4章土壤环境化学-吉林东华教育集团—欢迎您的光临ppt课件

1、第四章 土壤环境化学(Soil Environmental Chemistry)教学内容、土壤的组成与性质; 、重金属在土壤植物体系中的迁移及其作用机制； 、主要农药在土壤中的迁移、转化和归趋。教学要求掌握土壤的组成与性质，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、影响要素及作用机制。 掌握土壤的吸附、酸碱和氧化复原特性。 了解主要农药在土壤中的迁移原理与主要影响要素。 掌握呵斥土壤污染的主要缘由、危害及防治措施。 引言 土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁衍的才干，称作土壤圈。 土壤还具有同化和代谢外界进

2、入土壤的物质才干，所以土壤又是维护环境的重要净化剂，这就是土壤的两个重要的功能。全球范围的土壤环境问题 (Environmental Problem in Soil)土壤酸化、盐碱化、土壤污染 土壤沙漠化石漠化 陆地植被破坏 水土流失第一节 土壤的组成和性质土壤Soil 土壤处于岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁衍的才干，被称为土壤圈。 土壤圈是处于大气圈、岩石圈、水圈和生物图之间的过渡地带，是联络有机界和无机界的中心环节。 成土要素综协作用的不同，产生出多种类型的土壤。第一节 土壤的组成和性质土壤的根本环境机能 1培育植物 2推进物质循环 3保管水资源 4防止灾祸 5自

3、净才干 第一节 土壤的组成和性质一、土壤组成Soil Constitution 固相土壤矿物质、土壤有机质 液相 水分及水溶物 气相空气 土壤中还有数量众多的细菌和微生物，普通作为土壤有机物而视为土壤固相物质。 第一节 土壤的组成和性质 土壤中固、液、气相构造图第一节 土壤的组成和性质典型土壤随深度呈现不同的层次 覆盖层(A0)由地面上的枯枝落叶所构成。淋溶层(A)是土壤中生物最活泼的一层，土壤有机质大 部分在这一层，金属离子和粘上颗粒在此层 中被淋浴得最显著。淀积层(B)它受纳来自上一层淋溶出来约有机物、盐类 和粘土颗粒类物质。母质层(C)是由风化的成土母岩构成。基岩常用D层表示。第一节 土

4、壤的组成和性质1土壤矿物质(Minerals in Soil ) 土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化构成的。 按成因类型分类： 原生矿物:各种岩石遭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构造都没有改动。次生矿物:大多数是由原生矿物经化学风化后构成的新矿物，其化学组成和晶体构造都有所改动。第一节 土壤的组成和性质1原生矿物 主要四类硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。2次生矿物 分为三类简单盐类、三氧化物类、次生铝硅酸盐类。 第一节 土壤的组成和性质2、土壤有机质(Soil Organic Matter，SOM)作用：土壤有机质是土壤构成的主要

5、标志，土壤肥力的表现，土壤中含碳有机物的总称。分类：两大类，一类是组成有机体的各种有机化合物，称为非腐殖物质，如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等；另一类是称为腐殖质类有机化合物，它不属于有机化学中现有的任何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等。 第一节 土壤的组成和性质3土壤水分(Water in Soil) 土壤水分的意义： 土壤水分既是植物营养物的来源，也是污染物向其他圈层迁移的媒介。土壤水分存在的方式： 土壤颗粒吸附的水分称吸着水，几乎不挪动，不被植物吸收。 外层的膜状水称内聚水或毛细管水，是植物生长的主要水源。第一节 土壤的组成和性质吸着水和内聚水关系图解第一节 土壤的组成和性质4土壤空气

6、(Atmosphere in Soil) 特性：(1)不延续性，存在于土粒间隙之间； (2)湿度更高； (3)O2少，CO2多，有机质腐烂分解； (4)有复原性气体H2S、NH3、H2、CH4、厌氧 细 菌和污染物等存在。 第一节 土壤的组成和性质二、土壤的粒级分组与质地分组1、土壤矿物质的粒级划分 土壤矿物质是以大小不同的颗粒形状存在的。不同粒径的土壤矿物质颗粒(即土粒)，其性质和成分郡不一样。 我国土壤粒级划分规范为五级： 石块、石砾、砂砾、粉粒、黏粒。第一节 土壤的组成和性质、各粒级的主要矿物成分和理化特性1石块和石砾多为岩石碎块。其孔隙过大，水和营养易流失。2砂砾主要为原生矿物。孔隙大

7、，通气和透水性强，保水保肥才干弱，营养元素含量少。3粉粒原生和次生矿物的混合体。聚会、胶结性差，分散性强，保水保肥才干较好。4黏粒主要为次生矿物。营养元素含量丰富，聚会才干较强，有良好的保水保肥才干，但通气和透水性较差。第一节 土壤的组成和性质3、土壤质地分类及其特性由不同的粒级混合在一同所表现出来的土壤粗细情况，称土壤质地。我国土壤质地分类规范分为三组：砂土组、两合土组壤土、黏土。壤土兼有砂土和黏土的优点，抑制了两者的缺陷，是最理想的土壤质地。第一节 土壤的组成和性质三、土壤吸附性 土壤中活泼的组分：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。土壤胶体以其宏大的比外表

8、积和带电性，而使土壤具有吸附性。 第一节 土壤的组成和性质1土壤胶体的性质直径1-100nm 土壤胶体具有极大的比外表积和外表能 比外表：单位分量或体积物质的外表积。 胶体外表分子与内部分子所处的形状不同，遭到内外部两种不同的引力，因此具有多余的自在能即外表能，这是土壤胶体具有吸附作用的主要缘由。 比外表积愈大，外表能愈大，胶体的吸附性愈大。 第一节 土壤的组成和性质土壤胶体的电性 (Colloids of Soil ) 土壤胶体微粒内部普通带负电荷，构成一个负离子层决议电位离子层，其外部由于电性吸引而构成一个正离子层 反离子层或分散层，即称双电层。 第一节 土壤的组成和性质土壤胶体的凝聚性和

9、分散性 由于胶体的比外表和外表能都很大，为减小外表能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。由于土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥，具有分散性，负电荷越多，负的电动电位越高，相互排斥力越强，分散性也越强； 土壤胶体的凝聚性主要取决于其电动电位的大小和分散层的厚度； 此外，土壤溶液中的电解质和 pH 值也有影响。 第一节 土壤的组成和性质2、 土壤胶体的离子交换吸附离子交换：土壤胶体分散层中的补偿离子，可以和溶液中一样电荷的离子以离子价为根据作等价交换。 离子交换作用包括阳离子交换吸附和阴离子交换吸附。 第一节 土壤的组成和性质1土壤胶体的阳离子交换吸附可逆过程 土壤胶体吸附的阳

10、离子，可与土壤溶液中的阳离子以离子价为根据进展等价交换，各种阳离子交换才干的强弱，主要依赖于以下要素: 电荷数:离子电荷数越高，阳离子交换才干越强。 离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因此具有较强的交换才干。 土壤第一节 土壤的组成和性质不同土壤的阳离子交换量不同：1不同种类的胶体的阳离子交换量顺序 有机胶体 蒙脱石 水化云母 高岭土 水合氧化铁、铝2土壤质地越细，阳离子交换量越高； 3土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大，阳离子交换量越高；4pH值下降，阳离子交换量降低。 第一节 土壤的组成和性质阳离子交换量Cation ExchangeCapacity ,C

11、EC CEC表示每千克干土中所含全部阳离子的总量，是表示土壤吸附性质的重要目的。 单位：厘摩尔/每千克土 (cmol/kg) 测定：用Ca2+作指示剂，Ba2+作萃取剂，原子吸收分光光度法测定。第一节 土壤的组成和性质 致酸离子：Al3+、H+。 可交换性阳离子 盐基离子：Ca2+、Mg2+、K+ 、Na+、 NH4+等。 盐基饱和土壤： 土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。 第一节 土壤的组成和性质2土壤胶体的阴离子交换吸附 带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子交换。吸附顺序： F- C2O42- 柠檬酸根 PO43- HCO3- H2BO3- Ac-

12、 SCN- SO42- Cl- NO3- 第一节 土壤的组成和性质四、土壤的酸碱性 (Acidity-Alkalinity of Soil)1、土壤酸度 (Acidity of Soil) 根据土壤中H+存在的方式： 活性酸度或有效酸度Activity Acidity： 土壤溶液中氢离子浓度的直接反映出来的酸 度，通常用pH表示通常描画土壤性质时 表示作土壤pH值 潜性酸度Potential Acidity：代换性酸度 水解性酸度 是由土壤胶体吸附的可代换性H+、Al3+离子呵斥的。 第一节 土壤的组成和性质1代换性酸度 用过量中性盐KCl、NaCl等) 溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H

13、+、Al3+发生离子交换作用： |土壤胶体|-H+ + KCl |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3+ 3KCl|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O Al(OH)3 + 3H第一节 土壤的组成和性质2水解性酸度 用弱酸强碱盐淋洗土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来，同时生成弱酸醋酸，此时所测定出的该弱酸的酸度称水解性酸度。 NaAc + H2O HAc + Na+ + OH- |土壤胶体|-Al3+、H+ + 4NaAc |土壤胶体|-4Na+ + Al(OH)3 + 4HAc 代换性酸度只是水解性酸度的一部分，因此水解性酸度

14、高于代换性酸度。 第一节 土壤的组成和性质3活性酸度和潜性酸度的关系 活性酸度与潜性酸度是存在于同一平衡体系的两种酸度，二者可以相互转换，一定条件下可处于暂时平衡。 活性酸度是土壤酸度的现实表现，土壤胶体是H+ Al3+的储存库，因此潜性酸度是活性酸度的贮藏。 第一节 土壤的组成和性质2、土壤碱度 (Alkalinity of Soil ) 土壤溶液中的OH-离子，主要来源于碱金属(Na、K)和碱土金属(Ca、Mg)的碳酸盐类，即碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总量称为总碱度，可用滴定法测定。 当土壤胶体上吸附的Na+、K+、Mg2+(主要是Na+)等离子的饱和度添加到一定程度时，会引起交换性阳离子

15、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。第一节 土壤的组成和性质土壤胶体上吸附阳离子Na+、K+、Mg2+ 的饱和度添加，可引起交换性阳离子的水解作用： 土壤胶体|-xNa+ + yH2O 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+yNaOH 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。 第一节 土壤的组成和性质3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil ) 土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生猛烈变化的才干，它可以坚持土壤反响的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动发明比较稳定的生活

16、环境，所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。 第一节 土壤的组成和性质1土壤溶液的缓冲作用 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有机酸及其盐类，构成很好的缓冲体系。如：碳酸及其钠盐的缓冲作用当参与盐酸时，碳酸钠与它作用，生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。 Na2CO3+2HCL=2NaCL+ H2CO3当加大Ca(OH)2时，碳酸与它作用，生成溶解度较小的碳酸钙，限制了土壤碱度。 H2CO3+Ca(OH)2= CaCO3+ 2H2O第一节 土壤的组成和性质又如：土壤中的某些有机酸(如氨基酸、胡敏酸等)是两性物质，具有缓冲作用，如氨基酸含氨基和羧基可分别中和酸和碱，从而对酸和

17、碱都具有缓冲才干。 R-CH(NH2)(COOH)+HCL= R-CH(NH3CL)(COOH) R-CH(NH2)(COOH)+NaOH= R-CH(NH2)(COONa)+ H2O第一节 土壤的组成和性质2土壤胶体的缓冲作用 (Buffer Action of Colloids of Soil) 土壤胶体中存在有各种代换性阳离子 对酸的缓冲作用： 土壤胶体|-M+ HCl 土壤胶体|-H + MCl对碱的缓冲作用： 土壤胶体|-H+ MOH 土壤胶体|-M + H2O 土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲才干越强；代换量相当时，盐基饱和度越高，土壤对酸的缓冲才干越大；反之，盐基饱和度

18、减小，土壤对碱的缓冲才干添加。第一节 土壤的组成和性质 铝离子对碱的缓冲作用 Al对土壤的危害：三价Al与土壤胶体结合才干强，易排斥其它阳离子使其进入土壤溶液而蒙受淋溶损失；研讨阐明，土壤对植物的酸害实践是铝害，过多的铝离子抑制植物生长。 第一节 土壤的组成和性质五、土壤的氧化复原性 (Oxidation and Reduction of Soil) 主要氧化剂：氧气、NO3离子和高价金属离子； 主要复原剂：有机质和低价金属离子。 土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化复原反响的重要参与者。土壤氧化复原才干的大小可以用土壤的氧化复原电位Eh来衡量。 第二节 重金属在土壤植物体系中的迁移及其

19、机制一、重金属在土壤植物体系中的迁移的要素1、土壤的理化性质：pH、土壤质地、土壤氧化复原电位、土 壤中有机质含量。2、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形状3、植物的种类、生长发育期4、复合污染5、施肥第二节 重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制二、重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律1、植物对土壤中重金属的富集规律： 豆类水稻小麦玉米； 根茎叶颖壳籽实2、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律： 垂直分布规律：可耕层成为重金属的富集层； 根际土壤土体3、土壤对重金属离子的吸附固定原理： 土壤中胶体中对吸附奉献大的除有机质外，主要是锰、铁等氧化物。第二节 重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制三、植

20、物对重金属污染产生耐性的几种机制、植物根系经过改动根际化学性状、原生质泌溢等作用限制 重金属离子跨膜吸收、重金属与植物的细胞壁结合、酶系统的作用、构成重金属硫蛋白或植物络合素第三节 土壤中农药的迁移转化 土壤的农药污染是由施用杀虫剂、杀菌剂及除草剂等引起的。农药大多是人工合成的分子量较大的有机化合物(有机氯、有机磷、有机汞、有机砷等)。 目前全世界有机农药约1000余种，常用的约200种，其中杀虫剂100种、杀菌和除草剂各50余种。到1988年止，我国已同意登记的农药产品和正在实验的农药新产品，共有248种、435个产品。 第三节 土壤中农药的迁移转化 施于土壤的化学农药，有的化学性质稳定，存

21、留时间长，大量而继续运用农药，使其不断在土壤中累积，到一定程度便会影响作物的产量和质量，而成为污染物质。 农药还可以经过各种途径，挥发、分散、挪动而转入大气、水体和生物体中，呵斥其他环境要素的污染，经过食物链对人体产生危害。 因此，了解农药在土壤中的迁移转化规律以及土壤对有毒化学农药的净化作用，对于预测其变化趋势及控制土壤的农药污染都具有艰苦意义。 第三节 土壤中农药的迁移转化 农药在土壤中保管时间较长。它在土壤中的行为主要受降解、迁移和吸附等作用的影响。降解作用是农药消逝的主要途径，是土壤净化功能的重要表现。农药的挥发、径流、淋溶以及作物的吸收等，也可使农药从土壤转移到其他环境要素中去。吸附作用使一部分农药滞留在土壤中，并对农药的迁移和降解过程产生很大的影响。第三节 土壤中农药的迁移转化一、土壤中农药的迁移 主要方式是：分散本身作用和质体流动外力作用1、分散 分散是由于