第一章土壤基本组成-土壤化学生物学性质.课件.ppt

1、 （一）土壤胶体特性及吸附性 1、土壤胶体及其种类 土壤胶体是指土壤中粒径小于1微米的颗粒 按成分和来源，土壤胶体可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。 1)无机胶体 无机胶体包括成分简单的晶质和非晶质的硅、铁、铝的含水氧化物，层状铝硅酸盐。 2）有机胶体 主要是腐殖质，还有少量的木质素、蛋白质、纤维素 3）有机无机复合体 土壤中有机胶体大多通过多种方式与 2、土壤胶体特性 1）巨大的比表面和表面能 2）带电性 3）分散性和凝聚性 3、土壤吸附性 土壤固相和液相界面上离子或分子的浓度大于整体溶液中该离子或分子浓度的现象称为正吸附。反之，为负吸附。 根据产生的机理分为四个方面： 1）交换性

2、吸附 带电荷的土壤表面借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。 2）专性吸附 非静电因素引起土壤对离子的吸附 3）负吸附 土壤表面排斥阴离子或分子的现象 4）化学沉淀与土壤吸附 进入土壤中的物质与土壤溶液中的离子发生化学反应，形成难溶性的新化合物沉淀出来。 4、土壤胶体特性及吸附性的环境意义 （1）对重金属等污染元素生物毒性的影响 土壤和沉积物中锰、铁、铝、硅等氧化物及其水合物，对多种微量元素重金属离子起富集作用。 氧化物及其水合物对重金属离子的专性吸附，起着控制土壤溶液中金属离子浓度的重要作用。 （2）对有机污染物环境行为的影响 由于土壤胶体特性影响农药等有机污染物在土壤环境中的转

3、化过程。 (二二)土壤酸碱性土壤酸碱性 1、土壤、土壤pH pH=-lg(H+)（土壤平衡溶液）（土壤平衡溶液） 中性溶液：中性溶液： (H+)=(OH-)=10-7mol/L， pH=pOH=7 土壤土壤pH对植物和微生物所需养分元素的元素的有效性有对植物和微生物所需养分元素的元素的有效性有显著影响，在大于显著影响，在大于7的情况下，一些元素、特别是微量元的情况下，一些元素、特别是微量元素溶解度降低，植物会出现缺素症状。素溶解度降低，植物会出现缺素症状。pH小于小于5.0-5.5时，时，铝、锰及众多的重金属溶解度提高，对许多生物产生毒害铝、锰及众多的重金属溶解度提高，对许多生物产生毒害更极端

4、的更极端的 pH预示着土壤将出现特殊的离子与矿物。预示着土壤将出现特殊的离子与矿物。 地理分布。我国土壤大部分地理分布。我国土壤大部分pH在在4.58.5之间。之间。 “南酸南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱北碱，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。的地带性特点。土壤酸碱性土壤酸碱性 2、土壤酸度 （1）土壤活性酸）土壤活性酸 扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。（度。（2）土壤潜性酸）土壤潜性酸 潜性酸潜性酸土壤胶体吸附的土壤胶体吸附的H+、Al3+离子，在离子，在被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。 土壤活性酸

5、与潜性酸处于动态平衡：土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡： 潜性酸潜性酸 活性酸活性酸 1)强酸性土强酸性土 交换性交换性Al3+与溶液与溶液Al3+平衡平衡,溶液中溶液中Al3+水解显示酸性：水解显示酸性： Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ 强酸性土中，强酸性土中，Al3+大大多于交换性大大多于交换性H+,是活性酸（溶液是活性酸（溶液H+离子）的主要来源。离子）的主要来源。 2)酸性和弱酸性土酸性和弱酸性土 盐基饱和度高，交换性铝以盐基饱和度高，交换性铝以Al(OH)2+、Al(OH)2+等形态存在。其代入溶液后同样等形态存在。其代入溶液后同样水解产生水解产生H+离子：离子： Al(OH

6、)2+2H2O Al(OH)3+2H+ 土壤交换性土壤交换性H+的离解也是溶液的的离解也是溶液的H+来源。来源。 3、土壤碱度 土壤中碱性物质主要是土壤中碱性物质主要是Ca、Mg、Na、K的碳酸盐及的碳酸盐及重碳酸盐，以及土壤的交换性重碳酸盐，以及土壤的交换性Na+。 碱化度碱化度钠碱化度或钠化率钠碱化度或钠化率 土壤交换性钠占阳离子交换量的百分率土壤交换性钠占阳离子交换量的百分率 4、影响土壤酸碱度的因素 (1)气候因素气候因素(干湿度干湿度) 高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量淋蒸发势较弱

7、地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量淋失，使土壤酸化。失，使土壤酸化。 碱性土分布在干旱、半干旱地区。在干旱、半干旱碱性土分布在干旱、半干旱地区。在干旱、半干旱条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质，随着蒸条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。发而表聚，使土壤碱化。 (2)生物因素生物因素 针叶林的灰分组成中含盐基成分少，所以发育在针叶针叶林的灰分组成中含盐基成分少，所以发育在针叶林下土壤酸性强。林下土壤酸性强。 Na、K 、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物适应在等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。干旱条件下生长，有富集

8、碱性物质的作用。 （3）母质）母质 母质中含酸性物质使土壤酸化。母质中含酸性物质使土壤酸化。 碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。 （4）地形 同一气候小区域内，处于高坡地形部位的土壤，淋溶作用较强，所以其pH较平地低。 （5）人为活动 施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。 施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。 5、土壤酸碱性的环境意义 土壤酸碱性对土壤微生物的活性，对矿物质和有机质分

9、解起重要作用。它可通过对土壤的各项化学反应的干预作用而影响组分和污染物的电荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和配位解离平衡等，从而改变污染物的毒性；同时，土壤酸碱性还通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。 土壤溶液中的大多数金属元素在酸性条件下以游离态或水化离子态存在，毒性较大，而在中、碱性条件下易生成难溶性的氢氧化物沉淀，毒性大为降低。 土壤酸碱性也显著影响含氧酸根阴离子在土壤溶液中的形态，影响它们的吸附、沉淀等特性。 有机污染物在土壤中的累积、转化、降解也受到土壤酸碱性的影响和制约。 (三）土壤氧化还原反应三）土壤氧化还原反应1、土壤中同一物质可分为氧化态、土壤中同一物质可分为氧化态(剂剂)和还

10、原态和还原态(剂剂)，构成，构成相应的氧化还原体系相应的氧化还原体系 。 1）土壤空气中是主要氧化剂）土壤空气中是主要氧化剂 在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如反应，使多种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。等。 2）土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在）土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在土壤缺条件下，将氧化物转化为还原态。土壤缺条件下，将氧化物转化为还原态。 3）土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机）土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。体系。 无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和无

11、机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。 4）土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很）土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上有微生物参与。大程度上有微生物参与。如如:NH4+NO2-NO3- 分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。 5）土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一）土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。 6）土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌）土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别

12、是灌水、排水而变化。水、排水而变化。 2、强度指标、强度指标 氧化还原电位氧化还原电位(Eh)：单位为伏：单位为伏(V)或毫伏或毫伏(mV) 3、土壤氧化性和还原性的环境意义 从环境角度看，土壤氧化性和还原性与有毒物质在土壤环境中的消长密切相关。 1）有机污染物 在热带、亚热带地区间歇性阵雨和干湿交替对厌氧、好氧细菌的增殖均有利，比单纯的还原或氧化条件更有利于有机农药分子结构的降解。特别是有环状结构的农药，环开裂反应需要氧的参与，有机氯农药大多在还原环境下才能加速代谢。 2）重金属 土壤中大多数重金属污染元素是亲硫元素，在农田厌氧环境条件下易生成难溶性硫化物，降低了毒性和危害，当土壤转为氧化状

13、态时，难溶硫化物逐渐转化为易溶硫酸盐，其生物毒性增加。 （一）土壤酶的特性 1、土壤酶存在的形态 土壤酶较少游离在土壤溶液中，主要是吸附在土壤有机质和矿质胶体上，并以复合物状态存在。 2、土壤环境与土壤酶活性 1）土壤理化性质与酶的活性 不同土壤中酶的活性的差异，不仅取决于酶的存在量，而且也与土壤质地、结构、水分、温度、Ph、腐殖质、阳离子交换量、黏粒矿物及土壤中N、P、K含量等相关。 2）根际土壤环境与土壤酶活性 由于植物根系生长作用释放根系分泌物于土壤中，使根际土壤酶活性产生很大的变化，一般而言，根际土壤酶活性要比非根际土壤大。 3）外源土壤污染物质与土壤酶活性 许多重金属、有机化合物包括

14、杀虫剂、杀菌剂等外源污染物均对土壤酶活性有抑制作用。 （二）土壤微生物特性 1、土壤微生物营养类型的多样性 根据微生物对营养和能源的要求，一般可将其分为四大类型。 1）化能有机营养(chemoorganotrophy)型 又称为化能异养型，需要有机化合物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得能量。 2）化能无机营养(chemolithotrophy)型 化能无机营养型又称化能自养型，以CO2 作为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。 3)光能有机营养(photoorganotrophy)型 又称光能异养型，其能源来自光，但需要有机化合物作为供氢体以还原CO2，并合成细胞物质。 4)光能无机营养

15、(photolithotrophy)型 光能无机营养型又称光能自养型，利用光能进行光合作用，以无机物作供氢体以还原CO2,合成细胞物质。2、土壤微生物呼吸类型的多样性 1）好氧性微生物的有氧呼吸 土壤中大多数细菌如芽孢杆菌、假单胞菌、根瘤菌、固氮菌、硝酸化细菌、硫化细菌等以及霉菌、放线菌、藻类和原生动物等属好氧性微生物。 2）厌氧性微生物的无氧呼吸 厌氧性微生物如梭菌、产甲烷细菌和脱硫弧菌等，在缺氧的环境中生长发育，进行不需氧的呼吸过程，基质的氧化不彻底，产生一些比基质更为还原的终产物，释放的能量也少。3）兼厌氧性微生物兼性呼吸 兼厌氧性微生物能在有氧和无氧环境中生长发育，但在两种环境中呼吸产物不同。典型的例子就是酵母菌和大肠杆菌。3、土壤微生物多样性研究的环境意义 土壤微生物多样性与土壤生态稳定性密切相关，因此，研究土壤微生物群落结构及功能多样性，特别是应用分子生物学技术、在基因水平上来研究土壤微生物多样性，已成为当今世界上土壤学科及环境科学学科研究的前沿领域之一。 （三）土壤动物特性 与土壤酶特性及微生物特性一样，土壤动物特性也是土壤生物学性质之一。土壤动物学特性包括土壤动物的组成、个体数及生物量、种类丰富度、群落的均匀度、多样性指数等，是反映环境变化的敏感生物学指标。