土壤模型
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第五章 土壤风蚀与防治-赵媛媛-l页数:98
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土壤风蚀与植被防护研究页数:5
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农田土壤风蚀及其防控措施页数:13
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EPIC模型中土壤侵蚀量的数学模拟页数:7
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中国土壤风蚀研究的现状与展望页数:16
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土壤结构方程模型
土壤结构方程模型1. 引言土壤是地球表面的重要组成部分，对于农业生产和生态系统的健康发展具有重要意义。
土壤结构是指土壤颗粒之间的排列和连接方式，对土壤的透水性、通气性、保水性以及植物根系的生长都有着重要影响。
因此，研究土壤结构并建立相应的模型可以帮助我们深入了解土壤的特性和功能。
本文将介绍土壤结构方程模型（Soil Structure Equation Model），该模型是一种用于描述土壤结构形成与发展过程的数学模型。
通过建立该模型，可以揭示影响土壤结构形成和演变的关键因素，并为优化土壤管理提供科学依据。
2. 模型原理土壤结构方程模型基于系统动力学理论，将土壤结构形成与演变过程看作是一个复杂而动态的系统。
该模型包括以下几个关键组成部分：2.1. 结构指标在建立模型之前，首先需要确定一些用于描述土壤结构特征和状态的指标。
常用的指标包括：孔隙度、团聚体稳定性、土壤密实度等。
这些指标可以通过实地采样和实验室分析获得。
2.2. 影响因素土壤结构的形成和演变受到多种因素的影响，包括土壤类型、植被覆盖、水分状况、土地利用方式等。
这些因素之间存在复杂的相互关系，通过建立结构方程模型可以揭示这种关系。
2.3. 结构方程模型土壤结构方程模型是一个多变量统计模型，用于描述影响土壤结构的各个因素之间的作用机制。
该模型基于线性回归和路径分析原理，可以通过最小二乘法估计各个参数的值，并评估各个因素对土壤结构的贡献程度。
3. 模型应用土壤结构方程模型在农业生产和环境保护领域具有广泛应用价值。
以下是一些典型应用场景：3.1. 土壤改良通过建立土壤结构方程模型，可以评估不同改良措施对土壤结构的影响，并预测改良效果。
例如，在耕作层施加有机肥和石灰对土壤结构的改善效果进行模拟和预测，为农民提供科学的土壤改良建议。
3.2. 土壤侵蚀研究土壤结构是影响土壤侵蚀的重要因素之一。
通过建立土壤结构方程模型，可以揭示降雨、坡度、植被覆盖等因素对土壤结构的影响机制，并预测不同条件下的土壤侵蚀风险。
土壤流失模型(RUSLE)土壤流失评价(汇编)
9.4土壤流失模型（RUSLE）：土壤流失评价水土流失(water Loss and Soil Erosion)是当今世界面临的一个重大环境问题，是指在水力、重力、风力等外力的作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括了土壤侵蚀(Soil Erosion)及水的流失两个方面。
水土流失是一个受多种因素驱动作用的自然过程，由降雨作为主要侵蚀动力的即为水力侵蚀，其作用多体现于具有一定坡度的山地、丘陵地区，以降水直接冲走表层土壤为主要表现形式。
当表层土壤受侵蚀的程度超过一定的安全阈值时，就会形成或引发滑坡、泥石流等剧烈的土壤流失过程，降低区域土壤生产力，严重影响生态系统的平衡。
由于这一过程表现出明显的斑块性和异质性，难以用定点实验进行追踪监测，故多以预测估算的方式对之进行研究。
9.4.1 RUSLE模型RUSLE模型(The Revised Universal Soil Loss Equation)是美国农业部于1997年在通用土壤流失模型USLE(The universal Soil Loss Equation)的基础上修订建立并正式实施的一种适用范围更广的修正模型。
自颁布之后即在美国得到了广泛的应用，目前美国各州都己有成功应用的案例。
该模型也被世界各国的研究者借鉴，于20世纪90年代被引入中国。
RUSLE模型目前己在国内外的土壤侵蚀预测研究中得到了非常广泛的应用。
其计算表达式为：=⋅⋅⋅⋅(1)A R K LS C P图1 RUSLE模型的技术流程图A为预测土壤侵蚀量(estimated average soil loss in tons per acre per year)，主要指由降雨和径流引起的坡面细沟或细沟间侵蚀的年均土壤流失量。
R 为降雨侵蚀力因子(rainfall-runoff erosivity factor) (MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）,它反映降雨引起土壤流失的潜在能力。
土壤流失模型(RUSLE)土壤流失评价
9.4土壤流失模型（RUSLE）：土壤流失评价水土流失(water Loss and Soil Erosion)是当今世界面临的一个重大环境问题，是指在水力、重力、风力等外力的作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括了土壤侵蚀(Soil Erosion)及水的流失两个方面。
水土流失是一个受多种因素驱动作用的自然过程，由降雨作为主要侵蚀动力的即为水力侵蚀，其作用多体现于具有一定坡度的山地、丘陵地区，以降水直接冲走表层土壤为主要表现形式。
当表层土壤受侵蚀的程度超过一定的安全阈值时，就会形成或引发滑坡、泥石流等剧烈的土壤流失过程，降低区域土壤生产力，严重影响生态系统的平衡。
由于这一过程表现出明显的斑块性和异质性，难以用定点实验进行追踪监测，故多以预测估算的方式对之进行研究。
9.4.1 RUSLE模型RUSLE模型(The Revised Universal Soil Loss Equation)是美国农业部于1997年在通用土壤流失模型USLE(The universal Soil Loss Equation)的基础上修订建立并正式实施的一种适用范围更广的修正模型。
自颁布之后即在美国得到了广泛的应用，目前美国各州都己有成功应用的案例。
该模型也被世界各国的研究者借鉴，于20世纪90年代被引入中国。
RUSLE模型目前己在国内外的土壤侵蚀预测研究中得到了非常广泛的应用。
其计算表达式为：=⋅⋅⋅⋅(1)A R K LS C P图1 RUSLE模型的技术流程图A为预测土壤侵蚀量(estimated average soil loss in tons per acre per year)，主要指由降雨和径流引起的坡面细沟或细沟间侵蚀的年均土壤流失量。
R 为降雨侵蚀力因子(rainfall-runoff erosivity factor) (MJ·mm·hm-2·h-1·a-1）,它反映降雨引起土壤流失的潜在能力。
土壤有效含水量的经验估算模型——以黑土为例
植物根系吸收的水分含量， 通常是田间持水量 （Field Capacity ， 简 称 FC） 和凋萎湿度 （Permanent Wilting Point ， 简称 PWP） 间的水分含量 。土壤有效含水量不
[1]
仅在灌溉管理、 农业生态区划以及模拟全球土地覆盖 变化等方面具有重要科学意义
[6] [2-3]
physicochemical properties. The results showed that: (1) the AWC of the research area varied from 10.62% to 30.98%, with an average value of 20.06%, and AWC in the middle slope was significantly lower than that in
中国农学通报
2015,31(20):153-159
Chinese Agricultural Science Bulletin
土壤有效含水量的经验估算模型
──以黑土为例
白致威 1， 段兴武 2， 丁剑宏 1， 刘 刚 3， 师小宁 2， 冯德泰 2， 韩 絮2
（1 云南省水利水电科学研究院， 昆明 650032 ；
1 2
2
A Case Study of Black Soil
Asian International Rivers Center,Yunnan University/Yunnan Key Laboratory of International Rivers and
3
(1Yunnan ຫໍສະໝຸດ nstitute of Water Resources and Hydropower Research, Kunming 650032; Transboundary Eco-security, Kunming 650091; Resource Ecology, Beijing 100875)
winkler地基模型概念
winkler地基模型概念Winkler地基模型是一种在土壤工程领域常用的地基分析方法，以奥地利的工程师E. Winkler命名。
该模型用于估计土壤对建筑物或结构物的反力分布，并可用于分析建筑物的变形和应力分布。
Winkler地基模型的概念基于以下几个假设和原理。
1. 土壤分层模型：Winkler地基模型假设土壤可以分为多个层次，每一层的性质和反力分布均相同。
这种分层模型的假设简化了实际土壤的复杂性，使分析更易于处理。
2. 土壤层的弹簧性：Winkler地基模型将土壤层看作一系列的弹簧，每个弹簧都有一个弹性常数。
这些弹簧模拟了土壤层对建筑物施加的反力。
每一层的弹簧常数取决于土壤的刚度和应力特性。
3. 无限深地基：Winkler地基模型假设地基是无限深的，这意味着地基的底部不受外界约束。
这种假设简化了地基的边界条件，使分析更容易进行。
根据以上假设，Winkler地基模型可以描述为一个连续的垂直弹簧系统，其中每个弹簧代表一个土壤层。
建筑物的荷载通过该模型传递到地基，并引起每个弹簧上的变形和应力。
Winkler地基模型的分析主要包括以下步骤：1. 确定土壤层的性质：首先需要了解土壤的力学性质，如剪切模量、泊松比、单位体积重量等。
这些参数将决定每个弹簧的刚度。
2. 划分土壤层：根据实际情况，将土壤分为多个层次。
每个层次的刚度可以根据土壤性质进行估计。
3. 确定弹簧常数：根据土壤的刚度和层次划分，计算每个弹簧的弹性常数。
这可以通过土壤力学测试、地基勘察和经验公式等方法来获得。
4. 建立荷载模型：根据建筑物的荷载情况，建立荷载模型。
这可以包括静态荷载、动态荷载和温度变化等。
5. 分析变形和应力：利用Winkler地基模型和所得到的弹簧常数，计算建筑物在地基上的变形和应力分布。
这可以通过数值计算方法或解析方法来进行。
Winkler地基模型的优点是其简化了复杂的土壤-结构相互作用问题，使得地基分析更加容易进行。
土壤侵蚀量计算模型
土壤侵蚀量计算模型关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。
由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。
“通用土壤流失方程式”的形式如下：⨯⨯A⨯=1-1⨯⨯CRSPLK式中：A——土壤流失量（吨∕公顷·年）R——降雨侵蚀力指标；K——土壤可蚀性因子。
它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。
其单位是，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；L——坡长因子。
当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S——坡度因子。
当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C——作物经营因子。
为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P——土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。
当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。
土壤结构方程模型
土壤结构方程模型
土壤是植物生长和发育的物质基础，它的结构对植物的生长起到至关重要的作用。
土壤结构方程模型是近年来土壤研究领域新兴的分析工具，其通过对土壤结构的综合分析，能够更好地理解土壤的形成和演化过程，并对土壤的质量和生产力进行准确评价。
土壤结构方程模型主要由土壤结构的多个要素组成，包括粘粒、渗透、孔隙等。
模型分析中，还需考虑到外部环境因素的作用，如温度、湿度等。
其中，粘粒和渗透是其中非常重要的两个要素。
粘粒是土壤中非常重要的一个要素，它决定了土壤的机械强度、水分的含量和土壤的通透性。
在土壤结构方程模型中，粘粒与其他要素相互作用，对土壤的物理和化学特性起着关键性作用。
渗透则是土壤结构中的水分和养分的运输主要通路。
以渗透为基础的水分和养分的供应，对于植物的生长和发育具有重要影响。
此外，孔隙是土壤结构的另一个关键要素。
孔隙决定土壤中水分的保存量、土壤通气性以及土壤的物质交换性。
因此，孔隙的形成和作用对于植物生长的影响不可忽视。
总的来说，土壤结构方程模型为我们提供了一种全新的理解和评价土壤结构的方法。
经过深入研究和实践总结，我们不仅可以更好地认识土壤的形成与演化，同时也可以为提高土壤质量和生产力，以及保护和改善自然生态系统做出更有针对性的努力。
如何在3Dmax中创建逼真的石头和土壤效果
如何在3Dmax中创建逼真的石头和土壤效果在3DMax中创建逼真的石头和土壤效果是建立逼真场景和模型的重要一步。
通过正确的材质和纹理设置，可以在渲染时呈现出真实的效果。
下面将介绍一些步骤和技巧，帮助你在3DMax中创建逼真的石头和土壤效果。
1. 准备工作：在开始之前，确保已经安装了3DMax软件，并且对其基本操作有一定的了解。
也要有基本的建模技巧和知识，了解常用的材质和纹理类型。
2. 建立石头和土壤模型：使用3DMax的建模工具，可以根据需要创建石头和土壤的形状。
可以使用多边形建模、模型化建模或者使用预设模型。
选择适合您的项目的方法，并确保模型的形状和比例是正确的。
3. 添加基本材质：在模型上添加材质之前，您需要先了解材质编辑器的基本操作。
打开材质编辑器，创建一个新的材质，并将其应用到石头和土壤模型上。
添加一个基本的颜色或者贴图作为材质的漫反射属性。
4. 设置纹理：在石头和土壤的表面添加纹理是实现逼真效果的关键。
可以通过纹理贴图，模拟出石头和土壤的细节和纹理。
以下是设置纹理的一些步骤：- 打开贴图浏览器，并选择适当的贴图或创建自己的贴图。
- 在材质编辑器中添加纹理节点，并将其连接到对应的材质属性上。
例如，将贴图连接到漫反射属性，以添加石头和土壤的颜色和纹理。
- 在贴图节点中调整缩放和重复参数，以确保纹理适应石头和土壤模型的比例和尺寸。
- 使用投影纹理映射（UVW Mapping）工具，调整纹理在模型表面的位置和方向，以使其更符合实际。
可以使用平面、球形、柱形等不同的映射模式。
5. 添加表面细节：为了进一步增加逼真的效果，您可以在石头和土壤表面添加一些细节。
通过在材质编辑器中选择合适的属性和纹理，可以模拟出石头和土壤的裂纹、变色、斑点等细节效果。
以下是一些常用的技巧：- 使用法线贴图（Normal Map）来模拟凹凸的细节。
法线贴图是一种RGB贴图，能够改变物体表面光照的表现形态，使平整的表面看起来具有凸起和凹陷的细节。
土壤模型
无定形——其内部原子或分子的排列无周期性， 如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液 体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很 强相互作用。
无定形的土壤有机质（软碳）
凝聚态的土壤有机质（硬碳）
土壤固相——吸附
随后，Weber和Huang将土壤（沉积物）中吸附有机污染物的组份分 成无机矿物表面、无定形的土壤有机质（软碳）和凝聚态的土壤有机质 （硬碳）3个部分。这样多端元反应模型就变成了三端元反应模型，有机 污染物通过不同的吸附方式进入到土壤的上述3个部分。 无定形——其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章 地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用。
土壤孔隙
土粒或者团聚体之间以及团聚体内部的孔隙，称为土壤孔隙。 土壤中孔隙的容积占整个土体容积的百分数，称为土壤孔隙度：
土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积]×100% =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积]×100% =[1-（土粒容积/土壤容积）]×100%
=[1-（土粒重量/比重）/（土壤重量/容重）]×100%
土壤固相——吸附
吸附是化合物从气相或液相向固体表面凝集的一种物理化学过程，可分为 物理吸附、静电吸附和离子交换吸附。 土壤吸附有机污染物机理的主要研究是从土壤中有机质的角度进行的，目 前为止的模型有： 1.线性分配模型 2.非线性分配模型 3.双模式吸附模型
4.多端元反应模型
5.三端元反应模型 ……
土壤固相——土壤胶体
2.带电性 一般来讲，土壤胶体带负电荷，某些情况下也会带正电荷。土壤中许多重要 的理化性质和其有关，其所带的表面电荷是土壤具有一系列化学、物理化学性质 的根本原因。土壤中的化学反应主要为界面反应，这是由于表面结构不同的胶体 所产生的电荷，能与溶液中的离子、质子、电子发生相互作用。
无定形的土壤有机质（软碳）
凝聚态的土壤有机质（硬碳）
土壤固相——吸附
随后，Weber和Huang将土壤（沉积物）中吸附有机污染物的组份分 成无机矿物表面、无定形的土壤有机质（软碳）和凝聚态的土壤有机质 （硬碳）3个部分。这样多端元反应模型就变成了三端元反应模型，有机 污染物通过不同的吸附方式进入到土壤的上述3个部分。 无定形——其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章 地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用。
土壤孔隙
土粒或者团聚体之间以及团聚体内部的孔隙，称为土壤孔隙。 土壤中孔隙的容积占整个土体容积的百分数，称为土壤孔隙度：
土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积]×100% =[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积]×100% =[1-（土粒容积/土壤容积）]×100%
=[1-（土粒重量/比重）/（土壤重量/容重）]×100%
土壤固相——吸附
吸附是化合物从气相或液相向固体表面凝集的一种物理化学过程，可分为 物理吸附、静电吸附和离子交换吸附。 土壤吸附有机污染物机理的主要研究是从土壤中有机质的角度进行的，目 前为止的模型有： 1.线性分配模型 2.非线性分配模型 3.双模式吸附模型
4.多端元反应模型
5.三端元反应模型 ……
土壤固相——土壤胶体
2.带电性 一般来讲，土壤胶体带负电荷，某些情况下也会带正电荷。土壤中许多重要 的理化性质和其有关，其所带的表面电荷是土壤具有一系列化学、物理化学性质 的根本原因。土壤中的化学反应主要为界面反应，这是由于表面结构不同的胶体 所产生的电荷，能与溶液中的离子、质子、电子发生相互作用。
自然土壤的土体构型
自然土壤的土体构型
自然土壤的土体构型是指土壤中各种组分的排列和分布方式。
土体构型的特征受多种因素影响，包括土壤成分、土壤成分间的粒径分布、土壤质地、土壤结构等。
一般来说，自然土壤的土体构型可以分为以下几种：
1. 泥土基质：土壤中最主要的组分，由细颗粒物质（如粘土、砂、泥）和有机物质组成。
泥土基质的构型取决于颗粒的粒径分布和粘粒的粘结特性。
2. 孔隙：泥土基质中的空隙，包括宏观孔隙（大于0.05毫米）和微观孔隙（小于0.05毫米）。
宏观孔隙是土壤中的空隙，
可以容纳水分和气体；微观孔隙是微小的孔隙，对土壤中的气体运输和水分保持起重要作用。
3. 土壤结构：土壤中颗粒的排列方式，包括颗粒聚集和团聚。
颗粒聚集是指颗粒之间的结合形成团聚体。
团聚体的形状和大小取决于土壤质地和土壤中的有机物质含量。
4. 根系空间：土壤中植物根系所占据的空间，对土壤质地和水分运输具有重要影响。
根系空间可以增加土壤的透气性、水分保持能力和抗腐蚀性。
总的来说，自然土壤的土体构型是一个复杂的体系，受多种因素的综合影响。
不同的土壤类型和环境条件下的土体构型会有
所不同。
了解土壤的土体构型有助于理解土壤的物理特性、生态功能和土壤管理。
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环境科学与工程2班
龚嘉临
2111405042
土壤
土壤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 繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈是处于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈之 间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。
土壤
目录
一、土壤环境
二、土壤组成
三、土壤污染物的迁移转化
四、土壤模型介绍
土壤固相——吸附
3.多端元反应模型与三端元反应模型 此模型不再将土壤（沉积物）或其中的有机质看成是组成和结构上都 为均一的物质，认为无论从宏观上还是微观上，土壤（沉积物）都是高度 不均已的吸附剂。在此基础上引入“硬碳”和“软碳”的概念，并认为有 机化合物与硬碳之间倾向非线性吸附，而与软碳之间则倾向线性分配。 该模型的大意为：土壤（沉积物）对有机污染物的吸附是由一系列线 性的和非线性的吸附反应组合而成。
土壤固相——吸附
1.线性分配吸附模型 土壤有机质被认为具有三 维空间结构的大分子聚合物，
它具有有机亲脂相，能使疏水
性有机物质从水环境中逃逸到 亲脂相。假设有机质均质。吸
附过程相当于有机污染物在土
壤的有机相与水相之间的分配 作用。
土壤固相——吸附
2.非线性分配吸附模型 非线性分配模型也是从分配原理出发，该模型认为之所以发生非线性 吸附主要是由于以下因素中的一个或多个共同作用的结果：
土壤生物
土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导 作用。同时，它也是净化土壤有机污染物的主力军。因此，生物群体是评价土 壤质量和健康状况的重要指标之一。
土壤环境-人和动物
⑴土壤风蚀或者污染物质挥发后进入大气影响人和动物；
⑵土壤污染物进入水体中影响人和动物；
⑶土壤污染物被植物吸收后经过食物链影响人和动物；
二、土壤组成
二、土壤组成
土壤固相——矿物质
土壤矿物是土壤固相的主体物质，构成了土壤的“骨骼”，占土壤固 相总质量的90%以上。其中的土壤矿质胶体是土壤矿物质中最活跃的组分， 其主体是黏粒矿物。
⑴液相中存在的悬浮物会改变疏水性有机化合物在土壤（沉积物）中 分配系数的大小。
⑵土壤（沉积物）中无机矿物组分参与了吸附。 ⑶土壤（沉积物）有机质组成和结构的不同影响吸附。 对于给定的反应体系，该模型无法给出非线性吸附的范围和大小。 八十年代后，大量的非线性吸附现象的发现从根本上动摇了上述两种 模型的基础。
土壤固相——土壤胶体
2.带电性 一般来讲，土壤胶体带负电荷，某些情况下也会带正电荷。土壤中许多重要 的理化性质和其有关，其所带的表面电荷是土壤具有一系列化学、物理化学性质 的根本原因。土壤中的化学反应主要为界面反应，这是由于表面结构不同的胶体 所产生的电荷，能与溶液中的离子、质子、电子发生相互作用。
土壤空气
土壤空气组成的变化同时受到两组过程的制约：
1.土壤中的各种化学和生物化学反应，作用结果包括产生CO2和消耗02。
2.土壤空气与大气相互交换，即空气运动。 上述两组过程：前者趋于扩大土壤空气组成与大气差别，后者则趋于使土壤 空气组成与大气一致，总体表现为一动态平衡。
土壤空气
土壤空气的对流： 土壤空气的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动， 也称为质流。很多原因可引起土壤与大气间的压力差，从而引起土壤空气与 大气的对流，如大气中的气压变化、温度梯度、土壤表面的风力、降水、灌 溉等。 土壤空气对流可用下式描述：
土壤固相——吸附
吸附是化合物从气相或液相向固体表面凝集的一种物理化学过程，可分为 物理吸附、静电吸附和离子交换吸附。 土壤吸附有机污染物机理的主要研究是从土壤中有机质的角度进行的，目 前为止的模型有： 1.线性分配模型 2.非线性分配模型 3.双模式吸附模型
4.多端元反应模型
5.三端元反应模型 ……
……
土壤环境-植物
植物根系通过土壤吸收其中的各种物质，从而维持自 身的生长发育。土壤污染之后，植物从污染土壤中吸收污 染物，会引起代谢失调、生长发育受阻或导致遗传变异。
同时，植物体也是土壤中有机质的重要来源且能够一 定程度上影响土壤中物质的组成分布。
土壤中的重金属通过植 物根被植物吸收，然后 被植物体积累。
S——土壤孔隙度；
Le ——气体通过的实际距离； P1，P2——在距离Le两端的气体分压；
β——比例常数。
土壤水-空气
在有水气共存的土壤中，即土壤非饱和带中，有机污染物随水运移时， 水中的有机污染物会与气体发生物质交换。水气两相间的物质交换平衡可用 亨利定律来表示：
Ca=H· Cw
式中：Ca——气体中污染物的浓度（mg· m-3） Cw——水中污染物的浓度（mg· m-3） H——亨利系数 有机物从土壤中的挥发速率与本身的理化性质如蒸汽压、水溶解度有关 外，还与土壤的含水量、土壤对有机物的吸附作用有关。
无定形颗粒
土壤固相——吸附
4.双模式吸附模型 这个模型是假设土壤有机质同玻璃聚合物一样，是一个双模式的吸附 剂，因而可将土壤有机质分为溶解相和孔隙填充相两个部分。
这两个部分都会对吸附产生影响，但机理却完全不同。有机污染物在 溶解相上的吸附是一个分配过程，有机污染物在此相中具有较大的扩散系 数，吸附与解吸速率都很快，不会发生滞后现象。相反，在孔隙填充相中 的吸附则服从兰格缪尔吸附等温模型。
土壤空气
土壤空气和土壤水分共存于土壤的孔隙系统中，在水分不饱和的情况下， 空隙中总有空气存在。在土壤的固、液、气三相体系中，土壤空气存在于土体 内未被水分占据的孔隙中，在一定容积的土体内，如果孔隙度不变，土壤含水 量增加，则空气含量必然减少，所以在土壤孔隙状况不变的情况下，二者是此 消彼长的关系。
——土壤污染物运移模型的对流弥散模型
——挥发性有机污染物在土壤中的运移机制与模型 ——重金属在土壤中的数学模型
一、土壤环境
一、土壤环境
土壤环境是指由岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用，以及地貌、 气候等诸多因素长期作用下形成的土壤的生态环境。
原生矿物：岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物。 次生矿物：原生矿物经化学风化后形成的新矿物。 有机质（腐殖质） 微生物
无定形——其内部原子或分子的排列无周期性， 如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液 体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很 强相互作用。
无定形的土壤有机质（软碳）
凝聚态的土壤有机质（硬碳）
土壤固相——吸附
随后，Weber和Huang将土壤（沉积物）中吸附有机污染物的组份分 成无机矿物表面、无定形的土壤有机质（软碳）和凝聚态的土壤有机质 （硬碳）3个部分。这样多端元反应模型就变成了三端元反应模型，有机 污染物通过不同的吸附方式进入到土壤的上述3个部分。 无定形——其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章 地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用。
qv=-k· △p/η
式中：qv——空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积）； k——通气孔隙透气率； η——土壤孔隙度；p——土壤空气压力的三维梯度。
土壤空气
土壤空气的扩散：由于土壤空气和大气中气体的浓度差别而引起。 土壤空气扩散的速率与土壤性质的关系可用Penman公式表示： dq/dt=（Do/β）· AS· （P1-P2）/Le 式中： dq/dt——扩散速率（q为气体扩散量，t为时间）； Do——气体在大气中的扩散系数； A——气体通过的截面积；
氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 锰
磷 硫 碳 氮 铜 锌 硼 钼
土壤固相——有机质
土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物，主要来源于动植物和微生物的残体。
土壤有机质
微生物生物量
未分解或 部分分解 的动植物 残体
土壤腐殖质
土壤固相——土壤胶体
1.巨大的比表面和表面能： 土壤胶体有很强的表面活性， 能吸持各种重金属等污染物， 有较大的缓冲能力，对土壤中 元素的保持和忍受酸碱变化以 及减轻某些毒性物质的危害有 重要的作用。
⑥土壤体系中可能有多种反应同时出现，是一个复杂的缓冲体系。
土壤环境-大气环境
土壤环境与大气环境之间不断进行着固、液、气三相物质 的交换： 土壤通过绿色植物固定大气中的二氧化碳，释放出氧气； 土壤通过固氮植物固定大气中的氮气； 降雨为土壤补充水分，土壤水的蒸发；
大气中的悬浮颗粒主要来自与土壤的风蚀过程，而大气降 尘有是土壤物质的重要来源；
土壤外部的大气渗入
土壤空气
土壤内部进行的生物化学 过程也能产生一些气体
土壤空气
土壤空气的成分与大气存在着一定的区别。由于土壤生物的呼吸作用和有 机质的分解等原因，土壤空气的CO2含量一般高于大气，约为大气CO2含量的 5-20倍；同样由于生物消耗，土壤空气中的O2含量则明显低于大气。在土壤通 气不良或者当土壤中的新鲜有机质状况以及温度和水分状况有利于微生物活动 时，都会进一步提高土壤空气中CO2的含量和降低O2的含量。 当土壤通气不良时，微生物对有机质进行厌氧性分解，产生大量还原性气 体。此外，在土壤空气的组成中，经常含有大气污染相同的污染物质。
固相
土壤环境
液相
吸湿水 膜状水 毛细水 重力水 地下水
简单盐类 三氧化物类 次生铝硅酸盐类 云母类
石英
黄铁矿 橄榄石
气相
一、土壤环境
水环境
大气环境
土壤环境
植物
人与动物
土壤环境-水环境
土壤环境对地表水体和地下水体的影响主要在两方面： ⑴水质方面：土壤的性质可以影响水体浑浊度和其中离子的种类。 ⑵水中污染物的控制方面： ①土壤作为一种含有固、气和水的不均匀物质，具有独特的物理 化学性质，具有一定化学活性，从而影响水中有害物质的浓度。 ②土壤固体具有较大的表面积，可作为多种物理和化学反应的媒 介。 ③土壤还有大量水，因而可以发生许多水化学反应。 ④土壤还有大量微生物，可进行生物降解。 ⑤土壤具有一定的孔隙度，是许多挥发性有害物质的通路。
龚嘉临
2111405042
土壤
土壤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 繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈是处于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈之 间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。
土壤
目录
一、土壤环境
二、土壤组成
三、土壤污染物的迁移转化
四、土壤模型介绍
土壤固相——吸附
3.多端元反应模型与三端元反应模型 此模型不再将土壤（沉积物）或其中的有机质看成是组成和结构上都 为均一的物质，认为无论从宏观上还是微观上，土壤（沉积物）都是高度 不均已的吸附剂。在此基础上引入“硬碳”和“软碳”的概念，并认为有 机化合物与硬碳之间倾向非线性吸附，而与软碳之间则倾向线性分配。 该模型的大意为：土壤（沉积物）对有机污染物的吸附是由一系列线 性的和非线性的吸附反应组合而成。
土壤固相——吸附
1.线性分配吸附模型 土壤有机质被认为具有三 维空间结构的大分子聚合物，
它具有有机亲脂相，能使疏水
性有机物质从水环境中逃逸到 亲脂相。假设有机质均质。吸
附过程相当于有机污染物在土
壤的有机相与水相之间的分配 作用。
土壤固相——吸附
2.非线性分配吸附模型 非线性分配模型也是从分配原理出发，该模型认为之所以发生非线性 吸附主要是由于以下因素中的一个或多个共同作用的结果：
土壤生物
土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导 作用。同时，它也是净化土壤有机污染物的主力军。因此，生物群体是评价土 壤质量和健康状况的重要指标之一。
土壤环境-人和动物
⑴土壤风蚀或者污染物质挥发后进入大气影响人和动物；
⑵土壤污染物进入水体中影响人和动物；
⑶土壤污染物被植物吸收后经过食物链影响人和动物；
二、土壤组成
二、土壤组成
土壤固相——矿物质
土壤矿物是土壤固相的主体物质，构成了土壤的“骨骼”，占土壤固 相总质量的90%以上。其中的土壤矿质胶体是土壤矿物质中最活跃的组分， 其主体是黏粒矿物。
⑴液相中存在的悬浮物会改变疏水性有机化合物在土壤（沉积物）中 分配系数的大小。
⑵土壤（沉积物）中无机矿物组分参与了吸附。 ⑶土壤（沉积物）有机质组成和结构的不同影响吸附。 对于给定的反应体系，该模型无法给出非线性吸附的范围和大小。 八十年代后，大量的非线性吸附现象的发现从根本上动摇了上述两种 模型的基础。
土壤固相——土壤胶体
2.带电性 一般来讲，土壤胶体带负电荷，某些情况下也会带正电荷。土壤中许多重要 的理化性质和其有关，其所带的表面电荷是土壤具有一系列化学、物理化学性质 的根本原因。土壤中的化学反应主要为界面反应，这是由于表面结构不同的胶体 所产生的电荷，能与溶液中的离子、质子、电子发生相互作用。
土壤空气
土壤空气组成的变化同时受到两组过程的制约：
1.土壤中的各种化学和生物化学反应，作用结果包括产生CO2和消耗02。
2.土壤空气与大气相互交换，即空气运动。 上述两组过程：前者趋于扩大土壤空气组成与大气差别，后者则趋于使土壤 空气组成与大气一致，总体表现为一动态平衡。
土壤空气
土壤空气的对流： 土壤空气的对流是指土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动， 也称为质流。很多原因可引起土壤与大气间的压力差，从而引起土壤空气与 大气的对流，如大气中的气压变化、温度梯度、土壤表面的风力、降水、灌 溉等。 土壤空气对流可用下式描述：
土壤固相——吸附
吸附是化合物从气相或液相向固体表面凝集的一种物理化学过程，可分为 物理吸附、静电吸附和离子交换吸附。 土壤吸附有机污染物机理的主要研究是从土壤中有机质的角度进行的，目 前为止的模型有： 1.线性分配模型 2.非线性分配模型 3.双模式吸附模型
4.多端元反应模型
5.三端元反应模型 ……
……
土壤环境-植物
植物根系通过土壤吸收其中的各种物质，从而维持自 身的生长发育。土壤污染之后，植物从污染土壤中吸收污 染物，会引起代谢失调、生长发育受阻或导致遗传变异。
同时，植物体也是土壤中有机质的重要来源且能够一 定程度上影响土壤中物质的组成分布。
土壤中的重金属通过植 物根被植物吸收，然后 被植物体积累。
S——土壤孔隙度；
Le ——气体通过的实际距离； P1，P2——在距离Le两端的气体分压；
β——比例常数。
土壤水-空气
在有水气共存的土壤中，即土壤非饱和带中，有机污染物随水运移时， 水中的有机污染物会与气体发生物质交换。水气两相间的物质交换平衡可用 亨利定律来表示：
Ca=H· Cw
式中：Ca——气体中污染物的浓度（mg· m-3） Cw——水中污染物的浓度（mg· m-3） H——亨利系数 有机物从土壤中的挥发速率与本身的理化性质如蒸汽压、水溶解度有关 外，还与土壤的含水量、土壤对有机物的吸附作用有关。
无定形颗粒
土壤固相——吸附
4.双模式吸附模型 这个模型是假设土壤有机质同玻璃聚合物一样，是一个双模式的吸附 剂，因而可将土壤有机质分为溶解相和孔隙填充相两个部分。
这两个部分都会对吸附产生影响，但机理却完全不同。有机污染物在 溶解相上的吸附是一个分配过程，有机污染物在此相中具有较大的扩散系 数，吸附与解吸速率都很快，不会发生滞后现象。相反，在孔隙填充相中 的吸附则服从兰格缪尔吸附等温模型。
土壤空气
土壤空气和土壤水分共存于土壤的孔隙系统中，在水分不饱和的情况下， 空隙中总有空气存在。在土壤的固、液、气三相体系中，土壤空气存在于土体 内未被水分占据的孔隙中，在一定容积的土体内，如果孔隙度不变，土壤含水 量增加，则空气含量必然减少，所以在土壤孔隙状况不变的情况下，二者是此 消彼长的关系。
——土壤污染物运移模型的对流弥散模型
——挥发性有机污染物在土壤中的运移机制与模型 ——重金属在土壤中的数学模型
一、土壤环境
一、土壤环境
土壤环境是指由岩石经过物理、化学、生物的侵蚀和风化作用，以及地貌、 气候等诸多因素长期作用下形成的土壤的生态环境。
原生矿物：岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物。 次生矿物：原生矿物经化学风化后形成的新矿物。 有机质（腐殖质） 微生物
无定形——其内部原子或分子的排列无周期性， 如同液体那样杂乱无章地分布，可看作过冷液 体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很 强相互作用。
无定形的土壤有机质（软碳）
凝聚态的土壤有机质（硬碳）
土壤固相——吸附
随后，Weber和Huang将土壤（沉积物）中吸附有机污染物的组份分 成无机矿物表面、无定形的土壤有机质（软碳）和凝聚态的土壤有机质 （硬碳）3个部分。这样多端元反应模型就变成了三端元反应模型，有机 污染物通过不同的吸附方式进入到土壤的上述3个部分。 无定形——其内部原子或分子的排列无周期性，如同液体那样杂乱无章 地分布，可看作过冷液体，如玻璃、松香、明胶等。 凝聚态——由大量粒子组成，并且粒子间有很强相互作用。
qv=-k· △p/η
式中：qv——空气的容积对流量（单位时间通过单位横截面积的空气容积）； k——通气孔隙透气率； η——土壤孔隙度；p——土壤空气压力的三维梯度。
土壤空气
土壤空气的扩散：由于土壤空气和大气中气体的浓度差别而引起。 土壤空气扩散的速率与土壤性质的关系可用Penman公式表示： dq/dt=（Do/β）· AS· （P1-P2）/Le 式中： dq/dt——扩散速率（q为气体扩散量，t为时间）； Do——气体在大气中的扩散系数； A——气体通过的截面积；
氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁 锰
磷 硫 碳 氮 铜 锌 硼 钼
土壤固相——有机质
土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物，主要来源于动植物和微生物的残体。
土壤有机质
微生物生物量
未分解或 部分分解 的动植物 残体
土壤腐殖质
土壤固相——土壤胶体
1.巨大的比表面和表面能： 土壤胶体有很强的表面活性， 能吸持各种重金属等污染物， 有较大的缓冲能力，对土壤中 元素的保持和忍受酸碱变化以 及减轻某些毒性物质的危害有 重要的作用。
⑥土壤体系中可能有多种反应同时出现，是一个复杂的缓冲体系。
土壤环境-大气环境
土壤环境与大气环境之间不断进行着固、液、气三相物质 的交换： 土壤通过绿色植物固定大气中的二氧化碳，释放出氧气； 土壤通过固氮植物固定大气中的氮气； 降雨为土壤补充水分，土壤水的蒸发；
大气中的悬浮颗粒主要来自与土壤的风蚀过程，而大气降 尘有是土壤物质的重要来源；
土壤外部的大气渗入
土壤空气
土壤内部进行的生物化学 过程也能产生一些气体
土壤空气
土壤空气的成分与大气存在着一定的区别。由于土壤生物的呼吸作用和有 机质的分解等原因，土壤空气的CO2含量一般高于大气，约为大气CO2含量的 5-20倍；同样由于生物消耗，土壤空气中的O2含量则明显低于大气。在土壤通 气不良或者当土壤中的新鲜有机质状况以及温度和水分状况有利于微生物活动 时，都会进一步提高土壤空气中CO2的含量和降低O2的含量。 当土壤通气不良时，微生物对有机质进行厌氧性分解，产生大量还原性气 体。此外，在土壤空气的组成中，经常含有大气污染相同的污染物质。
固相
土壤环境
液相
吸湿水 膜状水 毛细水 重力水 地下水
简单盐类 三氧化物类 次生铝硅酸盐类 云母类
石英
黄铁矿 橄榄石
气相
一、土壤环境
水环境
大气环境
土壤环境
植物
人与动物
土壤环境-水环境
土壤环境对地表水体和地下水体的影响主要在两方面： ⑴水质方面：土壤的性质可以影响水体浑浊度和其中离子的种类。 ⑵水中污染物的控制方面： ①土壤作为一种含有固、气和水的不均匀物质，具有独特的物理 化学性质，具有一定化学活性，从而影响水中有害物质的浓度。 ②土壤固体具有较大的表面积，可作为多种物理和化学反应的媒 介。 ③土壤还有大量水，因而可以发生许多水化学反应。 ④土壤还有大量微生物，可进行生物降解。 ⑤土壤具有一定的孔隙度，是许多挥发性有害物质的通路。