安师大《环境学》课程讲义05土壤环境.docx

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1、第五章土壤环境第一节、土壤的组成和基本性质一、土壤的组成土壤：是由地球陆地表面的岩石经风化发育而成。度看，土壤不仅是一种资源，还是人类生存环境的重要组成部分。矿物质固相物质/有机质：动植物残体，微生物分解和合成的有机物质/气相土壤粒间物质液相/土壤动物（各类昆虫、线虫、节肢动物）生物体土壤微生物二、土壤的结构是指土壤结构体的类型、数量、排列方式、土粒：是形成土壤结构的基础，它的功能：砂粒、砾石骨架（粒径大小）空隙（使土壤具有通透性孔隙状况及稳定性的综合特性。这种土粒的结构优点是：为空气和水分的进入提供了便利的通道，通过水分给土壤带来热量。缺渡是:保水保热能力差，特别容易受到污染的危害。粉粒：能

2、保持一定的水分和由水带来的热量。粘粒：吸水膨胀。失水收缩。土粒构成了土壤结构，它的作用主要是在结构中进行物质的分解和合成分的吸收、释放以及水分和能量的保持、传递等。三、土壤环境的基本性质（一）土壤环境的物理学性质对环境的影响1、土壤孔性土壤孔性：是指土壤孔隙数量大小的分配和比例特征。无效孔隙：粘土中较多，砂质土壤少土壤孔隙毛管孔隙：毛细管孔隙（能保持对植物有效的毛细管水，.土壤供水、供肥具有重要意义。通气孔隙：空气和水分的通道，是土壤通气和透水的重要指标。土壤孔性的作用一一调节水、气、热净化污染物质（通过过滤截留、物化吸附、化学分解、微生物降解）2、土壤质地就是指土壤的结构性质（砂土、粘土）影

3、响进入环境污染物质的截留、迁移和转化。粘土：比表面大，800-1000m2g,表面能大，吸附力强，污染物不易迁移。砂士：比表面小，土壤孔隙大，通透性好，吸附能力弱，污染物易迁移。矿物粘粒的数量和汞的含量与迁移土壤号0.001粘粒%汞含量比值土壤汞麦粒汞113.41.001.00228.41.900.95334.52.600.65454。62.72痕量（二）土壤环境中的胶体物质对环境的影响1、土壤胶体：是由矿物质微粒（铝硅酸盐）腐殖质、铝、铁镒、硅和含水、氧化物组成。无机胶体：土壤粘粒，矿物质、氧化物、水合物。氧化物主要包括铁、铝、镒、钛、硅等的氧化物。水合物主要有三水化铝石（Al2O3.3H2

4、0）,水铝石（Al2O3,H2O）,水赤铁矿（3Fe2（）3.H2O）.矿物质如非结晶硅（Si2O3.nII20）02、土壤胶体的种类一有机胶体：腐殖质胶体，来源于动植物残体及其分解合成产物。无机有机复合胶体：两种胶体之间通过引力结合而成的。引力一离子间引力称为库仑引力（静电引力）分子间引力称为范得华引力（非静电引力）3、土壤胶体的重要性质：具有巨大的表面积与表面能；带电荷（+、-电荷）、具有吸附作用，对土壤的物理、化学性质有重大的影响；具有分散性和凝聚性。4、土壤胶体电荷产生的原因：一一表面基团解离或吸附离子而带电荷。胶体内部的电荷不平衡而表现出带电荷o4、土壤胶体的特点无机胶体：无机胶体多

5、为凝胶，包被于土粒表面，具有较强的胶合力，对阳离子吸附力弱，与磷酸根容易结合形成难溶性磷酸盐，降低了磷的有效性。/颗粒细小，比表面高达800T00（2g./具有大量功能团，带多量可变电荷有机胶体：一具有较强的络合能力是亲水胶体，吸水性强/表面性质不是原来有机胶钵和无机胶体的总和，颗粒已由单个粘粒复合成较大的复粒，比表面减少。有机无机复合体一胶体的部分交换基团在粒子复合时使用，阳离子交换量比未复合前二者之和小。有机胶体以包被形式包裹粘粒或者进入粘粒之间，改善水、肥、气热状况。5、土壤胶体的吸收性能土壤具有吸持各种离子、分子、气体和悬浮体的性能称为土壤吸收性能。物理吸收性能：也称分子吸收，是土粒吸

6、附分子，以减少表面能的效应。作用：这种功能保存了进入土壤有机、无机分子，并造成土壤溶液中物质的不均匀性，形成浓度差，有利于作物选择浓度吸收。化学吸收能：也称化学固定作用，即一些可溶性盐与土壤中物质发生化学反应，生成溶解度很低的化合物。作用：使一些养份物质固定，减少流失，也会使一些有害物质被固定、消除或减轻危害。物理一化学吸收性能：通过离子交换从土壤中吸收异电荷离子及胶体上吸附的离子与土壤溶液中吸附的异号离散子，这种交换作用是等当量的，可逆的。四、土壤氧化还原性（一）、定义与特点土壤氧化还原性是用土壤氧化还原电位这个综合指标来表示的。它的含义是:当一支能传递电子“惰性的钳电极插入土壤中时，在土壤

7、和电极之间建立一个电位差，称为氧化还原电位（Eh）,单位是mV。为什么会产生Eh：是由于土壤中存在氧化还原物质9NOJ和还原性物质（有机质NO2NH,NH1-CO2;低价的金属离子Fc-Fe,Mn4+-Mn2-）：植物根系的参与：旱地作物根际内耗氧多，Eh值根际内比根际外低50-IOOmV:水稻根系分泌氧，Eh值根际内高与根际外；土壤微生物的参与：厌氧分解：有机物一COLCHi好氧分解：有机物一CO2+H4Eh的特点：一氧化性物质越多，Eh值越大，土壤氧化性越强烈。PH值越小,Eh值越大。PH值越大，Eh值越小，土壤还原性越强烈。（二）、Eh对土壤环境的影响改变离子的价态，就是通常说的变价元素

8、，影响其迁移、转化。变价元素的特点：一高价态离子，溶解度大，易迁移，毒性性大低价态离子，溶解度小，不易迁移，毒性小比如，土壤中的格有三价和六价二种形态（CnOI?）其中六价态格是可溶的易被植物吸收，三价的格是难溶的，难以被植物吸收。Eh值越大，土壤氧化强烈，有机质含量降低，对有机污染物转化能力强；Eh值越小，还原性越强烈，置换能力小，影响有机物质的分解速度和强度。从以上二点看，Eh值对环境的影响是对污染物质转化、迁移。因此我们了解土壤氧化还原反应，对改变土壤性质，促进污染物质的转化有很需要作用。土壤环境学李天杰高教出版社P129-130第二节土壤污染与自净一、土壤污染（一）、土壤污染的过程和概

9、念1、土壤污染的过程物质、能量交换过程，其数量和速度超过了土壤自净作用的能力，导致了土壤结构的改变，程度不同，造成的后果不同。2、土壤污染的定义当土壤环境中所含污染物的数量超过了土壤的自净能力或当污染物在土壤环境中的积累量超过了土壤环境基准或土壤标准时，就称为土壤污染。（二）、土壤污染的特点1、隐蔽性或潜伏性土壤污染是一个逐步积累的过程，不像水污染和大气污染那么样直观。印染废水污染有颜色，气味变化，工业烟囱排入大气中黑烟，黄烟，一看就清楚。比喻说，农业上大量使用化学肥料，它能够使农作物增产，经过较长一段时间后发现，它能够造成土壤板结。书上介绍的“骨痛病”就是使用了含镉废水灌溉农田，使农作物造成

10、了镉污染，人吃了以后，产生了骨痛病，具体原因也是在事件发生10年后才知道的。2、不可逆性和持久性有些有机污染物很难降解，一旦污染了土壤很难根除。如多氯联苯、多环芳煌等。重金属进入土壤也是一个不可逆过程。3、危害的严重性污染物通过食物链危害动物和人的健康。如前面讲的“骨痛病”就是一个典型的例子。水污染也有同样的危害性。（三）、土壤污染源按途径分：1、大气污染型：主要污染物是大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等。它们通过沉降和降雨而降到地面。大气中的二氧化硫等酸性氧化物质使雨水酸度增加，从而引起土壤酸化，破坏土壤的结构，肥力及生态系统平衡。大气中的各种飘尘中含有重金属，非金属等有毒有害物质及放射线

11、散落物等多种多样物质，它们会造成土壤的多种污染。2、水污染型：工业废水和生活污水的直接排放，使水系和农田受到污染。常见的污染物是重金属、无机盐、有机物和病原体。目前我国污灌区有30多个，污灌面积约60多万h虽然污灌使植物生长获得了水分和部分营养物质，但有二个大危害；一个是有毒物质通过食物链影响人体健康；另一个是有毒物质通过渗透影响地下水源。3、固体废弃物污染型主要是工厂的尾矿废渣，污泥和城市垃圾等直接或间接影响土壤。直接的是废渣粉尘直接覆盖；间接的是雨水冲刷，有毒物质渗入土壤。比如锦州某工厂含Cr废渣中六价格渗入地下，使范围达7OK的地下水和土壤遭到污染。包头市堆放的废渣已占地2000hm,每

12、年还以120hm的速度扩大，氟含量很高，使土壤中氟含量高达上万ppm。4、农业污染型主要是施入土壤的农药和化肥。如有机氯农药能在土壤中长期残留，并在生物体内富集。MP等化肥，未被植物吸收利用的部分，都在根层以下积累和转入地下水，成为潜在的环境污染物。上述土壤污染类型是相互联系的，它们在一定的条件下，可以相互转化。固体废弃物污染型可以转化为水污染型和大气污染型，农业污染型其本身就是固体废弃物污染型，大气污染型和水污染型环境科学原理P96-97二、土壤污染物类型请看书本P169表5-1三、污染物在土壤中的迁移和转化规律物质的迁移：就是元素在土壤中的转移和再分配。影响元素迁移的原因：1、内在因素：包

13、括化学键类型、负电性、原子和离子半径以及原子价。2、外在因素：包括气候条件、有机质、地形部位、水、氧、二氧化碳、介质的PH值和Eh值以及胶体的作用。土壤中污染物迁移的方式有五种；分别是溶解迁移、还原迁移、螯合迁移、悬粒迁移和生物迁移。(一)有机物类最典型的有机污染物是农药。这是一种泛指的术语，它包括除草剂、杀虫剂和杀菌剂等。1、土壤中农药的迁移方式农药在土壤迁移的方式有两种以蒸汽和非蒸汽的形式进行迁移。蒸汽的形式是通过扩散，非蒸汽的形式是通过质体流动。2、农药在土壤中迁移转化行为(1)吸附农药在土壤中吸收能力的强弱与土壤粘粒及有机质的种类和数量密切相关；与土壤的代换量及影响土壤代换量的诸因素有

14、关。据研究，土壤有机质及各种粘土矿物对农药的及吸附能力有如下趋势，即有机质蒙脱石蛭石伊利石绿泥石高岭石。吸附的机理主要有以下几种；离子交换阳离子型农药易与土壤有机质和粘粒矿物上的阳离子起交换作用，这种吸附是与离子键相结合的。配位体交换这种吸附作用是由于吸附质子分子置换了一个或几个配位体分子。在土壤及其组成中可进行配位体交换的通常是结合态水分子，其必要条件是吸附质子比被置换的配位体具有更强的络合能力。氢键结合当吸附质和吸附剂上具有NH、OH或0、N原子时易形成氢键,这时一一种特殊类型的偶极一一偶极矩作用，氢原子在两个电负性原子之间起桥梁作用，其中一个原子与之共价结合，而另一个原子以静电作用与之相

15、连。氢键结合是非离子型极性有机分子与粘粒矿物和有机吸附的重要的作用机制。质子化作用农药通过质子化作用而带正电后，可借离子交换而被土壤吸附。质子化作用的中性分子来自土壤水，胶体表面上可交换的H-得到一个质子,或得到由另一种阳离子转来的一个质子，而释放一个带正电荷的离子。此外，还有通过范德华引力作用，疏水性结合以及冗键等作用方式对农药的吸附。（2）降解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光化学降解指土壤表面接受太阳辐射能和紫外线等能流而引起的农药分解作用。农药光解的研究表明，大多数农药都能发生光降解作用，而生成新的化合物,这可能是农药变化或消失的一个重要途径。如对杀草快光解生成盐酸甲胺,对硫磷经光解形成对氧磷、对硝基酚和硫乙基对硫磷等。对于汞、伸、铅、镉和其它元素的化合物，受到光化学作用也可分解,但它们不会转化为无毒的化合物,它们有在不同生物体内积累的危险，并可能进入食物链中。例如DDT在罕气中的光