土壤环境化学土壤圈是自然环境要素的重要组成之一，它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，称作土壤圈。
1、土壤的组成土壤除固相、液相和气相组成外，土壤中还有数量众多的细菌和微生物。
2、原生矿物3、次生矿物（1）按形态分类①非晶态次生矿物呈胶膜状态，它包裹于土粒表面，如水合氧化铁、铝及硅等；呈粒状凝胶成为极细的土粒，如水铝类石等，是一种无固定组成的硅铝氧化物，并有较高的阳离子和阴离子代换量，特别是无定形氧化物具有巨大的比表面和较高的化学活性。
②晶态次生矿物－主要是铝硅酸盐类黏土矿物由硅氧四面体和铝氢氧八面体的层片组成硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子组成，形成一个三角锥形的晶格单元铝氢氧八面体：一个铝原子与六个氧原子或氢氧原子组组成，形成具有八个面的晶格单元（2）按性质分类①简单盐类：方解石(CaCO3)、石膏(CaSO4·H2O)原生矿物化学风化后的最终产物水溶性盐，易淋溶流失土壤中存在较少、主要存在盐渍土壤中、干旱地区②三氧化物类硅酸盐矿物彻底风化后的产物③次生铝硅酸盐类（粘土矿物）由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成在土壤中普遍存在、土壤的主要成分，种类多黏土矿物分类：伊利石、蒙脱石、高岭石不足的正电荷被处在两个钾离子起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来。
但以温带干旱地区的土壤中含量其颗粒直径，膨胀性较小， 晶层间没有氢水分子或其他交换性阳离子可以进入层 是基性岩在碱性环境条件其颗粒直径，阳离子代换量极高。
因此富含蒙脱石的土壤，水分缺乏，同时干裂现象严重而不利于植物生长。
型二层晶层之间水分子和其他离子 主要见于湿热的热带地区的土; 其颗粒直径较大，为0.1～，膨胀性小，阳离子植物可获得的有效水4、土壤矿物质的粒级划分（1）石块和石砾：多为岩石碎块，直径大于1mm。
山区土壤和河滩土壤中常见。
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，毛细管水上升高度很低（小于33cm），保水保肥能力弱，营养元素含量少。
（3）粉粒：也称作面砂，是原生矿物与次生矿物的混合体，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。
（4）粘粒：主要是次生矿物，粒径小于0.005mm。
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。
5、风化作用与土壤形成风化作用与土壤形成：土壤从本质上讲是由地球表面的岩石在自然条件下经过长时期的风化作用而形成的。
物理风化是一种机械崩解化学风化：溶解、水解、水化、CO2侵蚀、氧化还原生物风化：岩石由于受到生物的活动而遭到破坏的过程6、同晶替代－同晶置换同晶替代：在黏土矿物的形成过程中，常常发生半径相近、电荷符号相同的离子取代一部分铝(Ⅲ)或硅(Ⅳ)的现象，取代后的晶体结构未改变，即同晶替代作用。
如Mg2+、Fe3+等离子取代Al3+，Al3+取代Si4+，同晶替代的结果，使黏土矿物微粒具有过剩的负电荷。
此负电荷由处于层状结构外部的K+、Na+等来平衡。
这一特征决定了黏土矿物具有离子交换吸附等性能。
7、土壤质地：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）8、土壤胶体的性质（1）比表面和表面能比表面：单位质量或体积物质的表面积表面能：处于表面的分子因受力不均匀产生剩余力，此力产生的能量被称为自由能或表面能。
稳定体系：自然界中的物体均有降低其自由能，保持其分散系统稳定性的趋势，一般通过吸附分子态物质，消耗自由能来达到。
（2）电性双电层结构电动电位随扩散层厚度增大而增大（3）离子交换吸附大多数土壤胶体带负电荷，吸附阳离子发生离子交换吸附时，释放出等量的其它阳离子物理化学吸附（4）凝聚性和分散性土壤胶体的凝聚性：胶体大的比表面和表面能，相互吸引，有凝聚的趋势土壤胶体的分散性：负电荷，同性相斥影响因素：电动电位和扩散层厚度土壤溶液中阳离子浓度9、土壤胶体阳离子交换吸附特征位置：土壤胶体中扩散层的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换达到平衡的过程；电量变化：阳离子交换量是等量进行的。
（1）阳离子交换能力决定因素交换离子电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强交换离子半径及水化程度：同价离子，离子半径越大，交换能力越强（2）阳离子交换量阳离子交换量：每千克干土中所含全部阳离子总量(cmol/kg)影响因素：土壤成分：有机胶体＞蒙脱石＞水化云母＞高岭土＞含水氧化铁含水氧化铝；化学组成：土壤胶体中SiO2/(Fe2O3+ Al2O3) （或SiO2/R2O3，硅铝铁率）比值越大，阳离子交换能力越大；粒级：土质越细，阳离子交换能力越高；土壤溶液：pH值下降，土壤负电荷减少，阳离子交换能力降低（3）不同粘土矿物吸附差异伊利石对二价金属离子的吸附顺序为：Pb2+＞Ca2+＞Zn2+＞Cd2+。
蒙脱石对二价金属离子的吸附顺序为：Ca2+＞Pb2+＞Cu2+＞Mg2+>Cd2+＞Zn2+；高岭石对二价金属离子的吸附顺序为：Pb2+＞Ca2+＞Cu2+＞Mg2+＞Zn2+＞Cd2+；（4）土壤中可交换阳离子种类致酸离子－H+、Al3+盐基离子－Ca2+、Mg2+、K+、Na+盐基饱和土壤：当土壤胶体吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤盐基不饱和土壤：当土壤胶体吸附的阳离子有部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。
土壤胶体阴离子交换吸附特征定义：土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。
10、土壤胶体的分类（1）有机胶体土壤有机胶体主要是腐殖质非晶态的无定形物质，有巨大的比表面(350～900 m2/g)由于胶体表面羧基或酚羟基中H+的解离，使腐殖质带负电荷，其负电量高阳离子交换量高不同腐殖质胶体成分的性质差异：富里酸(fulvic acid)、腐殖酸(humic acid) 、胡敏酸(humin)（2）无机胶体种类：次生粘土矿物（伊利石、蒙脱石、高岭石）、铁铝水合氧化物、含水氧化硅两性胶体次生黏土矿物胶体特征：粒径小于5m的层状铝硅酸盐，对土壤中分子态和离子态污染物有很强的吸附能力；粘土矿物颗粒微细，表面积大，能够吸附进入土壤中的气、液态污染物；粘土矿物带负电荷，阳离子交换量高，对土壤中离子态污染物有较强的交换固定能力。
（3）复合胶体是无机胶体和有机胶体结合而成的一种胶体11、土壤酸碱度对污染物迁移转化的影响（1）土壤酸度分类①活性酸度－土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，有效酸度>>H+来源：CO2溶于水形成碳酸、有机质分解产生的有机酸、矿物质氧化产生的无机酸、无机肥料中残留的无机酸、大气酸沉降②潜性酸度潜性酸度来源－土壤胶体吸附的可代换性H+和铝离子。
吸附状态时不显酸性，通过离子交换作用进入土壤溶液之后，降低土壤的pH 值； 只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度③活性酸度与潜性酸度的关系同一平衡体系的两种酸度可以相互转化土壤活性酸度－有效酸度土壤胶体是H+和Al3+的贮存库，潜性酸度则是活性酸度的储备。
土壤的潜性酸度比活性酸度大得多。
（2）土壤碱度土壤溶液中OH-的来源－CO32-、HCO3-的碱金属和碱土金属盐类碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度（3）土壤酸碱度对污染物迁移转化的影响：①影响土壤中重金属的溶解度。
②影响土壤中重金属的活性。
镉在酸性土壤中溶解度增大，对植物的毒性较大；镉在碱性土壤中溶解度减小，毒性降低。
③影响污染物氧化还原体系的电位。
④影响土壤胶体对重金属离子的吸附。
硅酸胶体吸附金属离子的最佳pH范围为：Co2+，5～7；Cr3+，3.5～7。
12、土壤的缓冲性能定义：土壤所具有的缓和其酸碱度发生激烈变化的能力。
土壤缓冲机制：①土壤溶液的缓冲作用（i）共轭酸碱对：碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和有机酸及其盐类（ii）两性物质：氨基酸、胡敏酸等②土壤胶体的缓冲作用土壤胶体吸附各种阳离子起缓冲作用③铝离子对碱的缓冲作用水合铝离子：酸性土壤（pH<5）溶液中，Al3+与6个H2O分子结合形成水合离子缓冲作用机理：土壤溶液中Al(H2O)63+离解H+，中和加入的OH-，使土壤pH 不致发生大的变化13、土壤氧化还原性质（1）影响有机物和无机物的存在形态和毒害程度（2）影响重金属的迁移（3）影响土壤养分的供应14、土壤污染物来源（1）化肥和农药（2）污水、废渣和垃圾（3）大气或水体中的污染物质的迁移、转化（4）自然界中某些元素的富集中心或矿床周围，往往形成自然扩散晕15、土壤污染的防治措施（1）沉降法：将取自于天然水体（如河水）的灌溉用水，先引入一沉降池，以除去水中吸附了有害物质的颗粒物。
（2）稀释法：将污染灌溉水以清净的水稀释到无害程度的方法。
（3）铺垫客土方法：是对受污染的本土在其上层铺垫一层非污染客土的方法。
（4）排土法：将污染土层移去，用作铺设道路路基、建筑物地基等的方法。
（5）混层法和倒转层法：将表层污染土与下层清洁土经翻耕后两相混合的方法。
（6）土壤改良法：主要是用化学类方法。
例如向土壤投加石灰、磷酸盐、硅酸盐等化学物质，能达到改性土壤的目的。
土壤背景值：指在未受污染的情况下，天然土壤中的金属元素的基线含量。
16、重金属污染的危害（1）影响植物生长（2）影响土壤生物群的变化及物质的转化（3）影响人体健康：植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进入人体；（4）影响其他环境要素大气环境：经化学或微生物的转化作用，转化为易挥发的金属有机物(如有机砷、有机汞)或蒸气态金属或化合物(如汞、氢化砷)挥发到大气中；水体环境：在雨水（特别是酸雨）淋溶或地表径流作用下，重金属进入地表水和地下水，影响水生生物。
17、典型重金属迁移转化（1）铅①迁移转化特征：吸附特性：土壤的Pb2+容易被有机质和黏土矿物所吸附；腐殖质对铅的吸附能力明显高于黏土矿物。
溶解特性：在土壤溶液中可溶性铅的含量很低；土壤中铅的迁移能力较弱，生物有效性较低。
当土壤pH降低时，部分被吸附的铅可以释放出来，使铅的迁移能力提高，生物有效性增加。
②危害：不是植物生长发育的必需元素。
低浓度的铅对作物生长不会产生危害。
高浓度的铅能抑制水稻生长，使叶片的叶绿素含量降低，影响光合作用，延缓生长，推迟成熟，导致减产。
（2）汞迁移特点：土壤胶体及有机质对汞的吸附作用相当强不易随水流失，但易挥发至大气中转化特点：①形态转化无机汞可分解生成金属汞；还原条件下，有机汞可降解生成金属汞厌氧条件下，部分汞可转化为可溶性甲基汞或气态二甲基汞②还原环境中HgS的生成Hg2+与H2S生成极难溶的HgS；金属汞被硫酸还原细菌变成HgS可阻止汞在土壤中的移动。