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土壤环境化学
土壤环境化学是研究土壤中化学元素、化学反应和化学过程的学科。
土壤是地球上最重要的自然资源之一，它不仅是植物生长的基础，也是生态系统的重要组成部分。
因此，了解土壤环境化学对于保护土壤资源、提高农业生产和维护生态平衡具有重要意义。
土壤中的化学元素是土壤环境化学的重要研究内容之一。
土壤中的化学元素包括有机元素和无机元素。
有机元素主要来自于植物和动物的残体，而无机元素则来自于岩石、土壤和大气等。
土壤中的化学元素对于植物生长和土壤肥力有着重要的影响。
例如，氮、磷、钾等元素是植物生长所必需的营养元素，而铁、锰、铜、锌等微量元素则对植物生长和发育有着重要的作用。
土壤中的化学反应和化学过程也是土壤环境化学的重要研究内容。
土壤中的化学反应和化学过程包括酸碱反应、氧化还原反应、络合反应、离子交换等。
这些反应和过程对土壤的肥力、酸碱度、微生物活动等都有着重要的影响。
例如，土壤的酸碱度对于植物生长和土壤微生物的生长和活动都有着重要的影响。
土壤中的氧化还原反应则对土壤中的有机物质分解和微生物代谢有着重要的作用。
土壤环境化学的研究对于保护土壤资源、提高农业生产和维护生态平衡具有重要意义。
通过研究土壤中的化学元素、化学反应和化学过程，可以制定科学的土壤管理措施，提高土壤肥力和农业生产效益。
同时，也可以减少土壤污染和土地退化，保护生态环境。
因此，
加强土壤环境化学的研究和应用，对于实现可持续发展具有重要的意义。
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③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；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
土壤环境化学
《土壤环境化学》
第一章土壤基础
1.1 土壤组成
土壤是由固体、液体和气体组成的：固体由颗粒组成，液体是由土壤中的水分和有机物所构成，气体是由土壤根系空间和排出的空气中所含的气体构成。
1.2 土壤类型
土壤主要分为三类：水泥土、粘土及砂土。
水泥土是一种半水泥状的土壤，其中含有较多的碳酸钙和镁酸钙，有利于土壤的吸水和保水能力，但其中的有机物含量比较低，表层颗粒较小，土壤水分去向也不利于植物的生长。
粘土一般具有悬浮性，它的颗粒小而密，其中含有较多的有机物和黏土矿物，具有良好的吸附性，对植物有较大的造林价值。
砂土是指由砂砾组成的土壤，对水分和有机物的保存和吸收能力较差，表层颗粒较大，可以较容易的通过空气或降雨而运出，一般用作农田种植。
1.3 土壤温度和湿度
土壤的温度和湿度是土壤形成、发育和演变的重要因素。
一般情况下，随着土壤的深度不断增加，温度也会不断降低；湿度也会随着深度的增加而不断上升，这是由于土壤根系空间中的水分会不断从空气和降雨中补充，使其相对湿度更高。
土壤环境化学土壤环境化学是环境科学与化学交叉的一门学科。
它研究土壤中各种化学元素的分布、特性和作用，探讨土壤物质的结构与性质，分析生态系统和人类活动对土壤环境的影响，为改善土壤质量和保护生态环境提供理论和技术支持。
下面从几个方面对土壤环境化学进行分析和探讨。
1.土壤中化学元素的分布与作用土壤中含有丰富的化学元素，其中有些元素对植物生长和土壤质量有着重要作用。
例如，土壤中的氮、磷、钾等元素是植物生长所必需的养分元素，它们对植物营养生长和产量起着重要作用；而铁、锰等微量元素则对生物酶活性和土壤微生物的生长起到促进作用。
因此，研究土壤中各种化学元素的分布与作用，对于保持土壤生态平衡和提高土壤生产力具有重要意义。
2.土壤化学性质及其测定方法土壤的化学性质包括pH值、电导率、有机质、离子交换等，这些性质对于土壤物质的性质和土壤生态系统的平衡起着重要作用。
测定土壤中各种元素的含量和范围，对于判断土壤质量和土壤养分状况具有重要意义。
常用的土壤化学性质测定方法包括pH试剂法、离子交换色谱法、原子吸收光谱法等。
3.土壤环境污染及其防治土壤污染对于土壤生态环境和人类健康产生严重威胁。
土壤污染的主要来源包括农业生产、工业生产、城市人类活动等。
土壤环境化学研究土壤污染的来源、性质、分布规律等，为土壤污染防治提供科学依据。
土壤环境污染的防治手段包括土壤修复、土壤保护、土地整治和土壤资源综合利用等。
4.土壤有机质及其作用土壤有机质指在枯枝、落叶、残渣等废弃物的分解作用下形成的含碳物质。
有机质对土壤的肥力、结构和水分保持能力起着重要作用，同时还能促进土壤微生物生长，参与土壤健康发展。
因此，研究土壤有机质的来源、形成和作用对于提高土壤生产力和改善生态环境具有重要意义。
总的来说，土壤环境化学是一门涵盖广泛，应用领域广泛的交叉学科，它在促进土地资源的合理管理和提高土壤生产力方面拥有重要作用，也对保护生态环境和人民健康具有重要意义。
Chap 41原生矿物：它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受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变；土壤中最主要的原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。
其中硅酸盐类矿物占岩浆岩重量的80％以上。
次生矿物：它们大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其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成为土壤矿物质。
简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。
2 土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。
非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。
3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。
（2）CO2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、微生物活动中有机物的降解及合成时消耗其中的O2，放出CO2。
（3）土壤空气一般比大气含有较高的水量。
土壤含水量适宜时，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。
4 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（或土壤机械组成）。
5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、粘壤土和粘土四类十二级。
6土壤胶体的性质:1）土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：（2）土壤胶体的电性：（3）土壤胶体的凝聚性和分散性 ,影响因素：土壤胶体的电动电位和扩散层厚度及土壤溶液中电解质浓度、pH值影响土壤凝聚性能。
7 离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。
阳离子交换能力的强弱主要依赖于以下因素：①电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。
②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，因而具有较强的交换能力。
8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：①不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体>蒙脱石>水化云母>高岭土>含水氧化铁、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，其阳离子交换量越大，当SiO2/R2O3<2，阳离子交换量显著降低。
④pH值下降阳离子交换量降低；反之，交换量增大。
9 可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，H+和A13+；另一类是盐基离子，Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等。
当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。
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壤。
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：10活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。
土壤溶液中H+的来源：土壤中CO2溶于水形成的碳酸；有机物分解产生的有机酸；土壤中矿物质氧化产生的无机酸；无机肥料中残余的无机酸；大气污染形成的大气酸沉降。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和A13+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的H＋浓度，使土壤pH值降低。
只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。
根据测定土壤潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。
①代换性酸度：用过量中性盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和A13+发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。
②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胶体吸附的H+和A13+代换出来，同时生成某弱酸（醋酸）。
此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
水解性酸度一般比交换性酸度高。
由于中性盐所测出的代换性酸度只是水解性酸度的一部分，当土壤溶液在碱性增大时，土壤胶体上吸附的H+较多地被代换出来，所以水解酸度较大。
11活性酸度与潜性酸度的关系:土壤的活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。
土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。
土壤胶体是H+和A13+的贮存库，潜性酸度则是活性酸度的贮备。
土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多，12谁来提供缓冲：（1）土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。
（2）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，土壤的缓冲性能就越强。
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，土壤对碱的缓冲能力愈大。
一般土壤缓冲能力：腐殖质土﹥粘土﹥砂土13重金属在土壤中的结合态：Exchangeable（可交换态，活性最高）bound to carbonates（碳酸盐结合态）bound to Iron and Manganese oxides（铁锰氧化物结合态）bound to organic matter （有机结合态）Residue（残渣态）14重金属在土壤—植物中的迁移转化机制非常复杂，影响因素很多，主要有：土壤的理化性质重金属的种类、浓度、在土壤中的存在形态植物种类、生育期复合污染施肥15 汞和镉在土壤中的迁移转化及特性：镉一般在土壤表层0-15cm处累积。
在土壤中，镉主要以CdCO3、Cd3(PO4)2和Cd(OH)2的形态存在，其中以CdCO3为主，尤其在碱性土壤中。
大多数土壤对镉的吸附率在80%-95%之间，不同土壤吸附顺序为：腐殖质土壤＞重壤质土壤＞壤质土＞砂质冲积土。
因此镉的吸附与土壤中胶体的性质有关。
汞：汞在自然界含量很少,岩石圈中汞含量约为0.1mg/kg。
土壤中汞的含量为0.01-0.3 mg/kg, 平均为0.03 mg/kg。
由于土壤的粘土矿物和有机质对汞的强烈吸附作用，汞进入土壤后，95%以上能被土壤迅速吸附或固定，因此汞容易在表层积累。
植物能直接通过根系吸收汞。
在很多情况下，汞化合物在土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才被植物吸收。
植物吸收和积累汞与汞的形态有关，其顺序是：氧化甲基汞＞氯化乙基汞＞醋酸苯汞＞氯化汞＞氧化汞＞硫化汞。
从这个顺序也可看出，挥发性高、溶解度大的汞化合物容易被植物吸收。
汞在植物各部分的分布是根＞茎、叶＞种子。
这种趋势是由于汞被植物吸收后，常与根中的蛋白质反应沉积于根上，阻碍了向地上部分的运输。
16具有较大logKow（>3）的有机化合物（如TCDD，PCBs，酞酸酯类，PAHs）容易被土壤或植物根部吸附，不易被植物吸收。
具有中等logKow（0.5～3）的有机化合物（BTEX，卤代烃类，芳香族化合物，许多农药等）容易被植物吸收，并且传输到地上部分。
传输速率取决于植株蒸腾速率和分子及其极性大小。
水溶性有机质， logKow>0.5，不会充分吸着到根上，而易通过植物膜转移至植物体内。
17土壤中农药迁移的基本特征主要通过扩散、质体流动和吸附分配来完成。
在前两者的过程中，农药迁移可以以蒸汽或非蒸汽的形式进行。
影响农药在土壤中扩散的因素 a.土壤湿度（水分含量）水含量在4~20%，以气态扩散占50%以上；超过30%时，主要以非气态形式扩散。
b.吸附 c.紧实度 d.温度 e.气流f.农药种类18吸附分配以非离子型有机农药为例，其主要由分配作用决定（1）特点：a.吸附等温线呈线性b.不存在竞争吸附c.其分配系数（能力）随溶解度变化发生规律性变化。
d.土壤湿度显著影响农药的分配过程吸附(Sorption): 在两相中（主要是固液两相）某种化学物质在液相中的浓度下降而在固相中的浓度上升的现象。
这是一种表观吸附现象，包括使得液相中溶质转入固相的所有反应，如物理吸附和化学吸附、分配、沉淀、络合、水解以及共沉淀等化学反应。
分配(Partition): 主要是指有机化合物（尤其是非离子性有机化合物）通过溶解作用分配到土壤有机质、水生生物脂肪即以植物有机质中去，经过一定时间达到分配平衡的过程。
吸附(adsorption):主要是指有机物质在固相上的表面现象，它包括物理化学范畴内的物理吸附和化学吸附，是土壤矿物表面的电荷和各种化学键力作用的结果。
19分配作用和吸附作用(adsorption)的比较：(1)作用力partition:主要通过分子力，将溶质分配到土壤或沉积物的有机质中去，这过程十分类似于有机化合物分配到水相和有机溶剂相中去。
adsorption：物理吸附—范德华力；化学吸附—各种化学键力，如氢键、配位键、π键等。
2)吸附热partition：放出高吸附热adsorption放出的反应热较少3)吸附等温线(isotherm) partition：线性Linearadsorption: 非线性Nonlinear，是L、F型等温线线性等温线：G=kC其中，G—吸附量，C—液相浓度，k—分配系数 Freundlich: G=kC1/n （n=1时线性） Langmuir: G=Gо/(A+C) (取倒数，得到直线）(4)吸附竞争性partition :不存在竞争吸附。
因为分配作用实际上是种溶解作用，只与溶解度有关，与表面吸附位无关。
adsorption:存在竞争吸附，对吸附位发生竞争。
