4-土壤環(huán)境化學(xué)-環(huán)境化學(xué)課件資料

4-土壤環(huán)境(huánjìng)化學(xué)-環(huán)境(huánjìng)化學(xué)課件資料第一頁(yè)，共103頁(yè)。大氣圈土壤圈巖石圈水圈(shuǐquān)生物圈蒸發(fā)(zhēngfā)元素(yuánsù)循環(huán)土壤植物和動(dòng)物土壤水能量交換氣體散發(fā)土壤形成淋洗土壤圈與大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈之間的物質(zhì)和能量交換

第二頁(yè)，共103頁(yè)。2重金屬西歐：100多萬(wàn)個(gè)點(diǎn)位重金屬污染(wūrǎn)我國(guó)：2000多萬(wàn)hm2土壤污染(wūrǎn)1200萬(wàn)噸污染(wūrǎn)糧食/年有機(jī)污染物PAHs、PCB、農(nóng)藥(nóngyào)、石油烴、有機(jī)洗滌劑、酚類(lèi)化合物第三頁(yè)，共103頁(yè)。3點(diǎn)源工業(yè)(gōngyè)排放畜禽養(yǎng)殖(yǎngzhí)工業(yè)(gōngyè)污泥不平安的填埋地下儲(chǔ)罐泄漏采礦污水灌溉第四頁(yè)，共103頁(yè)。4面源城市(chéngshì)排放大氣(dàqì)沉降農(nóng)業(yè)面源(農(nóng)藥(nóngyào)、化肥)地表徑流第五頁(yè)，共103頁(yè)。5第六頁(yè)，共103頁(yè)。6本章重點(diǎn)：１、土壤的組成與性質(zhì)；２、污染物質(zhì)在土壤—植物體系(tǐxì)中的遷移和它的作用機(jī)制；３、主要農(nóng)藥在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化和歸趨。第七頁(yè)，共103頁(yè)。7土壤的兩個(gè)(liǎnɡɡè)重要的功能：具有支持植物和微生物生長(zhǎng)繁殖的能力。具有同化和代謝外界進(jìn)入土壤的物質(zhì)能力。第八頁(yè)，共103頁(yè)。8全球范圍(fànwéi)的土壤環(huán)境問(wèn)題(EnvironmentalProbleminSoil)土壤酸化、鹽堿化、土壤污染土壤沙漠化〔石漠化〕陸地(lùdì)植被破壞水土流失第九頁(yè)，共103頁(yè)。94.1土壤的組成(zǔchénɡ)和性質(zhì)土壤(tǔrǎng)組成(SoilConstitution)固相（土壤礦物質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)）液相（水分及水溶物）氣相（空氣）第十頁(yè)，共103頁(yè)。10土壤(tǔrǎng)中固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖第十一頁(yè)，共103頁(yè)。111．土壤(tǔrǎng)氣體(AtmosphereinSoil)特性：(1)不連續(xù)性，存在于土粒間隙(jiànxì)之間；(2)濕度更高；(3)O2少，CO2多，有機(jī)質(zhì)腐爛分解；

大氣

土壤

O221%(v/v)15%CO20.03%0.15-0.65%(4)有復(fù)原性氣體〔H2S、NH3、H2、CH4〕、厭氧細(xì)菌(xìjūn)和污染物等存在。第十二頁(yè)，共103頁(yè)。122．土壤溶液(WaterinSoil)土壤溶液的意義(yìyì)：土壤水分既是植物營(yíng)養(yǎng)物的來(lái)源(láiyuán)，也是污染物向其他圈層遷移的媒介。第十三頁(yè)，共103頁(yè)。131〕土壤水

包括(bāokuò)氣態(tài)水，固態(tài)水和液態(tài)水土壤水氣態(tài)水—存在(cúnzài)于土壤空氣中的水汽固態(tài)(gùtài)水液態(tài)水化學(xué)結(jié)合水土壤水凍結(jié)形成的冰吸附(束縛)水吸濕水膜狀水自由水毛細(xì)管水重力水地下水第十四頁(yè)，共103頁(yè)。142〕土壤溶質(zhì)包括〔1〕可溶性氣體〔2〕無(wú)機(jī)鹽類(lèi)離子〔3〕無(wú)機(jī)膠體(jiāotǐ)〔4〕可溶性有機(jī)物〔5〕配合物第十五頁(yè)，共103頁(yè)。153．土壤(tǔrǎng)礦物質(zhì)(MineralsinSoil)土壤礦物質(zhì)是巖石經(jīng)過(guò)物理(wùlǐ)風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化形成的。按成因類(lèi)型(lèixíng)分類(lèi)：原生礦物次生礦物各種巖石受到程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化的碎屑物，其原來(lái)的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都沒(méi)有改變。大多數(shù)是由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物，其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)都有所改變。第十六頁(yè)，共103頁(yè)。161〕原生礦物〔1〕硅酸鹽礦物：常見(jiàn)長(zhǎng)石類(lèi)、云母(yúnmǔ)類(lèi)、輝百石類(lèi)和角閃石等，大都不很穩(wěn)定比較容易風(fēng)化而釋放出鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等元素，同時(shí)形成次生礦物?！?0%〕〔2〕氧化物類(lèi)礦物：包括石英(SiO2)、赤鐵礦(Fe2O3)、金紅石(TiO2)等，相當(dāng)穩(wěn)定，不易風(fēng)化。石英是土壤中分布最廣的一種礦物力砂粒的主要成分?！?〕硫化物類(lèi)礦物：在土壤中通常只有鐵的硫化物礦物，即黃鐵礦和白鐵礦。二者是同質(zhì)異構(gòu)物，分子式均為FeS2。極易風(fēng)化，成為土壤中硫的主要來(lái)源?！?〕磷酸鹽類(lèi)礦物：土壤中分布最廣的是磷灰石，包括氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]和氯磷灰石[Ca(PO4)3Cl]兩種，是土壤中無(wú)機(jī)磷的重要來(lái)源。第十七頁(yè)，共103頁(yè)。172)次生礦物：〔1〕簡(jiǎn)單鹽類(lèi)：屬水溶性鹽，易淋溶流失，一般土壤中較少，多存在于鹽漬土中。如方解石(CaCO3)、白云石[Ca、Mg(CO3)2]、石膏(CaSO4·2H2O)、瀉鹽(MgSO4·7H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、水氯鎂石(MgC12·6H2O)等。是原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后的最終產(chǎn)物，結(jié)晶構(gòu)造也較簡(jiǎn)單，常見(jiàn)于干旱和半干旱地區(qū)的土壤中?！?〕三氧化物類(lèi)：土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小局部，粒徑小于μm，稱(chēng)之為次生粘土礦物。如針鐵礦(Fe2O3·H2O)、褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O)、三水鋁石(A12O3·3H2O)，是硅酸鹽礦物徹底風(fēng)化后產(chǎn)物，結(jié)晶構(gòu)造較簡(jiǎn)單，常見(jiàn)于濕熱的熱帶和亞熱帶地區(qū)土壤中?！?〕次生鋁硅酸鹽類(lèi)：土壤礦物質(zhì)中細(xì)小局部，粒徑小于μm。土壤很多重要物理、化學(xué)過(guò)程和性質(zhì)都和次生鋁硅酸鹽種類(lèi)和數(shù)量有關(guān)。這類(lèi)礦物在土壤中普遍存在，種類(lèi)很多，是由長(zhǎng)石等原生硅酸鹽礦物風(fēng)化后形成。是構(gòu)成(gòuchéng)土壤的主要成分，故又稱(chēng)為粘土礦物。由于母巖和環(huán)境條件的不同，使巖石風(fēng)化處在不同的階段。第十八頁(yè)，共103頁(yè)。18伊利石(或水云母)[(OH)4Ky(Al4·Fe4·Mg4·Mg6)(Si8-y·Aly)O20]風(fēng)化程度較低，一般土壤中均有分布，但以溫帶干旱地區(qū)土壤中含量最多。其顆粒直徑小于2μm，膨脹性較小，具有較高的陽(yáng)離子代換量，并富含鉀(K2O4%~7%)。蒙脫石[A14SiO20(OH)4]為伊利石迸一步風(fēng)化產(chǎn)物(chǎnwù)，是基性巖在堿性環(huán)境條件下形成的，在溫帶干旱地區(qū)的土壤中含量較高。其顆粒直徑小于1μm，陽(yáng)離子代換量極高。所吸收的水分植物難以利用，富含蒙脫石土壤，植物易感水分缺乏。高嶺石第十九頁(yè)，共103頁(yè)。194．土壤(tǔrǎng)有機(jī)質(zhì)(SoilOrganicMatter，SOM)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤形成(xíngchéng)的主要標(biāo)志，土壤肥力的表現(xiàn)，土壤中含碳有機(jī)物的總稱(chēng)?；铙w

（根系、土壤中的生物）細(xì)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物等

非腐殖質(zhì)非活體

腐殖質(zhì)第二十頁(yè)，共103頁(yè)。20土壤(tǔrǎng)的粒級(jí)分組(SizeClassificationofMineralsinSoil)不同粒徑的土壤礦物質(zhì)顆?！布赐亮！常湫再|(zhì)和成分都不一樣。人們常按粒徑的大小將土粒分為假設(shè)干組，稱(chēng)為粒組或粒級(jí)，同組土粒的成分和性質(zhì)根本一致，組間那么(nàme)有明顯差異。第二十一頁(yè)，共103頁(yè)。21第二十二頁(yè)，共103頁(yè)。22第二十三頁(yè)，共103頁(yè)。23土壤(tǔrǎng)的性質(zhì)(QualityClassificationofSoilandCharacteristic)由不同的粒級(jí)混合在一起所表現(xiàn)出來(lái)(chūlái)的土壤粗細(xì)狀況，稱(chēng)為土壤質(zhì)地〔或土壤機(jī)械組成〕。第二十四頁(yè)，共103頁(yè)。241.土壤(tǔrǎng)的吸附性(SoilAdsorption)1)土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)的性質(zhì)〔直徑1-100nm〕〔１〕大的比外表(wàibiǎo)積和外表(wàibiǎo)能比外表積：?jiǎn)挝恢亓俊不蝮w積〕物質(zhì)的外表積。一定體積的物質(zhì)被分割時(shí)，隨著顆粒數(shù)的增多，比外表也顯著地增大。第二十五頁(yè)，共103頁(yè)。25蒙脫石比外表(wàibiǎo)積最大〔600-800m2/g〕高嶺石最小〔7-30m2/g〕有機(jī)膠體比外表(wàibiǎo)積也大〔～700m2/g〕第二十六頁(yè)，共103頁(yè)。26膠體外表(wàibiǎo)分子與內(nèi)局部子所處的狀態(tài)不同，受到內(nèi)外部?jī)煞N不同的引力，因而具有多余的自由能即外表(wàibiǎo)能，這是土壤膠體具有吸附作用的主要原因。比外表(wàibiǎo)積愈大，外表(wàibiǎo)能愈大，膠體的吸附性愈強(qiáng)。第二十七頁(yè)，共103頁(yè)。27〔２〕外表(wàibiǎo)帶有電荷(ColloidsofSoil)土壤膠體微粒內(nèi)部一般帶負(fù)電荷，形成一個(gè)負(fù)離子層〔決定電位離子層〕，其外部由于電性吸引而形成一個(gè)正離子層〔反離子層或擴(kuò)散層〕，即合稱(chēng)雙電層。永久電荷：由黏土礦物晶格中的同晶置換所產(chǎn)生的電荷?？勺冸姾桑褐竿寥滥z體外表電荷，其數(shù)量和性質(zhì)(xìngzhì)會(huì)隨著介質(zhì)pH值的改變而改變。第二十八頁(yè)，共103頁(yè)。28〔３〕凝聚性和分散性由于膠體(jiāotǐ)的比外表和外表能都很大，為減小外表能，膠體(jiāotǐ)具有相互吸引、凝聚的趨勢(shì)，這就是膠體(jiāotǐ)的凝聚性。由于土壤膠體(jiāotǐ)微粒帶負(fù)電荷，膠體(jiāotǐ)粒子相互排斥，具有分散性，負(fù)電荷越多，負(fù)的電動(dòng)電位越高，相互排斥力越強(qiáng)，分散性也越強(qiáng)；第二十九頁(yè)，共103頁(yè)。29土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)的凝聚性主要取決于其電動(dòng)電位的大小和擴(kuò)散層的厚度；此外，土壤溶液中的電解質(zhì)和pH值也有影響(yǐngxiǎng)。陽(yáng)離子對(duì)帶負(fù)電荷的土壤膠體的凝聚能力隨離子的價(jià)數(shù)增加、半徑增大而增強(qiáng)，常見(jiàn)陽(yáng)離子凝聚力的強(qiáng)弱順序：第三十頁(yè)，共103頁(yè)。302)土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)的離子交換吸附離子交換(lízǐjiāohuàn)〔或代換〕：土壤膠體擴(kuò)散層中的補(bǔ)償離子，可以和溶液中相同電荷的離子以離子價(jià)為依據(jù)作等價(jià)交換。離子交換(lízǐjiāohuàn)作用包括陽(yáng)離子交換(lízǐjiāohuàn)吸附和陰離子交換(lízǐjiāohuàn)吸附。第三十一頁(yè)，共103頁(yè)。31〔1〕土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)的陽(yáng)離子交換吸附〔可逆過(guò)程〕(CationExchangeAdsorption)土壤膠體陽(yáng)離子交換吸附過(guò)程以離子價(jià)為依據(jù)進(jìn)行等價(jià)交換(děnɡjiàjiāohuàn)，且受質(zhì)量作用定律支配。第三十二頁(yè)，共103頁(yè)。32影響(yǐngxiǎng)陽(yáng)離子交換吸附的因素：陽(yáng)離子(電荷數(shù),離子半徑(lízǐbànjìnɡ),水化程度)土壤(tǔrǎng)〔膠體,顆粒,SiO2/R2O3、pH等〕第三十三頁(yè)，共103頁(yè)。33可交換(jiāohuàn)性陽(yáng)離子致酸離子(lízǐ)〔Al3+、H+〕鹽基離子(lízǐ)〔Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等〕第三十四頁(yè)，共103頁(yè)。34鹽基飽和(bǎohé)土壤：土壤(tǔrǎng)膠體吸附的陽(yáng)離子全部是鹽基陽(yáng)離子時(shí)，這種土壤(tǔrǎng)稱(chēng)為鹽基飽和土壤(tǔrǎng)。第三十五頁(yè)，共103頁(yè)。35陽(yáng)離子交換量〔CationExchangeCapacity,CEC〕CEC表示每千克干土中所含全部陽(yáng)離子的總量，是表示土壤吸附(xīfù)性質(zhì)的重要指標(biāo)。單位：厘摩爾/每千克土(cmol/kg)測(cè)定：用Ca2+作指示劑，Ba2+作萃取劑，原子吸收分光光度法測(cè)定。第三十六頁(yè)，共103頁(yè)。36不同(bùtónɡ)土壤的陽(yáng)離子交換量不同(bùtónɡ)：〔1〕不同(bùtónɡ)種類(lèi)的膠體的陽(yáng)離子交換量順序有機(jī)膠體>蒙脫石>水化云母>高嶺土>水合氧化鐵、鋁〔2〕土壤質(zhì)地越細(xì)，陽(yáng)離子交換量越高；〔3〕土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)中SiO2/R2O3比值越大，陽(yáng)離子交換量越高；〔4〕pH值下降，陽(yáng)離子交換量降低。第三十七頁(yè)，共103頁(yè)。37〔2〕土壤膠體的陰離子交換(jiāohuàn)吸附帶正電荷的膠體(jiāotǐ)吸附的陰離子與土壤溶液中的陰離子交換。吸附(xīfù)順序：F->C2O42->檸檬酸根>PO43->HCO3->H2BO3->Ac->SCN->SO42->Cl->NO3-第三十八頁(yè)，共103頁(yè)。382.土壤(tǔrǎng)的酸堿性(Acidity-AlkalinityofSoil)1)土壤(tǔrǎng)的酸度(AcidityofSoil)根據(jù)(gēnjù)土壤中H+存在的形式：活性酸度〔或有效酸度〕〔ActivityAcidity〕土壤溶液中氫離子濃度的直接反映出來(lái)的酸度，通常用pH表示〔通常描述土壤性質(zhì)時(shí)表示作土壤pH值〕潛性酸度〔PotentialAcidity〕是由土壤膠體吸附的可代換性H+、Al3+離子造成的。

交換性酸度水解性酸度第三十九頁(yè)，共103頁(yè)。39交換(jiāohuàn)性酸度用過(guò)量中性鹽〔KCl、NaCl等)溶液淋洗土壤(tǔrǎng)，溶液中金屬離子與土壤(tǔrǎng)中H+、Al3+發(fā)生離子交換作用：|土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)|-H++KCl→|土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)|-K++HCl|土壤膠體|-Al3++3KCl→|土壤膠體|-3K+

+AlCl3AlCl3+H2O→Al(OH)3+3HCl第四十頁(yè)，共103頁(yè)。40水解(shuǐjiě)性酸度用弱酸強(qiáng)堿鹽淋洗土壤，溶液中金屬離子可將土壤膠體吸附的H+、Al3+離子代換出來(lái)，同時(shí)生成弱酸〔醋酸〕，此時(shí)(cǐshí)所測(cè)定出的該弱酸的酸度稱(chēng)水解性酸度。第四十一頁(yè)，共103頁(yè)。41〔NaAc+H2O→HAc+Na++OH-〕交換性酸度只是水解(shuǐjiě)性酸度的一局部，因此水解(shuǐjiě)性酸度高于交換性酸度。|土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)|-Al3+、H++4NaAc→|土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)|-4Na++Al(OH)3+4HAc第四十二頁(yè)，共103頁(yè)。42活性酸度和潛性酸度二者的關(guān)系(guānxì)：*活性酸度與潛性酸度是存在于同一平衡體系的兩種酸度，二者可以相互轉(zhuǎn)換，一定條件下可處于(chǔyú)暫時(shí)平衡。*活性酸度是土壤酸度的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，土壤膠體是H+Al3+的儲(chǔ)存庫(kù)，因此(yīncǐ)潛性酸度是活性酸度的儲(chǔ)藏。第四十三頁(yè)，共103頁(yè)。432)土壤(tǔrǎng)的堿度(AlkalinityofSoil)土壤溶液中的OH-離子，主要來(lái)源于堿金屬和堿土金屬(jiǎntǔjīnshǔ)的碳酸鹽類(lèi)，即碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度的總量稱(chēng)為總堿度，可用滴定法測(cè)定。第四十四頁(yè)，共103頁(yè)。44不同(bùtónɡ)溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對(duì)堿度的奉獻(xiàn)不同(bùtónɡ)：CaCO3、MgCO3難溶，石灰(shíhuī)性土壤，Na2CO3pH>10，NaHCO3、Ca(HCO3)2

第四十五頁(yè)，共103頁(yè)。45土壤膠體上吸附陽(yáng)離子〔Na+、K+、Mg2+〕的飽和度增加，可引起(yǐnqǐ)交換性陽(yáng)離子的水解作用：土壤膠體|-xNa++yH2O→土壤膠體|-(x-y)Na+、yH++yNaOH結(jié)果在土壤(tǔrǎng)溶液中產(chǎn)生NaOH，使土壤(tǔrǎng)呈堿性。第四十六頁(yè)，共103頁(yè)。463)土壤(tǔrǎng)的緩沖性能(BufferActionofSoil)土壤溶液中含有(hányǒu)碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機(jī)酸及其鹽類(lèi)，構(gòu)成很好的緩沖體系。第四十七頁(yè)，共103頁(yè)。47有機(jī)酸的緩沖作用(BufferActionofOrganicAcid)NH2

NH3ClR-CH+HClR-CHCOOHCOOHNH2

NH2R-CH+NaOHR-CH+H2OCOOHCOONa第四十八頁(yè)，共103頁(yè)。48土壤膠體(tǔrǎnɡjiāotǐ)的緩沖作用(BufferActionofColloidsofSoil)土壤膠體中存在有代換(dàihuàn)性陽(yáng)離子土壤膠體|-M＋+HCl→土壤膠體|-H＋+MCl〔緩沖酸〕土壤膠體|-H＋+MCl→土壤膠體|-M＋+HCl〔緩沖堿〕第四十九頁(yè)，共103頁(yè)。49土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖能力(nénglì)越強(qiáng)；代換量相當(dāng)時(shí)，鹽基飽和度越高，土壤對(duì)酸的緩沖能力(nénglì)越大；反之，鹽基飽和度減小，土壤對(duì)堿的緩沖能力(nénglì)增加。第五十頁(yè)，共103頁(yè)。50鋁離子(lízǐ)對(duì)堿的緩沖作用Al對(duì)土壤的危害：三價(jià)Al與土壤膠體結(jié)合能力強(qiáng)，易排擠其它陽(yáng)離子使其進(jìn)入土壤溶液而遭受淋溶損失(sǔnshī)；研究說(shuō)明，土壤對(duì)植物的酸害實(shí)際是鋁害，過(guò)多的鋁離子抑制植物生長(zhǎng)。第五十一頁(yè)，共103頁(yè)。513.土壤的氧化(yǎnghuà)復(fù)原性(OxidationandReductionofSoil)土壤氧化復(fù)原能力的大小可以用土壤的氧化復(fù)原電位〔Eh〕來(lái)衡量。氧化復(fù)原反響是土壤中無(wú)機(jī)物和有機(jī)物發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化并對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生(chǎnshēng)重要影響的化學(xué)過(guò)程。第五十二頁(yè)，共103頁(yè)。52主要氧化劑：氧氣(yǎngqì)、NO3-離子和高價(jià)金屬離子，如Fe(III)、Mn(IV)、V(V)、Ti(IV)等。主要復(fù)原劑：有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤發(fā)生氧化復(fù)原反響的重要參與者。主要氧化復(fù)原體系如下：鐵體系Fe(III)-Fe(II),錳體系Mn(IV)-Mn(II),硫體系SO42—H2S氮體系NO3—〔NO2-、N2、NH4+〕。碳體系CO2-CH4土壤氧化復(fù)原能力的大小可以用土壤的氧化復(fù)原電位(Eh)來(lái)衡量，其值是以氧化態(tài)物質(zhì)與復(fù)原態(tài)物質(zhì)的相對(duì)濃度比為依據(jù)的。由于土壤中氧化態(tài)物質(zhì)與復(fù)原態(tài)物質(zhì)的組成十分復(fù)雜，因此計(jì)算土壤的實(shí)際氧化復(fù)原電位(Eh)很困難。主要以實(shí)際測(cè)量的土壤氧化復(fù)原電位(Eh)衡量土壤的氧化復(fù)原性.第五十三頁(yè)，共103頁(yè)。53一般旱地土壤的氧化復(fù)原電位(Eh)為+400—+700mV;水田的Eh值在+300—-200mV。根據(jù)土壤的Eh值可以確定土壤中有機(jī)物和無(wú)機(jī)物可能發(fā)生的氧化復(fù)原反響和環(huán)境行為。當(dāng)土壤的Eh值>700mV時(shí)，土壤完全處于氧化條件下，有機(jī)物質(zhì)會(huì)迅速分解;當(dāng)Eh值在400—700mV時(shí)，土壤中氮素主要以NO3-形式存在;當(dāng)Eh值<400mV時(shí)，反硝化開(kāi)始發(fā)生;當(dāng)Eh<200mV時(shí)，NO3-開(kāi)始消失，出現(xiàn)大量的NH4+。當(dāng)土壤漬水時(shí)，Eh值降至-l00mV,，F(xiàn)e2+濃度已經(jīng)超過(guò)Fe3+;Eh值再降低，<-200mV時(shí)，H2S大量產(chǎn)生(chǎnshēng)，F(xiàn)e2+就會(huì)變成FeS沉淀了，其遷移能力降低了。第五十四頁(yè)，共103頁(yè)。54影響土壤氧化復(fù)原作用的主要因素:①土壤通氣性②土壤無(wú)機(jī)物的含量③易分解有機(jī)質(zhì)的含量④土壤的pH值⑤植物根系(gēnxì)的代謝作用⑥微生物活動(dòng)第五十五頁(yè)，共103頁(yè)。554.土壤的配合和螯合作用土壤中的有機(jī)和無(wú)機(jī)配體能與金屬離子發(fā)生配合或螯合作用,從而影響(yǐngxiǎng)金屬離子在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化等物理化學(xué)行為.第五十六頁(yè)，共103頁(yè)。56污染物在土壤(tǔrǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化土壤污染物①化學(xué)污染物②物理(wùlǐ)污染物③生物污染物④放射性污染物等特點(diǎn):隱蔽性滯后性累積性不可逆轉(zhuǎn)性治理難度大第五十七頁(yè)，共103頁(yè)。57土壤(tǔrǎng)的化學(xué)肥料污染及氮磷的遷移轉(zhuǎn)化1.氮污染及其遷移轉(zhuǎn)化1)氮污染2)土壤(tǔrǎng)中氮的來(lái)源大氣(生物固氮)人類(lèi)的活動(dòng)(肥料的制造、燃料的燃燒、增加豆科植物的耕種等)30~40%。大氣中的自然雷電現(xiàn)象(使氮、氧轉(zhuǎn)化成氮氧化物，最后隨雨水帶入土中，成為土壤(tǔrǎng)中氮的經(jīng)常來(lái)源之一)人為源(化肥及有機(jī)肥〔包括糞肥、堆肥、綠肥等〕的施用，死亡的動(dòng)植物的生物降解產(chǎn)物也是有機(jī)氮的主要來(lái)源。)第五十八頁(yè)，共103頁(yè)。583)土壤中氮的形態(tài)有機(jī)氮〔90%以上〕，氮絕大多數(shù)是以有機(jī)氮貯存而以無(wú)機(jī)氮被植物吸收。無(wú)機(jī)氮土壤中無(wú)機(jī)氮主要是銨態(tài)氮〔NH4+〕和硝態(tài)氮〔NO3-〕，是植物攝取的主要形態(tài)。銨態(tài)氮是由土壤有機(jī)質(zhì)通過(guò)微生物的銨化作用而生成，能被帶負(fù)電荷的土壤膠體所吸附，成為交換性離子，也不易流失，在水田中比較穩(wěn)定而有可能積累(jīlěi)。硝態(tài)氮能直接被植物吸收，由于是陰離子，不能被土壤吸附而易流失亞硝態(tài)氮、N2O、NO、NO2等在土壤中停留時(shí)間短，只是在特殊條件下作為微生物轉(zhuǎn)化氮的中間物而存在，如硝化、反硝化過(guò)程及硝酸鹽復(fù)原量不大且化學(xué)上不穩(wěn)定僅以過(guò)渡態(tài)存在，如NH2OH第五十九頁(yè)，共103頁(yè)。59有機(jī)氮土壤中的有機(jī)態(tài)氮可按其溶解度大小及水解難易分為三類(lèi)。水溶性有機(jī)態(tài)氮〔游離氨基酸、胺鹽及酰胺類(lèi)化合物，一般≤5%，〕這類(lèi)有機(jī)氮化合物不能直接被植物吸收，但很容易水解放出NH4+，植物的速效性氮源。水解性有機(jī)態(tài)氮〔用酸、堿或酶處理時(shí)，能水解成為簡(jiǎn)單的易溶性化合物或直接生成銨化合物的有機(jī)態(tài)氮，水溶性有機(jī)態(tài)氮也包括在本類(lèi)，約50~70%〕非水解性有機(jī)態(tài)氮〔既非水溶也不能用一般的酸堿處理來(lái)促使其水解，主要包括雜環(huán)氮化合物、糖類(lèi)和銨類(lèi)的縮合(suōh(huán)é)物以及銨或蛋白質(zhì)和木質(zhì)素類(lèi)物質(zhì)作用而成的復(fù)雜環(huán)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)30~50%左右〕第六十頁(yè)，共103頁(yè)。604)氮在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化(1)土壤無(wú)機(jī)氮的微生物固持和有機(jī)氮的礦化(2)硝化作用氨在有氧條件下，通過(guò)微生物作用，氧化為硝酸鹽的過(guò)程(guòchéng)，硝化過(guò)程(guòchéng)可逐漸形成亞硝酸鹽和硝酸鹽；2NH3+3O2=2H++2NO2-+2H2O+能量(亞硝酸鹽)2NO2-+O2=2NO3-+能量(硝酸鹽)(3)反硝化作用〔生物的化學(xué)的〕第六十一頁(yè)，共103頁(yè)。61生物反硝化作用：影響因素：水分含量、土壤(tǔrǎng)有效氮含量，土壤(tǔrǎng)有機(jī)質(zhì)及土壤(tǔrǎng)PH值等?；瘜W(xué)反硝化作用：第六十二頁(yè)，共103頁(yè)。62(4)銨的礦物固定和釋放在厭氧條件下，從牧場(chǎng)廢物降解產(chǎn)生的氮多數(shù)以NH4+形式(xíngshì)存在，NH4+與土壤的結(jié)合很強(qiáng)，只有小局部是以非交換的NH4+被固定在黏土礦物的晶格內(nèi)。NO3-與土壤的結(jié)合較弱，易被水沖走，因此土壤的類(lèi)型、濕度及有機(jī)物含量都能影響NH3及NO3-的產(chǎn)生、變化及分布。(5)淋失各種銨態(tài)氮肥和尿素進(jìn)入土壤后，只要20天就可完全被硝化轉(zhuǎn)化為硝酸鹽〔NO3-〕，硝酸根不能被土壤吸附，存在于土壤溶液中，易被灌溉水和雨水淋溶至復(fù)原層。我國(guó)各地氣候比較復(fù)雜，土壤性質(zhì)各異，淋失量差異很大。在干旱和半干旱地區(qū)，只有降雨量大于150mm的月份和灌溉水定額使水下滲超過(guò)30cm的土層時(shí)，質(zhì)地輕的土壤才會(huì)發(fā)生硝態(tài)氮淋失。各地試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，氮肥淋失量為8.5~28.7%。結(jié)果將污染地下水源和局部地面水。第六十三頁(yè)，共103頁(yè)。63氮在土壤中的遷移(qiānyí)轉(zhuǎn)化第六十四頁(yè)，共103頁(yè)。642.磷污染及其遷移轉(zhuǎn)化1)磷污染2)土壤中磷的來(lái)源磷的天然源主要來(lái)自巖石的風(fēng)化作用，許多巖石中所含的磷通常以PO43-形態(tài)結(jié)合至礦物結(jié)構(gòu)中。當(dāng)巖石發(fā)生風(fēng)化的時(shí)候，這些磷酸鹽大量被溶解，變成可被植物利用。發(fā)育于不同母巖的土壤其含磷量也會(huì)有明顯差異。人為源主要是磷礦廢水及施用磷肥。我國(guó)磷肥總產(chǎn)量約300萬(wàn)噸P2O5，其中過(guò)磷酸鈣和鈣鎂磷肥占總磷肥量的98.02%。自然界磷參與沉積循環(huán)。3)土壤中磷的形態(tài)無(wú)機(jī)態(tài)磷土壤中的無(wú)機(jī)態(tài)磷幾乎全部是正磷酸鹽，根據(jù)其結(jié)合的主要陽(yáng)離子的性質(zhì)不同，可把土壤通常存在(cúnzài)的磷酸鹽化合物分為四個(gè)類(lèi)型：第六十五頁(yè)，共103頁(yè)。65〔1〕磷酸鈣〔鎂〕化合物〔以Ca-P表示〕鈣鹽溶解度小于鎂鹽而數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎂鹽，是石灰性或鈣質(zhì)土壤中磷酸鹽的主要形態(tài)。鈣鹽化合物中以磷灰石類(lèi)溶解度最小，常見(jiàn)的有氟磷灰石Ca5(PO4)3F、羥基磷灰石Ca5(PO4)3OH等。共同特點(diǎn)是Ca/P為5/3，溶解度極小，對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)無(wú)效。土壤存在的磷灰石很多是從母巖轉(zhuǎn)化而來(lái)?；瘜W(xué)磷肥→一系列磷酸鈣類(lèi)化合物。如施用過(guò)磷酸鈣肥料，其主要有效成分磷酸一鈣可與石灰性土壤中的鈣質(zhì)成分作用依次(yīcì)轉(zhuǎn)化為磷酸二鈣Ca2HPO4、磷酸八鈣Ca8H2(PO4)6和磷酸十鈣Ca10(PO4)6(OH)2等。隨著Ca/P比的增加，這些化合物在土壤中穩(wěn)定性增加，溶解度迅速下降。〔2〕磷酸鐵和磷酸鋁類(lèi)化合物〔分別以Fe-P和Al-P表示〕在酸性土壤中，無(wú)機(jī)磷大局部和土壤中的鐵、鋁化合物形成各種形態(tài)的磷酸鐵和磷酸鋁類(lèi)化合物，如粉紅磷鐵礦Fe(OH)2H2PO4、磷鋁石Al(OH)2H2PO4，溶解度極小。在水稻田土壤和其它沼澤型積水土壤中還有藍(lán)鐵礦Fe3(PO4)2·8H2O。第六十六頁(yè)，共103頁(yè)。66〔3〕閉蓄態(tài)磷〔O-P表示〕是由氧化鐵膠膜包被著的磷酸鹽。如粉紅磷鐵礦遇到土壤局部pH升高時(shí)，產(chǎn)生以下反響：結(jié)果釋放出固相外表局部的固定磷，同時(shí)所形成的無(wú)定形Fe(OH)3膠體(jiāotǐ)在粉紅磷鐵礦外表形成膠狀薄膜，溶解度更遠(yuǎn)小于粉紅磷鐵礦，對(duì)內(nèi)部的Fe-P起到了掩蔽作用。這種以Fe(OH)3或其它類(lèi)似性質(zhì)的不溶性膠膜所包被的磷酸鹽統(tǒng)稱(chēng)為閉蓄態(tài)磷。閉蓄態(tài)磷在強(qiáng)酸性土壤中往往超過(guò)50%，而在石灰性土壤中也可到達(dá)15~30%以上。〔4〕磷酸鐵鋁和堿金屬、堿土金屬?gòu)?fù)合而成的磷酸鹽類(lèi)這種磷酸鹽成分更復(fù)雜，種類(lèi)也多，往往是由化學(xué)磷肥作用于土壤成分轉(zhuǎn)化而成，溶解度也極小，對(duì)作物營(yíng)養(yǎng)無(wú)多大效果。就中國(guó)而言，在風(fēng)化程度很高的南方磚紅壤和紅壤中，O-P占無(wú)機(jī)磷總量的比重很高，最多的達(dá)90%以上，其次為Fe-P，而Ca-P和Al-P一般比較少。在風(fēng)化程度低、有石灰性反響的北方和西北土壤中，Ca-P所占比例最大，約在60%以上，其次為O-P，Al-P很少，F(xiàn)e-P小于1%。第六十七頁(yè)，共103頁(yè)。67有機(jī)態(tài)磷有機(jī)磷在總磷中占的比例及其變化范圍十分寬，一般地說(shuō)，有機(jī)磷隨土中有機(jī)質(zhì)的含量增加而增加，而表層土又較次層土有機(jī)磷含量高，有機(jī)磷在表層土的含量不定。土壤中有機(jī)態(tài)磷主要有三類(lèi)(sānlèi)〔約占總有機(jī)磷的70%左右，其中以植素磷和核酸磷兩類(lèi)為主，還有20~30%左右的有機(jī)磷形態(tài)需要進(jìn)一步查明〕：〔1〕核酸類(lèi)核酸是含有磷和氮的復(fù)雜有機(jī)化合物，多數(shù)認(rèn)為是從動(dòng)植物殘?bào)w，特別是微生物中的核蛋白分解而來(lái)。這類(lèi)核酸態(tài)磷在土壤有機(jī)態(tài)磷中所占比例一般在5~10%左右。此外還有少量核蛋白通過(guò)微生物酶作用后分解為磷酸鹽為植物所用。第六十八頁(yè)，共103頁(yè)。68〔2〕植素類(lèi)植素是普遍存在于植物體中的含磷有機(jī)化合物，占土壤有機(jī)磷總量的1/5到1/3之間，有的甚至超過(guò)一半。植素在純水中的溶解度可達(dá)10ppm左右，并且隨溶液pH升高溶解度增大。但是對(duì)大局部植素來(lái)說(shuō)，一般(yībān)是先通過(guò)微生物的植素酶的水解產(chǎn)生磷酸。如植素鈣、鎂鹽分解步驟為：〔3〕磷脂類(lèi)是醇溶性和醚溶性的含磷有機(jī)化合物，其中較復(fù)雜的還含有氮，普遍存在于動(dòng)植物及微生物中，土壤中磷脂類(lèi)含量通常不到總有機(jī)磷量的1%，也必須經(jīng)過(guò)微生物的分解才能成為有效磷。第六十九頁(yè)，共103頁(yè)。694)磷在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化有機(jī)磷的礦化和無(wú)機(jī)磷的生物固定〔是兩個(gè)(liǎnɡɡè)相反的過(guò)程〕.土壤中有機(jī)磷的礦化,主要是土壤中的微生物和游離酶磷酸酶共同作用的結(jié)果.土壤中無(wú)機(jī)磷的生物固定作用主要是磷化合物的沉淀作用和吸附作用.土壤中磷的沉淀和溶解作用土壤中的磷和其他陽(yáng)離子形成固體而沉淀,在不同的土壤中,由不同的系統(tǒng)所控制.第七十頁(yè)，共103頁(yè)。70土壤(tǔrǎng)磷循環(huán)示意圖第七十一頁(yè)，共103頁(yè)。714.2.3土壤重金屬污染(wūrǎn)及其遷移轉(zhuǎn)化(Soil-PlantSystem)土壤(tǔrǎng)背景值：指在未受污染的情況下，天然(tiānrán)土壤中的金屬元素的基線(xiàn)含量。第七十二頁(yè)，共103頁(yè)。72土壤背景值中含量(hánliàng)較高的元素為：Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、Pb、Co、As、Be、Hg、Se、Sc、Mo(mg/kg)第七十三頁(yè)，共103頁(yè)。73重金屬污染土壤(tǔrǎng)的特點(diǎn)：(CharacterofHeavyMetalPolluted)重金屬不被土壤微生物降解(jiànɡjiě)，可在土壤中不斷積累，也可以為生物所富集，并通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)積累，危害人體健康；重金屬一旦進(jìn)入土壤就很難予以(yǔyǐ)徹底的去除。第七十四頁(yè)，共103頁(yè)。74幾種重金屬在土壤(tǔrǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化:(1)汞(Hg)〔金屬汞、無(wú)機(jī)汞、有機(jī)汞〕非微生物轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)：Hg22+=Hg2++Hgo微生物轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)：HgS〔硫桿菌〕→Hg2+〔抗汞菌〕→Hg0汞的甲基化：在有氧或好氧條件下，微生物使無(wú)機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆Q(chēng)汞的生物甲基化?！菜畟R病〕第七十五頁(yè)，共103頁(yè)。75第七十六頁(yè)，共103頁(yè)。76(2)鎘(Cd)存在：在0-15米土壤表層積累，主要以Cd3(PO4)2和Cd(OH)2的形式存在。在pH>7的土壤中分為水溶性、難溶性和吸附態(tài)。吸收：根>葉>枝>花、果、籽粒蔬菜類(lèi)葉菜中積累多，黃瓜、蘿卜、番茄(fānqié)中少,鎘進(jìn)入人體，在骨骼中沉積，使骨骼變形，骨痛癥?！餐赐床　车谄呤唔?yè)，共103頁(yè)。77(3)鉛(Pb)可溶態(tài)的含量很低，主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4鉛的難溶鹽形式存在。Pb2+可以置換黏土礦物(kuàngwù)上的Ca2+，在土壤中很少移動(dòng)。植物吸收主要在根部，大氣中的鉛可通過(guò)葉面上的氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，如薊類(lèi)植物能從大氣中被動(dòng)吸附高濃度的鉛，現(xiàn)已確定作為(zuòwéi)鉛污染的指示作物。第七十八頁(yè)，共103頁(yè)。78(4)鉻〔Cr)以含鉻廢水〔物〕進(jìn)入土壤，常以三價(jià)形式存在，90%以上被土壤固定，難以遷移。土壤膠體強(qiáng)烈吸附(xīfù)三價(jià)鉻，隨pH的升高吸附(xīfù)能力增強(qiáng)。土壤對(duì)Cr(VI)的吸附(xīfù)固定能力低，約8.5-36.2%，進(jìn)入土壤的Cr(VI)在土壤有機(jī)質(zhì)的作用下很容易復(fù)原成三價(jià)。，MnO2起催化作用，三價(jià)鉻也可以氧化成Cr(VI)：4Cr(OH)2++3O2+2H2O→4CrO42-+12H+第七十九頁(yè)，共103頁(yè)。79(5)銅(Cu)存在形態(tài)可分為可溶性銅,交換性銅,非交換性銅和難溶性銅.土壤中腐殖質(zhì)能與銅離子形成螯合物.(6)鋅(Zn)主要被富集在土壤表層，鋅是植物(zhíwù)生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的元素.第八十頁(yè)，共103頁(yè)。80(7)砷(As)土壤中砷的形態(tài)：水溶態(tài)、吸附態(tài)和難溶態(tài)。前二者又稱(chēng)可給態(tài)砷，可被植物吸收。吸收：有機(jī)態(tài)砷→被植物吸收→體內(nèi)降解為無(wú)機(jī)態(tài)→通過(guò)根系(gēnxì)、葉片的吸收→體內(nèi)集中在生長(zhǎng)旺盛的器官如：水稻，根>莖葉>谷殼>糙米第八十一頁(yè)，共103頁(yè)。81第八十二頁(yè)，共103頁(yè)。82土壤(tǔrǎng)的農(nóng)藥污染及其遷移和轉(zhuǎn)化(TransportandTransformationofPesticideinSoil)〔1〕有機(jī)氯農(nóng)藥〔最主要的品種是DDT和六六六，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、在環(huán)境中殘留時(shí)間長(zhǎng)、短期內(nèi)不易分解、易溶于脂肪并在脂肪中積蓄(jīxù)〕〔2〕有機(jī)磷類(lèi)農(nóng)藥〔劇毒、較易分解〕〔3〕氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥〔易分解、代謝〕〔4〕除草劑第八十三頁(yè)，共103頁(yè)。831.土壤中化學(xué)農(nóng)藥的遷移(qiānyí)轉(zhuǎn)化1)吸附物理吸附、化學(xué)吸附、氫鍵結(jié)合和配位價(jià)鍵結(jié)合吸附?！惨苿?dòng)性和生理毒性(dúxìnɡ)隨之發(fā)生變化，凈化，但這種凈化作用是有限度的〕。影響因素：〔1〕土壤膠體的種類(lèi)和數(shù)量〔2〕膠體的陽(yáng)離子組成〔3〕化學(xué)農(nóng)藥的物質(zhì)成分和性質(zhì)吸附能力越強(qiáng)，農(nóng)藥在土壤中的有效性越低，那么凈化效果越好。(1)土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附機(jī)理①物理吸附,②離子交換吸附,③氫鍵吸附和④配位體交換吸附等。第八十四頁(yè)，共103頁(yè)。84(2)土壤中農(nóng)藥的吸附等溫式Henry型等溫吸附方程:x/m=KCx/m:單位土壤吸附農(nóng)藥的量,ug/cm3C:吸附平衡時(shí)溶液中農(nóng)藥的濃度,ug/cm3K:分配系數(shù)影響土壤對(duì)農(nóng)藥吸附作用的因素(yīnsù):①土壤膠體的性質(zhì)②農(nóng)藥本身的化學(xué)性質(zhì)③土壤的pH值第八十五頁(yè)，共103頁(yè)。852)揮發(fā)(huīfā)和淋溶揮發(fā)：以氣體形式擴(kuò)散淋溶：以水為介質(zhì)進(jìn)行遷移，其主要方式有兩種：一是直接溶于水；二是被吸附于土壤固體細(xì)粒外表上隨水分移動(dòng)而進(jìn)行機(jī)械遷移。一般來(lái)說(shuō)，農(nóng)藥在吸附性能小的砂性土壤中容易移動(dòng)，而在粘粒含量高或有機(jī)質(zhì)含量多的土壤中那么不易移動(dòng)，大多積累于土壤表層30cm土層內(nèi)。因此有的研究者指出，農(nóng)藥對(duì)地下水的污染是不大的，主要是由于土壤侵蝕，通過(guò)地表徑流流入地面(dìmiàn)水體造成地表水體的污染。第八十六頁(yè)，共103頁(yè)。86(1)化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)土壤中農(nóng)藥的揮發(fā)速率可以用下式來(lái)表示:Vsw/a=Cw/Ca(1/r+Ka)Vsw/a:農(nóng)藥從土壤中的揮發(fā)速率Cw:農(nóng)藥在土壤溶液中的濃度