1、模块四模块四 土壤环境化学土壤环境化学教学目标：教学目标：1.知道土壤的组成与性质；2.理解重金属等污染物在土壤中的迁移转化；3.理解土壤中有机污染物的变化过程；4.学会土壤分析的方法；5.学会分析现实出现的土壤污染的原因及控制方法。环境案例：环境案例：1、我国土壤现状2、甘肃徽县血铅事件3、毒大米毒蔬菜事件 4.1 土壤环境化学基础知识土壤环境化学基础知识（一）土壤的形成（一）土壤的形成 图图4-2 直接发育于基岩之上的基本的综合土壤剖面图直接发育于基岩之上的基本的综合土壤剖面图（二）土壤的组成（二）土壤的组成（二）土壤的组成（二）土壤的组成 1、土壤矿物质、土壤矿物质 （1）原生矿物）原生
2、矿物 （2）次生矿物）次生矿物 2、土壤有机质、土壤有机质 3、土壤生物、土壤生物 4、土壤溶液、土壤溶液 5、土壤空气、土壤空气（三）土壤的基本性能（三）土壤的基本性能1、土壤吸附性、土壤吸附性 土壤具有吸附并保持固态、液态和气态物质的能力，称为土壤的吸附性能。（1）土壤胶体的性质）土壤胶体的性质 具有巨大的比表面积与表面能 胶体粒子具有表面电荷 土壤胶体的凝聚性和分散性（2）土壤胶体的离子交换吸附）土壤胶体的离子交换吸附 土壤胶体的阳离子交换吸附 土壤胶体的阴离子交换吸附 2、土壤的酸碱性、土壤的酸碱性（1）土壤酸度）土壤酸度 活性酸度：H+的浓度 潜在酸度 （2）土壤碱度）土壤碱度 土壤
3、溶液中OH-离子的主要来源，是CO32-和 HCO3-的碱金属（Na+、K+）及碱土金属（Ca2+、Mg2+）的盐类。（3）土壤的缓冲能力）土壤的缓冲能力 土壤溶液的缓冲作用 土壤胶体的缓冲作用 3、土壤的氧化还原性、土壤的氧化还原性 土壤中的主要氧化剂有土壤中的氧气、土壤中的主要氧化剂有土壤中的氧气、NO3-离子和高价金属离子。土壤中的主要离子和高价金属离子。土壤中的主要还原剂有有机质和低价金属离子。还原剂有有机质和低价金属离子。（四）土壤是复杂的综合体四）土壤是复杂的综合体 （1）培育植物 （2）推动物质循环 （3）保存水资源 （4）防止灾害 （5）自净能力 4.2 土壤环境污染土壤环境污
4、染 1.土壤污染的概念土壤污染的概念 土壤污染是指由于人类活动所产生的物质(污染物)，通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，因而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物的积累过程逐渐占优势，破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然功能失调、土壤质量恶化、影响作物的生长发育、产品的产量和质量下降，产生一定的环境效应(水体或大气发生次生污染)，并可通过食物链对生物和人类构成危害。2、土壤污染源和污染物、土壤污染源和污染物 土壤污染源：土壤污染源：化肥和农药；化肥和农药；废物（废渣、污水和垃废物（废渣、污水和垃圾等）的处理场所；圾等）的处理场所；大气或水体中的污染物
5、大气或水体中的污染物质的迁移、转化；质的迁移、转化；某些元素的富集中心或矿某些元素的富集中心或矿床周围。床周围。土壤污染物：土壤污染物：有机物质；有机物质；氮素和磷素化学肥料；氮素和磷素化学肥料；重金属；重金属；放射性元素；放射性元素；有害微生物类。有害微生物类。3、土壤的自净作用和污染防治方法、土壤的自净作用和污染防治方法 土壤的自净能力主要来自于土壤颗粒物层对污染物土壤的自净能力主要来自于土壤颗粒物层对污染物有过滤、吸附等作用，土壤微生物有强大生物降解有过滤、吸附等作用，土壤微生物有强大生物降解的能力，土壤本身对酸碱度改变具有缓冲能力以及的能力，土壤本身对酸碱度改变具有缓冲能力以及大量的土
6、壤胶体表面能降低反应的活化能，成为很大量的土壤胶体表面能降低反应的活化能，成为很多污染物转化反应的良好催化剂。此外，土壤空气多污染物转化反应的良好催化剂。此外，土壤空气中的氧可作为氧化剂，土壤水分可作为溶剂，这些中的氧可作为氧化剂，土壤水分可作为溶剂，这些也都是土壤的自净因素。也都是土壤的自净因素。4.3 土壤中重金属迁移转化土壤中重金属迁移转化（一）土壤的重金属污染及危害（一）土壤的重金属污染及危害 （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 通过挥发作用进入大气。受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用。植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进入人体。（二）
7、重金属在土壤中的存在形态（二）重金属在土壤中的存在形态 重金属进入土壤后，可以可溶性自由态或络离子的重金属进入土壤后，可以可溶性自由态或络离子的形式存在于土壤溶液中；被土壤胶体所吸附，或以形式存在于土壤溶液中；被土壤胶体所吸附，或以各种难溶化合物的形态存在。各种难溶化合物的形态存在。（三）重金属在土壤中的迁移转化（三）重金属在土壤中的迁移转化 1、土壤中重金属的物理迁移、土壤中重金属的物理迁移 2、土壤胶体对重金属的吸附、土壤胶体对重金属的吸附 （1）重金属元素在土壤溶液中呈胶体状态。（2）土壤中存在的有机和无机胶体对金属离子的吸附固定。土壤胶体对重金属的吸附作用通常分为非专性吸附和专性吸附。
8、非专性吸附：专性吸附：3、重金属离子的配位作用、重金属离子的配位作用 土壤重金属可与土壤中的各种无机配位体和有机配土壤重金属可与土壤中的各种无机配位体和有机配位体发生配位作用。位体发生配位作用。4、土壤中重金属的沉淀和溶解、土壤中重金属的沉淀和溶解 在高氧化环境中，在高氧化环境中，Eh较高，钒、铬呈氧化态，形成较高，钒、铬呈氧化态，形成可溶性钒酸盐、铬酸盐等，具有极强的迁移能力，可溶性钒酸盐、铬酸盐等，具有极强的迁移能力，而铁、锰则相反，形成高价难溶性化合物沉淀，迁而铁、锰则相反，形成高价难溶性化合物沉淀，迁移能力很低移能力很低。5、土壤微生物的固定和活化、土壤微生物的固定和活化 （1）胞外络
9、合作用 （2）胞外沉淀作用 （3）金属的微生物转化6、土壤根际的富集和降毒、土壤根际的富集和降毒 （1）根际氧化还原屏障形成 （2）根际pH屏障形成 （3）根系分泌物的络合作用（四）土壤中有毒的重金属（四）土壤中有毒的重金属 重金属中毒机理重金属中毒机理 生物机体中含巯基（生物机体中含巯基（-SH）的酶与外来重）的酶与外来重金属的反应：金属的反应：1、汞、汞 汞在土壤中可能以多种不同的形态存在，如无机汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。2镉镉 镉在土壤中只能以二价简单离子或简单配离子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等
10、。Cd2+与有机配体形成配合物的能力很弱，故土壤中有机结合态的镉较少。镉还以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等难溶的形态存在于土壤中。3、铬、铬 在低氧化还原电位的条件下，铬以三价形态存在，在低pH时为Cr3+，高pH时为CrO2-；在高氧化还原电位条件下，铬以六价形态存在，在低pH时为Cr2O72-，在高pH时为CrO42-。4、铅、铅 在正常的上壤环境条件下，Pb()是仅有的稳定状态，土壤中铅主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等难溶化合物。5砷砷 土壤中砷主要以含氧酸盐的形式存在，有砷酸根和亚砷酸根。农药包括杀虫
11、剂、杀菌剂、除草剂以及其他如杀螨剂、杀鼠剂、引诱剂、忌避剂、植物生长调节剂和配制农药的助剂等。4.4 土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化（一）农药的分类（一）农药的分类（二）农药在土壤中的迁移转化（二）农药在土壤中的迁移转化1、土壤对农药的吸附作用、土壤对农药的吸附作用（1）异性电荷相吸指带负电土壤组分与呈正离子状态的农药通过静电引力相吸引；（2）非专一的物理性键合。这是范德华引力起作用，这种作用力发生在被吸附的非离子型分子之间，而不是发生在分子和土壤组分之间。所以在这种情况下，范德华引力以与其他键力加合的形式发生作用；（3）氢键力。例如含NH基的农药分子可通过生成氢键与粘土表面的氧原子
12、及土壤有机物分子内的羰基氧原子结成一体；（4）配位键指农药分子与土壤组分分子通过未共享电子对所发生的结合。2、挥发和扩散、挥发和扩散 大量资料证明，不仅非常易挥发的农药，而且不易挥发的农药（如有机氯），都可以从土壤、水及植物表面大量挥发。对于低水溶性和持久性的化学农药来说，挥发是农药进入大气中的重要途径。3、降解、降解 农药在土壤中的降解，包括光化学降解、化学降解和农药在土壤中的降解，包括光化学降解、化学降解和微生物降解等。微生物降解等。(1)非生物降解 光化学降解 化学降解 (2)土壤微生物对农药的降解 有机氯农药的降解 有机磷类农药的降解 氨基甲酸酯类农药的降解(3)微生物在农药转化中的作
13、用微生物在农药转化中的作用 矿化作用 共代谢作用4、残留性和危害性、残留性和危害性（1）残留性）残留性 化学农药性质的影响 土壤性质的影响（2）危害性）危害性 土壤中农药可通过如下途径进入各类生物体内。土壤陆生植物食草动物 土壤土壤中无脊椎动物脊椎动物食肉动物 土壤水中浮游生物鱼和水生生物食鱼动物（三）农药残留的处理方法，采取的措施及（三）农药残留的处理方法，采取的措施及目前的情况目前的情况 目前我国虽然已公布了农药管理条例，制定了农药安全使用标准、农药合理使用准则和农药残留检测方法行业标准等一系列法规、条例和标准，但推荐性条例多，强制性法规少，更缺少处罚条款。（四）持久性有机污染物（毒物）（
14、四）持久性有机污染物（毒物）1、POPs的种类 我国在20世纪6080年代，以有机氯农药为主，大量生产使用过滴滴涕、毒杀芬、六氯代苯、氯丹和七氯等5种POPS农药，现仅保留滴滴涕和六氯代苯二种生产，但已分别禁止和限制他们作为农药使用。2.POPs的基本特性 （1）持久性 （2）生物累积性 （3）半挥发性 （4）高毒性 4.5 土壤污染的治理及生物修复土壤污染的治理及生物修复 1.控制和消除土壤污染源控制和消除土壤污染源 控制和消除工业控制和消除工业“三废三废”的排放的排放 控制化学农药的使用控制化学农药的使用 合理使用化学肥料合理使用化学肥料2.增加土壤环境容量，提高土壤净化能力增加土壤环境容量，提高土壤净化能力3.其他防治土壤污染的措施其他防治土壤污染的措施 施用化学改良剂施用化学改良剂 生物改良措施生物改良措施 控制氧化还原条件控制氧化还原条件 改变耕作制改变耕作制 改良土壤改良土壤4.土壤污染生物修复技术土壤污染生物修复技术 目前国外采用的土壤生物修复技术有原位处理（in site）、就地处理（on site）和生物反应器（bioreactor）三种方法。
