土壤化學(xué)的與展望

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中國土壤化學(xué)的研究與展望PPT

中國土壤化學(xué)的研究與展望

中國土壤化學(xué)的研究與展望PPT

主要內(nèi)容1.2.3.4.5.6.壤膠體化學(xué)的研究土壤界面化學(xué)的研究壤有機質(zhì)化學(xué)的研究壤養(yǎng)分化學(xué)的研究壤污染化學(xué)的研究展望

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1.壤膠體化學(xué)的研究研究歷史回想20世紀(jì)60年代，我國土壤膠體化學(xué)的奠基人熊毅在國內(nèi)開拓了“土壤有機無機復(fù)合體〞的研究領(lǐng)域，先后撰寫了7篇文章,對“土壤有機無機復(fù)合〞作了系統(tǒng)闡述與介紹。80年代初至90年代，隨著相關(guān)土壤膠體理論與研究方法著作，如熊毅等編著的《土壤膠體》第一、二、三冊等的相繼出版，極大地推動了我國土壤膠體化學(xué)研究，并逐漸形成了相關(guān)的研究體系和特色。

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新近研究側(cè)重點及前沿土壤膠體包括黏土礦物和有機礦質(zhì)復(fù)合體，是土壤中所有化學(xué)過程和化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，深刻影響著土壤中的礦物形成演化、土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分有效性、土壤污染物的毒性以及污染土壤的修復(fù)等一系列物理、化學(xué)及生物學(xué)過程，一直是我國土壤化學(xué)的研究核心。

劉凡等應(yīng)用XRD、XPS、TEM/HRTEM/ED、FTIR等現(xiàn)代測試技術(shù)和溶液化學(xué)方法較系統(tǒng)研究了不同氣候帶幾種土壤中鐵錳結(jié)核的帶構(gòu)造、物質(zhì)組成與土壤環(huán)境的關(guān)系，表面化學(xué)特性。

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在有機無機復(fù)合體方面，應(yīng)用膠散法、顆粒分組法、重液分開法及其聯(lián)合法，對復(fù)合體的類型、數(shù)量、形成條件及其與土壤發(fā)生和肥力有關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了系列研究。

在土壤膠體組分與生物活性分子相互作用方面因此，新近研究主要圍繞土壤膠體組分與酶、DNA及蛋白質(zhì)等生物活性分子相互作用的特點、機制及其對生物分子活性

影響的原因等角度展開。,旨在為說明土壤組分相互作用的規(guī)律、透露土壤質(zhì)量的本質(zhì)以及合理調(diào)理土壤生物活性等提供科學(xué)依據(jù)。

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2.土壤界面化學(xué)的研究研究歷史回想我國土壤界面化學(xué)的研究最早可追溯到對土壤表面電荷(土壤一切界面化學(xué)性質(zhì)的根本原因)性質(zhì)的電化學(xué)研究；經(jīng)過幾十年的發(fā)展，這種認(rèn)知不斷被實踐所證明，特別是近年來，對電荷發(fā)生理論、電荷數(shù)量測定方法等的研究證明白多數(shù)土壤是永久電荷和可變電荷的共存體系，因而對硅氧烷表面的恒電荷概念提出了質(zhì)疑，并由此推動了可變電荷土壤特性的研究發(fā)展。

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新近研究側(cè)重點及前沿主要是電化學(xué)和表面化學(xué)方面

在電化學(xué)方面，圍繞土壤表面電荷與離子之間的相互作用，研究內(nèi)容主要涉及電化學(xué)理論和區(qū)域性的土壤電化學(xué)性質(zhì)兩方面，成果突出表現(xiàn)在對可變電荷土壤的微觀研究進(jìn)展上；在表面化學(xué)方面，導(dǎo)致土壤酸害的關(guān)鍵原因是鋁毒害，我國土壤化學(xué)工以酸性紅壤為對象對我國土壤酸化問題開展

了廣泛的研究，其內(nèi)容涉及土壤酸化機制、土壤酸度的原位測定、土壤酸化的模擬和預(yù)計、土壤對酸的敏感性及臨界負(fù)荷、土壤酸化控制和酸性土壤改良等多方面，研究成果區(qū)分了酸性紅壤中鋁離子的化學(xué)形態(tài)，說明了其中氫-鋁轉(zhuǎn)化的動力學(xué)及其機制

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3.土壤有機質(zhì)化學(xué)的研究1.研究歷史回想土壤有機質(zhì)化學(xué)較為系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)50年代中后期至80年代。期間，對土壤有機質(zhì)中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)的物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)特性的系統(tǒng)研究奠定了我國土壤有機質(zhì)化學(xué)的基礎(chǔ)。90年代以來，應(yīng)用IR、NMR、Py-MS、IRMS、1314XPS和8C.C、微生物量和模型技術(shù)等對腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)及形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究、以及結(jié)合長期定位試驗對土壤培肥后有機質(zhì)變化規(guī)律的探討成為主流。

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新近研究側(cè)重點及前沿土壤有機質(zhì)化學(xué)是說明土壤膠體本性以及在土壤固一液相界面上發(fā)生的各種過程的基礎(chǔ)，是了解土壤中重

金屬和農(nóng)藥等有機污染物累積與轉(zhuǎn)化規(guī)律的前提。對腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究是土壤化學(xué)研究的傳統(tǒng)課題，內(nèi)容涉及分子量、元素組成和含氧官能團含量、各組分的活化度測定及大小對比、化學(xué)降解作用及產(chǎn)物分析、光學(xué)和光譜學(xué)性質(zhì)、熱分解特性等多方面。

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在腐殖質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化方面，借助同位素方法的不斷發(fā)展

從14C和13C標(biāo)記，到利用813C研究和模擬計算土壤中有機碳的轉(zhuǎn)化和積累，發(fā)展了一系列的計算模型，透露了腐殖質(zhì)中FA與HA存在的發(fā)生學(xué)聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)化特點。在土壤有機質(zhì)含量及碳庫方面，由于土壤、估算方法、數(shù)據(jù)收集及處理的差異，導(dǎo)致對我國土壤碳庫的估算結(jié)果仍未達(dá)成一致。

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溶解性有機質(zhì)(DOM)、微生物量碳及輕組有機碳等活性有機質(zhì)的生物活性和化學(xué)反應(yīng)活性均相對活躍，其對有機污染物有明顯的增溶作用，可以改變土壤溶液中有機污染物的濃度，影響有機污染

物在土壤固/液界面的吸附一解吸、環(huán)境介質(zhì)間的遷移一轉(zhuǎn)化等行為。,因此成為近年來的新增

研究熱點之一，進(jìn)展顯著。

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4.壤養(yǎng)分化學(xué)的研究1.研究歷史回想我國土壤養(yǎng)分化學(xué)的研究密切結(jié)合了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的

需要，具有顯明的農(nóng)業(yè)大國的特色。近一個多世紀(jì)來，我國土壤工圍繞土壤養(yǎng)分的數(shù)量、形態(tài)，以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換、運移、相互作用等問題展開了一系列的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，并獲得豐碩成果，極大程度促進(jìn)了土壤養(yǎng)分資源的活化與高效利用。

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新近研究側(cè)重點及前沿土壤養(yǎng)分化學(xué)主要關(guān)注土壤養(yǎng)分的有效性及其影響，多以長期定位試驗為研究手段，新近研究成果突出，集中表現(xiàn)在氮、磷養(yǎng)分在土壤中的固定、移動、有效性及其影響。在土壤

氮素養(yǎng)分方面，由于糧食生產(chǎn)和環(huán)境問題的雙重挑戰(zhàn)，土壤氮的化學(xué)行為和循環(huán)成為近年來研究的熱點，。已有研究說明白我國典型農(nóng)田土壤氮素轉(zhuǎn)化、損失途徑與主要機制，通過加強田間定位觀測，獲得了土壤氣態(tài)氮的損失數(shù)量，提出了一些減少土壤氮素?fù)p失和提高氮肥利用率的技術(shù)途徑等。

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在土壤磷素養(yǎng)分方面，主要從磷的來源、在土壤中的存在形態(tài)和固定特性、影響因素等方面開展，以磷素在陸地生

態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化循環(huán)為對象，著重于土壤磷的化學(xué)、物理化學(xué)及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化等化學(xué)行為的研究，明確了磷的轉(zhuǎn)化與生物有效性及其環(huán)境效應(yīng)(面源污染)之間的關(guān)系。在土壤鉀素養(yǎng)分方面，土壤鉀素釋放速率則是研究的側(cè)重點。研究發(fā)現(xiàn)我國北方主要土壤非交換性鉀的釋放速率可以用作土壤供鉀能力的評價指標(biāo)。其他研究從黏土礦物類型人手，說明了土壤鉀的存在形態(tài)和黏粒礦物表面行為是影響土壤鉀素轉(zhuǎn)化的根本原因

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5.壤污染化學(xué)的研究研究歷史回想20世紀(jì)末21世紀(jì)初，環(huán)境問題El漸突出，引起眾多

研究者對土壤污染化學(xué)的廣泛關(guān)注；研究對象主要涉及Hg、Cu、Cr、Cd、Ni、As等有毒重金屬以及多環(huán)芳烴類(菲、萘蒽、苯并芘等)、有機氯類與農(nóng)藥(五氯酚、鄰苯二甲酸二丁酯等)、雜環(huán)化合物(多效唑、西瑪津等)、離子型有機化合物(直鏈烷基苯磺

酸鈉等)等有機污染物；研究手段大多與污染修復(fù)過程相結(jié)合。

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新近研究側(cè)重點及前沿

土壤污染化學(xué)是新時期表達(dá)土壤學(xué)與環(huán)境科學(xué)等學(xué)科交織和融合的重要研究內(nèi)容之一。重金屬離子和農(nóng)用化學(xué)品等有機污染物進(jìn)入土壤后的形態(tài)變化及其環(huán)境效應(yīng)乃當(dāng)今土壤污染化學(xué)的研究熱點，除了可為土壤環(huán)境容量的確定提供臨界性指標(biāo)外，還可為闡述生態(tài)系統(tǒng)的“黑箱〞理論提供重要依據(jù)。

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在土壤重金屬污染化學(xué)方面；重金屬在土壤中環(huán)境行為及其影響因素、以及利用土壤化學(xué)原理調(diào)控重金屬活性及對污染土壤修復(fù)等諸多方面，做了大量工作，取得了較大進(jìn)

展。其中，重金屬與土壤有機質(zhì)特別是與DOM的相互關(guān)系及其對重金屬遷移、生物活性和毒性的研究。并研究了不同土壤類型、不同性質(zhì)DOM對重金屬cu、Pb、zn、cd的影響機制；相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，重金屬離子(Pb、Cu、Zn、Co、Ni和Cd)在土壤鐵錳結(jié)核中的固持60%~100%來源于錳氧化物的吸附貢獻(xiàn)。

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在土壤有機污染化學(xué)方面，外源有機污染物在土壤中與腐殖質(zhì)的結(jié)合關(guān)系、殘留及其釋放是研究重點內(nèi)容之一。采用同位素示蹤技術(shù)，結(jié)合NMR、FTIR、ESR等分析方法。結(jié)合機理方面，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)農(nóng)藥與腐殖質(zhì)的結(jié)合涉及離子交換

、氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移、共價鍵、范德華力、配體交換、疏水吸附和分派等作用。

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值得一提，污染環(huán)境生物修復(fù)的發(fā)展也給土壤污染化學(xué)研究注入了新活力。根圈土壤由于根系分泌物的影響，理化及生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。陶澍等以根圈土壤Cu的存在形態(tài)為對象進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果說明，根系分泌物的存在誘導(dǎo)了水溶性有機碳、氧化還原勢及微生物活性等根際土壤理化及生物學(xué)形狀的變化。

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6.展望1.總體研究現(xiàn)狀評述老一輩科學(xué)家的開創(chuàng)性工作為我國土壤化學(xué)的發(fā)展奠定了扎實的基礎(chǔ)。建國以來，特別是改革開放以來，使我國土壤化學(xué)從過去基礎(chǔ)薄弱逐漸發(fā)展成現(xiàn)在為一個具有較高水平的研究網(wǎng)。其次，在我國土壤化學(xué)界，特別是近年來大量研究工作傾向從應(yīng)用方面開展，大多與環(huán)境污染聯(lián)系，基礎(chǔ)理論研究的關(guān)注和投入偏少，課題分散且缺乏連續(xù)性，不能形成體系。

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2.未來研究的重點發(fā)展方向預(yù)計立足于現(xiàn)代土壤學(xué)