第四章 土壤环境化学

1. 第四章 土壤环境化学 参考书目 环境化学戴树桂 主编 高等教育出版社 Whoever saves one life, Saves the entire world

2. 本章重点要求 了解： 1、土壤的组成与性质，土壤的粒级与质地分组特性； 2、污染物在土壤—植物体系中迁移的特点、影响因素及作用机制。

3. 本章重点要求 掌握： 1、土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性； 2、农药在土壤中的迁移原理与主要影响因素； 3、主要农药在土壤中的转归规律与效应。

4. 地球地貌

6. 沙漠

7. 黄土

8. 黑土地

10. 简 介 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殖的能 力，称作土壤圈。 土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的 物质能力，所以土壤又是保护环境的重要 净化剂，这就是土壤的两个重要的功能。

11. 全球范围的土壤环境问题 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

12. 第一节 土壤的组成和性质 一、土壤的组成 土壤固体相（土壤矿物质、 土壤有机质） 孔隙液相 （土壤水分 or溶液） 气相（土壤空气） （图4－1） 土壤

14. 土壤的不同层次

16. 按容积计，在较理想的土壤中矿物质约占38-45％，有机质约占5-12％，土壤孔隙约占50％，土壤水分和空气存在于土壤孔隙内，三相之间亦经常变动而相互消长。按重量计矿物质可占固相部分的90-95％以上，有机质约占1-10％左右。按容积计，在较理想的土壤中矿物质约占38-45％，有机质约占5-12％，土壤孔隙约占50％，土壤水分和空气存在于土壤孔隙内，三相之间亦经常变动而相互消长。按重量计矿物质可占固相部分的90-95％以上，有机质约占1-10％左右。

17. 1．土壤矿物质 土壤矿物质是岩石经过物理和化 学风化的产物，主要元素 O、Si,Al、 Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P 等。

18. 原生矿物 土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同程度物理风化而未经化学风化形成的硅酸盐（石英、长石、云母等），氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3），硫化物 (FeS)，磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。

19. （a）硅酸盐类矿物 易风化成盐，释放K、 Ca、Na、Mg • （b）氧化物类（石英、赤铁矿） 性质稳定 • （c）硫化物类 土壤中只含FeS2化合物（黄铁矿、白铁矿） • （d）磷酸盐类 Ca5(PO4)3F等，提供无机P

20. 岩石化学风化的过程 ——以橄榄石为例 氧化： 水解：

21. 酸性水解： 络合：

22. 钾长石分解为高岭土、二氧化硅和钾盐： 3KAlSi3O8+H2O+CO2→ KH2Al3Si2O12+6SiO2+K2CO3 （高岭石） 或 2KAlSi3O8+H2O+CO2→ Al2O3·2SiO2·2H2O+4SiO2+K2CO3

23. 次生矿物： 由原生矿物化学风化后形成，具有胶体性 质，为无机胶体或粘粒，可分为： 1）简单盐类 方解石、白云石（CaCO3 MgCO3）、 石膏（CaSO4·2H2O）、泻盐（MgSO4 ·7H2O） 、水氯镁石（MgCl2 ·6H2O）、芒硝（Na2SO4 ·10H2O）等

24. 2）三氧化物 Fe2O3·H2O、Al2O3·3H2O以及游离硅酸等 3）次生硅酸盐 伊利石、蒙脱石、高岭石等

25. 次生粘土矿物大多为各种铝硅酸盐和铁硅酸盐，如高岭石、蒙脱石、多水高岭石和伊利石等。它们是土壤的无机胶体组成部分。在风化过程中，产生一些可溶性产物，互相结合，形成非晶质凝胶。经过自晶化作用，形成粘土矿物，即非晶质胶体矿物（易变石）→过渡矿物（变稳石）→稳定粘土矿物（稳定石）。例如：

26. Al（OH）3（胶体）→Al2O3·H2O （一水软铝矿） →Al2O3·3H2O（α-水铝矿） 　　 →Al2O3·3H2O（三水铝石）

27. 伊利石 [(OH)4 Ky(AI4 Fe4 Mg4 Mg6)(Si8-yAly)O20] 特点：粒径小于2μm，风化程度较低，膨胀性较小，富含钾（K2O），具有较高的阳离子代换量，晶格中的硅、铝原子可发生同晶取代，但不显著。

28. 蒙脱石 [Al4 Si8 O20(OH)4] 为伊利石的风化产物 特点：粒径小于1μm，阳离子代换量 极高，晶格中的硅、铝原子易发生同晶 取代；但它吸收的水分植物难以利用， 不利于植物的生长。

29. 高岭石 [Al4Si4O10(OH)8] 是风化程度极高的矿物 特点：粒径较大，为0.1－5.0μm，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。 请比较三类土壤矿物质的特性！

30. 2．土壤有机质 土壤有机质是土壤形成的主要标志，土 壤肥力的表现，土壤中含碳有机物的总称 (Soil Organic Matter，SOM)，包括： 活体（根系、土壤中的生物） 细菌、藻类和原生动物等

31. 土壤生物的种类和数量

32. 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%）。

33. 非腐殖质 • （a）糖类 单、双、多、氨基糖，具有一定稳定性，常与粘粒物质、氧化物同存，降低了生物作用 • （b）有机氮化物 占95%以上，分为水解性和非水解性；水解性主要为各种氨基酸，非水解性为苯氧氨基酸等 • （c）有机磷、有机硫 维生素、氨基酸 • （d）有机酸 降低土壤pH值，使原生矿物易溶解，作为配合剂

34. 土壤中腐殖质的组成

35. 3．土壤水分 • 土壤溶质包括：无机胶体、有机胶体、无机盐类、有机化合物、配合物、溶解气体； • （a）溶解性气体 CO2>O2>N2 • （b）无机盐离子 阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、H+；Fe3+、Fe2+、Al3+ 阴离子：HCO3-、CO32-、NO2-、NO3-、HPO42-、H2PO4-、PO43-、Cl-、SO42- • （c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物 • （d）可溶性有机物 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物等 • （e）配合物类 如铁和铝的有机配合物等

36. 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。

37. 成分 大气 土壤 N2 79 78~80 O2 20.97 0.1~20 CO2 0.03 0.2~10 源于植物呼吸、有机质分解 4．土壤空气 特性： 不连续性，存在于土粒间隙之间； 湿度高；水蒸汽约占总体积的1％； O2少，CO2多，有机质腐烂分解； 土壤空气与大气组成比较（%）

38. 还有还原性气体（H2S、NH3、H2、CH4）、氡（Rn）和各种氮氧化物等二十多种气体。 厌氧细菌和污染物等也存在。

39. 二、土壤的粒级及其理化性质

41. 由于各种矿物质抵抗风化的能力不同，它们经受风化后，在各粒级中分布的多少也不相同。由于各种矿物质抵抗风化的能力不同，它们经受风化后，在各粒级中分布的多少也不相同。

42. 矿物的粒级不同，其化学成分也有较大的差异。在较细颗粒中，Ca、Mg、P、K等元素的含量较大。一般而言，土粒越细，所含养分越多，反之则越少。矿物的粒级不同，其化学成分也有较大的差异。在较细颗粒中，Ca、Mg、P、K等元素的含量较大。一般而言，土粒越细，所含养分越多，反之则越少。

43. 土壤的质地： 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）。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。

47. 兰州地区黄土的粒级分类 粘粒 clay (<0.002mm) 27.4 (%) 粉砂粒 silt (0.02-0.002mm) 53.85 砂粒 sand(2-0.02mm) 18.75 属于粘土类粉质粘土

48. 三、土壤的吸附性 土壤胶体分为三类：无机胶体，主要为各种次生矿物，如层状硅酸盐、水合氧化物、氧化物等矿物；有机胶体，主要为腐殖质；无机-有机胶体复合体。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性而使土壤具有吸附性。

49. 1．土壤胶体的性质（直径1-100nm） 土壤胶体具有极大的比表面积和表面能 蒙脱石比表面积最大（600-800 m2/g） 高岭石最小（7-30 m2/g），有机胶体比表 面积也大（~900 m2/g）。

50. 胶体表面分子与内部分子所处的状态不同，受到内外部两种不同的引力，因而具有多余的自由能即表面能，这是土壤胶体具有吸附作用的主要原因。比表面积愈大，表面能愈大，胶体的吸附性愈大。