土壤环境化学

1、2022-6-181第四章 土壤环境化学2022-6-182第四章 土壤环境化学第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质第二节第二节 污染物在土壤污染物在土壤植物体系的迁移及植物体系的迁移及其机制其机制第三节第三节 土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化2022-6-183第一节 土壤的组成与性质一、土壤的组成一、土壤的组成v土壤是由固体、液体和气体三相组成的多相体系。土壤是由固体、液体和气体三相组成的多相体系。v土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。v土壤矿物质约占土壤的绝大部分，约占土壤固体总土壤矿物质约占土壤的绝大部分，约占土壤固体总重量的重量的

2、90%以上，土壤有机质约占固体总重量的以上，土壤有机质约占固体总重量的1%10%。v土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。v土壤气相是指土壤空隙中的空气。土壤气相是指土壤空隙中的空气。2022-6-184土壤中固、液、气相结构图土壤中固、液、气相结构图2022-6-185 A00 疏松的枯枝落叶层，未经分解 A0 暗色半分解有机质层 A1 暗色的腐殖层 淋溶层(A) A2 灰白色的灰化层 A3 向B层过渡层，多似A层 B1 向A层过渡层，多似B层 淀积层(B) B2 棕色至红棕色的淀积层 B3 向C层过渡层 Cc CaCO3聚积层 Cs CaSO4聚积层 可能出现

3、的特殊层次 G 潜育层(灰粘层) 基岩(D) D 覆盖层(A0) 母质层(C) 土壤层 2022-6-1861、土壤矿物质（1）原生矿物：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、）原生矿物：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。v硅酸盐类矿物不稳定，容易风化释放出硅酸盐类矿物不稳定，容易风化释放出Na、K、Ca、Mg、Fe等元素；等元素；v氧化物类矿物包括石英氧化物类矿物包括石英(SiO2)、赤铁矿、赤铁矿(Fe2O3)、金红石金红石(TiO2)等，不易风化。等，不易风化。2022-6-187v硫化物类矿物：黄铁矿和白铁矿（均为硫化物类矿物：黄铁矿和白铁矿（均

4、为FeS2），极易风化，成为土壤），极易风化，成为土壤S的主要来源；的主要来源；v磷酸盐类矿物：包括氟磷灰石磷酸盐类矿物：包括氟磷灰石Ca5(PO4)3F和氯磷灰石和氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl，还有少量磷酸铁、，还有少量磷酸铁、铝及其他磷的化合物，它们是土壤中无机磷铝及其他磷的化合物，它们是土壤中无机磷的重要来源。的重要来源。2022-6-188（2）次生矿物：由原生矿物经化学风化后形成）次生矿物：由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和结构都有所改变。的新矿物，其化学组成和结构都有所改变。v简单盐类：如方解石简单盐类：如方解石(CaCO3)、白云石、白云石(Ca、Mg(CO3)2

5、)、石膏、石膏(CaSO42H2O)、泻盐、泻盐(MgSO4 7H2O)、芒硝、芒硝(Na2SO4 10H2O)等；等；v三氧化物类：如针铁矿三氧化物类：如针铁矿(Fe2O3H2O)、褐铁矿、褐铁矿(2Fe2O33H2O)，三水铝石，三水铝石(Al2O33H2O)等；等；2022-6-189v次生硅酸盐类：如伊利石次生硅酸盐类：如伊利石(OH)4Ky(Al4Fe4Mg6)(Si8-yAly)O20、高岭石、高岭石Al4Si4O10(OH)8、蒙脱石、蒙脱石Al4Si8O20(OH)4。v次生矿物中的简单盐类属水溶性盐，易淋溶流失，次生矿物中的简单盐类属水溶性盐，易淋溶流失，一般土壤中较少，多存

6、在于盐渍土中。一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。v三氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小三氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小的部分，一般称之为次生粘土矿物。的部分，一般称之为次生粘土矿物。2022-6-18102、土壤有机质v土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。包括腐殖质、生物残体及土壤生物。总称。包括腐殖质、生物残体及土壤生物。v其中腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占其中腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的有机质总量的50-65%。v土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体，土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质

7、，如蛋白质、糖类、树脂、包括非腐殖物质，如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等和腐殖质，如腐殖酸、富里酸和胡有机酸等和腐殖质，如腐殖酸、富里酸和胡敏素等。敏素等。2022-6-1811土壤有机质的构成土壤有机质的构成 土壤有机质 活体 非活体 植物根土壤生物 生物残体 腐殖质 动物 微生物残体 植物残体 2022-6-18123、土壤水分v土壤水分主要来自大气降水和灌溉。土壤水分主要来自大气降水和灌溉。v土壤水分并非纯水，实际上是土壤中各种成土壤水分并非纯水，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。分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。v土壤水分既是植物养分的主要来源，也是进土壤水分

8、既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层（如水入土壤的各种污染物向其他环境圈层（如水圈、生物圈等）迁移的媒介。圈、生物圈等）迁移的媒介。2022-6-18134、土壤空气v土壤空气与大气基本相似，主要成分都是土壤空气与大气基本相似，主要成分都是N2、O2和和CO2；v土壤中土壤中CO2含量比大气中高得多，为含量比大气中高得多，为0.15%0.65%，大气中仅，大气中仅0.02%0.03%。v土壤空气中土壤空气中O2的含量低于大气；的含量低于大气；v土壤中水蒸汽的含量比大气中高得多；土壤中水蒸汽的含量比大气中高得多；v土壤中还含有少量还原性气体，如土壤中还含有少量还原性气体

9、，如CH4、H2S、H2、NH3等。等。2022-6-1814二、土壤的吸附性1、土壤胶体的性质、土壤胶体的性质（1）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：比表面是单位重量（或体积）物质的表比表面是单位重量（或体积）物质的表面积。面积。（2）土壤胶体的电性：土壤胶体微粒具有）土壤胶体的电性：土壤胶体微粒具有双电层，内核一般带负电荷，外层带正双电层，内核一般带负电荷，外层带正电荷。电荷。2022-6-1815（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v由于胶体的比表面和表面能都很大，为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

10、聚减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势。的趋势。v在土壤溶液中，胶体常带电荷，即具有在土壤溶液中，胶体常带电荷，即具有负的电动电位，所以胶体微粒又因相同负的电动电位，所以胶体微粒又因相同电荷而相互排斥，即呈现出分散性。电荷而相互排斥，即呈现出分散性。2022-6-18162、土壤胶体的离子交换吸附、土壤胶体的离子交换吸附（1）土壤胶体的阳离子交换吸附）土壤胶体的阳离子交换吸附v土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液中的阳离子进行交换，其交换过程以离中的阳离子进行交换，其交换过程以离子价为依据进行等价交换。子价为依据进行等价交换。v每千克干土中所含全部交换性阳离

11、子总每千克干土中所含全部交换性阳离子总量，称阳离子交换量（量，称阳离子交换量（CEC），以厘摩），以厘摩尔每千克土表示（尔每千克土表示（cmol/kg）。）。2022-6-1817v土壤可交换性阳离子有两类：一类是致土壤可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，包括酸离子，包括H+和和Al3+；另一类是盐基；另一类是盐基离子，包括离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。等。v当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达吸附饱和时的土壤，称为盐子，且已达吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。基饱和土壤。2022-6-1818v当土壤胶体上吸附的阳离子有

12、一部分为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致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。壤。v在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的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：百分数称为土壤盐基饱和度：%100)/()/(%)kgcmolkgcmol阳离子交换量交换性盐基总量盐基饱和度2022-6-1819（2）土壤胶体的阴离子交换吸附）土壤胶体的阴离子交换吸附v是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与是指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。溶液中阴离子的交换作用。v阴离子的交换吸附比较复杂，它可与胶阴离子的交换吸附比较复杂，它可与胶体微粒（如

13、酸性条件下带正电荷的含水体微粒（如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝）或溶液中阳离子（氧化铁、铝）或溶液中阳离子（Ca2+、Al3+、Fe3+）形成难溶性沉淀而被强烈地）形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。吸附。2022-6-1820三、土壤酸碱性1、土壤酸度、土壤酸度（1）活性酸度：土壤溶液中氢离子）活性酸度：土壤溶液中氢离子H+浓浓度，又称有效酸度。度，又称有效酸度。（2）潜性酸度：指土壤胶体吸附的可代换）潜性酸度：指土壤胶体吸附的可代换性性H+和和Al3+。当这些离子通过离子交换。当这些离子通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的溶液的H+浓度，使

14、土壤浓度，使土壤pH值降低。值降低。2022-6-1821v代换性酸度：用过量中性盐（如代换性酸度：用过量中性盐（如NaCl或或KCl）溶液淋洗土壤，溶液中金属离子）溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中与土壤中H+和和Al3+发生离子交换作用，发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。而表现出的酸度，称为代换性酸度。v水解性酸度：用弱酸强碱盐（如醋酸钠）水解性酸度：用弱酸强碱盐（如醋酸钠）淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的胶体吸附的H+、Al3+代换出来，同时生代换出来，同时生成某弱酸（醋酸）。此时，所测定出的成某弱酸（醋酸）。此时，所测定出

15、的该弱酸的酸度称为水解性酸度。该弱酸的酸度称为水解性酸度。2022-6-18222、土壤碱度、土壤碱度v土壤中溶液中土壤中溶液中OH-离子的主要来源，是离子的主要来源，是CO32-和和HCO3-的碱金属（的碱金属（Na、K）及碱）及碱土金属（土金属（Ca、Mg）的盐类。）的盐类。vHCO3-和和CO32-的总和称为土壤总碱度。的总和称为土壤总碱度。2022-6-18233、土壤的缓冲性能、土壤的缓冲性能v土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力。度发生激烈变化的能力。v土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸

16、、磷酸、腐殖酸和其他有机碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系。冲体系。v土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有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。分别对酸和碱起缓冲作用。2022-6-1824四、土壤的氧化还原性v土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气、土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气、NO3-离子和高价金属离子，如离子和高价金属离子，如Fe(III)、Mn(IV)、V(V)、Ti(IV)等。等。v土壤中的主要还原剂有：有机质和低价土壤中的主要

17、还原剂有：有机质和低价金属离子。金属离子。2022-6-1825v土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位（氧化还原电位（Eh）来衡量。）来衡量。v一般旱地土壤的一般旱地土壤的Eh为为+400+700mV；水；水田的田的Eh在在+300-200mV。v当土壤的当土壤的Eh700mV时，土壤完全处于氧时，土壤完全处于氧化条件下，有机物质会迅速分解；化条件下，有机物质会迅速分解；v当当Eh值在值在400700mV时，土壤中氮素主时，土壤中氮素主要以要以NO3-形式存在；形式存在；v当当Eh400mV时，反硝化开始发生；时，反硝化开始发生；2022-6-182

18、6v当当Eh200mV时，时，NO3-开始消失，出现大量开始消失，出现大量的的NH4+。v当土壤渍水时，当土壤渍水时，Eh降至降至-100mV，Fe2+浓度浓度已超过已超过Fe3+；vEh再降低，再降低，-200mV时，时，H2S大量产生，大量产生，Fe2+就会变成就会变成FeS沉淀，其迁移能力降低。沉淀，其迁移能力降低。2022-6-1827第二节 污染物在土壤植物体系中的迁移及其机制一、污染物在土壤一、污染物在土壤植物体系中的迁移植物体系中的迁移v土壤中污染物主要是通过植物根系根毛细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。胞的作用积累于植物茎、叶和果实部分。

19、v污染物可能停留于细胞膜外或穿过细胞膜污染物可能停留于细胞膜外或穿过细胞膜进入细胞质。进入细胞质。2022-6-18281、污染物由土壤向植物体内迁移的方式v被动迁移：溶质在浓度梯度的作用下从高被动迁移：溶质在浓度梯度的作用下从高浓度侧穿过生物膜向低浓度侧的迁移。浓度侧穿过生物膜向低浓度侧的迁移。v主动迁移：在需要消耗一定的代谢能量下，主动迁移：在需要消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质。侧解离出原物质。2022-6-18292、影响重金属在土壤植物体

20、系中转移的因素（1）植物种类：不同植物种类或同种植物的）植物种类：不同植物种类或同种植物的不同植株从土壤中吸收转移重金属的能力是不同植株从土壤中吸收转移重金属的能力是不同的。不同的。（2）土壤种类：土壤的酸碱性和腐殖质的含）土壤种类：土壤的酸碱性和腐殖质的含量都可影响重金属向植物体内的转移能力。量都可影响重金属向植物体内的转移能力。2022-6-1830（3）重金属的形态：离子态、络合态、化）重金属的形态：离子态、络合态、化合固态等不同的重金属形态被植物转移合固态等不同的重金属形态被植物转移的能力不同。的能力不同。（4）重金属在植物体内的迁移能力：在植）重金属在植物体内的迁移能力：在植物体内不

21、同营养器官内，重金属的迁移物体内不同营养器官内，重金属的迁移能力不同，造成重金属在不同的植物器能力不同，造成重金属在不同的植物器官组织中积累。官组织中积累。2022-6-1831二、植物对重金属污染产生耐性的几种机制v植物根系通过改变根际化学性状、原生质植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收；泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收；v重金属与植物的细胞壁结合；重金属与植物的细胞壁结合；v酶系统的作用；酶系统的作用；v形成重金属硫蛋白或植物络合素。形成重金属硫蛋白或植物络合素。2022-6-1832第三节 土壤中农药的迁移转化一、土壤中农药的迁移一、土壤中农药的迁移1、扩

22、散、扩散v农药以分子形态从浓度高的地方向浓度低农药以分子形态从浓度高的地方向浓度低的地方迁移。的地方迁移。v影响农药扩散的因素有土壤水分含量、吸影响农药扩散的因素有土壤水分含量、吸附、孔隙度和温度及农药本身的性质等。附、孔隙度和温度及农药本身的性质等。2022-6-18332、质体流动、质体流动v溶解于土壤水中或被吸附于土壤颗粒的农溶解于土壤水中或被吸附于土壤颗粒的农药随土壤水和土壤颗粒发生的质体流动。药随土壤水和土壤颗粒发生的质体流动。v由于不同农药的溶解度和与土壤颗粒的作由于不同农药的溶解度和与土壤颗粒的作用不同，其在土壤中迁移距离亦不同。用不同，其在土壤中迁移距离亦不同。v土壤有机质增加，农药在土壤中渗透深度土壤有机质增加，农药在土壤中渗透深度减小。减小。2022-