土壤环境化学教学课件.ppt

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1、1,第四篇 土壤环境化学,教学要求（1）掌握土壤的组成与性质，了解土壤的粒级与质地分组特性。（2）了解污染物在土壤-植物体系中迁移特点、影响因素及作用机制。（3）掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性。（4）了解农药在土壤中的迁移原理与影响因素。,2,第一章 土壤成土过程,3,中国土壤类型,砖红壤、赤红壤、红壤和黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、寒棕壤（漂灰土）、褐土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、黑垆土、荒漠土、高山草甸土、高山漠土,4,中国土壤类型砖红壤,分布地区 海南岛、雷州半岛、西双版纳和台湾岛南部，大致位于北纬22以南地区。形成条件 热带季风气候。年平均气温为2326，年平均降水量为16002000

2、毫米。植被：热带季雨林。特 征 风化淋溶作用强烈，易溶性无机养分大量流失，铁、铝残留，颜色发红。土层深厚，质地粘重，肥力差，呈酸性至强酸性。,5,中国土壤类型赤红壤,分布地区 滇南的大部，广西、广东的南部，福建的东南部，以及台湾省的中南部，北纬22-25之间。砖红壤与红壤之间的过渡类型。形成条件 南亚热带季风气候区。气温较砖红壤地区略低，年平均气温为2122，年降水量在12002000毫米之间。植被：常绿阔叶林。特 征 风化淋溶作用略弱于砖红壤，颜色红。土层较厚，质地较粘重，肥力较差，呈酸性。,6,中国土壤类型红壤和黄壤,分布地区 长江以南的大部分地区、四川盆地周围的山地。形成条件 中亚热带季

3、风气候区。植被：亚热带常绿阔叶林。特 征 有机质来源丰富，土壤腐殖质少，土性较粘，钾、钠、钙、镁积存少，铁铝多，土呈均匀的红色。黄壤中的氧化铁水解，土层呈黄色。,7,中国土壤类型黄棕壤,分布地区 北起秦岭、淮河，南到大巴山和长江，西自青藏高原东南边缘，东至长江下游地带。黄红壤与棕壤之间过渡型土类。形成条件 亚热带季风区北缘。植被：落叶阔叶林，杂生有常绿阔叶树种。特 征 具有黄壤与红壤富铝化作用的特点，又具有棕壤粘化作用的特点。呈弱酸性反应，自然肥力比较高。,8,中国土壤类型棕壤,分布地区 山东半岛和辽东半岛。形成条件 暖温带半湿润气候。夏季暖热多雨，冬季寒冷干旱，年平均气温为514，年降水量约

4、为500-1000厘米。植被：暖温带落叶阔叶林和针阔叶混交林。特 征 土壤粘化作用强烈，具有较明显的淋溶作用，钾、钠、钙、镁淋失，粘粒向下淀积。土层较厚，质地较粘重，表层有机质含量较高，呈微酸性反应。,9,中国土壤类型暗棕壤,分布地区 东北地区大兴安岭东坡、小兴安岭、张广才岭和长白山等地。形成条件 中温带湿润气候。年平均气温-15，降水量600 1100毫米。植被：温带针阔叶混交林。特 征 土壤呈酸性反应，具有丰富有机质，腐殖质积累量多。,10,中国土壤类型寒棕壤（漂灰土）,分布地区 大兴安岭北段山地。形成条件 寒温带湿润气候。年平均气温为-5，年降水量450-550毫米。植被：亚寒带针叶林。

5、特 征 土壤经漂灰作用（氧化铁被还原随水流失的漂洗作用和铁、铝氧化物与腐殖酸形成螯合物向下淋溶并淀积的灰化作用）。土壤酸性大，土层薄，有机质分解慢，有效养分少。,11,中国土壤类型褐土,分布地区 山西、河北、辽宁三省连接的丘陵低山地区，陕西关中平原。形成条件 暖温带半湿润、半干旱季风气候。年平均气温11 14，年降水量500 700毫米，主要集中在夏季，冬季干旱。植被：中生和旱生森林灌木。特 征 淋溶程度不强烈，有少量碳酸钙淀积。土壤呈中性、微碱性反应，矿物质、有机质积累较多，腐殖质层较厚，肥力较高。,12,中国土壤类型黑钙土,分布地区 大兴安岭中南段山地的东西两侧，东北松嫩平原的中部和松花江

6、、辽河的分水岭地区。形成条件 温带半湿润大陆性气候。年平均气温-33，年降水量350500毫米。植被：为产草量最高的温带草原和草甸草原。特 征 腐殖质含量丰富，腐殖质层厚度大，土壤颜色以黑色为主，呈中性至微碱性反应，钙、镁、钾、钠等无机养分较多，土壤肥力高。,13,中国土壤类型栗钙土,分布地区 内蒙古高原东部和中部的草原地区。形成条件 温带半干旱大陆性气候。年平均气温-26，年降水量250350毫米。草场为典型的干草原。特 征 腐殖质积累程度比黑钙土弱，土壤颜色为栗色。土层呈弱碱性。土壤质地以细沙和粉沙为主，区内沙化现象比较严重。,14,中国土壤类型棕钙土,分布地区 内蒙古高原的中西部，鄂尔多

7、斯高原，新疆准噶尔盆地的北部，塔里木盆地的外缘。形成条件 气候比栗钙土地区更干，大陆性更强。年平均气温27，年降水量150250毫米。植被：荒漠草原和草原化荒漠。特 征 腐殖质的积累和腐殖质层厚度最少，土壤颜色以棕色为主，土壤呈碱性反应，地面普遍多砾石和沙，逐渐向荒漠土过渡。,15,中国土壤类型黑垆土,分布地区 陕西北部、宁夏南部、甘肃东部等黄土高原。形成条件 暖温带半干旱、半湿润气候。年平均气温810，年降水量300500毫米，与黑钙土地区类似，但气温较高，相对湿度较小。由黄土母质形成。植被与栗钙土地区相似。特 征 绝大部分被开垦为农田。腐殖质的积累和有机质含量不高，腐殖质层的颜色上下差别较

8、大，上半段为黄棕灰色，下半段为灰带褐色。,16,中国土壤类型荒漠土,分布地区 内蒙古、甘肃的西部，新疆的大部，青海的柴达木盆地等地区。形成条件 温带大陆性干旱气候。年降水量大部分地区不到100毫米。植被稀少，以非常耐旱的肉汁半灌木为主。特 征 土壤无的腐殖质层，土壤剖面为砂砾，土壤发育程度差。,17,中国土壤类型高山草甸土,分布地区 青藏高原东部和东南部，阿尔泰山、准噶尔盆地以西山地和天山山脉。形成条件 气候温凉、湿润；年平均气温在-21左右，年降水量400毫米左右。高山草甸植被。特 征 剖面由草皮层、腐殖质层、过渡层和母质层组成。土层薄，土壤冻结期长，通气不良，土壤呈中性反应。,18,中国土

9、壤类型高山漠土,分布地区 藏北高原的西北部，昆仑山脉和帕米尔高原。形成条件 气候干燥、寒冷，年平均气温-10左右，冬季最低气温可达-40，年降水低于100毫米。植被的覆盖度不足10。特 征 土层薄，石砾多，细土少，有机质含量很低，土壤发育程度差，碱性反应。,19,土壤环境机能,（1）培育植物 植物生长支持体、植物生长提供水、空气和养分（2）推动物质循环 由岩石风化产生的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。（3）保存水资源 大气和地下水之间的缓冲地区。（4）防止灾害 防止洪水发生。土壤植物又可防止风雨侵蚀、水土流失或土壤荒漠化趋向，并兼有防风、消音等作用。（5）自净能力

10、具有极大比表面和催化活性，土壤中水、空气、微生物等都能使污染物降解。,20,土壤退化过程,风和水侵蚀作用：土壤流失 受纳酸雨或过量使用氨氮肥料：土壤酸化 灌溉水含（过多）盐分或深度风化作用：土壤盐碱化 干旱：土壤板结、龟裂、结构单元破坏，甚至荒漠化 水涝：营养物浸出、流失 污染：土壤有毒物质累积,21,土壤环境的质量,1995年制订和发布土壤质量环境标准GB15618-1995 适用范围：农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地、自然保护区等。（土壤应用功能、保护目标和主要性质）土壤质量分三级一级标准 I类土壤区，包括国家规定的自然保护区(原有背景重金属含量高的除外)、集中生活饮用水源地、茶园、牧

11、场和其他保护地区的土壤。土壤质量应基本上保持自然背景水平。规定土壤区中污染物的最高允许浓度限制值,22,土壤环境的质量,二级标准 类土壤区（一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等的土壤），土壤质量应基本上对植物和环境不造成危害和污染。规定土壤区：污染物的最高允许浓度限制值 三级标准 类土壤区（林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿区附近等地的农田土壤，蔬菜地除外）。土壤质量应基本上对植物和环境不造成危害和污染。规定土壤区：污染物浓度的临界值,23,第二章 土壤组成与性质,24,土壤组成与性质,25,土壤组成与性质-土壤矿物质,（成因类型）土壤矿物：原生矿物和次生矿物原生矿物 岩石受程度不同的

12、物理风化而未经化学风化的碎屑物（原来的化学组成和结晶构造都未发生改变）。次生矿物 由原生矿物经风化，形成的新矿物。在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与土壤中的次生矿物混合存在，成为土壤矿物质。,26,土壤组成与性质-土壤原生矿物,（1）硅酸盐类矿物 长石类、云母类、辉石类和闪角石类等矿物，风化释放K、Na、Ca、Fe、Mg和Al等元素可供植物吸收，可形成新的次生矿物。（2）氧化物类矿物 石英(SiO2)、赤铁矿(Fe2O3)、金红石(TiO2)、蓝晶石(Al2SiO5)。（3）硫化物类矿物 黄铁矿和白铁矿（分子式：Fe2S），易风化，土壤S主要来源。（4）磷酸盐类矿物 氟磷灰石、氯磷灰石、

13、磷酸铁、铝和其它磷的化合物，土壤无机磷的重要来源。,27,土壤组成与性质-土壤次生矿物,粒径小于0.25m、具有胶体性质，土壤中粘粒和无机胶体的组成部分（1）简单盐类 方解石(CaCO3)、白云石(Ca、Mg(CO3）2)、石膏(CaSO22H2O)等。（2）三氧化物 针铁矿(Fe2O3 H2O)、褐铁矿（2Fe2O3 3H2O）等。（3）次生硅酸盐类 由长石等原生硅酸盐矿物风化形成，构成土壤粘粒的主要成分，又称粘土矿物或粘粒矿物。伊利石、蒙脱石和高岭石,28,土壤组成与性质-土壤有机质,来源：动植物残体，高等绿色植物。土壤有机质（1）非特殊性的土壤有机质 动植物残体的组成部分以及有机质分解的

14、中间产物（如蛋白质、树脂、糖类、有机酸等，占土壤有机质总量的1015%）。（2）土壤腐殖质 土壤特有的有机物质，占土壤有机质总量的8590%，由动植物残体通过微生物作用，发生复杂转化而成。,29,土壤组成与性质-土壤有机质,土壤有机物质（按其化学组成）分类（1）非氮有机化合物（如单糖和有机酸、多糖类、树脂、脂肪、蜡质和 木质素等）。（2）含氮有机化合物（以蛋白质为主，土壤中的植物残体、土壤动物积 微生物均含有种当多的蛋白质）。（3）灰分物质（植物体经过燃烧残留的无机物）。,30,土壤组成与性质-土壤水分,31,土壤组成与性质-土壤空气,土壤孔隙中存在的气体混合物称为土壤空气。以O2、N2、CO

15、2及水汽等为主要成分。土壤进行生物化学作用产生的气体。如H2S、NH3、NO2、CO等;醇类、酸类以及其它挥发性物质通过挥发作用进入土壤。土壤空气与大气 差异（1）土壤空气不连续性（2）土壤空气水量高（3）土壤空气CO2含高,32,土壤的粒级分组与质地分组,33,土壤的粒级分组与质地分组,34,土壤粒级的矿物成分和理化特性,35,土壤粒级的矿物成分和理化特性,（1）石块和石砾-岩石碎块（lmm）（2）砂粒-原生矿物（石英、长石、云母、角闪石等）（3）粘粒-次生矿物（0.001mm）（4）粉粒（粉粒、面砂）-原生矿物与次生矿物的混合体。,36,土壤质地分类及其特性,由不同的粒级混合所表现的土壤粗

16、细状况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。土壤质地分类 以土壤各粒级含量的相对百分比作标准。国际制和美国制 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。,37,土壤质地分类及其特性,38,土壤质地分类及其特性,39,土壤质地分类及其特性,40,土壤吸附性-土壤吸附特性,土壤最活跃组分 土壤胶体和土壤微生物土壤胶体性质（1）土壤胶体（巨大的比表面和表面能）吸附性（2）土壤胶体双电层结构（3）土壤胶体凝聚性和分散性 影响土壤凝聚性能的主要因素:土壤胶体的电动电位、扩散层厚度以及土壤溶液中电解质浓度和pH值等。,41,土壤吸附性-土壤胶体的离子交换

17、吸附,（土壤胶体双电层的扩散层）补偿离子溶液中相同电荷的离子（以离子价为依据作等价交换）（离子交换或代换）阳离子交换吸附作用、阴离子交换吸附作用。,42,土壤吸附性阳离子交换吸附,土壤胶体阳离子交换吸附过程：等价交换、质量作用定律、阳离子交换能力（电荷数、离子半径及水化程度）可交换性阳离子 致酸离子：H+、A13+；盐基离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等（盐基饱和土壤、盐基不饱和土壤）土壤盐基饱和度,43,土壤吸附性阴离子交换吸附,带正电荷的胶体吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。阴离子交换吸附可与胶体微粒（如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝）或溶液中阳离子(Ca2+、Fe

18、3+、A13+)形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。,44,土壤酸碱性,45,土壤酸碱性-土壤酸度,（根据土壤H+存在方式）土壤酸度-活性酸度、潜性酸度 活性酸度 有效酸度（pH表示）H+来源：碳酸（无机酸）、有机酸、大气酸沉降 潜性酸度 土壤潜性酸度来源：土壤胶体吸附的可代换性H+和A13+。潜性酸度 代换性酸度 水解性酸度,46,土壤酸碱性-土壤碱度,土壤溶液OH-来源 CO32和H CO3的碱金属(Na、K)及碱土金属(Ca、Mg)的盐类。碳酸盐碱度和重碳酸盐度的总和称为总碱度 当土壤胶体吸附的Na+、K+、Mg2+等离子的饱和度增加到一定程度，会引起交换性阳离子的水解作用，在土壤溶液中产生N

19、aOH，使土壤呈碱性。Na+离子饱和度亦称土壤碱化度,47,土壤的缓冲性能,土壤缓冲性能 土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力。（1）土壤溶液的缓冲作用 碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类-缓冲体系（2）土壤胶体的缓冲作用 土壤胶体吸附阳离子（盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用）缓冲能力大小：腐殖质土粘土砂土,48,土壤的氧化还原性,土壤氧化剂：O2、NO3和高价金属离子土壤还原剂：有机质和低价金属离子 土壤植物根系和土壤生物-土壤氧化还原反应的重要参与者,49,土壤的氧化还原性,50,土壤环境容量,基本概念（第1种观点）污染物质含量未超过一定浓度之前，作物体内不会产生

20、明显的累积或危害作用，只有超过一定浓度之后，才有可能产生出超过食品卫生标准作物或使作物受到危害而减产。土壤存在一个可承纳一定污染物而不致污染作物的量。土壤环境容量-土壤允许承纳污染物质的最大数量,51,土壤环境容量,基本概念（第2种观点）从生态学观点出发，认为在不使土壤生态系统的结构和功能受到损害的条件下，土壤中所能承纳污染物的最大数量。土壤临界容量-综合临界指标,52,土壤环境容量-土壤环境容量确定,土壤静容量 从静止的观点度量土壤的容纳能力，由下式表示，Cs=M（Ci-CB1）式中，M表示每亩耕地土壤重，kg；Ci为i元素的土壤临界含量，mg/kg；CBi为i元素的土壤背景值，mg/kg。

21、现存容量 CSP=M（Ci-CB1-CP）CP是土壤中人为污染而增加的量。,53,土壤环境容量-土壤环境容量确定,土壤动容量 若假定年输入量为Q，年输出量为Q，并且Q大于Q 残留量:Q Q 残留量(Q Q)与输入量Q之比，称之为累积率(K)若土壤污染物累积总量AT(含当年转入量)，则：AT=Q+QK+QK2+QKn 而n年内的污染物残留总量RT(不含当年输入量)则为：RT=QK+QK2+QKn 污染累积总量AT和残留总量RT 均为等比级数之和，等比系数为K。,54,土壤环境容量-土壤环境容量的确定,（当年限n足够长时QKn趋于零，且AT达到最大极限值）积累关系 等比有限累积规律，其数学模式：AT=K（B+Q）AT：污染物在土壤中的年累积量，mg/kg；K：土壤污染物年残留率(%)，即残留量与输入量的比率；B：污染物的区域土壤背景值，mg/kg；Q：土壤污染物的年输入量，mg/kg。,