第四章 土壤环境化学
土壤是大气和地下水的缓冲地区
土壤蓄水量大,可防止洪水发生。防止风雨侵蚀、水土 流失或土壤沙漠化趋向,并兼有防风、消音等作用
土壤对外来污染物有一定的自净能力
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; • 由于污染,引起土壤中有毒物质累积,继而通过食物链辗转进
S 0.8±0.7 1.9±1.8 C=O 2.9±2.8 2.7±1.5
O 35.5±2.8 44.9±5.1 NH2/OCH3 0.6±0.3 0.8±0.5 分子量 2×103~106 300~400
土壤是能使植物挺立生长的支持体: 肥力,能为植物 生长提供水、空气和养分
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)
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
腐殖质
表 土能团组成 腐殖酸% 富里酸%
C 56.2±2.6 45.7±5.0 COOH 3.6±2.1 8.2±3.0
H 4.7±1.5 5.4±1.6 酸 OH 3.9±1.8 3.0±2.7
N 3.2±2.4 2.1±1.2 醇 OH 2.6±2.4 6.1±3.4
入生物或人体。
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。
真正土壤
国际代号 O
A0 H A
AE B C R
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
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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。
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
(d)有机酸 降低土壤pH值,使原生矿物 易溶解,作为配合剂
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
• 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。
(c)硫化物类 土壤中只含FeS2化合物(黄铁 矿、白铁矿)
(d)磷酸盐类 Ca5(PO4)3F等,提供无机P
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) 原生 矿物化学风化终产物出现在干旱和半干旱地区, 晶粒简单
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
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。
有机质层
腐殖质 粘粒
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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
矿物的粒级不同,其化学成分也有较大的差异
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
(b)三氧化物(褐铁矿) 出现在热带、亚热带
(c)次生硅酸盐类矿物(蒙脱石、高岭石、伊利 石) 长石类风化形成,是粘粒矿物主要成分
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%。