环境化学课件土壤环境化学

第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学 第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质第二节第二节 污染物在土壤污染物在土壤植物体系中的迁植物体系中的迁移及其机制移及其机制第三节第三节 土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学 第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质n 一、土壤组成一、土壤组成n 二、土壤的粒级分组与质地分组二、土壤的粒级分组与质地分组n 三、土壤吸附性三、土壤吸附性n 四、土壤酸碱性四、土壤酸碱性n 五、土壤的氧化还原性五、土壤的氧化还原性 一、土壤组成一、土壤组成 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成土壤是由固体、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。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典型土壤随深度呈现不同的层次( (如图如图4 42)2) 一、土壤组成一、土壤组成 1. 1. 土壤矿物质土壤矿物质 2. 2. 土壤有机质土壤有机质 3. 3. 土壤水分土壤水分 4. 4. 土壤中的空气土壤中的空气1. 1. 土壤矿物质土壤矿物质 土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化形成的。化形成的。 按其成因类型分类：按其成因类型分类：原生矿物原生矿物 经过物理风化而未经化学风化的碎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屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；变；次生矿物次生矿物 它们大多数是由原生矿物经化学风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化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。有所改变。1. 1. 土壤矿物质土壤矿物质（1 1） 原生矿物：原生矿物：主要有石英、长石类、云母类、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。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：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。和磷酸盐类矿物。 岩石化学风化主要分为三个历程，即氧化、岩石化学风化主要分为三个历程，即氧化、水解和酸性水解。水解和酸性水解。n氧化氧化n水解水解1. 1. 土壤矿物质土壤矿物质(2)(2)次生矿物次生矿物：土壤中次生矿物的种类很多，不同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。的土壤所含的次生矿物的种类和数量也不尽相同。 通常通常根据其性质与结构可分为三类：根据其性质与结构可分为三类：简单盐简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类(2) 次生矿物次生矿物： 简单简单盐类：盐类：如如方解石方解石( (CaCCaCO O3 3) )、白云石白云石CaCa、Mg(CMg(CO O3 3) )2 2 、石膏石膏( (CaSCaSO O4 42H2H2 2O)O)等，等，它们都是原生矿物它们都是原生矿物经经化学风化化学风化后的最终后的最终产物产物，结晶，结晶构构造造也较也较简单简单，常见于干旱常见于干旱和半和半干旱地区干旱地区的的土壤土壤中。中。 三氧化物类：三氧化物类：如针铁矿如针铁矿( (FeFe2 2O O3 3H H2 2O)O)、褐铁矿、褐铁矿(2(2FeFe2 2O O3 33H3H2 2O)O)、三水铝石、三水铝石( (AlAl2 2O O3 33H3H2 2O)O)等，它们是硅酸盐矿物彻底风化后的产物，结晶构造较简单，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、石灰岩玄武岩、安山岩、石灰岩) )上发育的土壤中含量最多。上发育的土壤中含量最多。 次生硅酸盐类：次生硅酸盐类：这类矿物在土壤中普遍存在，种类很多，是由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。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。石、蒙脱石和高岭石。一、土壤组成一、土壤组成 2 2. . 土壤有机质土壤有机质 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的1010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。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。土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。非腐殖物质非腐殖物质 组成有机体的各种有机化合物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；如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等； 腐殖质腐殖质 特殊有机化合物，特殊有机化合物，它不属于有机化学它不属于有机化学中现有的任何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐中现有的任何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等黑物等 一、土壤组成一、土壤组成 3 3土壤水土壤水分分v 土壤水土壤水分是分是土壤土壤的的重要组成部分重要组成部分，主要来自大气降水主要来自大气降水和灌溉。和灌溉。地下水地下水和空气中和空气中水蒸气水蒸气遇遇冷凝成为土壤水冷凝成为土壤水分。分。v 土壤颗粒表面土壤颗粒表面的的吸附吸附力和力和微细孔隙微细孔隙的毛细管力，可将的毛细管力，可将部分部分水水保保持持住。住。不同土壤保持水分不同土壤保持水分的的能力不同能力不同。 砂土由于土质砂土由于土质疏松，疏松，孔隙孔隙大、大、水分容易水分容易渗漏渗漏流失流失； 粘土土质细密粘土土质细密，孔隙孔隙小小水分水分不不容易容易渗漏渗漏流失流失。 气候条件气候条件对对土壤水土壤水分分含量影响含量影响也也很大很大。v 土壤水土壤水分分并非并非纯水，纯水，土壤土壤中中各种成分各种成分和污染物和污染物溶解形成溶解形成的溶液，即的溶液，即十壤溶液。十壤溶液。因此土壤水因此土壤水分既是植物分既是植物养分养分的的主要主要来源，来源，也是也是进人进人土壤土壤的的各种各种污染物向污染物向其他环境其他环境团层团层(如水团、生物团等如水团、生物团等)迁移迁移的的媒介媒介。一、土壤组成一、土壤组成 4 4. . 土壤中的土壤中的空气空气 土壤空气组成与大气基本相似，主要成分都土壤空气组成与大气基本相似，主要成分都是是N N2 2、O O2 2和和COCO2 2。 差异：差异：土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中，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；是一个不连续的体系； 在在O O2 2和和COCO2 2含量上有很大的差异。土壤含量上有很大的差异。土壤空气中空气中COCO2 2含量比大气中高得多。氧的含量低于大含量比大气中高得多。氧的含量低于大气。气。 土壤空气中还含有少量还原性气体，如土壤空气中还含有少量还原性气体，如CHCH4 4、H H2 2S S、H H2 2、NHNH3 3等。如果是被污染的土壤，其空气中等。如果是被污染的土壤，其空气中还可能存在污染物。还可能存在污染物。 二、土壤的粒级分组与质地分组二、土壤的粒级分组与质地分组 1. 1. 土壤矿物质的粒级划分土壤矿物质的粒级划分 二、土壤的粒级分组与质地分组二、土壤的粒级分组与质地分组 2 2. . 各粒级的各粒级的主要主要矿物矿物成分成分和和理化理化特性特性 由于各种矿物抵抗风化的能力不同，它们经受风化后，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。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，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。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。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二、土壤的粒级分组与质地分组 2 2. . 各粒级的各粒级的主要主要矿物矿物成分成分和和理化理化特性特性 由于土粒大小不同，矿物成分和化学组成也不同，各粒由于土粒大小不同，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级所表现出来的物理化学性质和肥力特征差异很大。 (1)(1)石块和石砾：石块和石砾：多为岩石碎块，直径大于多为岩石碎块，直径大于1mm1mm。山区土壤。山区土壤和河漫滩土壤中常见。和河漫滩土壤中常见。土壤中含石块和石砾多时，其孔土壤中含石块和石砾多时，其孔隙过大，水和养分易流失。隙过大，水和养分易流失。 (2)(2)砂粒：砂粒：主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、角主要为原生矿物，大多为石英、长石、云母、角闪石等，其中以石英为主，粒径为闪石等，其中以石英为主，粒径为1-0.05mm1-0.05mm。在冲积平原土。在冲积平原土壤中常见。壤中常见。土壤含砂粒多时，孔隙大，通气和透水性强，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毛管水上升高度很低( (小于小于33cm)33cm)，保水保肥能力弱，营，保水保肥能力弱，营养元素含量少养元素含量少。 ( (3)3)粘粒：粘粒：主要是次生矿物，粒径小于主要是次生矿物，粒径小于0.001mm0.001mm。含粘粒含粘粒多的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力较强，有良多的土壤，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。好的保水保肥能力，但土壤的通气和透水性较差。 (4)(4)粉粒：粉粒：也称作粉砂、面砂，是原生矿物与次生矿物的混也称作粉砂、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。粒径为中次生石英较多。粒径为0.050.050.0050.005mmmm。在黄土中含量在黄土中含量较多。粉砂粒的物理及化学性状介于砂粒与粘粒之间。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。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二、土壤的粒级分组与质地分组 3 3土壤质地分类及其特性土壤质地分类及其特性 土壤质地：土壤质地：由不同的粒级混合在一起，所表现出由不同的粒级混合在一起，所表现出来的土壤粗细状况，也称为来的土壤粗细状况，也称为 ( (或土壤机械组成或土壤机械组成) )。 土壤质地分类：土壤质地分类：是以土壤中各粒级含量的相对百是以土壤中各粒级含量的相对百分比作标准的。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、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、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。壤土、粘壤土和粘土四类十二级。中国土壤质地分类表中国土壤质地分类表