环境化学课件土壤环境化学

第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 一 节 土 壤 的 组 成 与 性 质 第 二 节 污 染 物 在 土 壤 植 物 体 系 中 的 迁移 及 其 机 制 第 三 节 土 壤 中 农 药 的 迁 移 转 化 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 一 节 土 壤 的 组 成 与 性 质n 一 、 土 壤 组 成n 二 、 土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组n 三 、 土 壤 吸 附 性n 四 、 土 壤 酸 碱 性n 五 、 土 壤 的 氧 化 还 原 性 一 、 土 壤 组 成 土 壤 是 由 固 体 、 液 体 和 气 体 三 相 共 同 组 成的 多 相 体 系 ， 它 们 的 相 对 含 量 因 时 因 地 而 异 。 典 型 土 壤 随 深 度 呈 现 不 同 的 层 次 (如 图 4 2) 一 、 土 壤 组 成 1. 土 壤 矿 物 质 2. 土 壤 有 机 质 3. 土 壤 水 分 4. 土 壤 中 的 空 气 1. 土 壤 矿 物 质 土 壤 矿 物 质 是 岩 石 经 过 物 理 风 化 和 化 学 风化 形 成 的 。 按 其 成 因 类 型 分 类 ：原 生 矿 物 经 过 物 理 风 化 而 未 经 化 学 风 化 的 碎屑 物 ， 其 原 来 的 化 学 组 成 和 结 晶 构 造 都 没 有 改变 ；次 生 矿 物 它 们 大 多 数 是 由 原 生 矿 物 经 化 学 风化 后 形 成 的 新 矿 物 ， 其 化 学 组 成 和 晶 体 结 构 都有 所 改 变 。 1. 土 壤 矿 物 质（ 1） 原 生 矿 物 ： 主 要 有 石 英 、 长 石 类 、 云 母 类 、辉 石 、 角 闪 石 、 橄 榄 石 、 赤 铁 矿 、 磁 铁 矿 、 磷灰 石 、 黄 铁 矿 等 。 其 中 前 五 种 最 常 见 。 土 壤 中 最 主 要 的 原 生 矿 物 有 四 类 ： 硅 酸 盐 类 矿 物 、 氧 化 物 类 矿 物 、 硫 化 物 类 矿 物 和 磷 酸 盐 类 矿 物 。 岩 石 化 学 风 化 主 要 分 为 三 个 历 程 ， 即 氧 化 、水 解 和 酸 性 水 解 。n 氧 化n 水 解 1. 土 壤 矿 物 质(2)次 生 矿 物 ： 土 壤 中 次 生 矿 物 的 种 类 很 多 ， 不 同的 土 壤 所 含 的 次 生 矿 物 的 种 类 和 数 量 也 不 尽 相 同 。 通 常 根 据 其 性 质 与 结 构 可 分 为 三 类 ： 简 单 盐类 、 三 氧 化 物 类 和 次 生 铝 硅 酸 盐 类 (2) 次 生 矿 物 ： 简 单 盐 类 ： 如 方 解 石 (CaCO3)、 白 云 石 Ca、 Mg(CO3)2、 石 膏(CaSO4 2H2O)等 ， 它 们 都 是 原 生 矿 物 经 化 学 风 化 后 的 最 终 产 物 ， 结 晶构 造 也 较 简 单 ， 常 见 于 干 旱 和 半 干 旱 地 区 的 土 壤 中 。 三 氧 化 物 类 ： 如 针 铁 矿 (Fe2O3 H2O)、 褐 铁 矿 (2Fe2O3 3H2O)、 三 水 铝石 (Al2O3 3H2O)等 ， 它 们 是 硅 酸 盐 矿 物 彻 底 风 化 后 的 产 物 ， 结 晶 构 造 较 简 单 ，常 见 于 湿 热 的 热 带 和 亚 热 带 地 区 土 壤 中 ， 特 别 是 基 性 岩(玄 武 岩 、 安 山 岩 、 石 灰 岩 )上 发 育 的 土 壤 中 含 量 最 多 。 次 生 硅 酸 盐 类 ： 这 类 矿 物 在 土 壤 中 普 遍 存 在 ， 种 类 很 多 ， 是 由长 石 等 原 生 硅 酸 盐 矿 物 风 化 后 形 成 。 它 们 是 构 成 土 壤 的 主 要 成分 ， 故 又 称 为 粘 土 矿 物 或 粘 粒 矿 物 。 分 为 三 大 类 ， 即 伊 利石 、 蒙 脱 石 和 高 岭 石 。 一 、 土 壤 组 成 2. 土 壤 有 机 质 土 壤 有 机 质 是 土 壤 中 含 碳 有 机 化 合 物 的 总 称 。 一 般 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 。 土 壤 有 机 质 主 要 来 源 于 动 植 物 和 微 生 物 残 体 。非 腐 殖 物 质 组 成 有 机 体 的 各 种 有 机 化 合 物 ，如 蛋 白 质 、 糖 类 、 树 脂 、 有 机 酸 等 ； 腐 殖 质 特 殊 有 机 化 合 物 ， 它 不 属 于 有 机 化 学中 现 有 的 任 何 一 类 ， 它 包 括 腐 殖 酸 、 富 里 酸 和 腐黑 物 等 一 、 土 壤 组 成 3 土 壤 水 分v 土 壤 水 分 是 土 壤 的 重 要 组 成 部 分 ， 主 要 来 自 大 气 降 水和 灌 溉 。 地 下 水 和 空 气 中 水 蒸 气 遇 冷 凝 成 为 土 壤 水 分 。v 土 壤 颗 粒 表 面 的 吸 附 力 和 微 细 孔 隙 的 毛 细 管 力 ， 可 将 部 分 水 保持 住 。 不 同 土 壤 保 持 水 分 的 能 力 不 同 。 砂 土 由 于 土 质 疏 松 ， 孔 隙 大 、 水 分 容 易 渗 漏 流 失 ； 粘 土 土 质 细 密 ， 孔 隙 小 水 分 不 容 易 渗 漏 流 失 。 气 候 条 件 对 土 壤 水 分 含 量 影 响 也 很 大 。 v 土 壤 水 分 并 非 纯 水 ， 土 壤 中 各 种 成 分 和 污 染 物 溶 解 形 成 的 溶 液 ， 即十 壤 溶 液 。 因 此 土 壤 水 分 既 是 植 物 养 分 的 主 要 来 源 ， 也 是 进 人 土 壤 的各 种 污 染 物 向 其 他 环 境 团 层 (如 水 团 、 生 物 团 等 )迁 移 的 媒 介 。 一 、 土 壤 组 成 4. 土 壤 中 的 空 气 土 壤 空 气 组 成 与 大 气 基 本 相 似 ， 主 要 成 分 都是 N2、 O2和 CO2。 差 异 ： 土 壤 空 气 存 在 于 相 互 隔 离 的 土 壤 孔 隙 中 ，是 一 个 不 连 续 的 体 系 ； 在 O2和 CO2含 量 上 有 很 大 的 差 异 。 土 壤空 气 中 CO2含 量 比 大 气 中 高 得 多 。 氧 的 含 量 低 于 大气 。 土 壤 空 气 中 还 含 有 少 量 还 原 性 气 体 ， 如 CH4、H 2S、 H2、 NH3等 。 如 果 是 被 污 染 的 土 壤 ， 其 空 气 中还 可 能 存 在 污 染 物 。 二 、 土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组 1. 土 壤 矿 物 质 的 粒 级 划 分 二 、 土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组 2. 各 粒 级 的 主 要 矿 物 成 分 和 理 化 特 性 由 于 各 种 矿 物 抵 抗 风 化 的 能 力 不 同 ， 它 们 经 受 风 化 后 ，在 各 粒 级 中 分 布 的 多 少 也 不 相 同 。 石 英 抗 风 化 的 能 力 很 强 ， 故 常 以 粗 的 土 粒 存 在 ， 云 母 、 角 闪 石 等 易 于 风 化 ， 故 多 以 较 细 的 土 粒 存 在 。 矿 物 的 粒 级 不 同 ， 其 化 学 成 分 有 较 大 的 差 异 。 在 较 细 粒级 中 ， 钙 、 镁 、 磷 、 钾 等 元 素 含 量 增 加 。 一 般 地 说 ， 土 粒越 细 ， 所 含 养 分 越 多 ， 反 之 ， 则 越 少 。 二 、 土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组 2. 各 粒 级 的 主 要 矿 物 成 分 和 理 化 特 性 由 于 土 粒 大 小 不 同 ， 矿 物 成 分 和 化 学 组 成 也 不 同 ， 各 粒级 所 表 现 出 来 的 物 理 化 学 性 质 和 肥 力 特 征 差 异 很 大 。 (1)石 块 和 石 砾 ： 多 为 岩 石 碎 块 ， 直 径 大 于 1mm。 山 区 土 壤和 河 漫 滩 土 壤 中 常 见 。 土 壤 中 含 石 块 和 石 砾 多 时 ， 其 孔隙 过 大 ， 水 和 养 分 易 流 失 。 (2)砂 粒 ： 主 要 为 原 生 矿 物 ， 大 多 为 石 英 、 长 石 、 云 母 、 角闪 石 等 ， 其 中 以 石 英 为 主 ， 粒 径 为 1-0.05mm。 在 冲 积 平 原 土壤 中 常 见 。 土 壤 含 砂 粒 多 时 ， 孔 隙 大 ， 通 气 和 透 水 性 强 ，毛 管 水 上 升 高 度 很 低 (小 于 33cm)， 保 水 保 肥 能 力 弱 ， 营养 元 素 含 量 少 。 (3)粘 粒 ： 主 要 是 次 生 矿 物 ， 粒 径 小 于 0.001mm。 含 粘 粒多 的 土 壤 ， 营 养 元 素 含 量 丰 富 ， 团 聚 能 力 较 强 ， 有 良好 的 保 水 保 肥 能 力 ， 但 土 壤 的 通 气 和 透 水 性 较 差 。 (4)粉 粒 ： 也 称 作 粉 砂 、 面 砂 ， 是 原 生 矿 物 与 次 生 矿 物 的 混合 体 ， 原 生 矿 物 有 云 母 、 长 石 、 角 闪 石 等 ， 其 中 白 云 母 较多 ； 次 生 矿 物 有 次 生 石 英 、 高 岭 石 、 含 水 氧 化 铁 、 铝 ， 其中 次 生 石 英 较 多 。 粒 径 为 0.05 0.005mm。 在 黄 土 中 含 量较 多 。 粉 砂 粒 的 物 理 及 化 学 性 状 介 于 砂 粒 与 粘 粒 之 间 。团 聚 、 胶 结 性 差 ， 分 散 性 强 。 保 水 保 肥 能 力 较 好 。 二 、 土 壤 的 粒 级 分 组 与 质 地 分 组 3 土 壤 质 地 分 类 及 其 特 性 土 壤 质 地 ： 由 不 同 的 粒 级 混 合 在 一 起 ， 所 表 现 出来 的 土 壤 粗 细 状 况 ， 也 称 为 (或 土 壤 机 械 组 成 )。 土 壤 质 地 分 类 ： 是 以 土 壤 中 各 粒 级 含 量 的 相 对 百分 比 作 标 准 的 。n 国 际 制 和 美 国 制 均 采 用 三 级 分 类 法 ， 即 按 砂 粒 、粉 砂 粒 、 粘 粒 三 种 粒 级 的 百 分 数 ， 划 分 为 砂 土 、壤 土 、 粘 壤 土 和 粘 土 四 类 十 二 级 。 中 国 土 壤 质 地 分 类 表