第四章土壤环境化学1ppt课件

1、第一节第一节土壤的组成和性质土壤的组成和性质一、土壤的组成一、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质。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。土土 壤壤土壤固相土壤固相(占容积的占容积的50)空隙空隙矿物质矿物质(质量占固相总质质量占固相总质量的量的90)有机质和生物质量占固有机质和生物质量占固相总质量的相总质量的110）土壤液相土壤液相土壤气相土壤气相 土壤溶液和空气占土壤总体积的土壤溶液和空气占土壤总体积的50，且二者之，且二者之间经常处于彼此消长的状态。间经常处于彼此消长的状态。 原生矿物原生矿物sp

2、rimary minerals 岩石受物理风化，化学组成和结晶构造都未改变。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。主要有：石英、长石类、云母类、辉石和角闪石。 土壤中土壤中1-0.001mm的砂和粉砂几乎全部是原生矿物。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、硫化物四类最重要的原生矿物：磷酸盐类、氧化物类、硫化物类、类、 硅酸盐类占岩浆岩质量的硅酸盐类占岩浆岩质量的80以上）。以上）。次生矿物次生矿物secondary minerals 由原生矿物经化学风化形成。由原生矿物经化学风化形成。 化学风化的三个历程

3、：氧化、水解和酸性水解。化学风化的三个历程：氧化、水解和酸性水解。 分为三类：简单盐类分为三类：简单盐类原生矿物化学风化的最终产物原生矿物化学风化的最终产物 三氧化物三氧化物硅酸盐矿物彻底风化后的产物硅酸盐矿物彻底风化后的产物 次生铝硅酸盐类次生铝硅酸盐类伊利石、蒙脱石、高岭石伊利石、蒙脱石、高岭石1、土壤矿物、土壤矿物Si原子半径原子半径0.39埃埃硅氧四面体片tetrahedral sheet公用底角氧原子公用底角氧原子铝氢氧八面体铝氢氧八面体中心孔径0.58埃Al离子半径0.57埃化学结构式AlO6H6 -3H+H+H+H+H+H+铝氢氧八面体片铝氢氧八面体片公用上下两层氧原子形成片伊利

4、石类结晶构造示意图K+能发生能发生同晶取代同晶取代蒙脱石montmorillonite弱的分子间力极易发生同晶取代高岭石kaolinite高岭石高岭石单位晶层瞧：氢键在这里（结实）不易发生同晶取代2、土壤有机质、土壤有机质 土壤有机质：土壤中含碳有机化合物的总称。土壤有机质：土壤中含碳有机化合物的总称。非腐殖质：如蛋白质、糖、有机酸等。占非腐殖质：如蛋白质、糖、有机酸等。占10%-15%腐殖质：占腐殖质：占85%-90%。腐殖质是地表分布最广的天然。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、

5、无定形、难于分解、组成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。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。于稀酸；胡敏素不被碱液提取。主要来源于大气降水、灌溉和地下水，土壤水分并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。3、土壤水分、土壤水分毛管水固态水气存水吸附水1933年Joffe就将土壤溶液比喻成“土体的血液循环”。土壤溶液是土壤与环境间物质交换的载体，是物质迁移与运动的基础，也是

6、植物根系获取养分最基本的途径。由于土壤溶液与土壤固相构成了一动态平衡体系，因此，土壤溶液的组成在一定程度上反映了发生在土壤中的各种反应。土壤溶液的重要意义早已被人们所认识4、土壤空气、土壤空气与大气基本相似，主要成分：O2、N2、CO2不连续体系（土壤是相互隔离的多孔介质）含量差异：由于微生物和植物活动CO2含量比空气中高，O2低于空气中的更高的湿度，水蒸气的含量比大气中高得多有还原性气体和污染物CH4、H2、H2S、NH3几点差异几点差异土壤的剖面分层土壤的剖面分层u淋溶淋溶leaching ）：是指污染物随渗透水在土壤中沿土壤垂）：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

7、物在水直剖面向下的运动，是污染物在水土壤颗粒之间吸附土壤颗粒之间吸附解吸解吸或分配的一种综合行为。或分配的一种综合行为。u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。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。u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物的残留浓度为500ppb时，污染物所能达到的最大深度。时，污染物所能达到的最大深度。二二 、粒级分组与质地分组、粒级分组与质地分组

8、（自学）（自学）1、土壤矿物质的粒级划分、土壤矿物质的粒级划分u土壤的机械组成土壤的机械组成mechanical composition)：土壤是由粗细：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，又称为土壤质地合称为土壤的机械组成，又称为土壤质地soil texture）。）。2、各粒级的主要矿物成分和理化性质、各粒级的主要矿物成分和理化性质粒级不同，其化学成分有较大的差异。较细粒级中，钙、镁、磷、钾等元素含量增加。 不同粒径土粒的化学组成（不同粒径土粒的化学组成（%）三、土壤吸附性三、土壤吸附

9、性土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物。1、土壤胶体、土壤胶体(1)特性：特性：把一种或几种物质分散在另一种物质中就构把一种或几种物质分散在另一种物质中就构成一个分散体系。胶体是物质按一定分散程成一个分散体系。胶体是物质按一定分散程度而存在的一种状态。胶体分散体系是分散度而存在的一种状态。胶体分散体系是分散粒子半径约为粒子半径约为1100 nm的分散体系。的分散体系。具有较大的比表面（单位重量物质的表面积和表面能呈现双电层（double layer）土壤胶体凝聚性和分散性(2)双电层结构及扩散双电层模型双电层结构及扩散双电层模型扩散双电层模型：扩散双电层模型：内部微粒核带负电，形成负离

10、子层决定电位离子内部微粒核带负电，形成负离子层决定电位离子层），由于静电吸引，在外部形成一个正离子层层），由于静电吸引，在外部形成一个正离子层反离子层，包括非活动性离子层和扩散层），即反离子层，包括非活动性离子层和扩散层），即合称为双电层。合称为双电层。l 决定电位层与液体内部的电位差为热力电位0l 非活动性离子层与液体内部的电位差称为电动电位l （electrokinetics potential）。l 显然，0和是不同的，随电解质浓度增加，或型增l 加，双电层厚度变薄，电势也减小。l 双电层基本构成l 双电层电位与溶液中离子间关联性l a.0 取决于溶液中与固体成平衡的离子浓度l b.与电

11、荷符号、价位、电荷量、浓度有关固定层（+）可动层胶核决定电位离子层（-）反离子层胶粒胶团结构胶团结构反离子层呈反离子层呈大气式分布大气式分布(3)土壤凝聚性及影响因素土壤凝聚性及影响因素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，这就是胶体的凝聚性。在土壤溶液中，胶体常带有负电荷，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，电动电位越高，相互排斥力越强，胶体微粒的分散性也越强。1、土壤胶体的电动电位和扩散厚度2、阳离子浓度上升会增强凝聚性3、电解质浓度、pH值2、土壤胶体的离子交换吸附、土壤胶体的离子交换吸附（1定义：土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离

12、子可定义：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以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等 价价 交换，称为离子交换。交换，称为离子交换。（2阳离子交换吸附阳离子交换吸附1受质量作用定律支配受质量作用定律支配2阳离子交换能力的强弱与电荷数有关阳离子交换能力的强弱与电荷数有关 A.电荷数越高，阳离子交换能力就越强；电荷数越高，阳离子交换能力就越强； B.同价离子中，半径越大，交换能力越强。同价离子中，半径越大，交换能力越强。Fe3+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+3可交换阳离子是由致酸离子可交换阳离子是由致

13、酸离子(H+、Al3+)和盐基离子和盐基离子(Na+、K+、Ca2+)组成的。组成的。4阳离子交换量阳离子交换量CEC），用阳离子交换容量来表征，其大），用阳离子交换容量来表征，其大小与土壤胶体的种类、特性有关小与土壤胶体的种类、特性有关盐基饱和度盐基饱和度=交换性盐基总量交换性盐基总量/阳离子交换量阳离子交换量100%（3阴离子交换吸附阴离子交换吸附与阳离子作用 沉淀 大大加强吸附四、土壤的酸碱性四、土壤的酸碱性1、土壤酸度：取决于土壤中、土壤酸度：取决于土壤中H+的存在方式的存在方式（1活性酸度有效酸度，活性酸度有效酸度，pH土壤土壤 溶液中氢离溶液中氢离子浓子浓 度的直接反映。度的直接反

14、映。lCO2H2CO3l有机物质分解有机酸l土壤中矿物质氧化无机酸l施用的无机肥料中残留的无机酸l大气酸沉降（2潜性酸度：来源于处于吸附态的H+、Al3+l处于吸附态的(H+、Al3+)不显酸性l仅有盐基不饱和土壤才具有潜性酸度l主要来源于(Al3+)l分类：代换性酸度和水解酸度用方程式说明Al3+是潜性酸度的主要来源（3活性酸度与潜性酸度的关系活性酸度与潜性酸度的关系l统一平衡体系的不同表现形式l两者可以相互转化，并在一定条件l 下处于暂时的平衡态l潜性酸度是活性酸度的储备2、土壤碱度、土壤碱度soil alkalinity吸附的Na+、Ca2+、Mg2+达到一定饱和度时，会引起交换型阳离子

15、水解作用，导致诸如NaOH等出现，使土壤呈现碱性。Na+饱和度称为土壤碱化度。盐基离子CO32-和HCO3-的水解起主导作用，所以碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度成为总碱度。3、土壤的缓冲性能、土壤的缓冲性能(1)土壤溶液的缓冲作用土壤溶液的缓冲作用H2CO3、H3PO4、H4SiO4 、腐殖酸及其他有机弱、腐殖酸及其他有机弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。两性物质，如：氨基酸，胡敏酸有缓冲作用。两性物质，如：氨基酸，胡敏酸(2) 土壤胶体的缓冲作用土壤胶体的缓冲作用土壤胶体吸附各种盐基离子和氢离子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土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能越强(3)铝离子对碱的缓