1 / 109

第四章 土壤环境化学

第四章 土壤环境化学. 4.0 引言. 4.1 土壤的形成和组成 4.2 土壤的基本性质 4.3 水土流失 4.3 土壤污染 4.4 土壤污染防治及其修复. 引言. 土壤 土壤是环境的要素之一 介于生物界与非生物界之间 是一切生物赖以生存的基础. 引言. 土壤污染日趋严重 农药、化肥 污水灌溉、污泥农用 大气沉降 石油污染 放射性污染 事故排放. 容易引起地下水和作物次生污染. 引言. 土壤环境化学 的研究内容

zoie
Download Presentation

第四章 土壤环境化学

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第四章 土壤环境化学 4.0 引言 4.1 土壤的形成和组成 4.2 土壤的基本性质 4.3水土流失 4.3 土壤污染 4.4 土壤污染防治及其修复

  2. 引言 土壤 土壤是环境的要素之一 介于生物界与非生物界之间 是一切生物赖以生存的基础

  3. 引言 土壤污染日趋严重 农药、化肥 污水灌溉、污泥农用 大气沉降 石油污染 放射性污染 事故排放 容易引起地下水和作物次生污染

  4. 引言 土壤环境化学的研究内容 研究和掌握污染物在土壤中的分布、迁移、转化与归趋的规律，为防治土壤污染奠定理论基础

  5. 引言 土壤环境化学的研究简史 ◆土壤污染化学的发展相对较晚 ◆20世纪70年代——重金属污染 ◆20世纪80年代——有机物、酸雨和稀土元素 ◆20世纪90年代——持久性有机物、温室气体 ◆ 进入21世纪,近年来土壤新型污染物受到关注 (有什么特点?有哪四大类?)

  6. 引言 当前的热点领域 ◆土壤中有毒有机物的降解与转化等环境行为 ◆金属存在形态及其转化过程 ◆污染物在土壤多介质界面的相互作用 ◆稀土元素在土壤环境中的归宿及其生态效应 ◆土壤中温室气体的释放、吸收与传输 ◆土壤污染的化学与生物修复 ◆ 土壤新型污染物

  7. 引言 我国研究现状 ◆20世纪70年代调查农药污染状况（DDT、666） ◆20世纪80年代土壤元素背景调查、地方性疾病 ◆污染物在土壤环境迁移、转化（较多） ◆污染土壤化学与生物修复（刚起步）

  8. 4.1 土壤组成 土壤 ◆陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松层 ◆是地球地面岩石风化过程和母质成土过程的 综合作用下形成的 ◆厚度大约2米

  9. 土壤的组成 图4-1 土壤中固相、液相、气相结构示意图

  10. 土壤固体占总重量的90~95% 图4-2 土壤固相、液相、气相的体积分数

  11. 典型土壤随深度呈现不同的层次

  12. 与污染物迁移转化最密切的组分 矿物质 有机质 微生物

  13. 原生矿物——物理风化 土壤矿物质 P164 非晶态 次生矿物——化学风化 晶态 一、土壤矿物质 (三类)

  14. 图4-3 高岭石结构示意图——风化程度最高 P 166

  15. 图4-4 蒙脱石结构示意图——风化程度中等

  16. 图4-5 伊利石结构示意图——风化程度较低

  17. 矿物质对污染物迁移的作用 ◆主要为次生矿物起作用 ◆阳离子交换作用 ◆表面络合作用 ◆表面吸附作用

  18. 二、土壤有机质 土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。 占固相总重量的10％以下，却是土壤的重要组成部分， 是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响。 化学组分：腐殖质(分类?P54)、糖类、木质素、有机氮、 脂肪、蜡质、有机磷 主要成分：腐殖 质占有机质总量的70%~90% 含量：土壤总量的10%以下

  19. 土壤有机质营养价值——肥力价值 ◆丰富的营养元素（维生素、生长素、抗生素） ◆产生的有机酸可以促进矿物养分的溶出 ◆能增强植物呼吸（胡敏酸的多元酚官能团） ◆有机质还能促进土壤良好结构 ◆强烈吸附土壤中可溶性养分，保持土壤肥力 ◆两性胶体性质的有机物可缓冲土壤溶液的pH

  20. 土壤有机质对污染物迁移的作用 ◆腐殖质对有机污染物的分配作用 ◆对重金属的吸附、络合或螯合作用

  21. 三、土壤溶液 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。 成分：含有Na+、Ｋ+、Ｍg2+、Ｃa2+、Cl－、 NO３-、SO４2-、HCO3-等无机离子 还含有机物

  22. 固态水—土壤水冻结时形成的水 气态水—存在于土壤空气中的水 吸湿水 吸附水 土壤水 膜状水 毛管水 重力水 地下水 自由水

  23. 土壤水分的类型和性质 • 吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表面分子引力和静电引力对空气中的水汽分子产生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常只有2—3个水分子层。由于土粒对水汽分子的这种吸附力高大成千上万个大气压，所以这层水分子是定向排列，而且排列紧密，水分不能自由移动，也没有溶解能力，属于无效水。吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度. • 膜状水（松束缚水）：吸湿水达到最大量时，土粒残余的吸附力所保持的水分称膜状水。膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度，部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土粒吸附力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植物的需要。膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量(吸附水)。它包括吸湿水和膜状水。

  24. 毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就 不再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠 土壤毛管孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。 毛管水可分为：a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的 水分称毛管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系. 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。 b、毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后， 由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。 它与地下水位没有关系，好像悬浮在土层中一样，它是植物 水分的重要来源，对植物的生长意义重大。 毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。

  25. 重力水：土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受到重力水：土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受到 重力的作用而向下渗透，这种水分称重力水。 重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都充满水分，这时的 土壤含水量称为饱和持水量或全持水量。 对于旱地土壤来说重力水只是暂时停留在根系分布土层， 不能被植被持续利用，而且重力水的存在会与土壤空气 发生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害水，对于水稻 来讲重力水的存在则是必需的。

  26. 图4-6 土壤溶液化学与土壤其他因素间的关系

  27. 四、土壤空气

  28. 五.土壤生物 土壤中生活着一个生物群体,土壤中活的有机体一般占土壤质量的0.2%左右。

  29. 4.2 土壤的基本性质 物理性质 胶体性质 配合和螯合性质 氧化还原性质 酸碱性质 生物学性质 自净功能

  30. 一、土壤的物理性质 ◆固、液、气三相共存的多相体系 ◆比表面积

  31. 二、土壤的胶体性质 ◆无机胶体 ◆有机胶体 ◆有机-无机复合胶体

  32. 1、无机胶体 ◆次生黏土矿物—蒙脱石 伊利石 高岭石 ◆铁铝水合氧化物 ◆含水氧化硅两性胶体

  33. 无机胶体性质 ◆巨大表面积—蒙脱石(600~800 m2/g) 伊利石(100~200 m2/g) 高岭石(7~30 m2/g) ◆带负电荷— 阳离子交换作用 高岭石—交换于晶格表面 蒙脱石、伊利石—交换于晶格内

  34. ◆土壤胶体的离子交换吸附 • 阳离子交换吸附 土壤胶体扩散层中的补偿离子和溶液中相同电荷的离子作等价交换，称为离子交换。 土壤胶体吸附的交换性阳离子除K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等离子外，还有H+及Al3+。阳离子交换量（Cation exchange capacity）是上述交换阳离子的总和。

  35. H+及Al3+虽非营养元素，但它们对土壤的理化性质和生物学性质影响很大，对重金属在土壤中的净化作用也有直接关系。

  36. 上述离子中，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+称之为盐基性离子。在吸附的全部阳离子中，盐基性离子所占的百分数称为盐基饱和度：上述离子中，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+称之为盐基性离子。在吸附的全部阳离子中，盐基性离子所占的百分数称为盐基饱和度：

  37. 当土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基离子时呈盐基饱和状态,称为盐基饱和土壤。吸附阳离子除盐基离子外，还有H+及Al3+，土壤呈盐基不饱和状态，称盐基不饱和土壤。

  38. 盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性。盐基离子以Ca2+为主，土壤呈中性或微碱性。以Na+为主，呈较强碱性。盐基饱和度小则呈酸性。正常土壤的盐基饱和度一般保持在70-90%为宜。盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性。盐基离子以Ca2+为主，土壤呈中性或微碱性。以Na+为主，呈较强碱性。盐基饱和度小则呈酸性。正常土壤的盐基饱和度一般保持在70-90%为宜。

  39. 阴离子交换吸附 土壤胶体主要带负电，但在酸性土壤中，也有带正电的胶体，因而能进行阴离子交换吸附。

  40. 土壤中常见阴离子交换吸附能力的强弱可以分成：（1）易被土壤吸收同时产生化学固定作用的阴离子：H2PO4-，HPO 42-，PO43-，SiO32-及某些有机酸阴离子。（2）难被土壤吸附的阴离子：Cl-，NO3-，NO2-。（3）介于上面两类之间的阴离子：SO42-，CO32-及某些有机离子。离子被土壤吸附的顺序为：C2O42-＞C8O7H53-＞PO43‑＞SO42-＞Cl-＞NO3-。

  41. 2、有机胶体 ◆腐殖质—胡敏酸 富里酸 胡敏素—不易与土壤分离 两者区别?

  42. 黑色不溶物 (胡敏素或腐黑物) NaOH 腐殖质 黄棕色溶液 (富里酸或黄腐酸) 0.2 mol/L HCl酸化 酱油色溶液 不溶物(胡敏酸) (乙醇或丙酮萃取) 棕色溶液 (棕腐酸) 黑色不溶物 (黑腐酸) 回顾:

  43. 结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖质的水溶性不同，并且具有高分子电解质的特性，表现为酸性。结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖质的水溶性不同，并且具有高分子电解质的特性，表现为酸性。

  44. Schnitzer和Khan的富里酸模型

  45. 有机胶体性质 ◆巨大比表面积（350~900 m2/g） ◆高阳离子交换容量（150~300mmol/100g） ◆对重金属具有螯合作用 富里酸—螯合物可溶 胡敏酸—不可溶 ◆对有机物具有分配作用 P87(重要！）

More Related