第四章土壤環(huán)境化學(xué)

第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤組成二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組三、土壤吸附性四、土壤酸堿性五、土壤的氧化還原性第四章土壤環(huán)境化學(xué)第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)1三、土壤吸附性

土壤中兩個(gè)最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物，它們對(duì)污染物在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性，而使土壤具有吸附性。三、土壤吸附性土壤中兩個(gè)最活躍的組分是土2

1．土壤膠體的性質(zhì)(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能

比表面是單位重量(或體積)物質(zhì)的表面積。物質(zhì)的比表面越大，表面能也越大。

(2)土壤膠體的電性

土壤膠體微粒具有雙電層；微粒的內(nèi)部稱微粒核，一般帶負(fù)電荷，形成一個(gè)負(fù)離子層(即決定電位離子層)，其外部由于電性吸引，而形成一個(gè)正離子層(又稱反離子層，包括非活動(dòng)性離子層和擴(kuò)散層)，即合稱為雙電層。1．土壤膠體的性質(zhì)(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能3

1．土壤膠體的性質(zhì)(3)土壤膠體的凝聚性和分散性

膠體的凝聚性:由于膠體的比表面和表面能都很大，為減小表面能，膠體具有相互吸引、凝聚的趨勢(shì)。

膠體的分散性:在土壤溶液中，膠體常帶負(fù)電荷，即具有負(fù)的電動(dòng)電位，所以膠體微粒又因相向電荷而相互排斥，電動(dòng)電位越高，相互排斥力越強(qiáng)，膠體微粒呈現(xiàn)出的分散性也越強(qiáng)。一般，土壤溶液中常見(jiàn)陽(yáng)離子的凝聚能力順序如下1．土壤膠體的性質(zhì)(3)土壤膠體的凝聚性和分散性42．土壤膠體的離子交換吸附

在土壤膠體雙電層的擴(kuò)散層中，補(bǔ)償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價(jià)為依據(jù)作等價(jià)交換，稱為離子交換(或代換)。離子交換作用：陽(yáng)離子交換吸附作用和陰離子交換吸附作用。2．土壤膠體的離子交換吸附在土壤膠52．土壤膠體的離子交換吸附(1)土壤膠體的陽(yáng)離子交換吸附：土壤膠體吸附的陽(yáng)離子，可與土壤溶液中的陽(yáng)離子進(jìn)行交換，其交換反應(yīng)如下：

各種陽(yáng)離子交換能力的強(qiáng)弱，主要依賴于以下因素：

①電荷數(shù)：離子電荷數(shù)越高，陽(yáng)離子交換能力越強(qiáng)。

②離子半徑及水化程度：同價(jià)離子中，離子半徑越大，水化離子半徑就越小，因而具有較強(qiáng)的交換能力。2．土壤膠體的離子交換吸附(1)土壤膠體的陽(yáng)離子交換吸附：土62．土壤膠體的離子交換吸附不同土壤的陽(yáng)離子交換量不同：①不同種類膠體的陽(yáng)離子交換量的順序?yàn)椋河袡C(jī)膠體>蒙脫石>水化云母>高嶺土>含水氧化鐵、鋁。②土壤質(zhì)地越細(xì)，陽(yáng)離子交換量越高。③土壤膠體中SiO2／R2O3比值越大，其陽(yáng)離子交換量越大，當(dāng)SiO2/R2O3小于2，陽(yáng)離子交換量顯著降低。

④因?yàn)槟z體表面OH基團(tuán)的離解受pH的影響，所以pH值下降，土壤負(fù)電荷減少，陽(yáng)離子交換量降低；反之，交換量增大。2．土壤膠體的離子交換吸附不同土壤的陽(yáng)離子交換量不同：72．土壤膠體的離子交換吸附土壤的可交換性陽(yáng)離子有兩類：一類是致酸離子，包括另一類是鹽基離子，包括

當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子均為鹽基離子，且已達(dá)到吸附飽和時(shí)的土壤，稱為鹽基飽和土壤。當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子有一部分為致酸離子，則這種土壤為鹽基不飽和土壤。在土壤交換性陽(yáng)離子中鹽基離子所占的百分?jǐn)?shù)稱為土壤鹽基飽和度：

2．土壤膠體的離子交換吸附土壤的可交換性陽(yáng)離子有82．土壤膠體的離子交換吸附(2)土壤膠體的陰離子交換吸附：

土壤中陰離子交換吸附是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。

2．土壤膠體的離子交換吸附(2)土壤膠體的陰離子交9四、土壤酸堿性根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9個(gè)等級(jí)。四、土壤酸堿性根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9個(gè)等級(jí)。101．土壤酸度根據(jù)土壤中H+離子的存在方式，土壤酸度可分為兩大類。(1)活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱為有效酸度，通常用pH表示。土壤溶液中氫離子的來(lái)源:a.土壤中CO2溶于水形成的碳酸b.有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸c.土壤中礦物質(zhì)氧化產(chǎn)生的無(wú)機(jī)酸d.施用的無(wú)機(jī)肥料中殘留的無(wú)機(jī)酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。e.由于大氣污染形成的大氣酸沉降．也會(huì)使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一個(gè)重要來(lái)源。1．土壤酸度根據(jù)土壤中H+離子的存在111．土壤酸度(2)潛性酸度：土壤潛性酸度的來(lái)源是土壤膠體吸附的可代換性H+和Al3+。

當(dāng)這些離子處于吸附狀態(tài)時(shí)，是不顯酸性的，但當(dāng)它們通過(guò)離子交換作用進(jìn)入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的H+濃度，使土壤pH值降低。根據(jù)測(cè)定土壤潛性酸度所用的提取液，可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。1．土壤酸度(2)潛性酸度：土壤潛性酸度的來(lái)源是土壤膠體吸附121．土壤酸度(2)潛性酸度：

①代換性酸度：用過(guò)量中性鹽(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中H+和Al3+發(fā)生離子交換作用，而表現(xiàn)出的酸度，稱為代換性酸度。代換性Al3+是礦物質(zhì)土壤中浴性酸度的主要來(lái)源。1．土壤酸度(2)潛性酸度：131．土壤酸度②水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤，溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的H+、Al3+代換出來(lái)，同時(shí)生成某弱酸(醋酸)。此時(shí)，所測(cè)定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。1．土壤酸度②水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤，141．土壤酸度

③活性酸度與潛性酸度的關(guān)系:

土壤的活性酸度與潛性酸度是同一個(gè)平衡體系的兩種酸度。二者可以互相轉(zhuǎn)化，在一定條件下處于暫時(shí)平衡狀態(tài)。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)。土壤膠體是H+和Al3+的貯存庫(kù)，潛性酸度則是活性酸度的貯備。1．土壤酸度③活性酸度與潛性酸度的關(guān)系:152.土壤堿度土壤溶液中OH-離子的主要來(lái)源，是CO32-和HCO3-的堿金屬(Na、K)及堿土金屬(Ca、Mg)的鹽類。不同溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對(duì)土壤堿性的貢獻(xiàn)不同。當(dāng)土壤膠體上吸附的Na+、K+、Mg2+(主要是Na+)等離子的飽和度增加到一定程度時(shí)，會(huì)引起交換性陽(yáng)離子的水解作用：2.土壤堿度土壤溶液中OH-離子的主要來(lái)源，是CO32-和16第四章-土壤環(huán)境化學(xué)9課件1173．土壤的緩沖性能土壤緩沖性能：指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力，它可以保持土壤反應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定，為植物生長(zhǎng)和土壤生物的活動(dòng)創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境，所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質(zhì)之一。(1)土壤溶液的緩沖作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機(jī)酸等弱酸及其鹽類，構(gòu)成一個(gè)良好的緩沖體系，對(duì)酸堿具有緩沖作用。3．土壤的緩沖性能土壤緩沖性能：指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激183．土壤的緩沖性能(1)土壤溶液的緩沖作用：3．土壤的緩沖性能(1)土壤溶液的緩沖作用：193．土壤的緩沖性能

(2)土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有各種陽(yáng)離子，其中鹽基離子和氫離子能分別對(duì)酸和堿起緩沖作用。土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖性能就越強(qiáng)。因此，砂土摻粘土及施用各種有機(jī)肥料，都是提高土壤緩沖性能的有效措施。3．土壤的緩沖性能(2)土壤膠體的緩沖作用：土壤膠體吸附有203．土壤的緩沖性能③鋁離子對(duì)堿的緩沖作用：在pH<5的酸性土壤里3．土壤的緩沖性能③鋁離子對(duì)堿的緩沖作用：21五、土壤的氧化還原性

五、土壤的氧化還原性22五、土壤的氧化還原性

土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位(Eh)來(lái)衡量，其值是以氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)的相對(duì)濃度比為依據(jù)的。主要以實(shí)際測(cè)量的土壤氧化還原電位(Eh)衡量土壤的氧化還原性。

一般旱地土壤的氧化還原電位(Eh)為+400—+700mV；水田的Eh值在+300—+200mV。五、土壤的氧化還原性土壤氧化還原能力的23五、土壤的氧化還原性當(dāng)土壤的Eh值>700mV時(shí)，土壤完全處于氧化條件下，有機(jī)物質(zhì)會(huì)迅速分解；當(dāng)Eh值在400—700mV時(shí)，土壤中氮素主要以NO3-形式存在；當(dāng)Eh值<400mV時(shí)，反硝化開(kāi)始發(fā)生；當(dāng)Eh<200mV時(shí)，N03-開(kāi)始消失，出現(xiàn)大量的NH4+。當(dāng)土壤漬水時(shí)，Eh值降至-100mV，F(xiàn)e2+濃度已經(jīng)超過(guò)Fe3+；Eh值再降低，<-200mV時(shí)，H2S大量產(chǎn)生，F(xiàn)e2+就會(huì)變成FeS沉淀了，其遷移能力降低了。五、土壤的氧化還原性當(dāng)土壤的Eh值>700mV時(shí)，土壤完全處24第四章土壤環(huán)境化學(xué)

第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤組成二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組三、土壤吸附性四、土壤酸堿性五、土壤的氧化還原性第四章土壤環(huán)境化學(xué)第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)25第四章土壤環(huán)境化學(xué)

第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤組成二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組三、土壤吸附性四、土壤酸堿性五、土壤的氧化還原性第四章土壤環(huán)境化學(xué)第一節(jié)土壤的組成與性質(zhì)26三、土壤吸附性

土壤中兩個(gè)最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物，它們對(duì)污染物在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性，而使土壤具有吸附性。三、土壤吸附性土壤中兩個(gè)最活躍的組分是土27

1．土壤膠體的性質(zhì)(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能

比表面是單位重量(或體積)物質(zhì)的表面積。物質(zhì)的比表面越大，表面能也越大。

(2)土壤膠體的電性

土壤膠體微粒具有雙電層；微粒的內(nèi)部稱微粒核，一般帶負(fù)電荷，形成一個(gè)負(fù)離子層(即決定電位離子層)，其外部由于電性吸引，而形成一個(gè)正離子層(又稱反離子層，包括非活動(dòng)性離子層和擴(kuò)散層)，即合稱為雙電層。1．土壤膠體的性質(zhì)(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能28

1．土壤膠體的性質(zhì)(3)土壤膠體的凝聚性和分散性

膠體的凝聚性:由于膠體的比表面和表面能都很大，為減小表面能，膠體具有相互吸引、凝聚的趨勢(shì)。

膠體的分散性:在土壤溶液中，膠體常帶負(fù)電荷，即具有負(fù)的電動(dòng)電位，所以膠體微粒又因相向電荷而相互排斥，電動(dòng)電位越高，相互排斥力越強(qiáng)，膠體微粒呈現(xiàn)出的分散性也越強(qiáng)。一般，土壤溶液中常見(jiàn)陽(yáng)離子的凝聚能力順序如下1．土壤膠體的性質(zhì)(3)土壤膠體的凝聚性和分散性292．土壤膠體的離子交換吸附

在土壤膠體雙電層的擴(kuò)散層中，補(bǔ)償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價(jià)為依據(jù)作等價(jià)交換，稱為離子交換(或代換)。離子交換作用：陽(yáng)離子交換吸附作用和陰離子交換吸附作用。2．土壤膠體的離子交換吸附在土壤膠302．土壤膠體的離子交換吸附(1)土壤膠體的陽(yáng)離子交換吸附：土壤膠體吸附的陽(yáng)離子，可與土壤溶液中的陽(yáng)離子進(jìn)行交換，其交換反應(yīng)如下：

各種陽(yáng)離子交換能力的強(qiáng)弱，主要依賴于以下因素：

①電荷數(shù)：離子電荷數(shù)越高，陽(yáng)離子交換能力越強(qiáng)。

②離子半徑及水化程度：同價(jià)離子中，離子半徑越大，水化離子半徑就越小，因而具有較強(qiáng)的交換能力。2．土壤膠體的離子交換吸附(1)土壤膠體的陽(yáng)離子交換吸附：土312．土壤膠體的離子交換吸附不同土壤的陽(yáng)離子交換量不同：①不同種類膠體的陽(yáng)離子交換量的順序?yàn)椋河袡C(jī)膠體>蒙脫石>水化云母>高嶺土>含水氧化鐵、鋁。②土壤質(zhì)地越細(xì)，陽(yáng)離子交換量越高。③土壤膠體中SiO2／R2O3比值越大，其陽(yáng)離子交換量越大，當(dāng)SiO2/R2O3小于2，陽(yáng)離子交換量顯著降低。

④因?yàn)槟z體表面OH基團(tuán)的離解受pH的影響，所以pH值下降，土壤負(fù)電荷減少，陽(yáng)離子交換量降低；反之，交換量增大。2．土壤膠體的離子交換吸附不同土壤的陽(yáng)離子交換量不同：322．土壤膠體的離子交換吸附土壤的可交換性陽(yáng)離子有兩類：一類是致酸離子，包括另一類是鹽基離子，包括

當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子均為鹽基離子，且已達(dá)到吸附飽和時(shí)的土壤，稱為鹽基飽和土壤。當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子有一部分為致酸離子，則這種土壤為鹽基不飽和土壤。在土壤交換性陽(yáng)離子中鹽基離子所占的百分?jǐn)?shù)稱為土壤鹽基飽和度：

2．土壤膠體的離子交換吸附土壤的可交換性陽(yáng)離子有332．土壤膠體的離子交換吸附(2)土壤膠體的陰離子交換吸附：

土壤中陰離子交換吸附是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。

2．土壤膠體的離子交換吸附(2)土壤膠體的陰離子交34四、土壤酸堿性根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9個(gè)等級(jí)。四、土壤酸堿性根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9個(gè)等級(jí)。351．土壤酸度根據(jù)土壤中H+離子的存在方式，土壤酸度可分為兩大類。(1)活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映，又稱為有效酸度，通常用pH表示。土壤溶液中氫離子的來(lái)源:a.土壤中CO2溶于水形成的碳酸b.有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸c.土壤中礦物質(zhì)氧化產(chǎn)生的無(wú)機(jī)酸d.施用的無(wú)機(jī)肥料中殘留的無(wú)機(jī)酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。e.由于大氣污染形成的大氣酸沉降．也會(huì)使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一個(gè)重要來(lái)源。1．土壤酸度根據(jù)土壤中H+離子的存在361．土壤酸度(2)潛性酸度：土壤潛性酸度的來(lái)源是土壤膠體吸附的可代換性H+和Al3+。

當(dāng)這些離子處于吸附狀態(tài)時(shí)，是不顯酸性的，但當(dāng)它們通過(guò)離子交換作用進(jìn)入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的H+濃度，使土壤pH值降低。根據(jù)測(cè)定土壤潛性酸度所用的提取液，可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。1．土壤酸度(2)潛性酸度：土壤潛性酸度的來(lái)源是土壤膠體吸附371．土壤酸度(2)潛性酸度：

①代換性酸度：用過(guò)量中性鹽(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中H+和Al3+發(fā)生離子交換作用，而表現(xiàn)出的酸度，稱為代換性酸度。代換性Al3+是礦物質(zhì)土壤中浴性酸度的主要來(lái)源。1．土壤酸度(2)潛性酸度：381．土壤酸度②水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤，溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的H+、Al3+代換出來(lái)，同時(shí)生成某弱酸(醋酸)。此時(shí)，所測(cè)定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。1．土壤酸度②水解性酸度：用弱酸強(qiáng)堿鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤，391．土壤酸度

③活性酸度與潛性酸度的關(guān)系:

土壤的活性酸度與潛性酸度是同一個(gè)平衡體系的兩種酸度。二者可以互相轉(zhuǎn)化，在一定條件下處于暫時(shí)平衡狀態(tài)。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)。土壤膠體是H+和Al3+的貯存庫(kù)，潛性酸度則是活性酸度的貯備。1．土壤酸度③活性酸度與潛性酸度的關(guān)系:402.土壤堿度土壤溶液中OH-離子的主要來(lái)源，是CO32-和HCO3-的堿金屬(Na、K)及堿土金屬(Ca、Mg)的鹽類。不同溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對(duì)土壤堿性的貢獻(xiàn)不同。當(dāng)土壤膠體上吸附的Na+、K+、Mg2+(主要是Na+)等離子的飽和度增加到一定程度時(shí)，會(huì)引起交換性陽(yáng)離子的水解作用：2.土壤堿度土壤溶液中OH-離子的主要來(lái)源，是CO32-和41第四章-土壤環(huán)境化學(xué)9課件1423．土壤的緩沖性能土壤緩沖性能：指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力，它可以保持土壤反應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定，為植物生長(zhǎng)和土壤生物的活動(dòng)創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境，所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質(zhì)之一。(1)土壤溶液的緩沖作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機(jī)酸等弱酸及其鹽類，構(gòu)成一個(gè)良好的緩沖體系，對(duì)酸堿具有緩沖作用。3．土壤的緩沖性能土壤緩沖性能：指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激433．土壤的緩沖性能(1)土壤溶液的緩沖作用：3．土壤的緩沖性能(1)土壤溶液的緩沖作用：443．土壤的緩沖性能

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