《農(nóng)學(xué)土壤學(xué)》課件

第四章土壤環(huán)境化學(xué)內(nèi)容提要：掌握土壤的組成與性質(zhì)，土壤的粒級與質(zhì)地分組特性。了解污染物在土壤-植物體系中遷移的特點(diǎn)、影響因素及作用機(jī)制。掌握土壤的吸附、酸堿和氧化還原特性。了解農(nóng)藥在土壤中的遷移原理與主要影響因素。第四章土壤環(huán)境化學(xué)內(nèi)容提要：1一、土壤的形成1：巖石的風(fēng)化作用

風(fēng)化作用可分為三種類型：物理風(fēng)化作用，化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用。2：生物體排泄物和死后殘骸中的有機(jī)組分的降解或生物分泌物和殘骸中的有機(jī)化合物的降解。3：各種無機(jī)和有機(jī)產(chǎn)物長期的相互作用結(jié)果。一、土壤的形成1：巖石的風(fēng)化作用2雖然成土因素不同，可能會形成不同類型的土壤，其中的成分也可能差別較大。例如我國南方的紅壤（含豐富鐵元素）和北方的黑鈣土（含碳酸鈣較多），性質(zhì)差別很大，紅壤呈酸性，黑鈣土呈堿性，但是一般而言，各種土壤具有共同的立體剖面構(gòu)型。即在垂直方向上，土壤具有相似的層次分布，雖然不同土壤中，同一層次的土壤組分可能差別很大。雖然成土因素不同，可能會形成不同類型的3土壤剖面圖土壤剖面圖4典型土壤隨深度呈現(xiàn)不同的層次：最上層為覆蓋層(A0)，由地面上的枯枝落葉所構(gòu)成。有機(jī)物含量大，具有最大的生物活性。第二層為淋溶層(A)，是土壤中生物最活躍的一層，土壤有機(jī)質(zhì)大部分在這一層，金屬離子和粘上顆粒在此層中被淋浴得最顯著。第三層為淀積層(B)，它受納來自上一層淋溶出來的有機(jī)物、鹽類和粘土顆粒類物質(zhì)。無機(jī)物和水分含量大。第四層C層也叫母質(zhì)層，是由風(fēng)化的成土母巖構(gòu)成。母質(zhì)層下面為末風(fēng)化的基巖，常用D層表示。典型土壤隨深度呈現(xiàn)不同的層次：最上層為覆蓋層(A0)，由地面5二、土壤的基本環(huán)境機(jī)能1：培育植物2：推動物質(zhì)循環(huán)3：保存水資源4：防止災(zāi)害5：自凈能力二、土壤的基本環(huán)境機(jī)能1：培育植物6第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤組成（三相五類）

土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。土壤礦物質(zhì)>90%（土壤固體總重量）土壤固相土壤有機(jī)質(zhì)1％－10％（可耕土壤中約占5％，且絕大部分在土壤表層）（土壤固體總重量）土壤液相：指土壤中的水分及其水溶物。土壤氣相：指土壤中有無數(shù)的空隙充滿空氣，典型土壤約35%的體積是充滿空氣的。第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤組成（三相五類）7圖4－1土壤固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖圖4－1土壤固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖81.土壤礦物質(zhì)按成因類型可將土壤礦物分為兩類：原生礦物和次生礦物.原生礦物：各種巖石（主要是巖漿巖）受到程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化的碎屑物，其原來的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都沒有改變。（物理風(fēng)化是一種機(jī)械崩解）1－0.001mm。

1.土壤礦物質(zhì)按成因類型可將土壤礦物分為兩類：原生礦物和次生9原生礦物：主要有石英（SiO2）、長石（KAlSi3O8）、云母類(K(SiAl)Al2O10(OH)2)、輝石((Mg,Fe)SiO3)、角閃石((Mg,Fe)7(Si4O11)2(OH)2)、橄欖石((Mg,Fe)2SiO4)、赤鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、黃鐵礦等。其中前五種最常見。1～0.001mm的砂和粉砂幾乎全部是原生礦物。原生礦物中，石英最難風(fēng)化，長石次之，輝石、角閃石、黑云母易風(fēng)化。因而石英常成為較粗的顆粒，遺留在土壤中，構(gòu)成土壤的砂粒部分;輝石、角閃石和黑云母在土壤中殘留較少，一般都被風(fēng)化為次生礦物。原生礦物：主要有石英（SiO2）、長石（KAlSi3O8）、10土壤中最主要的原生礦物（1）硅酸鹽類礦物土壤中最主要的原生礦物（1）硅酸鹽類礦物11土壤中最主要的原生礦物（2）氧化物類礦物石英(SiO2)、赤鐵礦(Fe2O3)、金紅石(TiO2)、藍(lán)晶石(Al2SiO5)等。土壤中最主要的原生礦物（2）氧化物類礦物12土壤中最主要的原生礦物（3）硫化物類礦物土壤中通常只有鐵的硫化物，即黃鐵礦和白鐵礦，二者是同質(zhì)異構(gòu)物，分子式均為FeS2，極易風(fēng)化，成為土壤中硫元素的主要來源。土壤中最主要的原生礦物（3）硫化物類礦物13土壤中最主要的原生礦物（4）磷酸鹽類礦物土壤中分布最廣的是磷灰石，包括氟磷灰石和氯磷灰石兩種，其次是磷酸鐵、鋁以及其它磷的化合物，是土壤中無機(jī)磷的重要來源。土壤中最主要的原生礦物（4）磷酸鹽類礦物14次生礦物次生礦物：大多數(shù)是由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)都有所改變。0.25μm。

簡單鹽類根據(jù)其性質(zhì)與結(jié)構(gòu)可分為三類三氧化物類

次生鋁硅酸鹽類

次生礦物次生礦物：大多數(shù)是由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物15次生礦物簡單鹽類：屬水溶性鹽，易淋溶流失，一般土壤中較少，多存在于鹽漬土中。如方解石(CaCO3)、白云石[Ca、Mg(CO3)2]、石膏(CaSO4·2H2O)、瀉鹽(MgSO4·7H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、水氯鎂石(MgC12·6H2O)等。次生礦物簡單鹽類：屬水溶性鹽，易淋溶流失，一般土壤中較少，多16次生礦物三氧化物類：土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小部分，粒徑小于0.25μm，稱之為次生粘土礦物。如針鐵礦(Fe2O3·H2O)、褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O)、三水鋁石(A12O3·3H2O)，是硅酸鹽礦物徹底風(fēng)化后產(chǎn)物，結(jié)晶構(gòu)造較簡單，常見于濕熱的熱帶和亞熱帶地區(qū)土壤中。次生礦物三氧化物類：土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小部分，粒徑小于0.2517次生礦物次生鋁硅酸鹽類：又稱粘土礦物或粘粒礦物，可分為三大類，即伊利石、蒙脫石和高嶺石。土壤礦物質(zhì)中細(xì)小部分，粒徑小于0.25μm。土壤很多重要物理、化學(xué)過程和性質(zhì)都和次生鋁硅酸鹽種類和數(shù)量有關(guān)。是構(gòu)成土壤的主要成分，故又稱為粘土礦物。由于母巖和環(huán)境條件的不同，使巖石風(fēng)化處在不同的階段，在不同的風(fēng)化階段所形成的次生粘土礦物的種類和數(shù)量也不同。但其最終產(chǎn)物都是鐵鋁氧化物。次生礦物次生鋁硅酸鹽類：又稱粘土礦物或粘粒礦物，可分為三大類18薄片層狀結(jié)構(gòu)

伊利石（水云母）[(OH)4Ky(Al4?Fe4?Mg4?Mg6)(Si8-y?Aly)O20]，風(fēng)化程度較低溫帶干旱地區(qū)的土壤中含量較多，粒徑<2μm，膨脹性小，具有較高的陽離子代換量，并富含鉀（K2O4%-7%）。蒙脫石[Al4Si8O20(OH)4]，溫帶干旱地區(qū)土壤中含量較高。粒徑<1μm膨脹性大，陽離子代換量極高（80－100毫克當(dāng)量/100克土）。吸水性強(qiáng)，但植物難以吸收，不利于植物生長。

高嶺石[Al4Si4O10(OH)8]，風(fēng)化程度較高，主要見于濕熱的熱帶地區(qū)土壤中，在花崗巖殘積母質(zhì)上發(fā)育的土壤中含量也較高，粒徑0.1－5.0μm膨脹性小，陽離子代換量亦低，透水性良好，但供肥、保肥能力低。薄片層狀結(jié)構(gòu)19土壤礦物的特點(diǎn)：1）顆粒細(xì)小,一般粒徑<5微米，表面積很大，具有巨大的表面能，能強(qiáng)烈吸附周圍氣相或液相介質(zhì)中的污染物質(zhì)。2）帶有電荷，且一般為負(fù)電荷。故陽離子交換量大，對土壤中離子態(tài)污染物有交換和固定的能力。土壤礦物的特點(diǎn)：1）顆粒細(xì)小,一般粒徑<5微米，表面積很大，202．土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)：指土壤中含碳有機(jī)物的總稱，主要來源于動植物和微生物殘體。一般占固相總重量的10%以下，是土壤的重要組成部分，是土壤形成的主要標(biāo)志，對土壤性質(zhì)有很大的影響。

非腐殖物質(zhì)：如蛋白質(zhì)、糖類、樹脂、分兩大類有機(jī)酸等；

腐殖質(zhì)：腐殖酸、富里酸和腐黑物等

腐殖質(zhì)環(huán)境意義：A：保持土壤水分B：斷熱保溫作用C：螯合金屬或吸附其它有機(jī)分子。2．土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)：指土壤中含碳有機(jī)物的總稱，主要來源213．土壤水分

土壤水分

是一種溶液，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)境圈層遷移的媒介。3．土壤水分土壤水分是一種溶液，是植物養(yǎng)分的224．土壤中的空氣主要成分：N2、O2和CO2土壤空氣與大氣的差異：①土壤空氣存在于相互隔離的土壤空隙中，是一個不連續(xù)的體系；②在O2和CO2含量上有很大差異。土壤空氣中CO2含量比大氣中高得多；③土壤空氣中還含有少量還原性氣體，如CH4、H2S。H2和NH3等；④被污染的土壤其空氣中還可能存在污染物。4．土壤中的空氣主要成分：N2、O2和CO223二、土壤的粒級分組與質(zhì)地分組1．土壤礦物質(zhì)的粒級劃分

土壤礦物質(zhì)是以大小不同的顆粒狀態(tài)存在的，人們常按粒徑的大小將土粒分為若干組，稱為粒組和粒級，同組土粒的成分和性質(zhì)基本一致，組間則有明顯差異。粒級的劃分標(biāo)準(zhǔn)及詳細(xì)程度主要有三種不同的劃分：即國際制、前蘇聯(lián)制和美國制。二、土壤的粒級分組與質(zhì)地分組1．土壤礦物質(zhì)的粒級劃分24表4－1國際制、前蘇聯(lián)制和美國制土粒分級標(biāo)準(zhǔn)

表4－1國際制、前蘇聯(lián)制和美國制土粒分級標(biāo)準(zhǔn)25表4－2我國土粒分級標(biāo)準(zhǔn)表4－2我國土粒分級標(biāo)準(zhǔn)262.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)表4－3各級土粒的礦物組成（％）2.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)表4－3各級土粒的礦物27表4－4不同粒徑土粒的化學(xué)組成（％）表4－4不同粒徑土粒的化學(xué)組成（％）282.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)⑴石塊和石礫多為巖石碎塊，直徑大于1mm。山區(qū)土壤和河漫灘土壤中常見。土壤中含石塊和石礫多時，其空隙過大，水分和養(yǎng)分易流失。⑵砂粒主要為原生礦物，大多為石英、長石、云母和角閃石等。其中以石英為主。粒徑為1－0.05mm。沖擊平原土壤中常見。空隙大，通氣和透水性強(qiáng)，保水保肥能力弱，營養(yǎng)元素含量少。2.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)⑴石塊和石礫292.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)⑶粘粒主要石次生礦物，粒徑<0.001mm。含粘粒多的土壤，營養(yǎng)元素含量豐富，團(tuán)聚能力較強(qiáng)，有良好的保水保肥能力，但通氣和透水性差⑷粉粒是原生礦物和次生礦物的混合體，粒徑為0.05－0.005mm。在黃土中含量較多，物理化學(xué)性質(zhì)介于砂粒與粘粒之間。團(tuán)聚、膠結(jié)性差，分散性強(qiáng)。保水保肥能力較好。2.各粒級的主要礦物成分和理化性質(zhì)⑶粘粒303．土壤質(zhì)地分類及其特性

土壤質(zhì)地：由不同的粒級混合在一起所表現(xiàn)出來的土壤粗細(xì)狀況，稱為土壤質(zhì)地或土壤機(jī)械組成。

土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)：土壤中各級粒級的相對百分含量。

3．土壤質(zhì)地分類及其特性土壤質(zhì)地：31表4－5國際制土壤質(zhì)地分類表4－5國際制土壤質(zhì)地分類32表4－6我國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)表4－6我國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)33表4－7土壤質(zhì)地與土壤性狀表4－7土壤質(zhì)地與土壤性狀34三、土壤吸附性

土壤中活躍的組分：土壤膠體和土壤微生物。1．土壤膠體的性質(zhì)⑴具有巨大的比表面積和表面能⑵土壤膠體帶有電荷

電荷數(shù)目：決定于土壤吸附離子的多少；電荷密度：決定于離子被吸附的牢固程度。三、土壤吸附性土壤中活351．土壤膠體的性質(zhì)

⑶土壤膠體的凝聚性和分散性。

影響土壤凝聚性能的主要因素：土壤膠體的電動電位和擴(kuò)散層厚度。離子價越大，凝聚作用越強(qiáng)同價陽離子，離子半徑越大，凝聚作用越強(qiáng)土壤溶液中常見陽離子的凝聚能力順序如下：

Na+<K+<NH4+<H+<Mg2+<Ca2+<Al3+<Fe3+1．土壤膠體的性質(zhì)⑶土壤膠體的凝362.土壤膠體的離子交換吸附

離子交換：

在土壤膠體雙電層的擴(kuò)散層中，補(bǔ)償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價為依據(jù)作等價交換，稱為離子交換(或代換)。包括陽離子交換吸附作用和陰離子交換吸附用。（1）陽離子交換吸附Na＋

Na＋

土壤膠體土壤膠體＋Ca+Ca+＋2Na＋2.土壤膠體的離子交換吸附離子交換：土壤膠體土壤膠體37（1）陽離子交換吸附陽離子交換能力的強(qiáng)弱，主要依賴于一下因素：①電荷數(shù)：離子電荷數(shù)越高，陽離子交換能力越強(qiáng)；②離子半徑及水化程度：同價離子中，離子半徑越大，水化離子半徑就越小，因而具有較強(qiáng)的交換能力。土壤中一些常見陽離子的交換能力順序如下：Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+H+半徑小，但水化能力弱，且運(yùn)動速度大。（規(guī)律：離子水合半徑越小，則受吸附力越大。）（1）陽離子交換吸附陽離子交換能力的強(qiáng)弱，主要依賴于一下因素38（1）陽離子交換吸附特點(diǎn)：陽離子交換吸附作用是一種可逆反應(yīng)，而且一般情況下，可迅速達(dá)成可逆平衡。陽離子交換與吸收的過程以等量電荷關(guān)系進(jìn)行例如，二價鈣離子去交換一價鈉離子時，一個Ca2+可交換兩個Na+；一個二價的鈣離子可以交換兩個一價的氫離子。交換反應(yīng)的速度受交換點(diǎn)的位置和溫度的影響（1）陽離子交換吸附特點(diǎn)：39土壤離子交換作用對肥力性狀的影響(1)影響土壤物理性狀：(2)

影響土壤養(yǎng)分有效性：土壤中養(yǎng)分的有效性在很大程度上取決于土壤的離子交換狀況。(3)影響施肥方式與效果：由于土壤膠體對各種離子態(tài)養(yǎng)料的吸收情況不同，其保肥和供肥能力也有很大差異。（1）陽離子交換吸附土壤離子交換作用對肥力性狀的影響（1）陽離子交換吸附40（1）陽離子交換吸附陽離子交換量：指每千克干土中所含全部陽離子總量，以厘摩爾每千克土（cmol/kg）表示。

不同土壤陽離子交換量不同：①交換量大的膠體（如蒙脫石）結(jié)合兩價離子的能力強(qiáng)，結(jié)合一價離子的能力稍弱；反之，交換量小的膠體（如高嶺石）則結(jié)合一價離子能力強(qiáng)，與兩價離子的結(jié)合能力較弱，即一價離子可將兩價離子交換下來。有機(jī)膠體>蒙脫石>水化云母>高嶺土>含水氧化鐵、鋁。（1）陽離子交換吸附陽離子交換量：指每千克干土中所含全部41（1）陽離子交換吸附②土壤質(zhì)地越細(xì)，陽離子交換量越高。③SiO2/R2O3比值越大，陽離子交換量越大，當(dāng)SiO2/R2O3≥3，陽離子吸附強(qiáng)；SiO2/R2O3＝2，陰陽離子吸附相當(dāng)；SiO2/R2O3<2時，陽離子交換量顯著降低；SiO2/R2O3＝1，陰離子吸附強(qiáng)。④pH值下降，陽離子交換量降低；反之，交換量增大（1）陽離子交換吸附②土壤質(zhì)地越細(xì)，陽離子交換量越高。42（1）陽離子交換吸附土壤的可交換性陽離子有兩類：

致酸離子包括H+和A13+；鹽基離子包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。鹽基飽和土壤：當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子，且已達(dá)到吸附飽和時的土壤。（1）陽離子交換吸附土壤的可交換性陽離子有兩類：43（1）陽離子交換吸附不同類型的土壤，交換性陽離子的組成也不同。一般土壤中，交換性陽離子以Ca2+為主，Mg2+次之，K+、Na+等很少。但在鹽堿土中則有顯著數(shù)量的Na+，在酸性土中有較多的H+和Al3+，在沼澤化或淹水狀態(tài)下，還有Fe2+、Mn2+等。土壤鹽基飽和度和交換性離子的有效性密切有關(guān)，鹽基飽和度越大，養(yǎng)分有效性越高，因此鹽基飽和度是土壤肥力的指標(biāo)之一。（1）陽離子交換吸附不同類型的土壤，交換44（2）陰離子交換吸附

陰離子可與膠體微粒（如酸性條件下帶正電荷的含水氧化鐵、鋁）或溶液中陽離子（Ca2+、Al3+、Fe3+）形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地吸附。陰離子被土壤膠體吸附的順序如下：F－>草酸根>檸檬酸根>PO43-≥AsO43－≥硅酸根>HCO3－>H2BO3－>CH3COO－>SCN－>SO42－>Cl－>NO3－。（2）陰離子交換吸附陰離子可與膠體微粒（45四、土壤酸堿性

根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9個等級四、土壤酸堿性461.土壤酸度活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱為有效酸度，通常用pH表示。土壤酸堿性主要根據(jù)活性酸劃分：pH在6.6~7.4之間為中性。

潛性酸度：土壤膠體上吸附的氫離子或鋁離子，進(jìn)入溶液后才會顯示出酸性，稱之為潛性酸，土壤潛性酸度的來源是土壤膠體吸附的可代換性H+和A13+。根據(jù)測定土壤潛性酸度所用的提取液，可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。

1.土壤酸度活性酸度：47a.代換性酸度H++KClK++HClR－COOH+KClRCOOK+H++Cl－

代換性Al3＋是礦物質(zhì)土壤中潛性酸度的主要來源。K+Al3++3KClK++AlCl3

K+AlCl3＋3H2OAl(OH)3+3HCl土壤膠體土壤膠體土壤膠體土壤膠體a.代換性酸度H48b.水解性酸度

CH3COONa+H2OCH3COOH+Na++OH－H+Al3++4CH3COONaNa+Na+Na++Al(OH)3+4CH3COOHNa+

水解性酸度一般比代換性酸度高土壤膠體土壤膠體b.水解性酸度CH3COONa+H2O491.土壤酸度活性酸度與潛性酸度的關(guān)系：是同一平衡體系的兩種酸度。兩者可以相互轉(zhuǎn)化?；钚运岫仁峭寥浪岫鹊母酒瘘c(diǎn)和現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)。土壤膠體是H+和Al3+的貯存庫，潛性酸度則是活性酸度的貯備。潛性酸度往往比活性酸度大得多，二者比例在砂土中約為1000：1；在有機(jī)質(zhì)豐富的粘土中則可高達(dá)5×104－1×105。交換性酸是水解性酸的一部分，水解能置換出更多的氫離子。要改變土壤的酸性程度，就必須中和溶液中和膠體上的全部交換性氫離子和鋁離子。在酸性土壤改良時，可根據(jù)水解性酸來計算所要施用的石灰的量。1.土壤酸度活性酸度與潛性酸度的關(guān)系：502.土壤堿度1、OH-離子的來源土壤弱酸強(qiáng)堿鹽的水解，碳酸及重碳酸的鉀、鈉、鈣、鎂等鹽類。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等；

其次是土壤膠體上的Na+的代換水解作用。2、堿度的表示方法土壤堿性的高低用pH值表示；用Na+的飽和度表示。

2.土壤堿度1、OH-離子的來源512.土壤堿度（1）土壤液相堿度指標(biāo)

弱酸強(qiáng)堿性鹽類：CO32－、HCO3－、SO42－、有機(jī)酸根富含CaCO3、MgCO3的石灰性土壤：pH=7.5－8.5；含NaCO3的土壤：pH>10；含NaHCO3、Ca(HCO3)2的土壤：pH=7.5－8.5。（2）土壤固相堿度指標(biāo)土壤膠體上吸附了Na+、K+、Mg2+(主要是Na+)等離子，飽和度增加到一定程度后，會引起交換性陽離子的水解作用；此時土壤Na+離子飽和度亦稱土壤堿化度：2.土壤堿度（1）土壤液相堿度指標(biāo)524－9不同鹽基離子完全飽和吸附于黑鈣土?xí)r的pH值膠體上吸附的鹽基離子不同時，對土壤pH值或土壤堿度的影響也不同。4－9不同鹽基離子完全飽和吸附于黑鈣土?xí)r的pH值533.土壤的緩沖性能（1）土壤溶液的緩沖作用土壤緩沖性能：指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力。

a.以碳酸及其鈉鹽為例說明：NaCO3+2HCl2NaCl+H2CO3H2CO3+Ca(OH)2CaCO3+2H2O3.土壤的緩沖性能（1）土壤溶液的緩沖作用543.土壤的緩沖性能b.兩性物質(zhì)

NH2NH3Cl╱╱R─CH+HClR─CH╲╲COOHCOOH3.土壤的緩沖性能b.兩性物質(zhì)553.土壤的緩沖性能NH2NH3Cl╱╱R─CH+NaOHR─CH

+

H2O╲╲COOHCOONa3.土壤的緩沖性能563.土壤的緩沖性能（2）土壤膠體的緩沖作用①對酸的緩沖作用（以M代表鹽基離子）土壤膠體上吸收的鹽基離子多，則土壤對酸的緩沖能力強(qiáng)；②對堿的緩沖作用當(dāng)吸附的陽離子主要為氫離子時，對堿的緩沖能力強(qiáng)。③鋁離子對堿的緩沖作用2Al(H2O)63++2OH

[Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O3.土壤的緩沖性能（2）土壤膠體的緩沖作用573.土壤的緩沖性能影響土壤緩沖性的因素：

1、粘粒礦物類型：含蒙脫石和伊利石多的土壤，起緩沖性能也要大一些；

2、粘粒的含量：粘粒含量增加，緩沖性增強(qiáng)；

3、有機(jī)質(zhì)含量：有機(jī)質(zhì)多少與土壤緩沖性大小成正相關(guān)。一般來說，土壤緩沖性強(qiáng)弱的順序是腐殖質(zhì)土大于粘土大于砂土，故增加土壤有機(jī)質(zhì)和粘粒，就可增加土壤的緩沖性。3.土壤的緩沖性能影響土壤緩沖性的因素：58五、土壤的氧化還原性

土壤中存在著多種有機(jī)和無機(jī)的氧化還原物質(zhì)（氧化劑和還原劑）。參加土壤氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)，除了氧以外，還有許多具可變價態(tài)的元素，包括C、N、S、Fe、Mn、Cu等；在污染土壤中還可能有As、Se、Cr、Hg、Pb等。種類繁多的氧化還原物質(zhì)構(gòu)成了不同的氧化還原體系（redoxsystem）。五、土壤的氧化還原性土壤中存在著多種有機(jī)和無機(jī)的氧59五、土壤的氧化還原性土壤中的主要氧化劑：氧氣、NO3-離子和高價金屬離子；土壤中的主要還原劑：有機(jī)質(zhì)和低價金屬離子。土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤發(fā)生氧化還原反應(yīng)的重要參與者。五、土壤的氧化還原性土壤中的主要氧化劑：氧氣、NO3-離子和60主要氧化還原體系主要氧化還原體系61氧化還原電位（redoxpotential）是長期慣用的氧化還原強(qiáng)度指標(biāo)，它可以被理解為物質(zhì)（原子、離子、分子）提供或接受電子的趨向或能力。物質(zhì)接受電子的強(qiáng)列趨勢意味著高氧化還原電位，而提供電子的強(qiáng)烈趨勢則意味著低氧化還原電位。五、土壤的氧化還原性氧化還原電位（redoxpotent62土壤污染源和污染物

污染源：(1)化肥和農(nóng)藥殘留；(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，進(jìn)入土壤，使土壤隨之亦遭受污染；(4)在自然界中某些元素的富集中心或礦床周圍，形成自然擴(kuò)散暈，使附近土壤中的元素的含量超出一般土壤的含量范圍。

第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中的遷移及其機(jī)制土壤污染源和污染物第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中63污染物種類：(1)有機(jī)物質(zhì)主要為有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥；(2)化學(xué)肥料氮類和磷類；(3)重金屬砷、鎘、汞、鉻、銅、鋅、鉛等；(4)放射性元素如銫、鍶等；(5)有害微生物腸細(xì)菌、炭疽桿菌、破傷風(fēng)桿菌、腸寄生蟲(蠕蟲)、霍亂弧菌、結(jié)核桿菌等。

第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中的遷移及其機(jī)制污染物種類：第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中的遷移及64第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中的遷移及其機(jī)制土壤被重金屬污染定義：只有當(dāng)進(jìn)入土壤的重金屬元素積累的濃度超過了作物需要和可忍受程度，而表現(xiàn)出受毒害的癥狀或作物生長并未受害，但產(chǎn)品中某種重金屬含量超過標(biāo)準(zhǔn)，造成對人畜的危害時，才能認(rèn)為土壤被重金屬污染。污染土壤的重金屬：

包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著元素及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。第二節(jié)重金屬在土壤－植物體系中的遷移及其機(jī)制土壤被65一、影響重金屬在土壤－植物體系中轉(zhuǎn)移的

因素（1）土壤的理化性質(zhì)（PH、土壤質(zhì)地、土壤的氧化還原電位、土壤中有機(jī)質(zhì)的含量）（2）重金屬的種類、濃度和存在形態(tài)（3）植物種類、生長發(fā)育期（4）復(fù)合污染（污染物因素、環(huán)境因素、生物因素）（5）施肥一、影響重金屬在土壤－植物體系中轉(zhuǎn)移的

66二、重金屬在土壤－植物體系中的遷移轉(zhuǎn)

化規(guī)律植物的富集規(guī)律不同植物：豆類>小麥>水稻>玉米植物體內(nèi)：根>莖葉>穎殼>籽實(shí)重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律主要集中在可耕層，有向根際土壤遷移的趨勢土壤對重金屬離子的吸附固定原理與金屬離子性質(zhì)、膠體種類有關(guān)二、重金屬在土壤－植物體系中的遷移轉(zhuǎn)

化規(guī)律67三、重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（1）砷（AS）通常砷集中在表土層10cm內(nèi)。土壤中砷形態(tài)按植物吸收難易劃分，一般可分為水溶性砷、吸附性砷和難溶性砷。砷主要集中在生長旺盛的器官。三、重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（1）砷（AS）682.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（2）鎘（Cd）可被土壤吸附，一般在0－15cm的土壤表層積累。土壤中鎘以CdCO3、Cd3(PO4)2及Cd(OH)2的形態(tài)存在，其中以CdCO3為主。

2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（2）692.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（3）鈷（Co）鈷在土壤中可被吸附、固定和螯合。吸附：被吸附的鈷有一部分時代換態(tài)，但只能與Cu2＋、Zn2＋交換；固定：固定時參予粘土礦物的晶格形成；螯合：螯合是與有機(jī)物進(jìn)行的，促使中上層鈷向下層移動。土壤中的鈷以Co2＋或CoCO3、CoS形式存在。2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（3）鈷（Co）702.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移

（4）鉻（Cd）

鉻是人類和動物必需的元素，但高濃度時對植物有害。

土壤中鉻主要以三價鉻化合物存在，90％以上迅速被土壤吸附固定，并隨pH值升高而增強(qiáng)。

土壤中Cr6＋很容易還原為Cr3＋，有機(jī)質(zhì)起著重要作用，隨著pH值升高而降低。在pH6.5－8.5的條件下，土壤中Cr6＋Cr3＋4Cr(OH)2++3O2+2H2O4CrO42－+12H+

2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（4）鉻（C712.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（5）銅（Cu）主要在土壤表層積累

水溶態(tài)銅交換態(tài)銅鐵、錳氧化物結(jié)合態(tài)銅有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)銅碳酸鹽結(jié)合態(tài)銅殘渣態(tài)銅土壤中銅的形態(tài)

2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（5）銅（Cu）土壤722.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移

（6）汞（Hg）汞進(jìn)入土壤后95％以上迅速被土壤吸持或固定，易在表層積累。

汞在土壤中最重要的反應(yīng)：2Hg+Hg2++Hg0logK=－1.94

微生物轉(zhuǎn)化：Hg2＋Hg0

汞在土壤中持留反應(yīng)為：Hg0Hg2+HgS土壤中汞按其形態(tài)可分為：金屬汞、無機(jī)化合態(tài)汞和有機(jī)化合態(tài)汞。2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（6）汞732.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（7）鉛（Pb）土壤中鉛主要以Pb(OH)2、PbCO3和PbSO4固體形式存在，土壤溶液中可溶性鉛含量極低，Pb2＋可以置換粘土礦物上吸附的Ca2＋。根部吸收主要集中在根部植物吸收的鉛葉孔進(jìn)入部分集中在葉部2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（7）鉛（Pb）742.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（8）鎳（Ni）進(jìn)入土壤中的鎳離子可被土壤無機(jī)和有機(jī)復(fù)合體吸附，主要積累在表層。土壤中積累的鎳與總鋁、總鐵又顯著相關(guān)。鎳是一個頗能移動的元素。2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（8）鎳（Ni）752.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（9）鋅（Zn）鋅主要以Zn2+形態(tài)進(jìn)入土壤，也可以以配合離子Zn(OH)+、ZnCl+、Zn(NO3)+等形態(tài)進(jìn)入土壤，并被土壤表層的粘土礦物所吸附，參與土壤中的代換反應(yīng)而發(fā)生固定累積，或與土壤中的有機(jī)質(zhì)結(jié)合，使鋅在表土層富集。2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（9）鋅（Zn）762.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（10）硒（Se）硒是植物和人體生長必需的微量元素，缺硒或富硒都會對動植物及人體帶來危害。土壤中硒的濃度為：0.1—2.0mg?kg-1硒是以硒酸鹽、亞硒酸鹽或有機(jī)態(tài)被植物吸的。

2.重金屬在土壤－植物體系中的累積和遷移（10）硒（Se）77植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制1.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2.重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合3.酶系統(tǒng)的作用4.形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素植物對重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制1.植物根系通過改變根際化78第三節(jié)土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化概述定義：農(nóng)業(yè)上用于防治病蟲以及調(diào)節(jié)植物生長、除草等藥劑。分類：

防治對象：殺蟲劑、殺菌劑、殺螨劑、殺線蟲劑、殺鼠劑、除草劑、脫葉劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。

原料來源：有機(jī)農(nóng)藥、無機(jī)農(nóng)藥、植物性農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥。此外，還有昆蟲激素。

加工劑型：粉劑、可濕性粉劑、可溶性粉劑、乳劑、乳油、濃乳劑、乳膏、糊劑、膠體劑、熏煙劑、熏蒸劑、煙霧劑、油劑、顆粒劑、微粒劑等。

化學(xué)組成：有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)砷、氨基甲酸酯類等制劑。

第三節(jié)土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化概述79概述化學(xué)農(nóng)藥通過生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、使用、廢棄等不同環(huán)節(jié)大量進(jìn)入環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)，產(chǎn)生不良后果：（1）有機(jī)氯農(nóng)藥不僅對害蟲有殺傷毒害作用，同時對害蟲的“天敵”及傳粉昆蟲等益蟲益鳥也有殺傷作用，因而破壞了自然界的生態(tài)平衡。（2）長期使用同類型農(nóng)藥，使害蟲產(chǎn)生了抗藥性，因而增加了農(nóng)藥的使用量和防治次數(shù)，也大大增加了防治費(fèi)用和成本。概述化學(xué)農(nóng)藥通過生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、使用80概述（3）長期大量使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累，尤其是在土壤中，產(chǎn)生了農(nóng)藥污染環(huán)境問題。（4）農(nóng)藥被農(nóng)作物吸收、進(jìn)入動物體內(nèi)，經(jīng)過生物富集濃縮，使其毒性更大，這就不僅使得害蟲的天敵更易受到毒害作用，而且會通過食物鏈威脅人體的健康。農(nóng)藥在環(huán)境中的危害程度與其濃度、作用時間、環(huán)境狀況、溫度、濕度、化學(xué)反應(yīng)速率等因素有關(guān)。概述（3）長期大量使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累，尤其是在81第三節(jié)土壤中農(nóng)藥的遷移和轉(zhuǎn)化

一、土壤中農(nóng)藥的遷移1.擴(kuò)散

氣態(tài)發(fā)生（揮發(fā)）農(nóng)藥在田間中的損失主要途徑是揮發(fā)，如，顆粒狀的農(nóng)藥撒到干土表面上，幾小時內(nèi)幾乎無損失；而將其噴霧時，霧滴復(fù)干的10分鐘內(nèi)，損失達(dá)20%。第三節(jié)土壤中農(nóng)藥的遷移和轉(zhuǎn)化一、土壤中農(nóng)藥的遷移82

非氣態(tài)發(fā)生指土壤溶液中、氣-液、氣-固界面上發(fā)生的擴(kuò)散作用。由于土壤系統(tǒng)復(fù)雜，擴(kuò)散物質(zhì)在土壤表面可能存在吸附和解吸平衡，土壤性質(zhì)不同，有機(jī)物性質(zhì)不同都影響擴(kuò)散作用。

非氣態(tài)發(fā)生83

土壤水分的含量

Shearer等對林丹在粉砂壤土中的擴(kuò)散研究表明（圖4－4）：

影響擴(kuò)散的主要因素：六六六的主要?dú)⑾x活性成分土壤水分的含量影響擴(kuò)散的主要因素：84干燥土壤中無擴(kuò)散含水4%總擴(kuò)散系數(shù)和非氣態(tài)擴(kuò)散系數(shù)最大含水4-20%，氣態(tài)擴(kuò)散系數(shù)>50%含水30%非氣態(tài)擴(kuò)散系數(shù)最大含水<4%隨水分的增加，兩種擴(kuò)散系數(shù)都增加含水>4%隨水分的增加，總擴(kuò)散系數(shù)下降含水4-16%隨水分的增加，非氣體擴(kuò)散系數(shù)下降含水>16%隨水分的增加，非氣體擴(kuò)散系數(shù)增加

干燥土壤中無擴(kuò)散85圖4－4基粒粉沙壤土中林丹的不同轉(zhuǎn)移途徑圖4－4基粒粉沙壤土中林丹的不同轉(zhuǎn)移途徑86

土壤吸附的影響

吸附作用是農(nóng)藥與土壤固相之間相互作用的主要過程，直接影響其他過程的發(fā)生。如土壤對除草劑2,4－D的化學(xué)吸附，使其有效擴(kuò)散系數(shù)降低。土壤吸附的影響87吸附作用機(jī)制：（1）離子交換（2）配位體交換（3）范德華力（4）疏水性結(jié)合（5）氫鍵結(jié)合（6）電荷轉(zhuǎn)移吸附作用機(jī)制：88

土壤的緊實(shí)度

是影響土壤孔隙率和界面性質(zhì)的參數(shù)，緊實(shí)度高，土壤的充氣孔隙率降低，擴(kuò)散系數(shù)也降低。土壤的緊實(shí)度89

溫度溫度升高，有機(jī)物的蒸汽密度升高，總的效應(yīng)是擴(kuò)散系數(shù)增大，如林丹的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而呈指數(shù)增大。

氣流速度

農(nóng)藥種類溫度902.質(zhì)體流動

土壤中農(nóng)藥既可以溶于水，也能懸浮在水中，還可能以氣態(tài)存在，或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有機(jī)質(zhì)中，從而使它們能與水一起發(fā)生質(zhì)體流動。影響農(nóng)藥在土壤中質(zhì)體流動的主要因素為農(nóng)藥與土壤之間的吸附：吸附越強(qiáng)，農(nóng)藥在土壤中的移動越少。2.質(zhì)體流動土壤中農(nóng)藥既可以溶于水，也能懸浮91二、非離子型農(nóng)藥與土壤有機(jī)質(zhì)的作用

1．非離子型農(nóng)藥在土壤-水體系中的分配作用

吸附作用（adsorption）過程：有機(jī)物的離子或基團(tuán)從自由水向土壤礦物的亞表面層擴(kuò)散；離子或基團(tuán)以表面反應(yīng)或進(jìn)入雙電層的擴(kuò)散層的方式為土壤礦物質(zhì)吸附。二、非離子型農(nóng)藥與土壤有機(jī)質(zhì)的作用1．非離子型農(nóng)藥在土壤-92

物理吸附化學(xué)吸附

分子間范德華力