富里酸% 45.7±5.0 5.4±1.6 2.1±1.2 1.9±1.8 44.9±5.1 300~400
表
土壤中腐殖质的组成
官能团组成 COOH 酸 OH 醇 OH C=O NH2/OCH3
腐殖酸% 3.6±2.1 3.9±1.8 2.6±2.4 2.9±2.8 0.6±0.3
富里酸% 8.2±3.0 3.0±2.7 6.1±3.4 2.7±1.5 0.8±0.5
第四章 土壤环境化学

1. 土壤的结构和组成 2. 土壤的性质


3. 土壤污染
4. 化学农药在土壤中的迁移转化 5. 重金属在土壤环境中的迁移转化 6. 氮磷肥料在土壤中的迁移转化 7. 固体废弃物对土壤环境的影响




1. 土壤的结构和组成

1.1 1.2
土壤及其环境意义 土壤的粒级与质地



出现在热带、亚热带

1.3.3 有机物
含C有机质总称

根据土壤中有机质的来源和存在状态，广义的土壤有机质可分为两大 类：一类是活的有机体，包括植物根系和土壤生物；另一类是各种有 机化合物，这就是狭义的土壤有机质，它又分为两类，一类是组成生 物残体的各种有机化合物，称为非腐殖质，约占土壤有机质总量的 30 ％～ 40 ％，另一类是称为腐殖质的特殊有机化合物，包括腐殖酸、富 里酸和胡敏素等，它们普遍存在于土壤、腐熟的有机肥料、各种地面 水体的底泥和煤炭之中。土壤腐殖质占土壤有机质总量的 60 ％～ 70 ％。




1.3.6 土壤空气

土壤空气也是土壤的重要组分之一。它对土壤微生物活动，营养物质的转 化以及植物的生长发育都有重大的作用。因此，土壤空气的状况是决定土 壤肥力的重要因素之一。 土壤是多孔体系，土壤空气存在于未被水分占据的土壤空隙中。这些气体 主要来源于大气，其次是产生于土壤内发生的化学和生物化学过程。


（a）溶解性气体 CO2>O2>N2 （b）无机盐离子


阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、H+；Fe3+、Fe2+、Al3+
阴离子：HCO3-、CO32-、NO2-、NO3-、HPO42-、H2PO4-、PO43-、Cl-、SO42（c）无机胶体 Fe、Al金属水合氧化物 （d）可溶性有机物 等 腐殖酸、有机酸、可溶性糖类、蛋白质及其衍生物
Ca5(PO4)3F等，提供无机P
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1.3.2 胶状无机粒子 单个土粒直径<200nm，平均密度2.4 g/cm3，过 滤土壤水中悬浊液与粗无机粒子分开
（ a）简单盐类（方解石、白云石、石膏） 出现在干旱和半干旱地区，晶粒简单 （b）三氧化物（褐铁矿） 原生矿物化学风化终产物

土壤是能使植物挺立生长的支持体，具有一定的肥力，能为植物 生长提供水、空气和养分。因此土壤是植物生长基体，也是庄稼 和粮食的生产基地，从而成为动物、人类以及绝大多数微生物赖 以栖息、生活、繁衍的场所。

土壤是地球表层中介入元素循环的一个重要圈层，由岩石风化产 生的所有物质都有可能进入大气和水系，又可能通过地球化学循 环归入土壤。碳、氮元素在大气、海洋、土壤间以相当快的速度 循环（硫的循环速度略慢些）。一般地说，这些元素及其化合物 在土壤中的滞留时间相对较长，因为它们在土壤中受到诸如吸附、 沉降、酸碱缓冲和植物摄取等多种作用。
土壤空气的数量，通常以单位土体容积中空气所占容积百分数来表示，称 为土壤含气量。凡影响土壤孔性和含水量的因素，也都影响土壤的空气含 量。 总体来看，土壤空气组成和大气的组成大同小异。土壤空气有异于大气之 处是；①土壤空气是不连续的，存在于土粒空隙之间；②有更高的湿度； ③由于有机物腐烂，使土壤空气中O2含量较少，而CO2浓度显著增加（比大 气中CO2浓度大8～300倍），但二者之和约为总量的21％（体积），与大气 情况相近；④土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2等，在某 成分 大气 土壤 些情况下还可能产生 PH 、 CS 等气体，这些都是厌氧性微生物活动的产物， 3 2 N2 79 78~80 对植物生长有害。 O2 20.97 0.1~20

1.3.3.1 非腐殖物质

（a）糖类 单、双、多、氨基糖，具有一定稳定性，常与粘粒物质、 氧化物同存，降低了生物作用
（ b ）有机氮化物 占 95% 以上，分为水解性和非水解性；水解性主要 为各种氨基酸，非水解性为苯氧氨基酸等 （c）有机磷、有机硫 维生素、氨基酸



1.3.3.2 腐殖质
元素组成 C H N S O 分子量 腐殖酸% 56.2±2.6 4.7±1.5 3.2±2.4 0.8±0.7 35.5±2.8 2×103~106

土壤的组成不均匀，形态结构也不均匀，由一系列不同性质和 质地的层次构成，故各类土壤都有一定的剖面构型。土体构型 也是土壤分类的重要依据。土体内物质的迁移和转化过程，固 然发生于土壤各组成成分之间，但宏观地看来，也发生于各土 层之间。
国际代号 O A0 真正土壤 A B C R A E H
土层名称 凋落物层 泥炭层 腐殖质层 淋溶层 淀积层 母质层 母岩层

1.2.2 土壤的质地 由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况称为土壤质地（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。


土壤质地在一定程度上反映了土壤矿物组成和化学组成，同时土壤颗粒大小 和土壤的物理性质密切相关，并且影响土壤孔隙状况。因此对土壤水分、空 气、热量的运动和养分转化均有很大的影响。质地不同的土壤表现出不同的 性状，壤土兼有砂土和粘土的优点而克服了二者的缺点，是质地理想的土壤。

土壤对外来污染物有一定的自净能力，因为土壤具有极大比表面 和催化活性，兼以土壤中所含水、空气、微生物等都能使污染物 降解，从而将这些污染物的降解产物纳入天然循环轨道。

处于自然环境之中又受种种环境因素作用的土壤还有其退化的过 程，其中主要的过程如下：
由于风和水的侵蚀作用，引起土壤流失； 由于受纳酸雨或过多使用氨氮肥料，引起土壤酸化； 由于灌溉水中含过多盐分或深度风化作用，引起土壤盐碱化； 由于干旱，引起土壤板结、龟裂、结构单元破坏甚至沙漠化； 由于水涝，引起营养物浸出和流失；

1.3.5 土壤溶液 土壤水分及溶质，可离心分离得到，占 50%鲜重。地球表面全部土壤中含 水量约2.4×1013m3，不及水圈含水总量的0.01％，这些水充当了土壤中所 发生各种化学反应的介质，对于岩石风化、土壤形成、植物生长有着决定 性意义。由土壤水分和其中所含溶质组成了土壤溶液。土壤溶液的形成是 土壤三相成分间进行物质和能量交换的结果。土壤溶液浓度和成分随土壤 种类、使用情况和环境条件的不同而有很大变异。除盐碱土和刚施过化肥 的土壤外，土壤溶液浓度一般约在0.1％～0.4％之间。

1.3.1 粗无机粒子 单个土粒直径 >200nm，平均密度 2.7g/cm3，可筛 分为沙、粉、石，源于原生矿物质（在地壳中最先存在的、经风化作用 后仍无变化地遗留在土壤中的一类矿物）。构成土壤骨架，提供营养元 素。 （a）硅酸盐类矿物 易风化成盐，释放K、Ca、Na、Mg （b）氧化物类（石英、赤铁矿） 性质稳定 （c）硫化物类 土壤中只含FeS2化合物（黄铁矿、白铁矿）

1.3.3.3 酶
生物种类
50多种存在，研究较少

1.3.4
微 生 物
表土层中（15cm） 生物种类 表土层中（15cm） 2 数量（个/m ） 数量（个/m2） 13 10植物根系、土壤生物，占 ~1014 109~1010 细菌 原生物 活的有机体 2 ‰质量鲜重 动 1010~1011 106~107 真菌 线虫类 12 13 物 10 30~300 ~10 表 土壤生物的种类和数量 放线菌 蚯蚓 9 10 10 ~10 103~105 藻类 其它
CO2




0.03 0.2~10 源于植物呼吸、有机质分解 表 土壤空气与大气组成比较（%）
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土壤是由固、液、气三相物质组成的疏松多孔体。固相物质包括矿物质、 有机质和土壤生物。在固相物质之间，为形状和大小不同的孔隙，孔隙 中存在水分和空气。土壤三相物质的比率因土壤种类而异，并且经常变 化。土壤中所含多量化学元素的丰度顺序如下： O＞Si＞Al＞Fe＝C＝Ca ＞K＞Na＞Mg＞Ti＞N＞S，这个次序与地壳组成大体一致，所不同的是由 于土壤中集结了大量生物体，因此C、N、S的含量相对较高。从环境污染 角度来看，土壤还是藏污纳垢之处，含有各种生物的残体、排泄物、腐 烂物；还含有来自大气、水体及固体废物中的各种污染物以及农药、肥 料残留物等。
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有机质层
腐殖质 粘粒

1.2.1 土壤的粒级

土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。不同粒径的土壤矿 物质颗粒（土粒），其性质和成分都不一样。为了研究方便，按 粒径的大小将土粒分为若干组，称为粒组或粒级，同组土粒的成 分和性质基本一致，组间则有明显差异。

由于各种矿物质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。矿物的粒级不同，其化学成分也有较大的差异。 在较细颗粒中，Ca、Mg、P、K等元素的含量较大。一般而言，土粒越 细，所含养分越多，反之则越少。

土壤的平均厚度 ~2m ，是具有肥力的疏松层，经由岩石、水等在 长期的气候因素下形成，包括母质的形成和在母质基础上形成土 壤两个阶段。
地层内部的岩石经受高温、高压作用，但化学上是相对稳定的。一旦暴 露在地表面，压力降低，温度有很大变动，且与丰富的水和空气接触， 发生风化作用，从而在新的条件下，达成了新的稳定状态。 相似地，生物体排泄物和死后残骸中的各种有机组分也受到了类似作用。 这两种过程的组合以及各种无机、有机产物长期的相互作用结果，造就 了土壤系统。