模塊四-土壤環(huán)境化學(xué)課件

模塊四土壤環(huán)境化學(xué)模塊四土壤環(huán)境化學(xué)1教學(xué)目標(biāo)：1.知道土壤的組成與性質(zhì)；2.理解重金屬等污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化；3.理解土壤中有機(jī)污染物的變化過程；4.學(xué)會(huì)土壤分析的方法；5.學(xué)會(huì)分析現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)的土壤污染的原因及控制方法。教學(xué)目標(biāo)：2環(huán)境案例：

1、我國土壤現(xiàn)狀2、甘肅徽縣血鉛事件3、毒大米毒蔬菜事件環(huán)境案例：1、我國土壤現(xiàn)狀34.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

（一）土壤的形成4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（一）土壤的形成4

圖4-2直接發(fā)育于基巖之上的基本的綜合土壤剖面圖

5（二）土壤的組成（二）土壤的組成6（二）土壤的組成1、土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機(jī)質(zhì)3、土壤生物4、土壤溶液5、土壤空氣（二）土壤的組成7（三）土壤的基本性能1、土壤吸附性土壤具有吸附并保持固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)的能力，稱為土壤的吸附性能。

（1）土壤膠體的性質(zhì)

①具有巨大的比表面積與表面能②膠體粒子具有表面電荷③土壤膠體的凝聚性和分散性（2）土壤膠體的離子交換吸附

①土壤膠體的陽離子交換吸附②土壤膠體的陰離子交換吸附（三）土壤的基本性能82、土壤的酸堿性（1）土壤酸度

①活性酸度：H+的濃度②潛在酸度2、土壤的酸堿性9

（2）土壤堿度

土壤溶液中OH-離子的主要來源，是CO32-和HCO3-的堿金屬（Na+、K+）及堿土金屬（Ca2+、Mg2+）的鹽類。

（3）土壤的緩沖能力

①土壤溶液的緩沖作用②土壤膠體的緩沖作用

（2）土壤堿度103、土壤的氧化還原性

土壤中的主要氧化劑有土壤中的氧氣、NO3-離子和高價(jià)金屬離子。土壤中的主要還原劑有有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。

3、土壤的氧化還原性11（四）土壤是復(fù)雜的綜合體（1）培育植物（2）推動(dòng)物質(zhì)循環(huán)（3）保存水資源（4）防止災(zāi)害（5）自凈能力（四）土壤是復(fù)雜的綜合體124.2土壤環(huán)境污染

1.土壤污染的概念

土壤污染是指由于人類活動(dòng)所產(chǎn)生的物質(zhì)(污染物)，通過多種途徑進(jìn)入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質(zhì)、組成及性狀等發(fā)生變化，使污染物的積累過程逐漸占優(yōu)勢，破壞了土壤的自然動(dòng)態(tài)平衡，從而導(dǎo)致土壤自然功能失調(diào)、土壤質(zhì)量惡化、影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)(水體或大氣發(fā)生次生污染)，并可通過食物鏈對(duì)生物和人類構(gòu)成危害。4.2土壤環(huán)境污染1.土壤污染的概念132、土壤污染源和污染物土壤污染源：①化肥和農(nóng)藥；②廢物（廢渣、污水和垃圾等）的處理場所；③大氣或水體中的污染物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化；④某些元素的富集中心或礦床周圍。

土壤污染物：

①有機(jī)物質(zhì)；②氮素和磷素化學(xué)肥料；③重金屬；④放射性元素；⑤有害微生物類。

2、土壤污染源和污染物143、土壤的自凈作用和污染防治方法

土壤的自凈能力主要來自于土壤顆粒物層對(duì)污染物有過濾、吸附等作用，土壤微生物有強(qiáng)大生物降解的能力，土壤本身對(duì)酸堿度改變具有緩沖能力以及大量的土壤膠體表面能降低反應(yīng)的活化能，成為很多污染物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的良好催化劑。此外，土壤空氣中的氧可作為氧化劑，土壤水分可作為溶劑，這些也都是土壤的自凈因素。

3、土壤的自凈作用和污染防治方法154.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化

（一）土壤的重金屬污染及危害

（1）影響植物生長（2）影響土壤生物群的變化及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化（3）影響人體健康①通過揮發(fā)作用進(jìn)入大氣。②受水特別是酸雨的淋溶或地表徑流作用。③植物吸收并積累土壤中的重金屬，通過食物鏈進(jìn)入人體。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（一）土壤的重金屬污染及危害16（二）重金屬在土壤中的存在形態(tài)

重金屬進(jìn)入土壤后，可以可溶性自由態(tài)或絡(luò)離子的形式存在于土壤溶液中；被土壤膠體所吸附，或以各種難溶化合物的形態(tài)存在。

（二）重金屬在土壤中的存在形態(tài)17（三）重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤中重金屬的物理遷移2、土壤膠體對(duì)重金屬的吸附

（1）重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態(tài)。（2）土壤中存在的有機(jī)和無機(jī)膠體對(duì)金屬離子的吸附固定。土壤膠體對(duì)重金屬的吸附作用通常分為非專性吸附和專性吸附。非專性吸附：專性吸附：（三）重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化183、重金屬離子的配位作用

土壤重金屬可與土壤中的各種無機(jī)配位體和有機(jī)配位體發(fā)生配位作用。

4、土壤中重金屬的沉淀和溶解

在高氧化環(huán)境中，Eh較高，釩、鉻呈氧化態(tài)，形成可溶性釩酸鹽、鉻酸鹽等，具有極強(qiáng)的遷移能力，而鐵、錳則相反，形成高價(jià)難溶性化合物沉淀，遷移能力很低。3、重金屬離子的配位作用195、土壤微生物的固定和活化

（1）胞外絡(luò)合作用（2）胞外沉淀作用（3）金屬的微生物轉(zhuǎn)化5、土壤微生物的固定和活化206、土壤根際的富集和降毒

（1）根際氧化還原屏障形成（2）根際pH屏障形成（3）根系分泌物的絡(luò)合作用6、土壤根際的富集和降毒21（四）土壤中有毒的重金屬重金屬中毒機(jī)理生物機(jī)體中含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應(yīng)：

（四）土壤中有毒的重金屬221、汞汞在土壤中可能以多種不同的形態(tài)存在，如無機(jī)汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。1、汞232．鎘

鎘在土壤中只能以二價(jià)簡單離子或簡單配離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等。Cd2+與有機(jī)配體形成配合物的能力很弱，故土壤中有機(jī)結(jié)合態(tài)的鎘較少。鎘還以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等難溶的形態(tài)存在于土壤中。2．鎘243、鉻

在低氧化還原電位的條件下，鉻以三價(jià)形態(tài)存在，在低pH時(shí)為Cr3+，高pH時(shí)為CrO2-；在高氧化還原電位條件下，鉻以六價(jià)形態(tài)存在，在低pH時(shí)為Cr2O72-，在高pH時(shí)為CrO42-。3、鉻254、鉛

在正常的上壤環(huán)境條件下，Pb(Ⅱ)是僅有的穩(wěn)定狀態(tài)，土壤中鉛主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等難溶化合物。5．砷土壤中砷主要以含氧酸鹽的形式存在，有砷酸根和亞砷酸根。4、鉛26

農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑、引誘劑、忌避劑、植物生長調(diào)節(jié)劑和配制農(nóng)藥的助劑等。

4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化

農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑27（一）農(nóng)藥的分類（一）農(nóng)藥的分類28（二）農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用（1）異性電荷相吸指帶負(fù)電土壤組分與呈正離子狀態(tài)的農(nóng)藥通過靜電引力相吸引；（2）非專一的物理性鍵合。這是范德華引力起作用，這種作用力發(fā)生在被吸附的非離子型分子之間，而不是發(fā)生在分子和土壤組分之間。所以在這種情況下，范德華引力以與其他鍵力加合的形式發(fā)生作用；（3）氫鍵力。例如含—NH基的農(nóng)藥分子可通過生成氫鍵與粘土表面的氧原子及土壤有機(jī)物分子內(nèi)的羰基氧原子結(jié)成一體；（4）配位鍵指農(nóng)藥分子與土壤組分分子通過未共享電子對(duì)所發(fā)生的結(jié)合。（二）農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用292、揮發(fā)和擴(kuò)散

大量資料證明，不僅非常易揮發(fā)的農(nóng)藥，而且不易揮發(fā)的農(nóng)藥（如有機(jī)氯），都可以從土壤、水及植物表面大量揮發(fā)。對(duì)于低水溶性和持久性的化學(xué)農(nóng)藥來說，揮發(fā)是農(nóng)藥進(jìn)入大氣中的重要途徑。

2、揮發(fā)和擴(kuò)散303、降解

農(nóng)藥在土壤中的降解，包括光化學(xué)降解、化學(xué)降解和微生物降解等。(1)非生物降解①光化學(xué)降解②化學(xué)降解(2)土壤微生物對(duì)農(nóng)藥的降解①有機(jī)氯農(nóng)藥的降解②有機(jī)磷類農(nóng)藥的降解③氨基甲酸酯類農(nóng)藥的降解3、降解31(3)微生物在農(nóng)藥轉(zhuǎn)化中的作用①礦化作用②共代謝作用(3)微生物在農(nóng)藥轉(zhuǎn)化中的作用324、殘留性和危害性（1）殘留性

①化學(xué)農(nóng)藥性質(zhì)的影響②土壤性質(zhì)的影響4、殘留性和危害性33（2）危害性①土壤中農(nóng)藥可通過如下途徑進(jìn)入各類生物體內(nèi)。②土壤→陸生植物→食草動(dòng)物③土壤→土壤中無脊椎動(dòng)物→脊椎動(dòng)物→食肉動(dòng)物④土壤→水中浮游生物→魚和水生生物→食魚動(dòng)物（2）危害性34（三）農(nóng)藥殘留的處理方法，采取的措施及目前的情況

目前我國雖然已公布了農(nóng)藥管理?xiàng)l例，制定了農(nóng)藥安全使用標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)藥合理使用準(zhǔn)則和農(nóng)藥殘留檢測方法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一系列法規(guī)、條例和標(biāo)準(zhǔn)，但推薦性條例多，強(qiáng)制性法規(guī)少，更缺少處罰條款。（三）農(nóng)藥殘留的處理方法，采取的措施及目前的情況35（四）持久性有機(jī)污染物（毒物）1、POPs的種類

我國在20世紀(jì)60－80年代，以有機(jī)氯農(nóng)藥為主，大量生產(chǎn)使用過滴滴涕、毒殺芬、六氯代苯、氯丹和七氯等5種POPS農(nóng)藥，現(xiàn)僅保留滴滴涕和六氯代苯二種生產(chǎn)，但已分別禁止和限制他們作為農(nóng)藥使用。

2.POPs的基本特性

（1）持久性（2）生物累積性（3）半揮發(fā)性（4）高毒性（四）持久性有機(jī)污染物（毒物）364.5土壤污染的治理及生物修復(fù)

1.控制和消除土壤污染源①控制和消除工業(yè)“三廢”的排放②控制化學(xué)農(nóng)藥的使用③合理使用化學(xué)肥料2.增加土壤環(huán)境容量，提高土壤凈化能力3.其他防治土壤污染的措施①施用化學(xué)改良劑

②生物改良措施③控制氧化還原條件④改變耕作制⑤改良土壤4.5土壤污染的治理及生物修復(fù)1.控制和消除土壤污染源374.土壤污染生物修復(fù)技術(shù)

目前國外采用的土壤生物修復(fù)技術(shù)有原位處理（insite）、就地處理（onsite）和生物反應(yīng)器（bioreactor）三種方法。4.土壤污染生物修復(fù)技術(shù)38模塊四土壤環(huán)境化學(xué)模塊四土壤環(huán)境化學(xué)39教學(xué)目標(biāo)：1.知道土壤的組成與性質(zhì)；2.理解重金屬等污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化；3.理解土壤中有機(jī)污染物的變化過程；4.學(xué)會(huì)土壤分析的方法；5.學(xué)會(huì)分析現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)的土壤污染的原因及控制方法。教學(xué)目標(biāo)：40環(huán)境案例：

1、我國土壤現(xiàn)狀2、甘肅徽縣血鉛事件3、毒大米毒蔬菜事件環(huán)境案例：1、我國土壤現(xiàn)狀414.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

（一）土壤的形成4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（一）土壤的形成42

圖4-2直接發(fā)育于基巖之上的基本的綜合土壤剖面圖

43（二）土壤的組成（二）土壤的組成44（二）土壤的組成1、土壤礦物質(zhì)（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機(jī)質(zhì)3、土壤生物4、土壤溶液5、土壤空氣（二）土壤的組成45（三）土壤的基本性能1、土壤吸附性土壤具有吸附并保持固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)的能力，稱為土壤的吸附性能。

（1）土壤膠體的性質(zhì)

①具有巨大的比表面積與表面能②膠體粒子具有表面電荷③土壤膠體的凝聚性和分散性（2）土壤膠體的離子交換吸附

①土壤膠體的陽離子交換吸附②土壤膠體的陰離子交換吸附（三）土壤的基本性能462、土壤的酸堿性（1）土壤酸度

①活性酸度：H+的濃度②潛在酸度2、土壤的酸堿性47

（2）土壤堿度

土壤溶液中OH-離子的主要來源，是CO32-和HCO3-的堿金屬（Na+、K+）及堿土金屬（Ca2+、Mg2+）的鹽類。

（3）土壤的緩沖能力

①土壤溶液的緩沖作用②土壤膠體的緩沖作用

（2）土壤堿度483、土壤的氧化還原性

土壤中的主要氧化劑有土壤中的氧氣、NO3-離子和高價(jià)金屬離子。土壤中的主要還原劑有有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。

3、土壤的氧化還原性49（四）土壤是復(fù)雜的綜合體（1）培育植物（2）推動(dòng)物質(zhì)循環(huán)（3）保存水資源（4）防止災(zāi)害（5）自凈能力（四）土壤是復(fù)雜的綜合體504.2土壤環(huán)境污染

1.土壤污染的概念

土壤污染是指由于人類活動(dòng)所產(chǎn)生的物質(zhì)(污染物)，通過多種途徑進(jìn)入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質(zhì)、組成及性狀等發(fā)生變化，使污染物的積累過程逐漸占優(yōu)勢，破壞了土壤的自然動(dòng)態(tài)平衡，從而導(dǎo)致土壤自然功能失調(diào)、土壤質(zhì)量惡化、影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)(水體或大氣發(fā)生次生污染)，并可通過食物鏈對(duì)生物和人類構(gòu)成危害。4.2土壤環(huán)境污染1.土壤污染的概念512、土壤污染源和污染物土壤污染源：①化肥和農(nóng)藥；②廢物（廢渣、污水和垃圾等）的處理場所；③大氣或水體中的污染物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化；④某些元素的富集中心或礦床周圍。

土壤污染物：

①有機(jī)物質(zhì)；②氮素和磷素化學(xué)肥料；③重金屬；④放射性元素；⑤有害微生物類。

2、土壤污染源和污染物523、土壤的自凈作用和污染防治方法

土壤的自凈能力主要來自于土壤顆粒物層對(duì)污染物有過濾、吸附等作用，土壤微生物有強(qiáng)大生物降解的能力，土壤本身對(duì)酸堿度改變具有緩沖能力以及大量的土壤膠體表面能降低反應(yīng)的活化能，成為很多污染物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的良好催化劑。此外，土壤空氣中的氧可作為氧化劑，土壤水分可作為溶劑，這些也都是土壤的自凈因素。

3、土壤的自凈作用和污染防治方法534.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化

（一）土壤的重金屬污染及危害

（1）影響植物生長（2）影響土壤生物群的變化及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化（3）影響人體健康①通過揮發(fā)作用進(jìn)入大氣。②受水特別是酸雨的淋溶或地表徑流作用。③植物吸收并積累土壤中的重金屬，通過食物鏈進(jìn)入人體。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（一）土壤的重金屬污染及危害54（二）重金屬在土壤中的存在形態(tài)

重金屬進(jìn)入土壤后，可以可溶性自由態(tài)或絡(luò)離子的形式存在于土壤溶液中；被土壤膠體所吸附，或以各種難溶化合物的形態(tài)存在。

（二）重金屬在土壤中的存在形態(tài)55（三）重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤中重金屬的物理遷移2、土壤膠體對(duì)重金屬的吸附

（1）重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態(tài)。（2）土壤中存在的有機(jī)和無機(jī)膠體對(duì)金屬離子的吸附固定。土壤膠體對(duì)重金屬的吸附作用通常分為非專性吸附和專性吸附。非專性吸附：專性吸附：（三）重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化563、重金屬離子的配位作用

土壤重金屬可與土壤中的各種無機(jī)配位體和有機(jī)配位體發(fā)生配位作用。

4、土壤中重金屬的沉淀和溶解

在高氧化環(huán)境中，Eh較高，釩、鉻呈氧化態(tài)，形成可溶性釩酸鹽、鉻酸鹽等，具有極強(qiáng)的遷移能力，而鐵、錳則相反，形成高價(jià)難溶性化合物沉淀，遷移能力很低。3、重金屬離子的配位作用575、土壤微生物的固定和活化

（1）胞外絡(luò)合作用（2）胞外沉淀作用（3）金屬的微生物轉(zhuǎn)化5、土壤微生物的固定和活化586、土壤根際的富集和降毒

（1）根際氧化還原屏障形成（2）根際pH屏障形成（3）根系分泌物的絡(luò)合作用6、土壤根際的富集和降毒59（四）土壤中有毒的重金屬重金屬中毒機(jī)理生物機(jī)體中含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應(yīng)：

（四）土壤中有毒的重金屬601、汞汞在土壤中可能以多種不同的形態(tài)存在，如無機(jī)汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。1、汞612．鎘

鎘在土壤中只能以二價(jià)簡單離子或簡單配離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等。Cd2+與有機(jī)配體形成配合物的能力很弱，故土壤中有機(jī)結(jié)合態(tài)的鎘較少。鎘還以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等難溶的形態(tài)存在于土壤中。2．鎘623、鉻

在低氧化還原電位的條件下，鉻以三價(jià)形態(tài)存在，在低pH時(shí)為Cr3+，高pH時(shí)為CrO2-；在高氧化還原電位條件下，鉻以六價(jià)形態(tài)存在，在低pH時(shí)為Cr2O72-，在高pH時(shí)為CrO42-。3、鉻634、鉛

在正常的上壤環(huán)境條件下，Pb(Ⅱ)是僅有的穩(wěn)定狀態(tài)，土壤中鉛主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等難溶化合物。5．砷土壤中砷主要以含氧酸鹽的形式存在，有砷酸根和亞砷酸根。4、鉛64

農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑、引誘劑、忌避劑、植物生長調(diào)節(jié)劑和配制農(nóng)藥的助劑等。

4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化

農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑65（一）農(nóng)藥的分類（一）農(nóng)藥的分類66（二）農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用（1）異性電荷相吸指帶負(fù)電土壤組分與呈正離子狀態(tài)的農(nóng)藥通過靜電引力相吸引；（2）非專一的物理性鍵合。這是范德華引力起作用，這種作用力發(fā)生在被吸附的非離子型分子之間，而不是發(fā)生在分子和土壤組分之間。所以在這種情況下，范德華引力以與其他鍵力加合的形式發(fā)生作用；（3）氫鍵力。例如含—NH基的農(nóng)藥分子可通過生成氫鍵與粘土表面的氧原子及土壤有機(jī)物分子內(nèi)的羰基氧原子結(jié)成一體；（4）配位鍵指農(nóng)藥分子與土壤組分分子通過未共享電子對(duì)所發(fā)生的結(jié)合。（二）農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用672、揮發(fā)和擴(kuò)散

大量資料證明，不僅非常易揮發(fā)的農(nóng)藥，而且不易揮發(fā)的農(nóng)藥（如有機(jī)氯），都可以從土壤、水及植物表面大量揮發(fā)。對(duì)于低水溶性和持久性的化學(xué)農(nóng)藥來說，揮發(fā)是農(nóng)藥進(jìn)入大氣中的重要途徑。

2、揮發(fā)和擴(kuò)散683、降解

農(nóng)藥在土壤中的降解，包括光化學(xué)降解、化學(xué)降解和微生物降解等。(1)非生物降解①光化學(xué)降解②化學(xué)降解(2)土壤微生物對(duì)農(nóng)藥的降解①有機(jī)氯農(nóng)藥的降解②有機(jī)磷類農(nóng)藥的降解③氨基甲酸