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第六十一课

第六十一课. 第四章 土壤环境化学. 内容提要. 掌握土壤的组成与性质，土壤的粒级与质地 分组特性；. 了解污染物在土壤 - 植物体系中迁移的特点、 影响因素及作用机制；. 掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性；. 了解农药在土壤中的迁移原理与主要影响 因素。. 第一节 土壤的组成与性质. 土壤矿物质 > 90% （土壤固体总重量）. 土壤固相. 土壤有机质 1 ％ ~10 ％（ 可耕土壤中约占 5 ％， 且绝大 部分在土壤表层）（土壤固体总重量）. 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。. 土壤液相：指土壤中的水分及其水溶物；.

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第六十一课

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Presentation Transcript

  1. 第六十一课

  2. 第四章 土壤环境化学

  3. 内容提要 掌握土壤的组成与性质，土壤的粒级与质地 分组特性； 了解污染物在土壤-植物体系中迁移的特点、 影响因素及作用机制； 掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性； 了解农药在土壤中的迁移原理与主要影响 因素。

  4. 第一节 土壤的组成与性质 土壤矿物质> 90%（土壤固体总重量） 土壤固相 土壤有机质 1％~10％（可耕土壤中约占5％，且绝大 部分在土壤表层）（土壤固体总重量） 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。 土壤液相：指土壤中的水分及其水溶物； 土壤气相：指土壤中有无数的空隙充满空气，典型土壤约 35%的体积是充满空气的。

  5. 图4－1 土壤固、液、气相结构图

  6. 图4－2 自然土壤的综合剖面图

  7. 第六十二课

  8. 按成因类型可将土壤矿物分为两类:原生矿物和次生矿物.按成因类型可将土壤矿物分为两类:原生矿物和次生矿物. 1.土壤矿物质 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构造都没有改变。（物理风化是一种机械崩解）1－0.001mm。 次生矿物：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;0.25μm。

  9. 原生矿物 石英 长石类 云母类 辉石 角闪石 橄榄石 赤铁矿 磁铁矿 磷灰石 黄铁矿等 这五种最常见

  10. 2（Mg、Fe）SiO4（s）＋1/2O2（g）＋5H2O Fe2O3•3 H2O(s )＋Mg2SiO4（s）＋H4SiO4（aq） 岩石风化： 岩石风化主要分为三个历程：即氧化、水解和酸性水解。 以橄榄石为例，其化学组成为（Mg、Fe）SiO4，其中Fe（Ⅱ）可以氧化为Fe（Ⅲ）。 氧化： 水解： 2（Mg、Fe）SiO4（s）＋4H2O 2Mg2＋（aq）＋4OH－（aq）＋Fe2SiO4（s）＋H4SiO4（aq） 酸性水解： 2（Mg、Fe）SiO4（s）＋4H＋ （aq） 2Mg2＋（aq）＋Fe2＋（aq）＋H4SiO4（aq）

  11. 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。 （1）硅酸盐类矿物 长石类、云母类、辉石类和闪角石类等矿物，容易风化而释放出K、Na、Ca、Fe、Mg和Al等元素可供植物吸收，同时形成新的次生矿物。 （2）氧化物类矿物 石英(SiO2)、赤铁矿(Fe2O3)、金红石(TiO2) 、蓝晶石(Al2SiO5)等。

  12. （3）硫化物类矿物 土壤中通常只有铁的硫化物，即黄铁矿和白铁矿，二者是同质异构物，分子式均为Fe2S，极易风化，成为土壤中硫元素的主要来源。 （4）磷酸盐类矿物 土壤中分布最广的是磷灰石，包括氟磷灰石和氯磷灰石两种，其次是磷酸铁、铝以及其它磷的化合物，是土壤中无机磷的重要来源。

  13. 第六十三课

  14. 又称粘土矿物或粘粒矿物，可分为三大类：伊利石、蒙脱石和高岭石。又称粘土矿物或粘粒矿物，可分为三大类：伊利石、蒙脱石和高岭石。 简单盐类 三氧化物类 次生铝硅酸盐类 根据其性质与结构可分为三类 次生矿物 次生铝硅酸盐类：

  15. 重点、难点 薄片层状结构 伊利石（水云母）[(OH)4Ky(Al4•Fe4•Mg4•Mg6)(Si8-y•Aly)O20]，风化程度较低温带干旱地区的土壤中含量较多，粒径<2μm，膨胀性小，具有较高的阳离子代换量，并富含钾（K2O 4%-7%）。属2：1型晶格，两晶层之间通过K离子连接，晶格中硅铝原子可发生同晶取代，但不显著。 蒙脱石[Al4Si8O20(OH)4]，温带干旱地区土壤中含量较高。粒径<1μm膨胀性大，阳离子代换量极高（80－100毫克当量/100克土）。吸水性强，但植物难以吸收，不利于植物生长。属2：1型晶格，晶层间主要靠弱的分子间力连接，同晶代换容易。

  16. 高岭石[Al4Si4O10(OH)8]，风化程度较高，主要见于湿热的热带地区土壤中，在花岗岩残积母质上发育的土壤中含量也较高，粒径0.1－0.5μm膨胀性小，阳离子代换量亦低，透水性良好，但供肥、保肥能力低。属1：1型晶格，晶层相似，晶层间由氢键相连，极少发生同晶代换。高岭石[Al4Si4O10(OH)8]，风化程度较高，主要见于湿热的热带地区土壤中，在花岗岩残积母质上发育的土壤中含量也较高，粒径0.1－0.5μm膨胀性小，阳离子代换量亦低，透水性良好，但供肥、保肥能力低。属1：1型晶格，晶层相似，晶层间由氢键相连，极少发生同晶代换。

  17. 图4－5 高岭石类结晶构造示意图

  18. 图4－6 伊利石类结晶构造示意图

  19. 图4－7蒙脱石类结晶构造示意图

  20. 第六十四课

  21. 非腐殖物质：如蛋白质、糖类、 树脂、有机酸等； 分两大类 腐殖质：腐殖酸、富里酸和 腐黑物等。 2．土壤有机质 定义：指土壤中含碳有机物的总称，主要来源于动植 物和微生物残体。

  22. 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。在地下水位接近地面（2－3m）的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。此外，空气中水蒸气遇冷凝结成为土壤水分。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。在地下水位接近地面（2－3m）的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。此外，空气中水蒸气遇冷凝结成为土壤水分。 土壤水分是一种溶液，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迁移的媒介。 3．土壤水分

  23. ①土壤空气存在于相互隔离的土壤空隙中，是一个不连续的体系；①土壤空气存在于相互隔离的土壤空隙中，是一个不连续的体系； ②在O2和CO2含量上有很大差异。土壤空气中CO2含量比大气中高得多； ③土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S。H2和NH3等； ④被污染的土壤其空气中还可能存在污染物。 4.土壤中的空气 主要成分：N2、O2和CO2 土壤空气与大气的差异：

  24. 二、土壤的粒级分组与质地分组 1．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，人们常按粒径的大小将土粒分为若干组，称为粒组和粒级，同组土粒的成分和性质基本一致，组间则有明显差异。 粒级的划分标准及详细程度主要有三种不同的划分：即国际制、前苏联制和美国制，其划分情况见表4－1；我国的土壤粒级的划分标准见下表4－2。

  25. 第六十五课

  26. 表4－1 国际制、前苏联制和美国制土粒分级标准

  27. 表4－2 我国土粒分级标准

  28. 2.各粒级的主要矿物成分和理化性质 表4－3 各级土粒的矿物组成（％）

  29. 表4－4 不同粒径土粒的化学组成（％）

  30. 主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母和角闪石等。其中以石英为主。粒径为1－0.05mm。冲击平原土壤中常见。空隙大，通气和透水性强，保水保肥能力弱，营养元素含量少。主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母和角闪石等。其中以石英为主。粒径为1－0.05mm。冲击平原土壤中常见。空隙大，通气和透水性强，保水保肥能力弱，营养元素含量少。 ⑴石块和石砾 多为岩石碎块，直径大于1mm。山区土壤和河漫滩土壤中常见。土壤中含石块和石砾多时，其空隙过大，水分和养分易流失。 ⑵砂粒

  31. ⑶粘粒 主要石次生矿物，粒径<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，但通气和透水性差. ⑷粉粒 是原生矿物和次生矿物的混合体，粒径为0.05－0.005mm。在黄土中含量较多，物理化学性质介于砂粒与粘粒之间。团聚、胶结性差，分散性强。保水保肥能力较好。

  32. 第六十六课

  33. 重点、难点 国际制（如表4－5） 美国制 前苏联制 土壤质地分类标准： 3．土壤质地分类及其特性 土壤质地：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。 我国1975年由中科院南京土壤所和西北水土保持生物土壤研究所拟定了我国土壤质地分类方案（如表4－6）。表4－7 土壤质地与土壤性状。

  34. 表4－5 国际制土壤质地分类

  35. 表4－6 我国土壤质地分类标准

  36. 表4－7 土壤质地与土壤性状

  37. 第六十七课

  38. ⑴具有巨大的比表面积和表面能 永久电荷 ⑵土壤胶体带有电荷 可变电荷 净 电 荷 电荷数目：决定于土壤吸附离子的多少； 电荷密度：决定于离子被吸附的牢固程度。 重点、难点 三、土壤吸附性 土壤中活跃的组分：土壤胶体和土壤微生物。 1.土壤胶体的性质

  39. ⑶ 土壤胶体的凝聚性和分散性 影响土壤凝聚性能的主要因素：土壤胶体的电动电位和扩散层厚度。 土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下： Na+ <K+ <NH4+<H+<Mg2+<Ca2+<Al3+<Fe3+

  40. 第六十八课

  41. 2.土壤胶体的离子交换吸附 离子交换： 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的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换(或代换)。 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用。

  42. 阳离子交换能力的强弱，主要依赖于一下因素：阳离子交换能力的强弱，主要依赖于一下因素： 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。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+>Rb+>NH4+> K+>Na+>Li+ Na+ 土壤胶体 Ca2+ 土壤胶体 2Na+ Ca2+ Na+ （1）阳离子交换吸附 阳离子交换吸附受等价交换和质量作用定律支配

  43. 不同土壤阳离子交换量不同： ①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； ③SiO2/R2O3比值越大，阳离子交换量越大，当SiO2/R2O3<2 时，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。 阳离子交换量：指每千克干土中所含全部阳离子总量，以厘摩 尔每千克土（c mol/kg）表示。

  44. 土壤的可交换性阳离子有两类： 致酸离子 ：H+和A13+； 盐基离子 ：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。 盐基饱和土壤：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。

  45. 第六十九课

  46. （2）阴离子交换吸附 阴离子可与胶体微粒（如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝）或溶液中阳离子（Ca2+、Al3+、Fe3+）形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。 阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下： F－>草酸根>柠檬酸根>PO43-≥AsO43－≥硅酸根>HCO3－>H2BO3－>CH3COO－>SCN－>SO42－>Cl－>NO3－。

  47. 重点 四、土壤酸碱性 根据土壤的酸度可以将其划分为9个等级（如表4－8） 表4－8土壤酸碱度分级

  48. 第七十课

  49. 1.土壤酸度 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，又称为有效酸度，通常用pH表示。 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+。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。 活性酸度与潜性酸度的关系： 是同一平衡体系的两种酸度。两者可以相互转化。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。潜性酸度往往比活性酸度大得多，二者比例在砂土中约为1000：1；在有机质丰富的粘土中则可高达5×104－1×105。

  50. 土壤胶体 土壤胶体 KCl HCl H+ K+ R－COOH + KCl RCOOK + H+ + Cl－ K+ 土壤胶体 土壤胶体 Al3+ 3KCl K+ AlCl3 K+ AlCl3 ＋3H2O Al(OH)3+3HCl 代换性酸度 代换性Al3＋是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源

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