土壤環(huán)境化學(xué)

1、2022-6-181第四章 土壤環(huán)境化學(xué)2022-6-182第四章 土壤環(huán)境化學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)土壤的組成與性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 污染物在土壤污染物在土壤植物體系的遷移及植物體系的遷移及其機(jī)制其機(jī)制第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化2022-6-183第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)一、土壤的組成一、土壤的組成v土壤是由固體、液體和氣體三相組成的多相體系。土壤是由固體、液體和氣體三相組成的多相體系。v土壤固相包括土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)。土壤固相包括土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)。v土壤礦物質(zhì)約占土壤的絕大部分，約占土壤固體總土壤礦物質(zhì)約占土壤的絕大部分，約占土壤固體總重量的重量的

2、90%以上，土壤有機(jī)質(zhì)約占固體總重量的以上，土壤有機(jī)質(zhì)約占固體總重量的1%10%。v土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。v土壤氣相是指土壤空隙中的空氣。土壤氣相是指土壤空隙中的空氣。2022-6-184土壤中固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖土壤中固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖2022-6-185 A00 疏松的枯枝落葉層，未經(jīng)分解 A0 暗色半分解有機(jī)質(zhì)層 A1 暗色的腐殖層 淋溶層(A) A2 灰白色的灰化層 A3 向B層過渡層，多似A層 B1 向A層過渡層，多似B層 淀積層(B) B2 棕色至紅棕色的淀積層 B3 向C層過渡層 Cc CaCO3聚積層 Cs CaSO4聚積層 可能出現(xiàn)

3、的特殊層次 G 潛育層(灰粘層) 基巖(D) D 覆蓋層(A0) 母質(zhì)層(C) 土壤層 2022-6-1861、土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物：硅酸鹽類礦物、氧化物類礦物、）原生礦物：硅酸鹽類礦物、氧化物類礦物、硫化物類礦物和磷酸鹽類礦物。硫化物類礦物和磷酸鹽類礦物。v硅酸鹽類礦物不穩(wěn)定，容易風(fēng)化釋放出硅酸鹽類礦物不穩(wěn)定，容易風(fēng)化釋放出Na、K、Ca、Mg、Fe等元素；等元素；v氧化物類礦物包括石英氧化物類礦物包括石英(SiO2)、赤鐵礦、赤鐵礦(Fe2O3)、金紅石金紅石(TiO2)等，不易風(fēng)化。等，不易風(fēng)化。2022-6-187v硫化物類礦物：黃鐵礦和白鐵礦（均為硫化物類礦物：黃鐵礦和白鐵礦（均

4、為FeS2），極易風(fēng)化，成為土壤），極易風(fēng)化，成為土壤S的主要來源；的主要來源；v磷酸鹽類礦物：包括氟磷灰石磷酸鹽類礦物：包括氟磷灰石Ca5(PO4)3F和氯磷灰石和氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl，還有少量磷酸鐵、，還有少量磷酸鐵、鋁及其他磷的化合物，它們是土壤中無機(jī)磷鋁及其他磷的化合物，它們是土壤中無機(jī)磷的重要來源。的重要來源。2022-6-188（2）次生礦物：由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成）次生礦物：由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)都有所改變。的新礦物，其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)都有所改變。v簡單鹽類：如方解石簡單鹽類：如方解石(CaCO3)、白云石、白云石(Ca、Mg(CO3)2

5、)、石膏、石膏(CaSO42H2O)、瀉鹽、瀉鹽(MgSO4 7H2O)、芒硝、芒硝(Na2SO4 10H2O)等；等；v三氧化物類：如針鐵礦三氧化物類：如針鐵礦(Fe2O3H2O)、褐鐵礦、褐鐵礦(2Fe2O33H2O)，三水鋁石，三水鋁石(Al2O33H2O)等；等；2022-6-189v次生硅酸鹽類：如伊利石次生硅酸鹽類：如伊利石(OH)4Ky(Al4Fe4Mg6)(Si8-yAly)O20、高嶺石、高嶺石Al4Si4O10(OH)8、蒙脫石、蒙脫石Al4Si8O20(OH)4。v次生礦物中的簡單鹽類屬水溶性鹽，易淋溶流失，次生礦物中的簡單鹽類屬水溶性鹽，易淋溶流失，一般土壤中較少，多存

6、在于鹽漬土中。一般土壤中較少，多存在于鹽漬土中。v三氧化物和次生鋁硅酸鹽是土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小三氧化物和次生鋁硅酸鹽是土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小的部分，一般稱之為次生粘土礦物。的部分，一般稱之為次生粘土礦物。2022-6-18102、土壤有機(jī)質(zhì)v土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種含碳有機(jī)化合物的土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種含碳有機(jī)化合物的總稱。包括腐殖質(zhì)、生物殘體及土壤生物?？偡Q。包括腐殖質(zhì)、生物殘體及土壤生物。v其中腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要部分，約占其中腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要部分，約占有機(jī)質(zhì)總量的有機(jī)質(zhì)總量的50-65%。v土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于動植物和微生物殘體，土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于動植物和微生物殘體，包括非腐殖物質(zhì)

7、，如蛋白質(zhì)、糖類、樹脂、包括非腐殖物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、糖類、樹脂、有機(jī)酸等和腐殖質(zhì)，如腐殖酸、富里酸和胡有機(jī)酸等和腐殖質(zhì)，如腐殖酸、富里酸和胡敏素等。敏素等。2022-6-1811土壤有機(jī)質(zhì)的構(gòu)成土壤有機(jī)質(zhì)的構(gòu)成 土壤有機(jī)質(zhì) 活體 非活體 植物根土壤生物 生物殘體 腐殖質(zhì) 動物 微生物殘體 植物殘體 2022-6-18123、土壤水分v土壤水分主要來自大氣降水和灌溉。土壤水分主要來自大氣降水和灌溉。v土壤水分并非純水，實(shí)際上是土壤中各種成土壤水分并非純水，實(shí)際上是土壤中各種成分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。v土壤水分既是植物養(yǎng)分的主要來源，也是進(jìn)土壤水分

8、既是植物養(yǎng)分的主要來源，也是進(jìn)入土壤的各種污染物向其他環(huán)境圈層（如水入土壤的各種污染物向其他環(huán)境圈層（如水圈、生物圈等）遷移的媒介。圈、生物圈等）遷移的媒介。2022-6-18134、土壤空氣v土壤空氣與大氣基本相似，主要成分都是土壤空氣與大氣基本相似，主要成分都是N2、O2和和CO2；v土壤中土壤中CO2含量比大氣中高得多，為含量比大氣中高得多，為0.15%0.65%，大氣中僅，大氣中僅0.02%0.03%。v土壤空氣中土壤空氣中O2的含量低于大氣；的含量低于大氣；v土壤中水蒸汽的含量比大氣中高得多；土壤中水蒸汽的含量比大氣中高得多；v土壤中還含有少量還原性氣體，如土壤中還含有少量還原性氣體

9、，如CH4、H2S、H2、NH3等。等。2022-6-1814二、土壤的吸附性1、土壤膠體的性質(zhì)、土壤膠體的性質(zhì)（1）土壤膠體具有巨大的比表面和表面能：）土壤膠體具有巨大的比表面和表面能：比表面是單位重量（或體積）物質(zhì)的表比表面是單位重量（或體積）物質(zhì)的表面積。面積。（2）土壤膠體的電性：土壤膠體微粒具有）土壤膠體的電性：土壤膠體微粒具有雙電層，內(nèi)核一般帶負(fù)電荷，外層帶正雙電層，內(nèi)核一般帶負(fù)電荷，外層帶正電荷。電荷。2022-6-1815（3）土壤膠體的凝聚性和分散性）土壤膠體的凝聚性和分散性v由于膠體的比表面和表面能都很大，為由于膠體的比表面和表面能都很大，為減小表面能，膠體具有相互吸引、凝

10、聚減小表面能，膠體具有相互吸引、凝聚的趨勢。的趨勢。v在土壤溶液中，膠體常帶電荷，即具有在土壤溶液中，膠體常帶電荷，即具有負(fù)的電動電位，所以膠體微粒又因相同負(fù)的電動電位，所以膠體微粒又因相同電荷而相互排斥，即呈現(xiàn)出分散性。電荷而相互排斥，即呈現(xiàn)出分散性。2022-6-18162、土壤膠體的離子交換吸附、土壤膠體的離子交換吸附（1）土壤膠體的陽離子交換吸附）土壤膠體的陽離子交換吸附v土壤膠體吸附的陽離子，可與土壤溶液土壤膠體吸附的陽離子，可與土壤溶液中的陽離子進(jìn)行交換，其交換過程以離中的陽離子進(jìn)行交換，其交換過程以離子價為依據(jù)進(jìn)行等價交換。子價為依據(jù)進(jìn)行等價交換。v每千克干土中所含全部交換性陽離

11、子總每千克干土中所含全部交換性陽離子總量，稱陽離子交換量（量，稱陽離子交換量（CEC），以厘摩），以厘摩爾每千克土表示（爾每千克土表示（cmol/kg）。）。2022-6-1817v土壤可交換性陽離子有兩類：一類是致土壤可交換性陽離子有兩類：一類是致酸離子，包括酸離子，包括H+和和Al3+；另一類是鹽基；另一類是鹽基離子，包括離子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。等。v當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子，且已達(dá)吸附飽和時的土壤，稱為鹽子，且已達(dá)吸附飽和時的土壤，稱為鹽基飽和土壤?；柡屯寥?。2022-6-1818v當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子有

12、一部分為當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子有一部分為致酸離子，則這種土壤為鹽基不飽和土致酸離子，則這種土壤為鹽基不飽和土壤。壤。v在土壤交換性陽離子中鹽基離子所占的在土壤交換性陽離子中鹽基離子所占的百分?jǐn)?shù)稱為土壤鹽基飽和度：百分?jǐn)?shù)稱為土壤鹽基飽和度：%100)/()/(%)kgcmolkgcmol陽離子交換量交換性鹽基總量鹽基飽和度2022-6-1819（2）土壤膠體的陰離子交換吸附）土壤膠體的陰離子交換吸附v是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。溶液中陰離子的交換作用。v陰離子的交換吸附比較復(fù)雜，它可與膠陰離子的交換吸附比較復(fù)雜，它可與膠體微粒（如

13、酸性條件下帶正電荷的含水體微粒（如酸性條件下帶正電荷的含水氧化鐵、鋁）或溶液中陽離子（氧化鐵、鋁）或溶液中陽離子（Ca2+、Al3+、Fe3+）形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地）形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地吸附。吸附。2022-6-1820三、土壤酸堿性1、土壤酸度、土壤酸度（1）活性酸度：土壤溶液中氫離子）活性酸度：土壤溶液中氫離子H+濃濃度，又稱有效酸度。度，又稱有效酸度。（2）潛性酸度：指土壤膠體吸附的可代換）潛性酸度：指土壤膠體吸附的可代換性性H+和和Al3+。當(dāng)這些離子通過離子交換。當(dāng)這些離子通過離子交換作用進(jìn)入土壤溶液之后，即可增加土壤作用進(jìn)入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的溶液的H+濃度，使

14、土壤濃度，使土壤pH值降低。值降低。2022-6-1821v代換性酸度：用過量中性鹽（如代換性酸度：用過量中性鹽（如NaCl或或KCl）溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子）溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中與土壤中H+和和Al3+發(fā)生離子交換作用，發(fā)生離子交換作用，而表現(xiàn)出的酸度，稱為代換性酸度。而表現(xiàn)出的酸度，稱為代換性酸度。v水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽（如醋酸鈉）水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽（如醋酸鈉）淋洗土壤，溶液中金屬離子可以將土壤淋洗土壤，溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的膠體吸附的H+、Al3+代換出來，同時生代換出來，同時生成某弱酸（醋酸）。此時，所測定出的成某弱酸（醋酸）。此時，所測定出

15、的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。該弱酸的酸度稱為水解性酸度。2022-6-18222、土壤堿度、土壤堿度v土壤中溶液中土壤中溶液中OH-離子的主要來源，是離子的主要來源，是CO32-和和HCO3-的堿金屬（的堿金屬（Na、K）及堿）及堿土金屬（土金屬（Ca、Mg）的鹽類。）的鹽類。vHCO3-和和CO32-的總和稱為土壤總堿度。的總和稱為土壤總堿度。2022-6-18233、土壤的緩沖性能、土壤的緩沖性能v土壤緩沖性能是指土壤具有緩和其酸堿土壤緩沖性能是指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力。度發(fā)生激烈變化的能力。v土壤溶液的緩沖作用：土壤溶液中含有土壤溶液的緩沖作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸

16、、磷酸、腐殖酸和其他有機(jī)碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機(jī)酸等弱酸及其鹽類，構(gòu)成一個良好的緩酸等弱酸及其鹽類，構(gòu)成一個良好的緩沖體系。沖體系。v土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有各種陽離子，其中鹽基離子和氫離子能各種陽離子，其中鹽基離子和氫離子能分別對酸和堿起緩沖作用。分別對酸和堿起緩沖作用。2022-6-1824四、土壤的氧化還原性v土壤中的主要氧化劑有：土壤中氧氣、土壤中的主要氧化劑有：土壤中氧氣、NO3-離子和高價金屬離子，如離子和高價金屬離子，如Fe(III)、Mn(IV)、V(V)、Ti(IV)等。等。v土壤中的主要還原劑有：有機(jī)質(zhì)和低價土壤中的主要

17、還原劑有：有機(jī)質(zhì)和低價金屬離子。金屬離子。2022-6-1825v土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位（氧化還原電位（Eh）來衡量。）來衡量。v一般旱地土壤的一般旱地土壤的Eh為為+400+700mV；水；水田的田的Eh在在+300-200mV。v當(dāng)土壤的當(dāng)土壤的Eh700mV時，土壤完全處于氧時，土壤完全處于氧化條件下，有機(jī)物質(zhì)會迅速分解；化條件下，有機(jī)物質(zhì)會迅速分解；v當(dāng)當(dāng)Eh值在值在400700mV時，土壤中氮素主時，土壤中氮素主要以要以NO3-形式存在；形式存在；v當(dāng)當(dāng)Eh400mV時，反硝化開始發(fā)生；時，反硝化開始發(fā)生；2022-6-182

18、6v當(dāng)當(dāng)Eh200mV時，時，NO3-開始消失，出現(xiàn)大量開始消失，出現(xiàn)大量的的NH4+。v當(dāng)土壤漬水時，當(dāng)土壤漬水時，Eh降至降至-100mV，F(xiàn)e2+濃度濃度已超過已超過Fe3+；vEh再降低，再降低，-200mV時，時，H2S大量產(chǎn)生，大量產(chǎn)生，F(xiàn)e2+就會變成就會變成FeS沉淀，其遷移能力降低。沉淀，其遷移能力降低。2022-6-1827第二節(jié) 污染物在土壤植物體系中的遷移及其機(jī)制一、污染物在土壤一、污染物在土壤植物體系中的遷移植物體系中的遷移v土壤中污染物主要是通過植物根系根毛細(xì)土壤中污染物主要是通過植物根系根毛細(xì)胞的作用積累于植物莖、葉和果實(shí)部分。胞的作用積累于植物莖、葉和果實(shí)部分。

19、v污染物可能停留于細(xì)胞膜外或穿過細(xì)胞膜污染物可能停留于細(xì)胞膜外或穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。2022-6-18281、污染物由土壤向植物體內(nèi)遷移的方式v被動遷移：溶質(zhì)在濃度梯度的作用下從高被動遷移：溶質(zhì)在濃度梯度的作用下從高濃度側(cè)穿過生物膜向低濃度側(cè)的遷移。濃度側(cè)穿過生物膜向低濃度側(cè)的遷移。v主動遷移：在需要消耗一定的代謝能量下，主動遷移：在需要消耗一定的代謝能量下，一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度特異一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜，至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。側(cè)解離出原物質(zhì)。2022-6-18292、影響重金屬在土壤植物體

20、系中轉(zhuǎn)移的因素（1）植物種類：不同植物種類或同種植物的）植物種類：不同植物種類或同種植物的不同植株從土壤中吸收轉(zhuǎn)移重金屬的能力是不同植株從土壤中吸收轉(zhuǎn)移重金屬的能力是不同的。不同的。（2）土壤種類：土壤的酸堿性和腐殖質(zhì)的含）土壤種類：土壤的酸堿性和腐殖質(zhì)的含量都可影響重金屬向植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移能力。量都可影響重金屬向植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移能力。2022-6-1830（3）重金屬的形態(tài)：離子態(tài)、絡(luò)合態(tài)、化）重金屬的形態(tài)：離子態(tài)、絡(luò)合態(tài)、化合固態(tài)等不同的重金屬形態(tài)被植物轉(zhuǎn)移合固態(tài)等不同的重金屬形態(tài)被植物轉(zhuǎn)移的能力不同。的能力不同。（4）重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力：在植）重金屬在植物體內(nèi)的遷移能力：在植物體內(nèi)不

21、同營養(yǎng)器官內(nèi)，重金屬的遷移物體內(nèi)不同營養(yǎng)器官內(nèi)，重金屬的遷移能力不同，造成重金屬在不同的植物器能力不同，造成重金屬在不同的植物器官組織中積累。官組織中積累。2022-6-1831二、植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制v植物根系通過改變根際化學(xué)性狀、原生質(zhì)植物根系通過改變根際化學(xué)性狀、原生質(zhì)泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收；泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收；v重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合；重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合；v酶系統(tǒng)的作用；酶系統(tǒng)的作用；v形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素。形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素。2022-6-1832第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化一、土壤中農(nóng)藥的遷移一、土壤中農(nóng)藥的遷移1、擴(kuò)

22、散、擴(kuò)散v農(nóng)藥以分子形態(tài)從濃度高的地方向濃度低農(nóng)藥以分子形態(tài)從濃度高的地方向濃度低的地方遷移。的地方遷移。v影響農(nóng)藥擴(kuò)散的因素有土壤水分含量、吸影響農(nóng)藥擴(kuò)散的因素有土壤水分含量、吸附、孔隙度和溫度及農(nóng)藥本身的性質(zhì)等。附、孔隙度和溫度及農(nóng)藥本身的性質(zhì)等。2022-6-18332、質(zhì)體流動、質(zhì)體流動v溶解于土壤水中或被吸附于土壤顆粒的農(nóng)溶解于土壤水中或被吸附于土壤顆粒的農(nóng)藥隨土壤水和土壤顆粒發(fā)生的質(zhì)體流動。藥隨土壤水和土壤顆粒發(fā)生的質(zhì)體流動。v由于不同農(nóng)藥的溶解度和與土壤顆粒的作由于不同農(nóng)藥的溶解度和與土壤顆粒的作用不同，其在土壤中遷移距離亦不同。用不同，其在土壤中遷移距離亦不同。v土壤有機(jī)質(zhì)增加，農(nóng)藥在土壤中滲透深度土壤有機(jī)質(zhì)增加，農(nóng)藥在土壤中滲透深度減小。減小。2022-