1、 第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学 第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质 一、土壤组成一、土壤组成 二、土壤的粒级分组与质地分组二、土壤的粒级分组与质地分组 三、土壤吸附性三、土壤吸附性 四、土壤酸碱性四、土壤酸碱性 五、土壤的氧化还原性五、土壤的氧化还原性 三、土壤吸附性三、土壤吸附性 土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，而使土壤具有吸附性。而使土壤具有吸附性。1
2、 1土壤胶体的性质土壤胶体的性质(1)(1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能土壤胶体具有巨大的比表面和表面能 比表面是单位重量比表面是单位重量(或体积或体积)物质的表面积。物质的表面积。物质的比表面越大，表面能也越大。物质的比表面越大，表面能也越大。(2)(2)土壤胶体的电性土壤胶体的电性 土壤土壤胶体微粒具有胶体微粒具有双电层双电层；微粒微粒的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层负离子层(即决即决定电位离子层定电位离子层)，其外部由于电性吸引，而形成一个，其外部由于电性吸引，而形成一个正离子层正离子层(又又称反离子层，包括非活动性离子层和扩散层称
3、反离子层，包括非活动性离子层和扩散层)，即合称为双电层。，即合称为双电层。1 1土壤胶体的性质土壤胶体的性质(3)(3)土壤胶体的凝聚性和分散性土壤胶体的凝聚性和分散性 胶体的凝聚性胶体的凝聚性:由于胶体的比表面和表面能都很大，为减由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势。小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势。胶体的分散性胶体的分散性:在土壤溶液中，胶体常带负电荷，即具有在土壤溶液中，胶体常带负电荷，即具有负的电动电位，所以胶体微粒又因相向电荷而相互排斥，电动电位负的电动电位，所以胶体微粒又因相向电荷而相互排斥，电动电位越高，相互排斥力越强，胶体微粒呈现出的
4、分散性也越强。越高，相互排斥力越强，胶体微粒呈现出的分散性也越强。一般，土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下一般，土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下2 2土壤胶体土壤胶体的的离子交换吸附离子交换吸附 在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为价为依据作等价交换，称为离子交换离子交换(或代或代换换)。离子交换作用：阳离子交换吸附作用离子交换作用：阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。和阴离子交换吸附作用。2 2土壤胶体土壤胶体的的离子交换吸附离子交换吸附(1)(1)土壤胶
5、体的阳离子交换吸附：土壤胶体的阳离子交换吸附：土壤胶体吸附的阳离子，土壤胶体吸附的阳离子，可与土壤溶液中的阳离子进行交换，其交换反应如下：可与土壤溶液中的阳离子进行交换，其交换反应如下：各种阳离子交换能力的强弱，主要依赖于以下因素各种阳离子交换能力的强弱，主要依赖于以下因素：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。离子半径及水化程度：离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，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。2 2土壤胶体土壤胶体的的离子交换吸附离子交换吸附不同土
6、壤的阳离子交换量不同：不同土壤的阳离子交换量不同：不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体有机胶体蒙脱石蒙脱石水化云母水化云母高岭土高岭土含水氧化铁、铝。含水氧化铁、铝。土壤质地越细，阳离子交换量越高。土壤质地越细，阳离子交换量越高。土壤胶体中土壤胶体中SiOSiO2 2R R2 2OO3 3比值越大，其阳离子交换比值越大，其阳离子交换量越大，量越大，当当SiOSiO2 2/R/R2 2OO3 3小于小于2 2，阳离子交换量显著降低。，阳离子交换量显著降低。因为胶体表面因为胶体表面OHOH基团的离解受基团的离解受pHpH的影响，所以的影响，所以pHpH值
7、下降，土壤负电荷减少，阳离子交换量降低；值下降，土壤负电荷减少，阳离子交换量降低；反之，反之，交换量增大。交换量增大。2 2土壤胶体土壤胶体的的离子交换吸附离子交换吸附 土壤的可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，土壤的可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，包括包括 另一类是盐基离子，包括另一类是盐基离子，包括 当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达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，称为到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为则这种土壤为盐基不饱和土
8、壤盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为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：土壤盐基饱和度：2 2土壤胶体土壤胶体的的离子交换吸附离子交换吸附 (2)(2)土壤胶体土壤胶体的的阴离子交换吸附阴离子交换吸附：土壤土壤中中阴离子交换吸附阴离子交换吸附是指带是指带正电荷正电荷的的胶体胶体所所吸附吸附的的阴离子阴离子与溶液中与溶液中阴离子阴离子的的交换作用交换作用。四、土壤酸碱性四、土壤酸碱性 根据土壤的酸度可以将其划分为根据土壤的酸度可以将其划分为9 9个等级个等级。1土壤酸度土壤酸度 根据土壤中根据土壤中H H+离子的存在方式，土壤酸度可分离子的存在方
9、式，土壤酸度可分为两大类。为两大类。(1)(1)活性酸度：活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用反映，又称为有效酸度，通常用pHpH表示。表示。土壤溶液中氢离子的来源土壤溶液中氢离子的来源:a.a.土壤中土壤中COCO2 2溶于水形成的碳酸溶于水形成的碳酸 b.b.有机物质分解产生的有机酸有机物质分解产生的有机酸 c.c.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 d.d.施用的无机肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。施用的无机肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。e.e.由于大气污染形
10、成的大气酸沉降也会使土壤酸化，所以它由于大气污染形成的大气酸沉降也会使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。也是土壤活性酸度的一个重要来源。1土壤酸度土壤酸度(2)(2)潜性酸度：潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性体吸附的可代换性H H+和和AlAl3+3+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的壤溶液的H H+浓度，使土壤浓度，使土壤pHpH值降低。值降低。n 根据测定土壤潜性酸度所用的
11、提取液，可以根据测定土壤潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。1土壤酸度土壤酸度(2)(2)潜性酸度：潜性酸度：代换性酸度：代换性酸度：用过量中性盐用过量中性盐(如如NaClNaCl或或KCl)KCl)溶液溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H H+和和AlAl3+3+发生离子交发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。代换性代换性AlAl3+3+是矿物质土壤中浴性酸度的主要来源。是矿物质土壤中浴性酸度的主要来源。1土壤酸度土壤酸度水解性酸度：水解性酸度：用
12、弱酸强碱盐用弱酸强碱盐(如醋酸钠如醋酸钠)淋洗土壤，淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H H+、AlAl3+3+代换出来，代换出来，同时生成某弱酸同时生成某弱酸(醋酸醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。度称为水解性酸度。1土壤酸度土壤酸度 活性酸度与潜性酸度的关系活性酸度与潜性酸度的关系:土壤的活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两土壤的活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平种酸度。二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起
13、点和现实表衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是现。土壤胶体是H H+和和Al3+Al3+的贮存库，潜性酸度则是活性的贮存库，潜性酸度则是活性酸度的贮备。酸度的贮备。2.土壤碱度土壤碱度n土壤溶液中土壤溶液中OHOH-离子的主要来源，是离子的主要来源，是COCO3 32-2-和和HCOHCO3 3-的碱的碱金属金属(Na(Na、K)K)及碱土金属及碱土金属(Ca(Ca、Mg)Mg)的盐类。的盐类。n不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同。不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同。n 当土壤胶体上吸附的当土壤胶体上吸附的NaNa+、K K+、MgMg2+
14、2+(主要是主要是NaNa+)等离子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：解作用：3土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能n土壤缓冲性能：土壤缓冲性能：指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以土长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。n(1)(1)土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液
15、中含有碳酸、硅土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有机酸等弱酸及其盐类，构成酸、磷酸、腐殖酸和其它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。一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。3土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能(1)(1)土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液的缓冲作用：3土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能(2)(2)土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。n 土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓
16、冲性能就越强。因此，砂土掺粘土及施用各种缓冲性能就越强。因此，砂土掺粘土及施用各种有机肥料，都是提高土壤缓冲性能的有效措施。有机肥料，都是提高土壤缓冲性能的有效措施。3土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能铝离子对碱的缓冲作用：铝离子对碱的缓冲作用：n 在在pH5pH700mV700mV时，土壤完全处于氧化条件下，有时，土壤完全处于氧化条件下，有机物质会迅速分解；机物质会迅速分解；当当EhEh值在值在400400700mV700mV时，土壤中氮素主要以时，土壤中氮素主要以NONO3 3-形式存在；形式存在；当当EhEh值值400mV400mV时，反硝化开始发生；时，反硝化开始发生；当当Eh200mVEh
17、200mV时，时，N0N03 3-开始消失，出现大量的开始消失，出现大量的NHNH4 4+。当土壤渍水时，当土壤渍水时，EhEh值降至值降至-100-100mVmV，FeFe2+2+浓度已经超过浓度已经超过FeFe3+3+；EhEh值再降低，值再降低，-200mV-200mV时，时，H H2 2S S大量产生，大量产生，FeFe2+2+就会变成就会变成FeSFeS沉淀了，其迁移能力降低了。沉淀了，其迁移能力降低了。第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学 第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质n一、土壤组成一、土壤组成n二、土壤的粒级分组与质地分组二、土壤的粒级分组与质地分组n三、土壤吸附性三、土壤吸附性n四、土壤酸碱性四、土壤酸碱性n五、土壤的氧化还原性五、土壤的氧化还原性
