保持水分和养分。 (2) 砂粒：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、砂粒：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、 角闪石等。粒径为角闪石等。粒径为1-0.05 mm，土壤含砂粒多时

29、，通气，土壤含砂粒多时，通气 和透水性强，保水保肥能力弱，营养成分含量少。和透水性强，保水保肥能力弱，营养成分含量少。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质(3) 粘粒：主要为次生矿物，粒径粘粒：主要为次生矿物，粒径0.001-0.005 mm，含粘粒多，含粘粒多 的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力强，保水保肥能力的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力强，保水保肥能力 强，但通气和透水性差。强，但通气和透水性差。(4) 粉粒：原生矿物和次生矿物的混合体，粒径在粉粒：原生矿物和次生矿物的混合体，粒径在0.05- 0.005mm之间，其性质介于砂粒和粘粒之间。团聚、胶结之间，其性质介于砂粒和粘粒之间

30、。团聚、胶结 性差，分散性好，保水保肥能力较好。性差，分散性好，保水保肥能力较好。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质土壤质地土壤质地由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况，称为土壤质地（或土壤的机械组成），通常根据各粒级土粒占土壤重量的百分数来划分。类别类别砂土类砂土类壤土类壤土类粘壤土类粘壤土类粘土类粘土类质地分类质地分类质地名称质地名称砂土及壤质砂土砂土及壤质砂土 砂质壤土砂质壤土壤土壤土粉砂质壤土粉砂质壤土砂质粘壤土砂质粘壤土粘壤土粘壤土粉质粘壤土粉质粘壤土砂质粘土砂质粘土壤质粘土壤质粘土粉质粘土粉质粘土粘土粘土重粘土重粘土粒数粒数(0.002mm)0-150-150-15

31、0-1515-2515-2515-2525-45 25-45 25-4545-6565-100粉砂粒粉砂粒(0.02-0.002mm)0-150-4535-4545-1000-3020-4545-850-20 0-45 45-750-350-35砂粒砂粒(2-0.02mm)85-10055-8545-550-5555-8530-550-4055-75 10-55 0-300-550-35各级土粒重量各级土粒重量(%)表表3. 国际制土壤质地分类国际制土壤质地分类 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质表 48 中国土壤质地分类 （邓时琴，1985）质地组质地名称颗粒组成%（粒径：毫米）砂粒(1

32、-0.05)粗粉粒(0.05-0.01)细粘粒(80708060705060壤土砂粉土粉土20204030砂壤壤土2020601.3 土壤吸附性土壤吸附性 土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤中的迁移、转化有重要作用。 胶体体系由粒子和介质组成。粒子大小至少在一维方向上为胶体体系由粒子和介质组成。粒子大小至少在一维方向上为30-10000 左右。粒子叫胶粒或分散相；介质叫分散介质或连续相。左右。粒子叫胶粒或分散相；介质叫分散介质或连续相。1. 土壤胶体的性质土壤胶体的性质(1)

33、 土壤胶体具有巨大的比表面和表面能。土壤胶体具有巨大的比表面和表面能。 比表面比表面是单位质量的物质的表面积。是单位质量的物质的表面积。 表面能表面能: 物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不同的。物体表面的分子与该物体内部的分子所处的条件是不同的。物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相物体内部的分子在各方面都与它相同的分子相接触，受到的吸引力相等；而处于表面的分子所受到的吸引力不相等，表面分子具有一定的等；而处于表面的分子所受到的吸引力不相等，表面分子具有一定的自由能，即表面能。物质的比表面越大，自由能，即表面能。物质的比表面越大， 表面能越大，吸附能力越强表面

34、能越大，吸附能力越强 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质(2) 土壤胶体具有双电层，土壤胶体具有双电层，微粒的内部（微粒微粒的内部（微粒核）一般带负电荷，核）一般带负电荷，形成一个负离子层形成一个负离子层（即决定电位离子层），其外部由于电性（即决定电位离子层），其外部由于电性吸引，形成一个正离子层（又称反离子吸引，形成一个正离子层（又称反离子层），合称为双电层。层），合称为双电层。土壤胶体带有电荷土壤胶体带有电荷由于同晶置换而带有永久性负电荷由于同晶置换而带有永久性负电荷表面分子解离产生电荷（表面分子解离产生电荷（pHpH制约电荷）制约电荷）断键产生电荷断键产生电荷胶体表面从介

35、质中吸附离子而带电胶体表面从介质中吸附离子而带电双电层的概念双电层的概念：1879年亥姆霍兹首先提出。双电层是在固年亥姆霍兹首先提出。双电层是在固 液两相的界面上形成的，正负离子分别平行地排列在固液液两相的界面上形成的，正负离子分别平行地排列在固液两相界面上，与平行板电容器相似，两层间的距离约与离两相界面上，与平行板电容器相似，两层间的距离约与离子的大小相等。子的大小相等。如果固体物质是胶体系统的分散相，则在胶体粒子的周围如果固体物质是胶体系统的分散相，则在胶体粒子的周围即形成上述的双电层。即形成上述的双电层。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质 固体表面离子带相反电荷的离固体

36、表面离子带相反电荷的离子（异电离子、补偿离子），由子（异电离子、补偿离子），由于离子的热运动，并不是全部整于离子的热运动，并不是全部整齐地排列在一个面上，而是随着齐地排列在一个面上，而是随着距界面的远近，有一定的浓度分距界面的远近，有一定的浓度分布。倘若取溶胶中的胶粒的一部布。倘若取溶胶中的胶粒的一部分为例，其电荷分布的情况就如分为例，其电荷分布的情况就如右图所示。右图所示。MNBACDd+分散的双电层理论分散的双电层理论 在靠近粒子表面的一层，正离子有较大的浓度，随着与界面在靠近粒子表面的一层，正离子有较大的浓度，随着与界面距离的增大，过剩的正离子的浓度逐渐减少，直到距界面为距离的增大，过剩

37、的正离子的浓度逐渐减少，直到距界面为d处，处，过剩正离子的浓度等于零。溶液中所有这些离子都是溶剂化的。过剩正离子的浓度等于零。溶液中所有这些离子都是溶剂化的。 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质双电层可分为两部分双电层可分为两部分：一部分为紧靠：一部分为紧靠固体表面的不流动层，称为紧密层，固体表面的不流动层，称为紧密层，其中包含了被吸附的离子和部分过剩其中包含了被吸附的离子和部分过剩的异电离子的异电离子(在这里是正离子在这里是正离子)，其厚度，其厚度约有几个水分子的大小，即由固体表约有几个水分子的大小，即由固体表面至虚线面至虚线AB处；另一部分包括从处；另一部分包括从AB到到距

38、表面为距表面为d处，称为分（扩）散层，在处，称为分（扩）散层，在这层中过剩的异电离子逐渐减少而至这层中过剩的异电离子逐渐减少而至零。这一层是可以流动的。由这两部零。这一层是可以流动的。由这两部分所形成的双电层。称为分散双电层分所形成的双电层。称为分散双电层（简称双电层）。（简称双电层）。MNBACDd+ 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质固体表面固体表面MN吸附一定量的离子，吸附一定量的离子，其电位相对于其电位相对于CD处为处为，或者说，或者说CD与与MN间的电位差为间的电位差为，这个，这个电位称为总电位差，也叫热力学电位称为总电位差，也叫热力学电位。电位。非活动性的离子层与液

39、体间的电非活动性的离子层与液体间的电位差叫电动电位。位差叫电动电位。电动电位的大小视扩散层的厚度电动电位的大小视扩散层的厚度而定，水化程度大的补偿离子，而定，水化程度大的补偿离子，形成的扩散层较厚。形成的扩散层较厚。MNBACDd+ 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质土壤双电层示意图土壤双电层示意图E0（热力学电位）（热力学电位）EM(电动电位）电动电位） 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质(3) 土壤胶体的凝聚性和分散性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，胶由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的体具

40、有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性凝聚性。 但是在土壤溶液中，胶体常带负电荷，所以胶体微粒间但是在土壤溶液中，胶体常带负电荷，所以胶体微粒间又因相同电荷而排斥，这是胶体的又因相同电荷而排斥，这是胶体的分散性分散性。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质 影响土壤胶体凝聚性的主要因素是土壤胶体的电动电位和影响土壤胶体凝聚性的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度。电动电位高，分散性强；扩散层厚度。电动电位高，分散性强； 土壤溶液中阳离子增多，由于土壤表面的负电荷被中和，土壤溶液中阳离子增多，由于土壤表面的负电荷被中和，可以加强凝聚作用。阳离子改变土壤凝聚作用的能力与其种类可以加强凝聚

41、作用。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是：和浓度有关。一般，土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序是：Na+K+NH4+ H+Mg2+ Ca2+Al3+蒙脱石蒙脱石水化云母水化云母高岭土高岭土含水氧化铁、铝。含水氧化铁、铝。土壤质地越细，阳离子交换量越高。土壤质地越细，阳离子交换量越高。土壤胶体中土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大，阳离子交换量越大；比值越大，阳离子交换量越大；pH下降，阳离子交换量降低。下降，阳离子交换量降低。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质土壤可交换性阳离子土壤可交换性阳离子致酸离子：致酸离子：H+、Al3+盐基

42、离子：盐基离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+盐基饱和土壤盐基饱和土壤：当土壤胶体上吸附的阳离子均是盐基离子，：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且已经达到吸附饱和时的土壤盐基不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：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酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤盐基饱和度盐基饱和度：在土壤交换性阳离子中，盐基离子所占的百分：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数为盐基饱和度 1. 土壤的形成、组成和性质土壤的形成、组成和性质100%阳离子交换量可交换性盐

43、基总量）盐基饱和度（(2) 阴离子交换吸附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中的阴离子的交换作用比阳离子交换吸附作用弱得多1.4土壤的酸碱性土壤的酸碱性是土壤的重要理化性质之一。是土壤的重要理化性质之一。是土壤在其形成过程中生物、气候、地质、水文等因素是土壤在其形成过程中生物、气候、地质、水文等因素综合作用的结果。综合作用的结果。我国土壤我国土壤pH大多在大多在4.58.5范围，并有范围，并有“东南酸西北碱东南酸西北碱”的特点。的特点。1.1.土壤的酸度土壤的酸度(1)(1)活性酸度活性酸度：土壤溶液中氢离子浓

44、度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。土壤活性酸度的来源：土壤活性酸度的来源：主要是土壤中主要是土壤中COCO2 2 溶于水形成的碳酸；溶于水形成的碳酸；有机物质分解产生的有机酸；有机物质分解产生的有机酸；土壤矿物质氧化产生的无机酸；土壤矿物质氧化产生的无机酸；施用无机肥料中残留的无机酸施用无机肥料中残留的无机酸( (硝酸、硫酸和磷酸等硝酸、硫酸和磷酸等) )根据土壤中根据土壤中H H+ +的存在方式，土壤酸度可分为两大类：的存在方式，土壤酸度可分为两大类：(2) 潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性性H+和和Al3+

45、。当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液中。当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液中之后，即可增加土壤溶液的之后，即可增加土壤溶液的H+浓度。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。盐基饱和度有关。根据测定潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换根据测定潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。性酸度和水解酸度。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质研究表明，代换性研究表明，代换性AlAl3+3+是矿物质土壤中潜性酸度的主要来是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源；如红壤的潜性酸度源；如红

46、壤的潜性酸度9595以上是由代换性以上是由代换性AlAl3+3+产生的产生的水解性酸度一般高于代换性酸度，但在红壤和灰化土中，由于水解性酸度一般高于代换性酸度，但在红壤和灰化土中，由于胶体中胶体中OH离子中和醋酸，且对醋酸又吸附作用，因此，水解离子中和醋酸，且对醋酸又吸附作用，因此，水解性酸度接近或低于代换性酸度。性酸度接近或低于代换性酸度。近年研究确认，代换性近年研究确认，代换性Al3+是土壤中潜性酸度的主要来源。是土壤中潜性酸度的主要来源。活性酸度与潜性酸度是同一土壤平衡体系的两种酸度活性酸度与潜性酸度是同一土壤平衡体系的两种酸度二者可互相转化。二者可互相转化。活性酸度是土壤酸度的现实表现

47、，潜性酸度是活性酸活性酸度是土壤酸度的现实表现，潜性酸度是活性酸度的贮备。度的贮备。潜性酸度往往大于活性酸度，二者的比例在砂土中约潜性酸度往往大于活性酸度，二者的比例在砂土中约为为10001000，有机质丰富的粘土中达可，有机质丰富的粘土中达可5-105-10万。万。2. 土壤碱度土壤碱度土壤溶液中土壤溶液中OH-的主要来源，是的主要来源，是CO2 和和HCO3-的的碱金属及碱土碱金属及碱土金属盐类。金属盐类。 碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度。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

48、土壤胶体上吸附的当土壤胶体上吸附的Na+，K+，Mg2+(主要是主要是Na+)等离子的饱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。和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用。yNaOH OyH Nay)Na(xyH2土壤胶体土壤胶体x 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质结果在土壤溶液中产生NaOH，使土壤呈碱性。如果土壤溶液中存在大量CO2，可生成NaHCO3或Na2CO3，因此吸附Na+多的土壤大多呈碱性。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质3. 土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能是指土壤具有缓和其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。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。缓冲作用。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质RCHNH2COOH+ H C lRCHNH3ClCOOH(2) 土壤