第四章_土壤环境化学
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004.3土壤环境化学-土壤污染(农药)
④磷酰胺和硫代磷酰胺 磷酰胺：磷酸中的羟基被被氨基取代
硫代磷酰胺：磷酰胺中的氧被硫取代。
⑵有机磷农药降解
有机磷农药是为取代有机氯农药而发展起来的， 但其毒性较高，大部分对生物体内胆碱酯酶有抑 制作用
较有机氯农药易降解
有
吸附催化水解
机 非生物降解
磷
光降解
农
绿色木霉
药 土壤微生物降解
降 解
假单胞菌
吸附作用是农药与土壤固相之间相 互作用的主要过程，直接影响其他过程 的发生。如土壤对除草剂2,4-D的化学 吸附，使其有效扩散系数降低。
○阳离子型农药，易溶于水并完全离子化，很快吸附于粘土矿物 ○弱碱性农药，可以接受质子带正电荷，吸附于粘土矿物或有机 质表面 ○酸性农药在水溶液中解离成有机阴离子，不易被胶体吸附，是 靠范德华力和其他物理作用
有机物的离子或基团从自由水向 土壤矿物的亚表面层扩散；离子 或基团以表面反应或进入双电层 的扩散层的方式为土壤矿物质吸 附。
分配作用（partition）
有机化合物在自然环境中 的主要化学机理之一，指 水-土壤（沉积物）中， 土壤有机质对有机化合物 的溶解，或称吸附（ sorption, uptake），用分 配系数 Kd 来描述。
4.光解
4.南方水田里DDT降解快于北方
1.从土壤和空气转入水体 林 2.挥发而进入大气 丹 3.在土壤生物体内积累
4.植物积累
1. 易溶于水 2. 挥发性强，持久性低 3. 在生物体内积累性较DDT低
2.有机磷农药（organophosphorpus pesticides,
ops)
磷酸的脂类或酰胺类化合物
非生物降解 降解
水解反应
(Hydrolysis Reaction)
04章 土壤环境化学
粘粒类型
伊利石 0.l～2.9 不规则片状 100～120 中等 中等 中等 中等 15～40 高岭石 0.l～5.0 六方型晶体 5～20 小 无 低 低 3～15
4.1.1.2 非硅酸盐粘土矿物
氧化铁
• 赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、磁铁矿、陵铁矿、兰铁矿 • 土壤中常见的是赤铁矿和针铁矿
• 赤铁矿：(α-Fe2O3)：红色，六角板状。高温、潮湿、
– 土壤具有极大比表面、一定的催化活性；土壤所含水、空气、微生物等都 能使污染物产生一定降解。同化和代谢外来物质—保护、净化环境。
• 人类的衣食住行以及一切活动，无不直接或间接地与土壤有 关。
土壤的形成过程
风化系统
岩石 矿物 风化层
风化产物及 矿物残粒
土壤系统
土壤 成土过程
微生物碎屑系统
有机物
腐殖质及 腐败产物 有机化合物 生物
腐殖质
• • 颜色 整体呈黑色，不同组分有差别：分子量+发色团。 特点： – 表面积大，构型伸展； – 亲水性强 最大吸水量超过本身重量5倍； – 高pH电离，荷负电； – 不同地区和土层所含腐殖质的化学组成有较大差异。
①气候-climate ②地形-topographty ③母质-parent material ④生物-biology
⑤时间-time
土壤退化
• 因人类开发利用不当而加速土壤质量和生 产力下降的现象和过程。包括：
① 数量减少：表土丧失、整个土体毁失、土地 被非农业占用。 ② 质量降低：土壤物理、化学、生物学方面的 质量下降。
4、氧化作用
2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁)
环境化学课后答案(戴树桂)主编_第二版(4-7章)
第四章土壤环境化学1．什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？试用它们二者的关系讨论我国南方土壤酸度偏高的原因。
根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（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Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
南方土壤中岩石或成土母质的晶格被不同程度破坏，导致晶格中Al3+释放出来，变成代换性Al3+，增加了土壤的潜性酸度，在一定条件下转化为土壤活性酸度，表现为pH值减小，酸度偏高。
2．土壤的缓冲作用有哪几种？举例说明其作用原理。
土壤缓冲性能包括土壤溶液的缓冲性能和土壤胶体的缓冲性能：（1）土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液中H2CO3、H3PO4、H4SiO4、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类具有缓冲作用。
以碳酸及其钠盐为例说明。
向土壤加入盐酸，碳酸钠与它生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用生成难溶碳酸钙，也限制了土壤碱度的变化范围。
H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O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，如氨基酸既有氨基，又有羧基，对酸碱均有缓冲作用。
RCHNH2COOH+ HClNH3ClR CHCOOH+ NaOH + H 2ORCHNH 2COOH R CH NH 2COONa（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。
对酸缓冲（M －盐基离子）：土壤胶体 M ＋HCl 土壤胶体 H ＋MCl对碱缓冲：土壤胶体 H ＋MOH 土壤胶体 M ＋H 2OAl 3+对碱的缓冲作用：在pH 小于5的酸性土壤中，土壤溶液中Al 3+有6个水分子围绕，当OH －增多时，Al 3+周围的6个水分子中有一、二个水分子离解出H +，中和OH -：2Al(H 2O)63＋ + 2OH － [Al 2(OH)2(H 2O)8]4+ + 4H 2O3．植物对重金属污染产生耐性作用的主要机制是什么？不同种类的植物对重金属的耐性不同，同种植物由于其分布和生长的环境各异可能表现出对某种重金属有明显的耐性。
环境化学课件——土壤环境化学
一、土壤组成
4. 土壤中的空气
土壤空气组成与大气基本相似，主要成分都是 N2、O2和CO2。 差异：①土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中， 是一个不连续的体系；
②在O2和CO2含量上有很大的差异。土壤空气 中CO2含量比大气中高得多。氧的含量低于大气。
土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、 H2S、H2、NH3等。如果是被污染的土壤，其空 气中还可能存在污染物。
角闪石等，其中以石英为主，粒径为1-0.05mm。在冲
积平原土壤中常见。土壤含砂粒多时，孔隙大，通气 和透水性强，毛管水上升高度很低(小于33cm)，保 水保肥能力弱，营养元素含量少。
(3)粘粒：主要是次生矿物，粒径小于0.001mm。含粘粒 多的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力较强，有良好的 保水保肥能力，但土壤的通气和透水性较差。
第四章 土壤环境化学
第一节 土壤的组成与性质
第二节 污染物在土壤—植物体系中
的迁移及其机制
第三节 土壤中农药的迁移转化
第一节 土壤的组成与性质
一、土壤组成 二、土壤的粒级分组与质地分组 三、土壤吸附性 四、土壤酸碱性 五、土壤的氧化还原性
一、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，它们的相对含量因时因 地而异。
(2)土壤胶体的电性
土壤胶体微粒具有双电层； 微粒的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层(即决定 电位离子层)，其外部由于电性吸引，而形成一个正离子层(又称反
离子层，包括非活动性离子层和扩散层)，即合称为双电层。
1．土壤胶体的性质
(3)土壤胶体的凝聚性和分散性 胶体的凝聚性: 由于胶体的比表面和表面能都很大，为减
下水和空气中水蒸气遇冷凝成为土壤水分。 ❖ 土壤颗粒表面的吸附力和微细孔隙的毛细管力，可将—部分水保
004.2土壤环境化学-土壤污染(重金属)
而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明 显不同。
重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为： Cd、As较易被植物吸收， Cu、Mn、Se、Zn等次之， Co、Pb、Ni等难于被吸收， Cr极难被吸收。
研究春麦受重金属污染状况后发现， Cd是强积累性元素， 而Pb的迁移性则相对较弱； 铬和铅是生物不易积累的元素。������
5
（3）土壤环境容量：
土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大 允许量或负荷量(土壤环境静容量).
土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准， 既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环 境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数 量或负荷量(土壤环境动容量)。
6
（4）当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能 力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化， 微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在 土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”， 或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达 到危害人体健康的程度，就是土壤污染。
4.放射性污染物
9
（6）重金属污染土壤的特点：
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中 不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物 链在人体内积累，危害人体健康。
重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的 清除。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张 士灌区的“镉米”事件等是重金属污染的典 型实例。
10
•克山病 •大骨节病 •水俣病 •痛痛病 •黑脚病
第四章 土壤环境化学
Chapter 4. Soil Environmental Chemistry
补充掌握
土壤污染概述
（1）土壤背景值 土壤本身含有微量的金属元素，其中很
多是作物生长必需的微量营养元素，如Mn、 Zn、Cu等。不同地区土壤中重金属的种类和 含量也有很大差别。
第四篇土壤环境化学课件
土壤污染修复技术的选择应根据污染物的种类、污染程度、土壤性质和修复目标等因素来确 定。
农业面源污染控制
农业面源污染是指农业生产过 程中由于不合理的管理措施而 导致的污染物排放，如化肥、 农药、畜禽粪便等。
控制农业面源污染的措施包括 优化施肥方式、推广环保型农 业技术、建设生态拦截工程等 。
农业面源污染控制对于保护农 村生态环境、保障农产品安全 和人体健康具有重要意义。
土壤的性质
01
02
03
04
土壤质地
指土壤中矿物质颗粒的大小和 比例，影响土壤的透气性、保
水能力和肥力。
土壤结构
指土壤颗粒的排列和连接方式 ，良好的土壤结构有助于保持
水分和空气。
土壤酸碱度
指土壤的酸碱反应，影响土壤 中养分的有效性以及植物的生
长。
土壤肥力
指土壤提供养分的能力，与土 壤有机质、矿物质和微生物活
06 未来展望与挑战
未来研究重点与方向
土壤环境化学过程与机制
深入研究土壤中化学物质的迁移、转化、归 趋等过程，揭示其内在机制。
土壤质量与农产品安全
研究土壤质量与农产品安全的关系，保障食 品安全和人类健康。
土壤污染修复与治理
发展高效、环保的土壤污染修复技术，实现 土壤污染的源头控制和生态恢复。
土壤环境与全球变化
利用和改良提供依据。
03 土壤污染与自净
土壤污染的定义与来源
土壤污染的定义
土壤污染是指人类活动产生的有害物质进入土壤，导致土壤质量下降，影响生 物生长和人体健康的现象。
土壤污染的来源
土壤污染主要来源于工业生产、农业生产、城市垃圾和污水等。工业排放的废 气、废水和废渣，农业生产中使用的化肥、农药，城市垃圾和污水的不合理排 放等，都会导致土壤污染。
农业面源污染控制
农业面源污染是指农业生产过 程中由于不合理的管理措施而 导致的污染物排放，如化肥、 农药、畜禽粪便等。
控制农业面源污染的措施包括 优化施肥方式、推广环保型农 业技术、建设生态拦截工程等 。
农业面源污染控制对于保护农 村生态环境、保障农产品安全 和人体健康具有重要意义。
土壤的性质
01
02
03
04
土壤质地
指土壤中矿物质颗粒的大小和 比例，影响土壤的透气性、保
水能力和肥力。
土壤结构
指土壤颗粒的排列和连接方式 ，良好的土壤结构有助于保持
水分和空气。
土壤酸碱度
指土壤的酸碱反应，影响土壤 中养分的有效性以及植物的生
长。
土壤肥力
指土壤提供养分的能力，与土 壤有机质、矿物质和微生物活
06 未来展望与挑战
未来研究重点与方向
土壤环境化学过程与机制
深入研究土壤中化学物质的迁移、转化、归 趋等过程，揭示其内在机制。
土壤质量与农产品安全
研究土壤质量与农产品安全的关系，保障食 品安全和人类健康。
土壤污染修复与治理
发展高效、环保的土壤污染修复技术，实现 土壤污染的源头控制和生态恢复。
土壤环境与全球变化
利用和改良提供依据。
03 土壤污染与自净
土壤污染的定义与来源
土壤污染的定义
土壤污染是指人类活动产生的有害物质进入土壤，导致土壤质量下降，影响生 物生长和人体健康的现象。
土壤污染的来源
土壤污染主要来源于工业生产、农业生产、城市垃圾和污水等。工业排放的废 气、废水和废渣，农业生产中使用的化肥、农药，城市垃圾和污水的不合理排 放等，都会导致土壤污染。
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。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。据测定土壤潜性酸
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+ 、 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。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
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
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
1 2 3 4 5 6
04土壤环境化学
Al对土壤的危害：三价Al与土壤胶体结合能力 强，易排挤其它阳离子使其进入土壤溶液而遭受淋 溶损失；研究表明，土壤对植物的酸害实际是铝害， 过多的铝离子抑制植物生长。
五、土壤的氧化还原性
(Oxidation and Reduction of Soil)
土壤氧化还原能力的大小可以用 土壤的氧化还原电位（Eh）来衡量。
|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，因此水解性酸度高于代换性酸 度。
活性酸度和潜性酸度二者的关系：
*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 酸度的储备。
（３）土壤胶体的凝聚性和分散性
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 位的大小和扩散层的厚度；
此外，土壤溶液中的电解质和 pH 值也 有影响。常见阳离子凝聚力的强弱顺序：
Na
K
NH
4
H
Mg
2
Ca
2
Al
3
Fe3
2、 土壤胶体的离子交换吸附
离子交换（或代换）：土壤胶体扩散层中的补
偿离子，可以和溶液中相同电荷的离子以离子价 为依据作等价交换。
五、土壤的氧化还原性
(Oxidation and Reduction of Soil)
土壤氧化还原能力的大小可以用 土壤的氧化还原电位（Eh）来衡量。
|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，因此水解性酸度高于代换性酸 度。
活性酸度和潜性酸度二者的关系：
*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 酸度的储备。
（３）土壤胶体的凝聚性和分散性
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 位的大小和扩散层的厚度；
此外，土壤溶液中的电解质和 pH 值也 有影响。常见阳离子凝聚力的强弱顺序：
Na
K
NH
4
H
Mg
2
Ca
2
Al
3
Fe3
2、 土壤胶体的离子交换吸附
离子交换（或代换）：土壤胶体扩散层中的补
偿离子，可以和溶液中相同电荷的离子以离子价 为依据作等价交换。
(完整版)第四章土壤环境化学
当土壤胶体上吸附的 Na+、K+、Mg2+ (主要是 Na+ )等 离子的饱和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的 水解作用，结果在土壤溶液中产生 NaOH，使土壤呈碱性。
土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
24
3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil )
27
▪ 土壤的氧化还原性质
土壤中有多种有机、无机物的氧化、还原过程。
土壤 E 与土壤通气状况的关系： ➢ 旱地通气好，游离氧占优势，E 较高，以氧化作用为主。 ➢ 水田通气差，游离氧很少，E 较低(甚至可以为负值)，以还 原作用为主。
28
▪ 土壤的自净作用
土壤有优越的自身更新能力－自净作用： ➢ 氧气氧化 ➢ 胶体吸附，配位 ➢ 微生物降解
可交换阳离子
致酸离子：Al3+、H+。 盐基离子：Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+、NH4+ 等。
19
（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。易被 吸附的阴离子是 PO43-、H2PO4-、HPO42- 等，与带正电荷的土壤胶体中 阳离子 Ca2+、Fe3+、Al3+ 等结合生成难溶性化合物而被强烈吸附。
土壤的自净作用决定于土壤的物质组成和其它性质， 也与污染物的种类和性质有关。
土壤的自净作用一般比较缓慢。
29
第二节 土壤的化学污染 2.1 土壤污染源和土壤污染物
▪ 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起 土壤质量恶化的现象即为土壤污染。 ▪ 土壤受到污染后，不仅会影响植物生长，同时会影响土壤 内部生物群的变化与物质的转化，即产生不良的生态效应。
土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
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3、土壤的缓冲作用(Buffer Action of Soil )
27
▪ 土壤的氧化还原性质
土壤中有多种有机、无机物的氧化、还原过程。
土壤 E 与土壤通气状况的关系： ➢ 旱地通气好，游离氧占优势，E 较高，以氧化作用为主。 ➢ 水田通气差，游离氧很少，E 较低(甚至可以为负值)，以还 原作用为主。
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▪ 土壤的自净作用
土壤有优越的自身更新能力－自净作用： ➢ 氧气氧化 ➢ 胶体吸附，配位 ➢ 微生物降解
可交换阳离子
致酸离子：Al3+、H+。 盐基离子：Ca2+、Mg2+ 、K+ 、Na+、NH4+ 等。
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（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。易被 吸附的阴离子是 PO43-、H2PO4-、HPO42- 等，与带正电荷的土壤胶体中 阳离子 Ca2+、Fe3+、Al3+ 等结合生成难溶性化合物而被强烈吸附。
土壤的自净作用决定于土壤的物质组成和其它性质， 也与污染物的种类和性质有关。
土壤的自净作用一般比较缓慢。
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第二节 土壤的化学污染 2.1 土壤污染源和土壤污染物
▪ 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起 土壤质量恶化的现象即为土壤污染。 ▪ 土壤受到污染后，不仅会影响植物生长，同时会影响土壤 内部生物群的变化与物质的转化，即产生不良的生态效应。
环境化学课件(第四章土壤环境化学)
2. 次生矿物 次生矿物是岩石经历化学风化（氧化、水解和酸
性水解）形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都发 生了改变。次生矿物粒径较小，大部分以黏粒和胶体 （粒径小于0.002 mm）分散状态存在。
分类：根据次生矿物的性质与结构划分为简单盐类、 氧化物类和次生铝硅酸盐类。
氧化物类和次生铝硅酸盐类是土粒中最细小的部分， 比表面积大，在物理性质上表现为强烈的吸水膨胀、 失水收缩的特点， 称为黏土矿物。有明显的胶体特征， 所以土壤学中习惯把黏土矿物视为土壤矿物胶体。次 生矿物是构成土壤的最主要组成部分，对土壤中无机 污染物的行为和归宿影响很大。
极细砂
0.2~0.06
100
粉砂 粘粒
砂质粉砂 中粉砂 细粉砂 粘粒 胶体
0.06~0.02 0.02~0.006 0.006~0.002
<0.002 <0.0002
10000
100000 1000000
（二）土壤质地分类和主要特性 土壤质地：土壤粒级组合体所表现的粗细程度称为质地 .
土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作 标准的。主要有国际制、美国制和前苏联制。
四、土壤的物理化学性质
（一）土壤的吸附性 土壤具有吸附性能是因为土壤中存在具有巨大表面能，并带有电荷的矿物胶 体和有机胶体，能吸附气体或液体、分子或离子。 1. 土壤胶体的性质 (1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：比表面是单位体积或重量物质的总 表面积。土粒愈细，总表面积愈大，比表面也愈大，表面能也越大。
➢气候是直接的水、热、空气条件，它使相同的母质在不同的 气候条件下产生不同的物理、化学和生物学变化。
➢地形使气候因素发生局部的重新分配，是间接的水、热、空 气条件。
➢生物通过生长繁育、新陈代谢进行着有机物质的合成与分解， 一方面充实与丰富了土壤的基质，另一方面以有机物形式为土 壤累积化学能。
第四章 土壤环境化学(1)
3．土壤溶液
当水分进入土壤后，即和其他组成物质发生作用，其中的一些可溶性物质如盐类和 空气将溶解在水里。
土壤水分存在的形式：土壤颗粒表面有很强的粘附力，土壤 颗粒吸附的水分称吸着水，几乎不移动，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。 土壤溶液占土壤总体积的20%～30%，含有Na+、K+、Mg2+、 Ca2+、Cl-、NO3-、SO42+、HCO3-等无机离子，还含有机物。 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
土壤有机质包括：
活体 根系、土壤中的生物、 细菌、藻类和原生 动物等
非活体 非腐殖质（动植物残体、蛋白质、糖类、纤维素、 树脂、有机磷、有机氮、有机酸等，约占10%） 腐殖质（土壤中特有的有机物，由植物经微生物 降解转化而成，不属于有机化学中现有的任何一类， 占85-90%）。
新鲜植物生物量中N/C约为1/100, 腐殖化完成后，N/C可 上升到约为1/10
氢键结合力，只有松驰的联系；水分子或其他交换 性阳离子可以进入层间。蒙脱石具有较高的阳离子 交换容量
高岭石
[ Al4Si4O10(OH)8] 是
风化程度极高的矿物 特点：粒径较大， 为0.1－5.0μ m，膨 胀性小，阳离子代换 量也低，极少发生同 晶取代。透水性好但 保肥能力低。 1∶1型黏土矿物(高岭石)结构示意图
一硅氧片与一水铝片组成一个晶层，属1∶1 型二层黏土矿物 。晶层的一面是氧原子，另 一面是氢氧原子组，晶层之间通过氢键相连 结。晶层间的距离很小，仅0.72nm，故内部 空隙不大，水分子和其他离子都难以进入层 间。
2．土壤有机质
土壤有机质包括生物死亡的残骸、施用的有机肥料、微生物活动生成的有 机物等.
第四章土壤环境化学PPT课件
a. 硅酸盐类：易风化成盐； b. 氧化物类； c. 硫化物类； d. 磷酸盐类。
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(2) 次生矿物
一、组成 1.矿物质
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。
a. 简单盐类：方解石、白云石、石膏等，原生矿物 经化学风化后的最终产物，常见于干旱和半干旱地区， 结晶结构简单；
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一、组成
图4-1 土壤的组成
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1．土壤矿物质
一、组成
(1) 原生矿物
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 结晶结构都没有改变。
原生矿物主要有：石英、长石类、云母类、辉石、 角闪石等。石英最难风化，长石次之，辉石、角闪石、 黑云母易风化。
生物种类 细菌
微 真菌
生 物 放线菌
藻类
表土层中(15cm) 数量(个/m2) 1013～1014 1010～1011 1012～1013 109～1010
生物种类
原生物 动 线虫类 物 蚯蚓
其它
表土层中(15cm) 数量(个/m2) 109～1010 106～107 30～300 103～105
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在沙漠化过程中水土流失也很严 重，目前我国水土流失的面积已达150 万 km2， 每 年 土 壤 流 失 量 达 5 0 亿 吨 ， 养分流失量相当于四、五千吨化肥。
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6
❖土壤盐碱化面积扩大，我国盐碱化土 壤面积达100万平方公里左右；
❖土壤污染物质来源广泛，包括城市废 水和固体废弃物；农药和化肥；生物残 体和排泄物；大气沉降物等。
环境化学第四章土壤环境化学
环境化学第四章土壤环境化学第四章土壤环境化学1、土壤圈：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。
是联系有机界和无机界的中心环节，还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力。
主要元素O、Si、Al、Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等。
2、土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。
其本质属性是具有肥力土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。
土壤矿物质：是岩石经过物理和化学风化的产物，由原生矿物和次生矿物构成。
土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的标志，土壤肥力的表现。
土壤水分：来自大气降水和灌溉土壤中的空气：成分与大气相似，不连续，二氧化碳比氧气多。
3、土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，称为土壤的缓冲性能。
4、土壤中存在着由土壤动物、土壤微生物和细菌组成的生物群体。
5、典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层、淋溶层、淀积层和母质层。
6、土壤的显著特点是具有：隐蔽性、潜在性和不可逆性。
7、岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
8、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（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Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
根据测定潜性酸度的提取液不同，可分为代换性酸度、水解性酸度：代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换。
用强碱弱酸盐淋洗土壤，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，此时测定该弱酸的酸度称水解性酸度。
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1.3 土壤的吸附性
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 土壤胶体 2Na Ca2 土壤胶体－Ca2 2Na
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，水化半径就越小，交换能力越强 Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+ ＞Rb+＞NH4+＞K+＞Na+＞Li+
1.2 土壤的粒级分组与质地分组
石块和石砾：多为岩石碎块，在土壤中含量多 时则使孔隙过大，水和养分易流失
砂砾：主要为原生矿物，在土壤中含量多则孔 隙大，通气和透水性强，保水保肥能力弱
黏粒：主要为次生矿物，含黏粒多的土壤营养 元素含量丰富，团聚能力强，有良好的保水保 肥能力，但通气和透水性差
1. 土壤的组成与性质
1.1 土壤组成 1.2 土壤的粒级分组与质地分组 1.3 土壤吸附性 1.4 土壤酸碱性 1.5 土壤的氧化还原性
典型土壤随深度呈现不同的层次
1.1 土壤组成
典型土壤随深度呈现不同的层次
覆盖层（A0) 淋溶层(A) 淀积层(B) 母质层(C) 基岩(D)
1.1 土壤组成
1.3 土壤的吸附性
土壤的可交换阳离子有2类：
致酸离子：H+、 Al3+
盐基离子：Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+
盐基饱和土壤：土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离 子，且已达到吸附饱和的土壤
盐基不饱和土壤：土壤胶体吸附的阳离子有一部分是 致酸离子
盐基饱和度%
可交换性盐基总量cmol / kg 阳离子交换量cmol / kg
1.4 土壤酸碱性
活性酸度/有效酸度：土壤溶液中氢 离子浓度的直接反映——土壤pH 土壤中H+的主要来源：CO2溶于水 形成的碳酸、有机物质分解产生的 有机酸、矿物质氧化产生的无机酸、 大气酸沉降
1.4 土壤酸碱性
潜性酸度：是由土壤胶体吸附的可 代换性致酸离子H+、Al3+造成的。 只有通过离子交换作用产生H+才显 示酸性 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
一、土壤的组成与性质 二、重金属在土壤—植物体 系中的迁移及其机制 三、土壤中农药的迁移转化
1. 土壤的组成与性质
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——土壤圈。
农业生产的基础，还具有同化和代 谢外界进入土壤的物质能力（保护 环境的重要净化剂）——土壤的两 个重要功能。
1.3 土壤的吸附性
土壤胶体的凝聚性主要取决于其电
动电位的大小和扩散层的厚度；此
外也受土壤溶液中电解质浓度和pH
的影响。常见阳离子凝聚力的强弱
顺序：
Na
K
＜NH
＜H
4
＜Mg
2＜Ca
2＜Al
3＜Fe 3
1.3 土壤的吸附性
在土壤胶体双电层的扩散层中， 补偿离子可以和溶液中相同电荷 离子以离子价为依据作等价交换， 称离子交换/代换。包括阳离子交 换吸附和阴离子交换吸附
1.3 土壤的吸附性
阳离子交换量：每千克干土中所含全部阳离子 不同土壤的阳离子交换量不同；不同种类胶体
的阳离子交换量顺序为：有机胶体＞蒙脱石＞ 水化云母＞高岭土＞含水氧化铁、铝 土壤质地越细阳离子交换量越高 土壤SiO2/R2O3值越大其阳离子交换量越大 pH下降土壤负电荷减少，阳离子交换量降低
1、本章简介 2、掌握内容讲述 3、要点回顾 4、本章习题
本章内容介绍
①土壤的组成及性质 ②重金属在土壤—植 物体系的迁移及机制 ③主要农药在土壤中 的迁移转化和归趋
重点掌握
①土壤的吸附性、酸碱 性、氧化还原性
②重金属在土壤—植物 体系迁移转化的规律及 影响因素
③农药在土壤中的迁移 转化的机制
第四章 土壤环境化学
1.4 土壤酸碱性
1.4.1 土壤酸度
⑴ 活性酸度 ⑵ 潜性酸度（代换性酸度、水解性酸度、 两者关系）
1.4.2 土壤碱度 1.4.3 土壤的缓冲性能
⑴ 土壤溶液的缓冲作用 ⑵ 土壤的缓冲作用（对酸的缓冲、对碱的 缓冲、铝离子对碱的缓冲）
1.4 土壤酸碱性
根据土壤酸度可分为9个等级， 我国土壤pH大多在4.5～8.5，由 南向北递增，长江以南土壤多为 酸性和强酸性，长江以北多为中 性或碱性
粉粒（面砂）：是原生和次生矿物的混合体， 团聚胶结性差但分散性强，保水保肥能力较好
1.2 土壤的粒级分组与质地分组
由不同粒级混合在一起所表现出来 的土壤粗细状况——土壤质地/土壤 机械组成 土壤质地分类以土壤中各级粒级的 相对百分比作标准 质地不同的土壤表现出不同的性状
1.3 土壤的吸附性
1.1 土壤组成
空气是土壤重要的肥力因子。大气 中氧分压高于土壤，而大气中二氧 化碳分压低于土壤，从而氧和二氧 化碳以扩散的形式分别进入土壤和 逸出大气，使两者保持一定的比 例——土壤的呼吸。若土壤大空隙 多，通透性好气体交换则强。
1.2 土壤的粒级分组与质地分组
1.2.1 土壤矿物质的粒级划分 1.2.2 粒级的主要矿物成分和理 化性质
AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl 代换性 Al3+是矿物质中潜性酸度的主要来源
1ห้องสมุดไป่ตู้4 土壤酸碱性
水解性酸度：用强碱弱酸盐淋洗 土壤，溶液中金属离子可将土壤 胶体吸附的H+、Al3+代换出来， 同时生成弱酸，此时测定该弱酸 的酸度称水解性酸度
1.4 土壤酸碱性
NaAc + H2O → HAc + Na+ + OH|土壤胶体|-Al3+、H+ + 4NaAc → |土壤胶体|-4Na+ + Al(OH)3 + 4HAc
固相（土壤矿物质90%、土壤有机质）
液相 （水分及水溶物）
气相 （空气，35%）
——土壤具有疏松的结构
土壤中固、液、气相结构图
1.1 土壤组成
土壤矿物质是岩石经过物理风 化和化学风化形成的。按其成 因可分为原生矿物和次生矿物
1.1 土壤组成
原生矿物：各种岩石受到物理风化而未 经化学风化的碎屑物，化学组成和结晶 构造都没有改变，主要组成土壤的砂砾 和粉砂粒。 土壤中原生矿物种类和含量随母质类型、 风化强度和成土过程的不同而异——硅酸 盐类、氧化物类、硫化物类、磷酸盐类。 石英最难风化常成为土壤的沙粒部分
石 英
赤 铁 矿
赤 铁 矿
黄 铁 矿
白 云 母
1.1 土壤组成
次生矿物：经化学风化后和成土作用形 成的新矿物，化学组成和晶体结构都有 所改变，最重要和为数最多的是粘土矿 物，具可塑性、膨胀性和粘结性。
土壤中次生矿物按其结构和性质可分为3类： 简单盐类（水溶性易流失）、三氧化物类 和次生铝硅酸盐类（细小、次生黏土矿物、 与土壤物理化学过程性质有关）
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1.3 土壤的吸附性
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
易被吸附的阴离子：PO43-、H2PO4-、HPO42-，易 与土壤胶体中阳离子Ca2+、Fe3+、Al3+生成难溶盐
由于Cl-、NO3-、NO2-等不能形成难溶盐，故不被 或很少被吸附
吸附顺序： F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
1.4 土壤酸碱性
根据所用提取液可分为代换性 酸度和水解性酸度 代换性酸度：用过量的中性盐 （KCl、NaCl等) 淋洗土壤， 溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+交换而表现出的酸度
1.4 土壤酸碱性
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3
1.1 土壤组成
土壤水分/溶液主要来自大气降水和 灌溉。土壤颗粒表面有很强粘附力， 被吸附的水分称吸着水，几乎不移动 不被植物吸收；外层膜状水即毛细管 水，是自由水是植物生长的主要水源。
1.1 土壤组成
1.1 土壤组成
大气降水降落到地面，首先一部分 被植被截留，到达地表的一部分形 成地表径流和地面蒸发，最后渗入 土壤的水分约占5.5%；进入土壤的 水分一部分被植物根系吸收，一部 分下渗补给地下水或变为侧向水流， 剩下则形成土壤蓄存的水分。
代换性酸度只是水解性酸度的一部分 水解性酸度高于代换性酸度
1.4 土壤酸碱性
活性酸度和潜性酸度二者的关系
活性酸度与潜性酸度是存在于同一 平衡体系的两种酸度，二者可相互 转换，一定条件下可处于暂时平衡
1.3 土壤的吸附性
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 （反离子层，包括非活动性离 子层和扩散层），合称双电层。
1.3 土壤的吸附性
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、 凝聚的趋势——胶体的凝聚性。 由于土壤胶体微粒带负电荷，导致相 互排斥——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
土壤退化的过程
风和水的侵蚀作用：引起土壤流失 受纳酸雨或过多使用氨氮肥料：引起土壤酸碱化化 灌溉水中含过多盐分或深度风化作用：引起土壤盐碱化 干旱：引起土壤板结龟裂、结构单元破坏甚至荒漠化 水涝：引起营养物浸出和流失 污染：引起土壤中有毒物质累积