土壤环境化学幻灯片.ppt

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1、土壤环境化学土壤环境化学第1页，共99页，编辑于2022年，星期五11、颗粒物的聚集方式颗粒物的聚集方式12、溶解和沉淀、溶解和沉淀13、氧化还原、氧化还原14、配合作用、配合作用15、分配作用、分配作用16、挥发作用、挥发作用17、水解作用、水解作用18、光解作用、光解作用19、生物降解作用、生物降解作用第2页，共99页，编辑于2022年，星期五1.什么是优先污染物？水中优先控制污染物中的重金属及其化合物有什么是优先污染物？水中优先控制污染物中的重金属及其化合物有?2.水中有机污染物和金属污染的分布和存在形态？水中有机污染物和金属污染的分布和存在形态？3.酸度和碱度的测定及表示方法。酸度和碱

2、度的测定及表示方法。4.什么是自养生物、异养生物？什么是水体的富营养化？什么是自养生物、异养生物？什么是水体的富营养化？5.计算计算25时时O2和和CO2在水体中的溶解度。在水体中的溶解度。6.在一个在一个pH6.5、碱度、碱度1.6mmol/L的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问需加多的水体中，若加入碳酸钠使其碱化，问需加多少的碳酸钠才能使水体少的碳酸钠才能使水体pH升至升至8.0。若用。若用NaOH进行碱化，又需加多少碱？进行碱化，又需加多少碱？7.叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？叙述天然水体中存在哪几类颗粒物？8.什么是表面吸附作用、离子交换吸附作用和专属吸附作用？什么是表面吸附作用、离子

3、交换吸附作用和专属吸附作用？9.根据腐殖质在溶液中溶解度不同划分为哪几类？根据腐殖质在溶液中溶解度不同划分为哪几类？10.叙述水中颗粒物以哪些方式进行聚集？叙述水中颗粒物以哪些方式进行聚集？作作业业第3页，共99页，编辑于2022年，星期五11.叙述水中颗粒物以哪些方式进行聚集？叙述水中颗粒物以哪些方式进行聚集？12.诱发沉积中重金属释放的主要因素主要包括哪几个？诱发沉积中重金属释放的主要因素主要包括哪几个？13.影响吸附的因素有哪些影响吸附的因素有哪些?14.什么是电子活度、天然水的什么是电子活度、天然水的pE、决定电位？、决定电位？15.天然水中有哪些无机、有机络合剂？天然水中有哪些无机、

4、有机络合剂？16.水中有机物有哪些迁移转化过程？水中有机物有哪些迁移转化过程？17.在一个在一个pH=10.0的的SO42-HS-体系中体系中(25)，其反应为：，其反应为：SO42-+9H+8eHS-+4H2O(l)(E0=0.251V)计算该体系的计算该体系的pE0。如果体系化合物的总浓度为如果体系化合物的总浓度为1.010-4mol/l，写出，写出HS-、SO42-的的lgc-pE关系式。关系式。18.已知已知CHCl3的蒸汽压为的蒸汽压为1.0105Pa，25在水中的溶解度为在水中的溶解度为4000mg/L。试分别计。试分别计算出亨利定律常数算出亨利定律常数KH和和KH。(CHCl3的

5、分子量为的分子量为119.4)第4页，共99页，编辑于2022年，星期五第四章第四章土壤环境化学土壤环境化学 Lithosphere第5页，共99页，编辑于2022年，星期五思思考考题题1.土壤有哪些组分？土壤有哪些组分？2.什么是盐基饱和度？比较土壤阳、阴离子交换吸附的什么是盐基饱和度？比较土壤阳、阴离子交换吸附的主要作用原理与特点？主要作用原理与特点？3.什么是土壤的活性酸度和潜性酸度？什么是土壤的活性酸度和潜性酸度？4.举例说明土壤的缓冲作用。举例说明土壤的缓冲作用。5.影响土壤中农药扩散的因素。影响土壤中农药扩散的因素。6.土壤中氮素的形态和流失。土壤中氮素的形态和流失。7.土壤的固磷

6、作用。土壤的固磷作用。第6页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤与整个地球环境系统的各圈层之间的关系土壤与整个地球环境系统的各圈层之间的关系第7页，共99页，编辑于2022年，星期五本章主要内容本章主要内容v土壤的组成与性质（土壤组成、粒级分组与质地分土壤的组成与性质（土壤组成、粒级分组与质地分组、吸附性、酸碱性、氧化还原）组、吸附性、酸碱性、氧化还原）v土壤污染土壤污染v污染物在土壤植物体系中的迁移及其机制污染物在土壤植物体系中的迁移及其机制v土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化v氮、磷肥料在土壤环境中的迁移氮、磷肥料在土壤环境中的迁移第8页，共99页，编辑于2022年，星期五第一节

7、第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质1.1土壤组成土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，它们的相土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，它们的相对含量因时因地而异。对含量因时因地而异。202030%30%的空气的空气202030%30%的水的水45%45%的矿物质的矿物质5%的有机质的有机质第9页，共99页，编辑于2022年，星期五第10页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤中生物最活跃的土壤中生物最活跃的一层，有机质大部分一层，有机质大部分在这一层，金属离子在这一层，金属离子和粘土颗粒在此层中和粘土颗粒在此层中被淋溶得最显著被淋溶得最显著它来自上一层淋溶它来自上一层

8、淋溶出来的有机物、盐出来的有机物、盐类和粘土颗粒类物类和粘土颗粒类物质质由风化的由风化的成土母岩成土母岩构成构成第11页，共99页，编辑于2022年，星期五 1.1.11.1.1土壤矿物质土壤矿物质土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化形成的。土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化形成的。原生矿物原生矿物：它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受到程度不同的：它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受到程度不同的物理物理风化而未经化学风化风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都化学组成和结晶构造都没有改变没有改变；次生矿物次生矿物：它们大多数是由原生矿物经：它们大多数是由原生矿

9、物经化学风化化学风化后形成的新矿物，后形成的新矿物，其其化学组成和晶体结构都有所改变化学组成和晶体结构都有所改变。在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与次生矿物混合在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。成为土壤矿物质。第12页，共99页，编辑于2022年，星期五 土壤中最主要的原生矿物有四类：土壤中最主要的原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。其中其中硅酸盐类矿物占岩浆岩硅酸盐类矿物占岩浆岩重量的重量的80以上以上。a、硅酸盐类、硅酸盐类，如长石、云母等，容易风化而释放出，

10、如长石、云母等，容易风化而释放出K、Na、Ca、Mg、Al等元素可供植物吸收，同时形成新的次生矿物。等元素可供植物吸收，同时形成新的次生矿物。b、氧化物类氧化物类，如石英、赤铁矿等，稳定、不易风化，对植物养分意义，如石英、赤铁矿等，稳定、不易风化，对植物养分意义不大。不大。c、硫化物类、硫化物类，如黄铁矿、白铁矿（，如黄铁矿、白铁矿（FeS2），极易风化，为土壤中硫），极易风化，为土壤中硫元素的主要来源；元素的主要来源；d、磷酸盐类、磷酸盐类，如磷灰石、磷酸铁等，是土壤中无机磷的重要来源。，如磷灰石、磷酸铁等，是土壤中无机磷的重要来源。（1）原生矿物：）原生矿物：第13页，共99页，编辑于20

11、22年，星期五岩石化学风化主要分为三个历程：岩石化学风化主要分为三个历程：氧化、水解、酸性水解。氧化、水解、酸性水解。岩石化学风化过程岩石化学风化过程氧化氧化：以橄榄石以橄榄石(Mg、Fe)SiO4为例为例第14页，共99页，编辑于2022年，星期五水解水解：酸性水解酸性水解：Fe2+、Mg2+等离子，一部分被植物吸收；一部分则水迁移，最后等离子，一部分被植物吸收；一部分则水迁移，最后进入海洋。进入海洋。Fe2O3.3H2O等形成新矿；等形成新矿；SiO44-也可与某些阳离子形成新也可与某些阳离子形成新矿。矿。第15页，共99页，编辑于2022年，星期五为原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化

12、学组成和构为原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都有所改变而不同于原来的原生矿物。造都有所改变而不同于原来的原生矿物。p颗粒小（一般颗粒小（一般0.25um），具有胶体性质，既是土壤中粘粒和无机），具有胶体性质，既是土壤中粘粒和无机胶体的组成部分，也是固体物质中最有影响的部分。胶体的组成部分，也是固体物质中最有影响的部分。p与土壤中很多重要物理性质（如粘结性、膨胀性等）和化学性质与土壤中很多重要物理性质（如粘结性、膨胀性等）和化学性质（如吸收、保蓄性等）密切相关。（如吸收、保蓄性等）密切相关。（2）次生矿物：）次生矿物：第16页，共99页，编辑于2022年，星期五通常根据其性质与

13、结构可分为三类：通常根据其性质与结构可分为三类：简单盐类、三氧化物类和简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类次生铝硅酸盐类。简单盐类：简单盐类：次生矿物中的次生矿物中的简单盐类简单盐类属水溶性盐，易淋溶流失，一般土属水溶性盐，易淋溶流失，一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。它们都是原生矿物经化学风壤中较少，多存在于盐渍土中。它们都是原生矿物经化学风化后的最终产物，结晶构造也较简单，常见于干旱和半干旱化后的最终产物，结晶构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。地区的土壤中。方解石方解石(CaCO3)、白云石、白云石Ca、Mg（CO3）2、石膏、石膏(CaSO42H2O)、泻盐、泻盐(MgSO4

14、7H2O)、岩盐、岩盐(NaCl)、芒硝、芒硝(Na2SO410H2O)、水氯镁石、水氯镁石(MgCl26H2O)。第17页，共99页，编辑于2022年，星期五三氧化物类：三氧化物和次生铝硅酸盐粒径小于三氧化物类：三氧化物和次生铝硅酸盐粒径小于0.25m，称，称之为次生粘土矿物。之为次生粘土矿物。如针铁矿如针铁矿(Fe2O3H2O)、褐铁矿、褐铁矿(2Fe2O33H2O)、三水铝石、三水铝石(A12O33H2O)等，它们是硅酸盐矿物彻底风化后的产物，结晶等，它们是硅酸盐矿物彻底风化后的产物，结晶构造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。构造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。第1

15、8页，共99页，编辑于2022年，星期五次生硅酸盐类：次生硅酸盐类：这类矿物是由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成。它们是构成土这类矿物是由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成。它们是构成土壤的主要成分，故又称为壤的主要成分，故又称为粘土矿物粘土矿物或粘粒矿物，与土壤很多重要或粘粒矿物，与土壤很多重要物理、化学过程和性质有关。物理、化学过程和性质有关。次生硅酸盐可分为三大类：即次生硅酸盐可分为三大类：即伊利石、蒙脱石和高岭石伊利石、蒙脱石和高岭石。第19页，共99页，编辑于2022年，星期五风化程风化程度度存在地区存在地区颗粒直径颗粒直径膨胀性膨胀性阳离子阳离子代换量代换量伊利石伊利石较较低低温温带带干

16、旱地区干旱地区小于小于2 mm较较小小较较高高蒙脱石蒙脱石较较高高温温带带干旱地区干旱地区小于小于1 mm较小较小极高高岭石高岭石极高极高湿湿热热的的热带热带地区和花地区和花岗岗岩残岩残积积母母质质上上发发育育的土壤中的土壤中0.15.0 mm小小低低K2O47它所吸收的水分植物难它所吸收的水分植物难以利用，同时干裂现象以利用，同时干裂现象严重而不利于植物生长。严重而不利于植物生长。透水性良好，但供肥、透水性良好，但供肥、保肥能力低，植物易保肥能力低，植物易感养分不足感养分不足第20页，共99页，编辑于2022年，星期五1.1.21.1.2土壤有机质土壤有机质土壤有机质是土壤中土壤有机质是土壤

17、中含碳有机化合物含碳有机化合物的总称。一般占固相总的总称。一般占固相总重量的重量的10%以下，是土壤的重要组成部分，也是土壤形成的以下，是土壤的重要组成部分，也是土壤形成的主要标志。主要标志。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。非腐殖物质非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）腐殖质腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。第21页，共99页，编辑于2022年，星期五1.1.3 1.1.3 土壤水分土壤水分土壤水分是土壤的重要组成部分，主要来自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大气

18、降水和灌溉，在地下水位接近地面（在地下水位接近地面（2-3m）的情况下，）的情况下，地下水地下水也是上层土壤也是上层土壤水分的重要来源。此外空气中水蒸气遇冷凝成为土壤水水分的重要来源。此外空气中水蒸气遇冷凝成为土壤水分。分。土壤水分并非纯水！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。因此土壤实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液。因此土壤水分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水分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（如水圈、生物圈等）迁移的媒介。他环境圈层（如水圈、生物圈等）迁移的媒介。第22页，共99页，编辑于2022年

19、，星期五1.1.4 1.1.4 土壤中的空气土壤中的空气土壤是一个多孔体系，在水分不饱和的情况下，孔隙中充满土壤是一个多孔体系，在水分不饱和的情况下，孔隙中充满空气。土壤空气空气。土壤空气主要来自大气主要来自大气，其次来自土壤中的，其次来自土壤中的生物化生物化学过程学过程。土壤空气是土壤空气是不连续不连续的的，它存在于被土壤固体隔开的土壤孔，它存在于被土壤固体隔开的土壤孔隙中，其组成在不同位置是有差异的。隙中，其组成在不同位置是有差异的。土壤空气的含量和组成在很大程度上取决于土壤空气的含量和组成在很大程度上取决于土水关系土水关系。在土壤孔隙里贮存的水分和空气，它们的相对含量经常随在土壤孔隙里贮

20、存的水分和空气，它们的相对含量经常随自然条件的改变而变化。自然条件的改变而变化。第23页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤空气与大气组成有较大的差别土壤空气与大气组成有较大的差别（1）土壤空气是一个不连续的体系）土壤空气是一个不连续的体系。（2）CO2含量一般远比在大气中高，氧的含量则低于大气。含量一般远比在大气中高，氧的含量则低于大气。造成这种差别的原因是土壤中植物根系的呼吸作用、微生物造成这种差别的原因是土壤中植物根系的呼吸作用、微生物活动中有机物的降解及合成时消耗其中的活动中有机物的降解及合成时消耗其中的O2，放出，放出CO2。（3）土壤空气一般比大气含有）土壤空气一般比大气含有较

21、高的水量较高的水量。土壤含水量适宜。土壤含水量适宜时，相对湿度接近时，相对湿度接近100%。（4）除此之外，由于土壤空气经常被水汽所饱和，在通气不）除此之外，由于土壤空气经常被水汽所饱和，在通气不良情况下，厌氧细菌活动产生的少量还原性气体如良情况下，厌氧细菌活动产生的少量还原性气体如CH4、H2S、H2也积累在土壤空气中。也积累在土壤空气中。第24页，共99页，编辑于2022年，星期五1.2土壤的粒级分组与质地分组土壤的粒级分组与质地分组1.2.1 1.2.1 土壤矿物质的粒级划分土壤矿物质的粒级划分土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。不同粒径的土土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。不

22、同粒径的土壤矿物质颗粒（即土粒），其性质和成分都不一样。为了研究壤矿物质颗粒（即土粒），其性质和成分都不一样。为了研究方便，方便，人们常按粒径的大小分为若干组，称为粒组或粒级人们常按粒径的大小分为若干组，称为粒组或粒级，同组土粒的成分和性质基本一致，组间则有明显差异。同组土粒的成分和性质基本一致，组间则有明显差异。第25页，共99页，编辑于2022年，星期五0.001细粘粒0.005-0.001粗粘粒粘粘粒粒0.01-0.005细粉粒0.05-0.01粗粉粒粉粉粒粒0.25-0.05细粗粒1-0.25粗砂粒砂砂粒粒3-1细砾10-3粗砾石石砾砾10石石块块粒径粒径(mm)颗粒名称颗粒名称表表4

23、-1我国土粒分级标准我国土粒分级标准孔隙过大，孔隙过大，水和养分易水和养分易流失流失石英为主，孔隙大，通石英为主，孔隙大，通气和透水性强，保水保气和透水性强，保水保肥能力弱，营养元素含肥能力弱，营养元素含量少量少原生矿物与次生矿物的混原生矿物与次生矿物的混合体。团聚、胶结性差，合体。团聚、胶结性差，分散性强。保水保肥能力分散性强。保水保肥能力较好。较好。次生矿物，土壤营养元素次生矿物，土壤营养元素含量丰富，团聚能力较强，含量丰富，团聚能力较强，保水保肥性好，但通气和保水保肥性好，但通气和透水性差。透水性差。第26页，共99页，编辑于2022年，星期五1.2.21.2.2各粒级的主要矿物成分和理

24、化特性各粒级的主要矿物成分和理化特性矿物的粒级不同，其化学成分有较大的差异。一般来说，土粒越细，矿物的粒级不同，其化学成分有较大的差异。一般来说，土粒越细，所含养分越多；越粗，所含养分越少。所含养分越多；越粗，所含养分越少。第27页，共99页，编辑于2022年，星期五 1.2.3 1.2.3 土壤质地分类及其特性土壤质地分类及其特性v定义：定义：由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况，称为土壤质地况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。（或土壤机械组成）。v依据：土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对百依据：土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对

25、百分比作标准的。分比作标准的。v分类方法：国际制、美国制和前苏联制。分类方法：国际制、美国制和前苏联制。国际制和美国制均采用三级分类法，即按砂粒、粉砂粒、国际制和美国制均采用三级分类法，即按砂粒、粉砂粒、粘粒三种粒级的百分数，划分为砂土、壤土、粘壤土和粘粒三种粒级的百分数，划分为砂土、壤土、粘壤土和粘土四类十二级。粘土四类十二级。第28页，共99页，编辑于2022年，星期五第29页，共99页，编辑于2022年，星期五质地质地组组质地质地号号质地名称质地名称各粒级百分含量各粒级百分含量砂砂粒粒(1-0.05mm)粗粉粒粗粉粒(0.05-0.001mm)胶胶粒粒(0.001mm)砂土砂土1粗砂土7

26、02细砂土60-70303面砂土50-60两合两合土组土组4砂性两合土2040305小粉土2040306两合土2040307胶性两合土204030粘土粘土8粉粘土30-359壤粘土35-4010粘土40表表4-6 4-6 我国土壤质地分类标准我国土壤质地分类标准第30页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤质地可在一定程度上反映土壤矿物质组成和化学组成，同时土壤质地可在一定程度上反映土壤矿物质组成和化学组成，同时土壤颗粒大小与土壤的物理性质有密切关系，并且影响土壤孔隙土壤颗粒大小与土壤的物理性质有密切关系，并且影响土壤孔隙状况，因此对土壤水分、空气、热量的运动和养分转化有很大影状况，因此对土

27、壤水分、空气、热量的运动和养分转化有很大影响。质地不同的土壤表现出不同的性状。响。质地不同的土壤表现出不同的性状。第31页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤性状土壤性状土土壤壤质质地地砂砂土土壤壤土土粘粘土土比表面积比表面积小小中中等等大大紧紧密密性性小小中中等等大大孔隙状况孔隙状况大孔隙多大孔隙多中中等等细孔隙多细孔隙多通通透透性性大大中中等等小小有效含水量有效含水量低低中中等等高高保肥能力保肥能力小小中中等等大大保水分能力保水分能力低低中中等等高高在春季的土温在春季的土温暖暖凉凉冷冷触触觉觉砂砂滑滑粘粘壤土兼有砂土和粘土的优点壤土兼有砂土和粘土的优点第32页，共99页，编辑于2022

28、年，星期五1.3土壤吸附性土壤吸附性土壤胶体的比表面积和带电性，使土壤具有吸附性。土壤胶体的比表面积和带电性，使土壤具有吸附性。1.3.1 1.3.1 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：比表面：单位重量（或体积）物质的表面积。单位重量（或体积）物质的表面积。一定体积的物质被分割时，随着颗粒数的增多，比表一定体积的物质被分割时，随着颗粒数的增多，比表面也显著地增大。面也显著地增大。蒙脱石比表面积最大（蒙脱石比表面积最大（600-800m2/g）高岭石最小（高岭石最小（7-30m2/g）有机胶体比表面积也大（有机胶体比表

29、面积也大（700m2/g）第33页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）土壤胶体的电性：）土壤胶体的电性：土壤胶体微粒内部一般带负电荷，形成一个负离子层（决土壤胶体微粒内部一般带负电荷，形成一个负离子层（决定电位离子层），其外部由于电性吸引而形成一个正离子层定电位离子层），其外部由于电性吸引而形成一个正离子层（反离子层或扩散层），即合称（反离子层或扩散层），即合称双电层双电层。第34页，共99页，编辑于2022年，星期五（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：凝聚性：凝聚性：由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表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

30、互吸引、凝聚的趋势，这就是面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体胶体的凝聚性。的凝聚性。分散性：分散性：由于土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排由于土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥，具有斥，具有分散性分散性，负电荷越多，负的电动电位越高，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。相互排斥力越强，分散性也越强。影响因素：影响因素：土壤胶体的电动电位和扩散层厚度土壤胶体的电动电位和扩散层厚度及土壤溶及土壤溶液中液中电解质浓度、电解质浓度、pH值值影响土壤凝聚性能。影响土壤凝聚性能。土壤溶液中常见阳离子的凝土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下：聚能力顺序如下：Na+

31、K+NH4+HMg2Ca2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+。（。（三价离子三价离子 二价离子二价离子 一价离子一价离子 ）第37页，共99页，编辑于2022年，星期五每千克干土中所含全部阳离子总量，称为阳离子交换量每千克干土中所含全部阳离子总量，称为阳离子交换量(cmol/kg)，不同土壤的阳离子交换量不同：不同土壤的阳离子交换量不同：不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体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

32、体中SiO2/R2O3比值越大，其阳离子交换量越大，当比值越大，其阳离子交换量越大，当SiO2/R2O38.5土壤溶液中土壤溶液中OH-的主要来源，是的主要来源，是CO32-和和HCO3-的的碱金属（碱金属（Na、K）及碱土金属（）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。）的盐类。强碱性土对大多数植物和微生物有害，可使微量元强碱性土对大多数植物和微生物有害，可使微量元素沉积，恶化土壤物化性能。素沉积，恶化土壤物化性能。第48页，共99页，编辑于2022年，星期五Na+离子饱和度亦称为离子饱和度亦称为土壤碱化度。土壤碱化度。胶体上吸附的盐基离子不同，对土壤的胶体上吸附的盐基离子不同，对土壤的pH的影响也

33、不同。的影响也不同。当当土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附的的Na、K、Mg（主主要要是是Na）等等离离子子的的饱饱和和度度增增加加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：第49页，共99页，编辑于2022年，星期五表表4-9不同盐基离子完全饱和吸附黑钙土的不同盐基离子完全饱和吸附黑钙土的pH值值盐基离子黑钙土的pH值盐基离子黑钙土的pH值Li9.00Ca7.84Na8.04Mg7.59K8.00Ba7.35第50页，共99页，编辑于2022年，星期五 1.4.31.4.3土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能土土壤壤缓缓冲冲性性能能是是指指土土壤壤具具有有缓缓

34、和和其其酸酸碱碱度度发发生生变变化化的的能能力力，它它可可以保持土壤反应的相对稳定。以保持土壤反应的相对稳定。（1）土壤溶液的缓冲作用：）土壤溶液的缓冲作用：土土壤壤溶溶液液中中含含有有碳碳酸酸、硅硅酸酸、磷磷酸酸、腐腐殖殖酸酸等等弱弱酸酸及及其其盐盐类类，构构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。Na2CO3+2HCl2NaCl+H2CO3 H2CO3+Ca(OH)2CaCO3+2H2O第51页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤中的某些有机酸是两性物质，具有缓冲作用。土壤中的某些有机酸是两性物质，具有缓冲作用。如氨基酸含如氨基酸含氨基和羧基

35、可分别中和酸和碱，从而对酸和碱都具有缓氨基和羧基可分别中和酸和碱，从而对酸和碱都具有缓冲能力。冲能力。第52页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）土壤胶体的缓冲作用：）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分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。别对酸和碱起缓冲作用。对酸的缓冲作用（以对酸的缓冲作用（以M代表盐基离子）代表盐基离子）对碱的缓冲作用对碱的缓冲作用第53页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能就越土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能就越强。在代换量相等的条件下

36、，盐基饱和度愈高，土壤对酸的强。在代换量相等的条件下，盐基饱和度愈高，土壤对酸的缓冲能力愈大；反之，盐基饱和度愈低，土壤对碱的缓冲能缓冲能力愈大；反之，盐基饱和度愈低，土壤对碱的缓冲能力愈大。力愈大。一般土壤缓冲能力一般土壤缓冲能力：腐殖质土：腐殖质土 粘土粘土 砂土砂土第54页，共99页，编辑于2022年，星期五 还原态还原态 元素元素 氧化态氧化态CH4CCO2NH3、N2、NONNO2-、NO3-H2SSSO42-PH3PPO43-Fe2+FeFe3+1.5土壤的氧化还原性土壤的氧化还原性第55页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤中主要的氧化剂：土壤中主要的氧化剂：土壤空气中的游离

37、土壤空气中的游离O2、少量的、少量的NO3-、和高价的金属、和高价的金属离子离子,如如Fe（III）、）、Mn（IV）、）、V（V）等。等。土壤中主要的还原剂：土壤中主要的还原剂：土壤有机质、厌氧条件下的分解产物以及低价金属离土壤有机质、厌氧条件下的分解产物以及低价金属离子。子。第56页，共99页，编辑于2022年，星期五 土壤中氧化、还原物质组成复杂，因此以实际测量的土壤土壤中氧化、还原物质组成复杂，因此以实际测量的土壤氧化还原电位来衡量土壤的氧化还原性。氧化还原电位来衡量土壤的氧化还原性。Eh 300mV，氧体系起主要作用，土壤处于氧化状，氧体系起主要作用，土壤处于氧化状态；态；Eh 70

38、0mV,有机质被氧化，迅速分解，养分有机质被氧化，迅速分解，养分贫乏贫乏;Eh400-700mV时时,氮素以氮素以NO3-存在存在;Eh400mV,反硝化发生反硝化发生;Eh200mV,NO3-消失，出现大量消失，出现大量NHNH4 4+;Eh茎叶茎叶谷壳谷壳糙米糙米第70页，共99页，编辑于2022年，星期五镉（镉（Cd）存在：在存在：在0-15cm土壤表层积累，主要以土壤表层积累，主要以CdCO3、Cd3(PO4)2和和Cd(OH)2的形式存在。在的形式存在。在pH7的土壤中分为可给态、代换态的土壤中分为可给态、代换态和难溶态。和难溶态。吸收：根吸收：根叶叶枝枝花、果、籽粒花、果、籽粒蔬菜

39、类叶菜中积累多，黄瓜、萝卜、番茄中少蔬菜类叶菜中积累多，黄瓜、萝卜、番茄中少,镉进入人体，在镉进入人体，在骨骼中沉积，使骨骼变形，骨痛症。骨骼中沉积，使骨骼变形，骨痛症。第71页，共99页，编辑于2022年，星期五铬（铬（Cr）以含铬废水（物）进入土壤，常以以含铬废水（物）进入土壤，常以三价形式三价形式存在，存在，90%以上被土壤固定，难以迁移。以上被土壤固定，难以迁移。土壤胶体强烈吸附三价铬，随土壤胶体强烈吸附三价铬，随pH的升高吸附能力增强。的升高吸附能力增强。土壤对土壤对Cr(VI)的吸附固定能力低，约的吸附固定能力低，约8.5-36.2%，进入土，进入土壤的壤的Cr(VI)在土壤有机质

40、的作用下很容易还原成三价。在土壤有机质的作用下很容易还原成三价。另一方面，在另一方面，在pH6.5-8.5MnO2起催化作用，三价铬也可起催化作用，三价铬也可以氧化成以氧化成Cr(VI)：4Cr(OH)2+3O2+2H2O4CrO42-+12H+第72页，共99页，编辑于2022年，星期五汞（汞（Hg）非微生物转化：非微生物转化：2Hg+=Hg2+Hgo微生物转化：微生物转化：HgS（硫杆菌）（硫杆菌）Hg2+（抗汞菌）（抗汞菌）Hg0汞的甲基化：汞的甲基化：在有氧或好氧条件下，微生物使无机汞盐转在有氧或好氧条件下，微生物使无机汞盐转变为甲基汞，称汞的生物甲基化。变为甲基汞，称汞的生物甲基化。

41、第73页，共99页，编辑于2022年，星期五铅铅(Pb)(Pb)可溶态的含量很低，主要以可溶态的含量很低，主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4铅的难溶盐形式存在。铅的难溶盐形式存在。Pb2+可以置换黏土矿物上的可以置换黏土矿物上的Ca2+，在土壤中很少移动。，在土壤中很少移动。植物吸收主要在根部，大气中的铅可通过叶面上的气孔植物吸收主要在根部，大气中的铅可通过叶面上的气孔进入植物体内，如进入植物体内，如蓟类植物蓟类植物能从大气中被动吸附高浓度的铅，能从大气中被动吸附高浓度的铅，现已确定作为现已确定作为铅污染的指示作物铅污染的指示作物。第74页，共99页，编辑于2022年，星期五第四节第

42、四节 土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化4.1土壤中农药的迁移土壤中农药的迁移农农药药在在土土壤壤中中的的迁迁移移主主要要是是通通过过扩扩散散和和质质体体流流动动两两个个过过程程。在在这这两两个个过过程程中中，农农药药的的迁迁移移运运动动可可以以蒸蒸汽汽的的和和非非蒸蒸汽汽的的形形式式进进行。行。农药包括杀虫剂，还包括除草剂、杀菌剂以及动、植物生长调节剂农药包括杀虫剂，还包括除草剂、杀菌剂以及动、植物生长调节剂等。其中主要是等。其中主要是除草剂、杀虫剂和杀菌剂除草剂、杀虫剂和杀菌剂。第75页，共99页，编辑于2022年，星期五4.1.1 4.1.1 扩散扩散扩扩散散是是由由于于分分子子热

43、热能能引引起起分分子子的的不不规规则则运运动动而而使使物物质质分分子子发发生生转转移移的的过过程程。不不规规则则的的分分子子运运动动使使分分子子不不均均匀匀地地分分布布在在系系统统中中，因因而而引引起起分分子子由由浓浓度度高高的的地地方方向向浓浓度度低低的地方迁移运动。的地方迁移运动。扩扩散散既既能能以以汽汽态态发发生生，也也能能以以非非汽汽态态发发生生，非非汽汽态态扩扩散可以发生于溶液中、汽散可以发生于溶液中、汽液或汽液或汽固界面上。固界面上。影影响响农农药药在在土土壤壤中中扩扩散散的的因因素素主主要要是是土土壤壤水水分分含含量量、吸附、孔隙度和温度及农药本身的性质吸附、孔隙度和温度及农药本

44、身的性质等。等。第76页，共99页，编辑于2022年，星期五（1 1）土壤水分含量）土壤水分含量扩散形式：气态和非气态；扩散形式：气态和非气态；在水分含量为在水分含量为4时，总扩散、非气时，总扩散、非气态扩散最大。态扩散最大。第77页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）吸附：）吸附：土壤对土壤对2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸）的化学吸附，使其有效扩散）的化学吸附，使其有效扩散系数降低了系数降低了,并且两者呈负相关关系。并且两者呈负相关关系。（3）土壤的紧实度：）土壤的紧实度：增加土壤的紧实度的总影响是降低土壤对农药的扩散系数。增加土壤的紧实度的总影响是降低土壤对农药的扩散系

45、数。对于以蒸汽形式扩散的化合物来说，增加紧实度就减少了土对于以蒸汽形式扩散的化合物来说，增加紧实度就减少了土壤的充气孔隙率，扩散系数也就自然降低了。壤的充气孔隙率，扩散系数也就自然降低了。第78页，共99页，编辑于2022年，星期五土壤紧实度g/cm2孔隙率二溴乙烷的表观扩散系数10-4cm2/s1.391.620.3020.1894.492.67第79页，共99页，编辑于2022年，星期五（4）温度：）温度：温度增高的总效应是扩散系数增大。温度增高的总效应是扩散系数增大。（5）气流速度）气流速度气流速度可直接或间接地影响农药的挥发。如果空气的气流速度可直接或间接地影响农药的挥发。如果空气的相

46、对湿度不是相对湿度不是100，那么增加气流就促进土壤表面水分含，那么增加气流就促进土壤表面水分含量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农量降低，可以使农药蒸汽更快地离开土壤表面，同时使农药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。药蒸汽向土壤表面运动的速度加快。（6）农药种类：）农药种类：不同农药的扩散行为不同。不同农药的扩散行为不同。第80页，共99页，编辑于2022年，星期五4.1.2 4.1.2 质体流动质体流动影响农药在土壤中的质体流动转移的主要因素是影响农药在土壤中的质体流动转移的主要因素是农药与土壤之农药与土壤之间的吸附间的吸附。土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透的深度减小。增加土

47、壤土壤有机质含量增加，农药在土壤中渗透的深度减小。增加土壤中粘土矿物的含量，也可减小农药的渗透深度。中粘土矿物的含量，也可减小农药的渗透深度。不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。不同农药在土壤中通过质体流动转移的深度不同。第81页，共99页，编辑于2022年，星期五4.2 4.2 典型农药在土壤中的迁移转化典型农药在土壤中的迁移转化4.2.1 4.2.1 有机氯农药有机氯农药有机氯农药是含有一个或几个苯环的氯的衍生物。特有机氯农药是含有一个或几个苯环的氯的衍生物。特点是化学性质稳定，残留期长，易溶于脂肪，并在其中点是化学性质稳定，残留期长，易溶于脂肪，并在其中积累。有机氯农药是目前造成

48、污染的主要农药。我国于积累。有机氯农药是目前造成污染的主要农药。我国于1984年停止使用。年停止使用。第82页，共99页，编辑于2022年，星期五有机磷农药大部分是磷酸的酯类或酰胺类化合物。按结构可分为磷酸有机磷农药大部分是磷酸的酯类或酰胺类化合物。按结构可分为磷酸酯、硫代磷酸酯、膦酸酯和硫代膦酸酯类、磷酰胺和硫代磷酰胺类。酯、硫代磷酸酯、膦酸酯和硫代膦酸酯类、磷酰胺和硫代磷酰胺类。有机磷农药比有机氯农药易降解，但毒性较高，大部分对生物体内有机磷农药比有机氯农药易降解，但毒性较高，大部分对生物体内胆碱胆碱酯酶酯酶有抑制作用。有抑制作用。（1）非生物降解：）非生物降解：吸附催化水解吸附催化水解光

49、降解光降解（2）生物降解）生物降解4.2.2 4.2.2 有机磷农药有机磷农药第83页，共99页，编辑于2022年，星期五第五节第五节 氮、磷肥料在土壤环境中的迁移氮、磷肥料在土壤环境中的迁移5.1氮素在土壤中的迁移氮素在土壤中的迁移5.1.1 5.1.1 土壤氮素的来源土壤氮素的来源生物固氮生物固氮大气中存在着大量的氮源大气中存在着大量的氮源(3.86109吨吨)，每年回至地球表面，每年回至地球表面的大气氮总量为的大气氮总量为194吨，吨，通过生物固定的氮为通过生物固定的氮为175吨吨(陆地加海陆地加海洋洋)，其中约，其中约一半一半(80吨吨)是豆科作物固氮是豆科作物固氮的结果。这些作物具有

50、的结果。这些作物具有能从大气固氮的根部细菌，向土壤提供大量的氮。能从大气固氮的根部细菌，向土壤提供大量的氮。第84页，共99页，编辑于2022年，星期五人工固氮人工固氮人类的活动使固氮的量大大增加，现在估计约占全部人类的活动使固氮的量大大增加，现在估计约占全部固氮的固氮的3040。这些活动包括。这些活动包括肥料的制造、燃料的肥料的制造、燃料的燃烧、增加豆科植物的耕种燃烧、增加豆科植物的耕种等。等。自然固氮自然固氮大气层中发生的大气层中发生的自然雷电现象自然雷电现象可以使氮氧化成氮氧化可以使氮氧化成氮氧化物，最后随雨水带入土中，成为土壤中氮的来源之一。物，最后随雨水带入土中，成为土壤中氮的来源之