1、Environmental ChemistryChemistry is all around us环环境境科科学学与与工工程程专专业业主要参考书目主要参考书目o王晓蓉王晓蓉. 环境化学环境化学M. 南京大学出版社，南京大学出版社，1997o戴树桂戴树桂. 环境化学环境化学M. 高教出版社，高教出版社，2006o刘绮刘绮. 环境化学环境化学M. 化学工业出版社，化学工业出版社，2004o赵美萍，邵敏赵美萍，邵敏. 环境化学环境化学M. 北京大学出版社，北京大学出版社，2005o邓南圣，吴峰邓南圣，吴峰. 环境化学教程环境化学教程M. 武汉大学出版社武汉大学出版社(第二版第二版) ，2006 oV
2、aloon G.W., Duffy S.J. Environmental Chemistry: A global perspective M. Oxford University Press, 2000 oManahan, S.E. Environmental ChemistryM. Lewis publishers (第七第七版版), 1999 土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在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，被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石繁殖的能
3、力，被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。它与地球的直径相比，只不过相当于一张界的中心环节。它与地球的直径相比，只不过相当于一张薄纸，但它是农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝薄纸，但它是农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝贵的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物贵的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂。这就是质的能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂。这就是土壤的两个重要的功能。土壤的两个重要的功能。土壤环境化学篇
4、土壤环境化学篇第十二章第十二章 土壤的物理化学性质土壤的物理化学性质土壤的组成土壤的组成土壤的表面性质土壤的表面性质土壤的酸碱度土壤的酸碱度土壤溶液中的氧化还原作用土壤溶液中的氧化还原作用第一节第一节 土壤的组成土壤的组成 一、土壤的剖面组成二、土壤的相组成 三、土壤的机械组成一、土壤的剖面组成一、土壤的剖面组成1 1、土壤剖面：土壤剖面是指从地面向下挖掘所裸露的一段、土壤剖面：土壤剖面是指从地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，这段垂直切面的深度一般在两米以内。垂直切面，这段垂直切面的深度一般在两米以内。2 2、土壤剖面构造、土壤剖面构造（Soil profile） ：指土壤剖面从上到下：指土壤
5、剖面从上到下不同土层的排列方式。一般情况下，这些土层在颜色、结构、不同土层的排列方式。一般情况下，这些土层在颜色、结构、紧实度和其他形态特征上是不同的。各个土层的特征是与该紧实度和其他形态特征上是不同的。各个土层的特征是与该层的组成和性质一致的，是土壤内在性状的外部表现，是在层的组成和性质一致的，是土壤内在性状的外部表现，是在土壤长期发育过程中形成的。土壤长期发育过程中形成的。3 3、土壤剖面组成：、土壤剖面组成：（1 1）覆盖层）覆盖层(A0)(A0)，由地面上的枯枝落叶所构成。，由地面上的枯枝落叶所构成。（2 2）淋溶层）淋溶层(A)(A)，是土壤中生物活动最为强烈，进行着有，是土壤中生物
6、活动最为强烈，进行着有机质的转化和积累作用，金属离子和粘上颗粒在此层中被机质的转化和积累作用，金属离子和粘上颗粒在此层中被淋溶得最显著。淋溶得最显著。（3 3）淀积层）淀积层(B)(B)，它受纳来自上一层淋溶出来的有机物、，它受纳来自上一层淋溶出来的有机物、盐类和粘土颗粒类物质。盐类和粘土颗粒类物质。（4 4）母质层（）母质层（C C），是由风化的成土母岩构成。），是由风化的成土母岩构成。（5 5）基岩（）基岩（D D），母质层下面为末风化的基岩。），母质层下面为末风化的基岩。根据土壤剖面发育的程度不同可以有不同的土壤类型。各种剖面模式，在实根据土壤剖面发育的程度不同可以有不同的土壤类型。各种
7、剖面模式，在实际工作中，往往不会每种剖面都出现，而且层次间的过渡情况也会各有不同，际工作中，往往不会每种剖面都出现，而且层次间的过渡情况也会各有不同，有的层次明显，有的不明显，有的是逐渐的。层次间的交线有平直的、曲折有的层次明显，有的不明显，有的是逐渐的。层次间的交线有平直的、曲折的、带状的、舌状的等多种形式。的、带状的、舌状的等多种形式。A00 疏松的枯枝落叶层，未经分解疏松的枯枝落叶层，未经分解 覆盖层覆盖层(A0) A0 暗色半分解有机质暗色半分解有机质 A1 暗色的腐殖质层，聚积过程占优势暗色的腐殖质层，聚积过程占优势 A2 灰白色的灰化层，受到强烈的淋溶作用灰白色的灰化层，受到强烈的
8、淋溶作用 淋溶层淋溶层(A) A3 向向 B 层过渡层，多似层过渡层，多似 A 层层 B1 向向 A 层过渡层，多似层过渡层，多似 B 层层 B2 棕色至红棕色的淀积层棕色至红棕色的淀积层 淀积层淀积层(B) B3 向向 C 层过渡层层过渡层 C Cc CaCO3积聚层积聚层 Cs CaSO3积聚层积聚层 G 潜育层潜育层 可能出现的特殊层次可能出现的特殊层次 母质层母质层(C) 基岩基岩(D) D 暗棕壤剖面图暗棕壤剖面图黄绵土剖面图黄绵土剖面图黑钙土剖面图黑钙土剖面图红壤剖面图红壤剖面图褐土剖面图褐土剖面图灰化土剖面图灰化土剖面图黑土剖面图黑土剖面图黄壤剖面图黄壤剖面图潮土剖面图潮土剖面图
9、龟裂性土剖面龟裂性土剖面灌淤土剖面图灌淤土剖面图栗钙土剖面图栗钙土剖面图石灰土剖面图石灰土剖面图磷质石灰土剖面磷质石灰土剖面灰钙土剖面图灰钙土剖面图石膏盐盘棕漠土石膏盐盘棕漠土剖面图剖面图4 4、土壤剖面上的物质的转移作用：、土壤剖面上的物质的转移作用：定义定义: :土壤水携带着溶解或悬浮的物质产生的移动，称为物质的转移作用。土壤水携带着溶解或悬浮的物质产生的移动，称为物质的转移作用。这种转移作用分为物理性转移和化学性转移。这种转移作用分为物理性转移和化学性转移。（1 1）物理性转移）物理性转移: :矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒，从矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒，从A A层到层到B B层
10、而层而沉淀下来，使沉淀下来，使B B层质地相对变粘，干燥时亦可发生裂隙。层质地相对变粘，干燥时亦可发生裂隙。（3 3）化学性转移。矿物在风化过程中产生的可溶性盐类等，从）化学性转移。矿物在风化过程中产生的可溶性盐类等，从A A层随着层随着下渗水下移，或停积在下渗水下移，或停积在B B层或到达地下水层而流失。层或到达地下水层而流失。（4 4）潜育层，地下水位高而排水不良的地方，矿物在风化过程中产生的）潜育层，地下水位高而排水不良的地方，矿物在风化过程中产生的可溶性盐类往往由剖面的下层，随着毛管水的上升到达地面，形成盐结可溶性盐类往往由剖面的下层，随着毛管水的上升到达地面，形成盐结皮，这种物质转移
11、的方向和一般情形相反。由于通气不良，特别是在地皮，这种物质转移的方向和一般情形相反。由于通气不良，特别是在地下水位很高的情况下，下水位很高的情况下，B B层的下段或层的下段或C C层的一部分，将因还原作用变为蓝层的一部分，将因还原作用变为蓝灰色或绿灰色，称为潜育层或灰粘层或简称灰色或绿灰色，称为潜育层或灰粘层或简称G G层。层。淋溶作用和淀积作用密切联系，是物质转移过程所导致的两淋溶作用和淀积作用密切联系，是物质转移过程所导致的两种结果。种结果。二、土壤的相组成二、土壤的相组成土壤是土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系，其相对含量因时因地而异。
12、其相对含量因时因地而异。土壤固相：包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤固相：包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤液相：指土壤中水分及其水溶物。土壤液相：指土壤中水分及其水溶物。土壤气相：典型土壤约有土壤气相：典型土壤约有30%30%的体积是充满空气的孔隙。的体积是充满空气的孔隙。所以土壤具有疏松的结构。所以土壤具有疏松的结构。Pore Spaces: location of air and waterSoil Particles: Mineral and Organic l土壤无机矿物质土壤无机矿物质 土壤矿物是岩石经过物理风化和化学风化形成的。按其成因土壤矿物是岩石经过物理风化和化学风化形成的。按其
13、成因分为分为原生矿物、次生矿物原生矿物、次生矿物。在土壤形成过程中，原生矿物以不。在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。(1)原生矿物原生矿物: 各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；(2)(2)次生矿物：次生矿物： 大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。组成和晶体结构都有所改变。v 土壤中主要原
14、生矿物有四类：土壤中主要原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。硅酸盐类矿物占。硅酸盐类矿物占岩浆岩重量的岩浆岩重量的80%80%以上。以上。1)1) 硅酸盐矿物硅酸盐矿物：常见长石类、云母类、辉百类和角闪石等，大都不很常见长石类、云母类、辉百类和角闪石等，大都不很稳定比较容易风化而释放出钠、钾、钙、镁、铁等矿质元素，同时稳定比较容易风化而释放出钠、钾、钙、镁、铁等矿质元素，同时形成次生矿物。形成次生矿物。2)2) 氧化物类矿物氧化物类矿物：包括石英包括石英(SiO(SiO2 2) )、赤铁矿、赤铁矿(Fe(
15、Fe2 2O O3 3) )、金红石、金红石(TiO(TiO2 2) )等，等，相当稳定，不易风化，对植物养分意义不大。石英是土壤中分布最相当稳定，不易风化，对植物养分意义不大。石英是土壤中分布最广的一种矿物力砂粒的主要成分。广的一种矿物力砂粒的主要成分。3)3) 硫化物类矿物硫化物类矿物：在土壤中通常只有铁的硫化物矿物，即黄铁矿和自在土壤中通常只有铁的硫化物矿物，即黄铁矿和自铁矿。二者是同质异构物，分子式均为铁矿。二者是同质异构物，分子式均为FeSFeS2 2。极易风化，成为土壤。极易风化，成为土壤中硫的主要来源。中硫的主要来源。4)4) 磷酸盐类矿物磷酸盐类矿物：土壤中分布最广的是磷灰石，
16、包括氟磷灰石土壤中分布最广的是磷灰石，包括氟磷灰石CaCa5 5(PO(PO4 4) )3 3FF和氯磷灰石和氯磷灰石Ca(POCa(PO4 4) )3 3ClCl两种，是土壤中无机磷的重要两种，是土壤中无机磷的重要来源。来源。v次生矿物据其性质与结构可分为三类：次生矿物据其性质与结构可分为三类：简单盐类简单盐类：如方解石：如方解石(CaCO(CaCO3 3) )、白云石、白云石CaCa、Mg(COMg(CO3 3) )2 2 、石、石膏膏(CaSO(CaSO4 42H2H2 2O)O)、泻盐、泻盐(MgSO(MgSO4 47H7H2 2O)O)、芒硝、芒硝(Na(Na2 2SOSO4 410
17、H10H2 2O)O)、水氯镁石水氯镁石(MgC1(MgC12 26H6H2 2O)O)等。等。三氧化物类三氧化物类：如针铁矿：如针铁矿(Fe(Fe2 2O O3 3H H2 2O)O)、褐铁矿、褐铁矿(2Fe(2Fe2 2O O3 33H3H2 2O)O)、三水铝石三水铝石(A1(A12 2O O3 33H3H2 2O)O)，次生铝硅酸盐类次生铝硅酸盐类：如高岭石、：如高岭石、蒙脱石、蒙脱石、伊利石等伊利石等简单盐类简单盐类：属水溶性盐，易淋溶流失，一般土壤中较少，多：属水溶性盐，易淋溶流失，一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。是原生矿物经化学风化后的最终产物，结晶存在于盐渍土中。是原生矿物经
18、化学风化后的最终产物，结晶构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。三氧化物类三氧化物类：土壤矿物质中最细小部分，粒径小于：土壤矿物质中最细小部分，粒径小于0.250.25m m，称之为次生粘土矿物。是硅酸盐矿物彻底风化后产物，结晶构称之为次生粘土矿物。是硅酸盐矿物彻底风化后产物，结晶构造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。次生铝硅酸盐类：次生铝硅酸盐类：土壤矿物质中细小部分，粒径小于土壤矿物质中细小部分，粒径小于0.250.25m m。这类矿物在土壤中普遍存在，种类很多，是由长石等原生硅酸
19、这类矿物在土壤中普遍存在，种类很多，是由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成。是构成土壤的主要成分，故又称为盐矿物风化后形成。是构成土壤的主要成分，故又称为粘土矿粘土矿物物。土壤很多重要物理、化学过程和性质都和土壤很多重要物理、化学过程和性质都和次生铝硅酸盐次生铝硅酸盐种种类和数量有关。类和数量有关。粘土矿物粘土矿物薄片层状结构（薄片层状结构（硅氧片，水铝片）硅氧片，水铝片）硅四面体硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。许多硅四面是由四个氧原子和一个硅原子所组成。许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子排列成为中间有空的六体可以共用氧原子形成一层。氧原子排列成为中间有空的六角形，称为角形，称为
20、硅氧片硅氧片。Silica Tetrahedral Sheet铝八面体铝八面体为为6 6个氧原子围绕一个铝原子而构成。个氧原子围绕一个铝原子而构成。许多个铝许多个铝八面体相互连接成片称为八面体相互连接成片称为铝氧片铝氧片。Share2 oxygensAluminum Octahedral SheetSiAlOxygensSiliconTetrahedronAluminumOctahedronSiAlOxygens（1）伊利石）伊利石 (Illite) ：(OH)4Ky(Al4Fe4Mg4Mg6)(Si8-yAly)O20风化程度较低，一般土壤中均有分布，但以温带干旱地区土壤中含量最多，风化程度
21、较低，一般土壤中均有分布，但以温带干旱地区土壤中含量最多，富含富含K (K2O 4%-7%) 。晶体结构：单元晶层晶体结构：单元晶层2:1型；层间通过型；层间通过K+连接形成三维的晶体连接形成三维的晶体构造，层间距离较固定。构造，层间距离较固定。理化特性：颗粒直径小于理化特性：颗粒直径小于2m；膨胀性较小；具有中等的阳离；膨胀性较小；具有中等的阳离子代换量（子代换量（20-40 cmol(+)/kg） 。伊利石伊利石 2:1 ClayK+ K+ K+ K+ K+ K+蒙脱石蒙脱石 (Montmorillonite): A14SiO20(OH)4 为伊利石进一步风化产物，是基性岩在碱性环境条件下
22、形成的，在温带干为伊利石进一步风化产物，是基性岩在碱性环境条件下形成的，在温带干旱地区的土壤中含量较高。旱地区的土壤中含量较高。晶体结构：单元晶层晶体结构：单元晶层2:1型；层间没有型；层间没有K+，依靠弱的分子力连，依靠弱的分子力连接，不紧密；接，不紧密；理化特性：颗粒直径小于理化特性：颗粒直径小于1m，膨胀性大，吸水性强（植物难，膨胀性大，吸水性强（植物难以利用）；阳离子代换量高（以利用）；阳离子代换量高（80-100 cmol(+)/kg ）。）。蒙脱石蒙脱石 2:1 Clay高岭石高岭石(Kaolinite): A14Si4O10(OH)8 风化程度极高的矿物，主要见于湿热的热带地区的
23、土壤中，在花岗岩残积风化程度极高的矿物，主要见于湿热的热带地区的土壤中，在花岗岩残积母质上发育的土壤中含量也较高。富含高岭石的土壤，透水性良好，植物母质上发育的土壤中含量也较高。富含高岭石的土壤，透水性良好，植物可获得的有效水分多，但供肥、保肥能力低，植物易感养分不足。可获得的有效水分多，但供肥、保肥能力低，植物易感养分不足。晶体结构：单元晶层晶体结构：单元晶层1:1型；层间由氢键连接，较紧密；型；层间由氢键连接，较紧密；理化特性：颗粒直径较大，为理化特性：颗粒直径较大，为0.1-5.0m；膨胀性较小；阳离；膨胀性较小；阳离子代换量亦低（子代换量亦低（5-15 cmol(+)/kg）。）。高岭
24、石高岭石 1:1 Clay1:1 Clay2土壤有机质土壤有机质是土壤中合碳有机化合物的总称。一般占固相总重量的是土壤中合碳有机化合物的总称。一般占固相总重量的10%10%以下，是土壤以下，是土壤的重要组成部分，是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响的重要组成部分，是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响。分类：两大类，一类是组成有机体的各种有机化合物，称为非腐殖物质，分类：两大类，一类是组成有机体的各种有机化合物，称为非腐殖物质，如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等；另一类是称为腐殖质类有机化合物，如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等；另一类是称为腐殖质类有机化合物，它不属于有机化学中现有的任
25、何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物它不属于有机化学中现有的任何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等。等。（a a）非腐殖物质类（约占土壤有机质的）非腐殖物质类（约占土壤有机质的10-15%10-15%）（b b）土壤腐殖质）土壤腐殖质 腐殖酸（阳离子代换量腐殖酸（阳离子代换量400-450 cmol(+)/kg400-450 cmol(+)/kg） 富里酸（阳离子代换量富里酸（阳离子代换量300-350 cmol(+)/kg300-350 cmol(+)/kg） 腐黑物腐黑物3土壤水分（传递介质）土壤水分（传递介质）土壤水实际上是土壤中各种成分和污染物土壤溶液。因此土土壤水实际上是土壤中各种
26、成分和污染物土壤溶液。因此土壤水分既是植物养分的主要来源，也是迸入土壤的各种污染壤水分既是植物养分的主要来源，也是迸入土壤的各种污染物向其他环境圈层迁移媒介。物向其他环境圈层迁移媒介。（1 1）吸湿水（吸着水）吸湿水（吸着水）（2 2）膜状水）膜状水（3 3）毛管水）毛管水（4 4）重力水）重力水（1）吸湿水（吸着水）吸湿水（吸着水）定义：定义：固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多分子层，壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多分子层，称为吸湿水。称为吸湿水。特点：特点：水分子呈定向紧密
27、排列、密度水分子呈定向紧密排列、密度1.22.4g/cm3、无溶解、无溶解能力、不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。能力、不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。最大吸湿量：最大吸湿量：吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量。做最大吸湿量。Water on soilparticle surfacePore SpaceNo water remains attached to soil particles （2）膜状水膜状水定义：定义：吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，在吸湿水的
28、外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。特点：特点：有较高的能量水平，较易移动，对植物有效。有较高的能量水平，较易移动，对植物有效。最大分子持水量：最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量。为最大分子持水量。Water on soilparticle surfacePore Space（3）毛管水毛管水定义：定义：靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。特点：特点：可以在土壤毛管中上下左右移动、具有溶解养分的能可以在土壤毛管中上下左右
29、移动、具有溶解养分的能力、作物可以吸收利用。毛管水的数量主要取决于土壤质地、力、作物可以吸收利用。毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和土壤结构状况。腐殖质含量和土壤结构状况。毛管支持水和毛管悬着水：毛管支持水和毛管悬着水：根据土层中毛管水与地下水有无根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水 田间持水量：田间持水量：管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量。田间持水量的变化范围：砂土为：水量。田间持水量的变化范围：砂土为：160-220g/kg160-220g/kg
30、；壤；壤土为：土为：220-300 g/kg220-300 g/kg；粘土为：；粘土为：280-350 g/kg280-350 g/kg。（4 4） 重力水重力水定义：土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之定义：土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水。着大孔隙向下渗漏成为多余的水。饱和持水量：土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为饱和持水量：土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。土壤全蓄水量或饱和持水量。Pore Spaces are fil
31、led with water4土壤空气（传递介质）土壤空气（传递介质）（1）主要成分：）主要成分：N2、O2和和CO2（2）特点：）特点：不连续性不连续性 土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中，是一个不连续的土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中，是一个不连续的体系；体系；在在O O2 2和和COCO2 2含量上有很大的差异含量上有很大的差异 土壤空气中土壤空气中COCO2 2含量比大气中高得多。含量比大气中高得多。大气中大气中COCO2 2含量为含量为0.02%0.02%0.03%0.03%，土壤空气中一般为，土壤空气中一般为0.15%0.15%0.65%0.65%，主要，主要由生物呼吸作用和有机
32、物分解产生。氧的含量低于大气。由生物呼吸作用和有机物分解产生。氧的含量低于大气。有较高的水蒸气含量有较高的水蒸气含量。含有少量还原性气体含有少量还原性气体 如如CHCH4 4、H H2 2S S、H H2 2、NHNH3 3等。如果是被污染的土等。如果是被污染的土壤，其空气中还可能存在污染物。壤，其空气中还可能存在污染物。三、土壤的机械组成三、土壤的机械组成土壤颗粒组成又称土壤机械组成：土壤中不同粒径矿质土壤颗粒组成又称土壤机械组成：土壤中不同粒径矿质颗粒的组合比例，一般以各粒级所占百分比表示。颗粒的组合比例，一般以各粒级所占百分比表示。土壤粒级：土粒大小的等级。一般将土粒分为石砾、砂土壤粒级
33、：土粒大小的等级。一般将土粒分为石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。粒、粉砂粒和粘粒四级。22-0.20.2-0.020.02-0.00222-0.20.2-0.020.02-0.002伊利石伊利石高岭石（高岭石（7-30m2/g ）2、电学性质（带有电荷）、电学性质（带有电荷）（1）永久负电荷：）永久负电荷：由于晶质粘土矿物晶格中的同晶置换产生。由于晶质粘土矿物晶格中的同晶置换产生。例：蒙脱石族矿物例：蒙脱石族矿物 类质同像替代不仅发生在类质同像替代不仅发生在Si-O 四面体的四面体的Al3+和和Mn2+置换置换Si4+，还发生在，还发生在Al-O八面体的八面体的Mg2+和和Fe3+、 Fe2+置
34、换置换Al3+。因此蒙脱石族粘土矿物存在这四面。因此蒙脱石族粘土矿物存在这四面体负电荷和八面体负电荷（永久电荷），如蒙脱石为八面体体负电荷和八面体负电荷（永久电荷），如蒙脱石为八面体电荷、贝得石和囊脱石为四面体电荷。电荷、贝得石和囊脱石为四面体电荷。绿泥石：类质同像替换不仅发生在绿泥石：类质同像替换不仅发生在Si-O 四面体层和四面体层和Al-O八面八面体层，还发生在水镁石层。永久电荷数一般比较多，其固定体层，还发生在水镁石层。永久电荷数一般比较多，其固定能力也较大。能力也较大。（2）可变电荷：）可变电荷：由土壤固体表面上的羟基或土壤有机质的一由土壤固体表面上的羟基或土壤有机质的一些基团如些基
35、团如 COOH、-C6H4OH、-NH2等失去或得到质子所导等失去或得到质子所导致。致。 特点：随特点：随pH值的变化而变化，一般低值的变化而变化，一般低pH时为正电荷、高时为正电荷、高pH时为负电荷。时为负电荷。（3）净电荷：）净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和。一般大多数土壤的正电荷和负电荷的代数和。一般大多数土壤带有净负电荷。土壤带有净负电荷。1、特点、特点（1）同性离子交换）同性离子交换（2）等量交换）等量交换（3）可逆交换）可逆交换 Soil =Ca2+2Na+ Na+- Soil -Na+ Ca2+二、土壤的阳离子交换二、土壤的阳离子交换2、影响交换的因素、影响交换的因素（1）
36、电荷数电荷数: :离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。（2 2） 离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。 土 壤 中 一 些 常 见 阳 离 子 的 交 换 能 力 顺 序 如 下 ：土 壤 中 一 些 常 见 阳 离 子 的 交 换 能 力 顺 序 如 下 ： FeFe3+3+AlAl3+3+HH+ +BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+MgMg2+2+CsCs+ +RbRb+ +NHNH4 4+ +KK
37、+ +NaNa+ +LiLi+ +。（3 3）离子浓度）离子浓度4、盐基饱和度、盐基饱和度（1）盐基离子）盐基离子 可交换性阳离子的种类：可交换性阳离子的种类：一类是致酸离子，包括一类是致酸离子，包括H H+ +和和AlAl3+3+；一类是盐；一类是盐基离子，包括基离子，包括CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +、NHNH4 4+ +等。等。3、阳离子的交换量、阳离子的交换量 每每kg干土壤所含有的全部阳离子量。单位干土壤所含有的全部阳离子量。单位cmol(+)/kgDW（2）盐基饱和度盐基饱和度 在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度在土壤交换性
38、阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度 盐基饱和度盐基饱和度= =交换性盐基总量交换性盐基总量/ /阳离子交换总量阳离子交换总量。（3）盐基饱和土壤和盐基不饱和土壤盐基饱和土壤和盐基不饱和土壤 当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的当土壤胶体上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。土壤，称为盐基饱和土壤。 当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。基不饱和土壤。三、土壤的阴离子交换三、土壤的阴离子交换土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴
39、离子与溶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。液中阴离子的交换作用。作用类型：作用类型：（1）与阳离子反应生成难溶物）与阳离子反应生成难溶物与胶体微粒与胶体微粒(如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝)或溶液中阳离子或溶液中阳离子(Ca2+、Al3+、Fe3+)形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。如形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。如PO43-、HPO42-与与Ca2+，Fe3+、Al3+可形成可形成CaHPO42H2O、Ca3(PO4)2、FePO4、AlPO4难溶难溶性沉淀。性沉淀。（2）弱吸附或负吸附）弱吸附或负吸附由于由于
40、Cl-、NO3-、NO2-等离子不能形成难溶盐，故它们不被或很少被土壤等离子不能形成难溶盐，故它们不被或很少被土壤吸附。各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：吸附。各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F-草酸根草酸根柠檬酸根柠檬酸根 PO43-AsO43-硅酸根硅酸根HCO3-CH3COO- SO42- Cl- NO3-。第三节第三节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤的酸度一、土壤的酸度二、土壤的碱度二、土壤的碱度三、我国土壤酸碱度三、我国土壤酸碱度四、土壤缓冲作用四、土壤缓冲作用一土壤酸度一土壤酸度根据土壤中根据土壤中H H+ +离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类。离子的存在方式，土壤酸度可
41、分为两大类。 活性酸度活性酸度 潜性酸度潜性酸度(1)(1)活性酸度活性酸度概念：概念：土壤溶液中游离氢离子活度的直接反映，又称为有效土壤溶液中游离氢离子活度的直接反映，又称为有效酸度，通常用酸度，通常用pHpH表示。表示。来源：来源： （a a）主要是）主要是COCO2 2溶于水形成的碳酸溶于水形成的碳酸和和有机物质分解产生的有机物质分解产生的有机酸有机酸，以及，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸土壤中矿物质氧化产生的无机酸 （b b）还有）还有施用的无机肥料中残留的无机酸施用的无机肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫，如硝酸、硫酸和磷酸等。此外，由于大酸和磷酸等。此外，由于大气污染形成的大气酸沉降
42、气污染形成的大气酸沉降，也会，也会使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。 (2)(2)潜性酸度：潜性酸度：概念：由吸附性（可代换性）概念：由吸附性（可代换性）H H+ +和和AlAl3+3+引起，必须通过离子交换才能显示引起，必须通过离子交换才能显示酸性。酸性。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。关。来源：来源： （a a）土壤上吸附性氢的解离）土壤上吸附性氢的解离 Soil -xH+ Soil (x y) H+ y H+ SoilSoi
43、l （b b）土壤上吸附性氢的交换）土壤上吸附性氢的交换 Soil -H+KCl Soil K+ H+SoilSoil （c c）吸附性）吸附性AlAl3+3+的作用的作用 Soil Al3+3Na + Soil 3Na + + Al3+ Al3+3H2O Al(OH)3+3 H+SoilSoil(3)(3)活性酸度和潜性酸度的关系活性酸度和潜性酸度的关系 soilsoilxHxH+ +yAlyAl3+3+(x+3y)K+(x+3y)K+ + soilsoil(x+3y)K(x+3y)K+ + +xH+xH+ +yAl +yAl 3+3+（a a）活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度，
44、两）活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度，两者可以相互转化。者可以相互转化。（b b）潜性酸度则是活性酸度的贮备，土壤的潜性酸度往往）潜性酸度则是活性酸度的贮备，土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多。比活性酸度大得多。 二者的比例，在砂土中约为二者的比例，在砂土中约为10001000；在有机质丰；在有机质丰富的粘土中则可高达富的粘土中则可高达5 510104 41 110105 5。 （c c）活性酸度是土壤酸度的根本起点，可以直接表现出。）活性酸度是土壤酸度的根本起点，可以直接表现出。 二土壤碱度二土壤碱度1 1、液相碱度指标、液相碱度指标（1 1）概念：土壤溶液中存在着强酸弱碱盐类，
45、其中最多的弱酸根是碳酸）概念：土壤溶液中存在着强酸弱碱盐类，其中最多的弱酸根是碳酸根和碳酸氢根，其他弱酸根在土壤中含量一般很少，因此通常把碳酸根和根和碳酸氢根，其他弱酸根在土壤中含量一般很少，因此通常把碳酸根和碳酸氢根的含量作为土壤液相碱度指标。碳酸氢根的含量作为土壤液相碱度指标。（2 2）不同碳酸盐对土壤液相碱度指标的贡献）不同碳酸盐对土壤液相碱度指标的贡献 CaCOCaCO3 3和和MgCOMgCO3 3的溶解度很小，在正常的的溶解度很小，在正常的COCO2 2分压下，它们在土壤溶液中分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，故的浓度很低，故富含富含CaCOCaCO3 3和和MgCOMgCO3
46、3的石灰性土壤呈弱碱性的石灰性土壤呈弱碱性(pH7.5(pH7.58 85)5)； NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3及及Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2等都是水溶性盐类，可以大量出现在土壤溶等都是水溶性盐类，可以大量出现在土壤溶液中，使土壤溶液中的总碱度很高，从土壤液中，使土壤溶液中的总碱度很高，从土壤pHpH来看，来看，含含NaNa2 2COCO3 3的土壤，其的土壤，其pHpH值一般较高，可达值一般较高，可达1010以上以上，含含NaHCONaHCO3 3及及Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2的土壤，其的土壤，其pHpH值常在值常在7.57.58.
47、58.5，碱性软弱，碱性软弱。2、固相碱度指标、固相碱度指标当土壤胶体上吸附的当土壤胶体上吸附的Na+、K+、Mg2+(主要是主要是Na+)等离子的饱和度增等离子的饱和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：Soil-xNa+yH2O -(x y)Na+yNaOHSoilyH+结果在土壤溶液中产生结果在土壤溶液中产生NaOH，使土壤呈碱性。此时，使土壤呈碱性。此时Na+离子饱和度称为离子饱和度称为土壤碱化度或钠离子饱和度。土壤碱化度或钠离子饱和度。三我国土壤的酸碱度三我国土壤的酸碱度1 1、土壤酸碱度的划分、土壤酸碱度的划分划分为划分为9
48、 9等级。等级。4.59.59.5极强碱性。极强碱性。2 2、我国土壤的酸碱度、我国土壤的酸碱度我国土壤我国土壤pHpH大多在大多在4.54.58.58.5范围内，由南向北范围内，由南向北pHpH值递增，值递增，长江长江( (北纬北纬3333) )以南的土壤多为酸性和强酸性，长江以北以南的土壤多为酸性和强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。的土壤多为中性或碱性。（1 1）华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，）华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pHpH值大多在值大多在4.54.55.55.5之间；之间；（2 2）华中华东地区的红壤，）华中华东地区的红壤，pHpH值在值在5.55.56.56.5
49、之间；之间；（3 3）华北西北的土壤大多含）华北西北的土壤大多含CaCOCaCO3 3，pHpH值一般在值一般在7.5-8.57.5-8.5之之间，少数强碱性土壤的间，少数强碱性土壤的pHpH值高达值高达10.510.5。四土壤缓冲作用四土壤缓冲作用1 1、土壤缓冲作用作用的原因、土壤缓冲作用作用的原因（1 1）多种弱酸及弱酸强碱盐的存在）多种弱酸及弱酸强碱盐的存在（2 2）AAAA、PrPr等两性物质的存在等两性物质的存在（3 3）土壤吸收性复合体的缓冲作用（盐基离子及非盐基离子）土壤吸收性复合体的缓冲作用（盐基离子及非盐基离子）(I)土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷土壤溶液
50、的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。碳酸及其钠盐。碳酸及其钠盐。当加入盐酸时，碳酸钠与它作用，生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤当加入盐酸时，碳酸钠与它作用，生成中性盐和碳酸，大大抑制了土壤酸度的提高。酸度的提高。 Na2CO3+2HCl 2NaCl+ H2CO3当加入当加入Ca(OH)2时，碳酸与它作用，生成溶解度较小的碳酸钙，限制时，碳酸与它作用，生成溶解度较小的碳酸钙，限制了土壤碱度。了土壤碱度。 H2CO3+Ca(OH)2
