環(huán)境土壤學復習要點

土壤的定義：土壤是歷史自然體，是位于地球陸地表面的和淺水域底

部的具有生命力、生產(chǎn)力的疏松而不均勻的聚集層，是地球系統(tǒng)的組成部

分和調(diào)控環(huán)境質(zhì)量的中心要素。

土壤圈是覆蓋于地球陸地表面和淺水域底部的一種疏松而不均勻的覆

蓋層及其相關(guān)的生態(tài)與環(huán)境體系；它是地球系統(tǒng)的重要組成部分，處于其

它圈層的交接面上（中心位置），即是它們長期共同作用的產(chǎn)物，又是它們

的支撐物。Sq=f（L,H,B,A,i）

土壤污染是指人為因素有意或無意地將對人類本身和其它生命體有害

的物質(zhì)施加到土壤中，使其某種成分的含量明顯高于原有含量、并引起現(xiàn)

存的或潛在的土壤環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。環(huán)境土壤學的研究內(nèi)容：土壤環(huán)

境的現(xiàn)狀及其演變、化學物質(zhì)在土壤環(huán)境系統(tǒng)中的行為、土壤環(huán)境與人體

健康、人為活動對土壤環(huán)境的沖擊、土壤環(huán)境工程等

生態(tài)系統(tǒng)：在一定時間和空間內(nèi)，生物與其生存環(huán)境以及生物與生物

之間相互作用，彼此通過物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息交換，形成的一個不

可分割的自然整體。土壤生態(tài)系統(tǒng)：土壤同生物與環(huán)境間的相互關(guān)系網(wǎng)絡,

或者說是物質(zhì)流與能量流所貫穿的一個開放性網(wǎng)狀系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)組成包括:

生產(chǎn)者、消費者、分解者、參與物質(zhì)循環(huán)的無機物質(zhì)和有機物質(zhì)、土壤內(nèi)

部水、氣、固體物質(zhì)等環(huán)境因子。土壤的機械組成（質(zhì)地）：土壤顆粒

（土粒），構(gòu)成土壤固相骨架的基本顆粒。

土壤粒級：土粒大小分成若干組，稱土壤粒級（粒組）一一大小相近、

性質(zhì)相似的土壤顆粒劃為一組。粒級制：石礫，砂粒，粉粒，粘粒。

土壤顆粒分級：（mm）

直徑國際制美國制卡慶斯制中國制(1987)石礫>2>2>1>1砂粒2-

0.022-0.051-0.051-0.05粉粒0.02-0.0020.05-0.0020.05-0.0010.05-

0.002粘粒<0,002(0.002<0.001〈0.002物理性砂粒:1-。01mm物理

性粘粒：〈0.01mm

土壤質(zhì)地分為：砂性土、壤性土、粘性土。

1、砂質(zhì)土壤主要特性：砂粒大于50%；通氣透水；養(yǎng)分少，不保水

肥；環(huán)境容量??；易耕；溫度變化快，暖性土。

2、粘質(zhì)土壤主要特性：粘粒高于30%；通氣透水不良；保水保肥、

養(yǎng)分含量高；升溫慢，冷性土；耕性差，適合于禾谷類作物。

3、壤質(zhì)土壤主要特性：粉粒大于30%；環(huán)境容量相對大；性質(zhì)介于

黏土與砂土之間。

土壤的物質(zhì)組成：土壤是由固相、液相、氣相和土壤生物體四部分組

成。

適于植物生長的典型壤質(zhì)土壤的體積組成為土壤孔隙占50%,內(nèi)含

水分和空氣；土壤固體占50%,其中礦物質(zhì)占45%,有機質(zhì)占5%；土壤

生物體均生活在土壤孔隙之中。適宜的土壤三相比為：固相率50%左右，

容積含水率25-30%,氣相率15-25%O

1、土壤吸濕水：干土從空氣中吸著水汽所保持的水稱為吸濕水。最

大吸濕量：干土在近于水汽飽和的大氣中吸附水汽，并在土粒表面凝結(jié)成

液態(tài)水的數(shù)量。

2、土壤膜狀水：當土壤含水量超過最大吸濕量時，則在吸濕水層外,

又形成一層液體狀態(tài)的水膜，這層水膜叫土壤膜狀水。土壤膜狀水達到最

大值時的土壤含水量稱為土壤最大分子持水量。

3、土壤毛管水：存在于土壤毛管孔隙中的水分，稱為毛管水。包括

毛管懸著水和毛管上升水。毛管懸著水量達最大值時的土壤含水率稱為田

間持水量。

4、重力水：當土壤的含水量超過了土壤的田間持水量，多余的水分

不能為毛管力所吸持，在重力作用下將沿非毛管孔隙下滲，這部分土壤水

分稱為重力水。

土壤空氣變化規(guī)律：1）隨著土層深度的增加，土壤空氣中C02含量

增大，02含量減少，無論在膜地或露地均是如此；2）氣溫和土溫升高，

根系呼吸加強，微生物活動加快，土壤空氣中C02含量增加，夏季C02含

量最高；3）覆膜田塊的C02含量明顯高于未覆露地，而02則反之；4）

土壤空氣中的C02和02的含量相互消長，二者總和維持在19~22%之間。

土壤礦物分布規(guī)律：1）繼承性-一氧和硅是地殼中含量最多的二種元素，

鐵、鋁次之，四者相加共占88.7%的重量。在組成地殼的化合物中，以

硅酸鹽最多。2）土壤礦物的化學組成反映了成土過程中元素的分散、富

集特性和生物積聚作用。（3）在地殼中，植物生長必需的營養(yǎng)元素含量

很低而且分布很不平衡。

次生礦物顆粒大小一般均＜0.002mm,大多數(shù)呈膠體分散狀態(tài)存在。由

于顆粒小，有巨大的表面積和表面能，它就是使土壤產(chǎn)生吸附能力的原因,

由此也產(chǎn)生一定的粘結(jié)性、可塑性和毛管現(xiàn)象，可使水分、養(yǎng)分在一定程

度上得以保蓄，也可一定程度上吸附污染物。

化學風化作用：指巖石在水和空氣（主要是氧氣和二氧化碳）的參與

下進行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的總稱，特點是巖

石可進一步破碎成膠體狀微粒，使原生礦物成分發(fā)生改變，產(chǎn)生在地表條

件下比較穩(wěn)定的次生礦物。

水化作用：礦物與水接觸后，生成含水礦物的作用。是水分與礦物分

子相結(jié)合的化學過程。礦物水化后，其硬度降低，體積增大，溶解度增加，

更易被風化。

水解作用：當水中含有C02或其他酸類時，因水的解離而產(chǎn)生氫離子

（H+）o

生物風化指巖石和礦物在生物影響下發(fā)生的物理的和化學的變化。其

作用包括：1、根系的擠壓；2、地衣、苔群保蓄水分，加強化學風化；3、

呼吸產(chǎn)生的二氧化碳和有機酸以及根系分泌物分解礦物等。生物風化作用

不僅能使巖石破碎、分解，而且能積聚養(yǎng)分。

風化作用的產(chǎn)物：風化殘體、易溶于水的簡單鹽類、形成各種不同風

化程度的次生礦物土粒中的黏粒部分，除少量屬于石英、長石等原生礦物

的風化碎屑外，主要由次生礦物組成。黏粒礦物或粘土礦物絕大部分屬于

鋁硅酸鹽，有特殊的構(gòu)造。

層狀硅酸鹽粘土礦物：從外部形態(tài)上，都是極細微的結(jié)晶顆粒；從內(nèi)

部結(jié)構(gòu)上看，由兩種基本結(jié)構(gòu)單位所構(gòu)成，含有結(jié)晶水兩種基本結(jié)構(gòu)單位:

1、硅氧四面體：1個硅離子和4個氧離子空間構(gòu)造特征：3個氧離子

構(gòu)成三角形為底,硅離子位于其上的中心低凹處，第4個氧位于硅離子的

頂部

2、鋁氧八面體：1個鋁離子和6個氧離子（或氫氧離子）空間構(gòu)造特

征：6個氧離子（或氫氧離子）排成兩層,構(gòu)成2個三角形面,鋁離子位于兩

層之間的中心孔穴內(nèi)

兩個單位晶片：1、四面體片

四面體通過共用底部氧的方式沿水平方向無限延伸,排列成近似六邊

形蜂窩狀的四面體片2、八面體片類比四面體片單位晶層：

硅片和鋁片以不同的方式在C軸方向上堆疊，形成層狀鋁硅酸鹽的單

位晶層。兩種晶片的配合比例不同，形成1:1、2:1、2:1:1型單位晶層。

1:1型單位晶層：1個硅片和1個鋁片；硅片頂端的活性氧與鋁片底

層的活性氧通過共用方式形成單位晶層；具有兩個不同的層面（一個是由

具有六角形空穴的氧原子層面，一個是由氫氧構(gòu)成的層面）；層間氫鍵相

連，沒有水分子和陽離子，層間距固定。典型代表：高嶺組包括：高嶺石、

珍珠陶土、迪愷石及埃洛石等

特點：1）1:1型的晶層結(jié)構(gòu)；2）無膨脹性，兩個晶層的層面間產(chǎn)生

了鍵能較強的氫鍵，膨脹系數(shù)一般小于5%；3）電荷數(shù)量少（無或極少同

晶替代），陽離子交換量??；4）膠體特性較弱顆粒較粗（0.2-2urn）,顆

粒的總表面積相對較小

高嶺組粘土礦物是南方熱帶和亞熱土壤中普遍而大量存在的粘土礦物,

在華北、西北、東北及西藏高原土壤中含量很少。

2:1型單位晶層：2個硅片夾1個鋁片；硅片頂端的活性氧都向著鋁

片，鋁片上下兩層氧分別與硅片通過共用頂端氧的方式形成單位晶層；具

有兩個相同的層面；依據(jù)層間結(jié)合力不同分為兩種情況或類型：1）層間

聯(lián)結(jié)力為弱的分子鍵；2）層間為K、Ca、Mg、Na等交換性陽離子

A）膨脹性礦物

代表：蒙蛭組包括：蒙脫石、綠脫石、拜來石、蛭石等。

特點：2:1型單位晶層；脹塑性大（晶層間的結(jié)合力是分子引力，因

水分的進入而擴張，因失水而收縮）；電荷數(shù)量大（同晶替代普遍）；膠

體特性突出（顆?？偙砻娣e大，可塑性、粘結(jié)性、粘著性、吸濕性都較特

別顯著）

同晶替代：當粘土礦物形成時，組成礦物的中心離子被電性相同、大

小相近的離子所替代而晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。

規(guī)律：1、高價陽離子被低價陽離子取代的多；因此，土壤膠體一般

其凈電荷負。2、四面體中的Si4+被A13+離子所替代，八面體中A13+被

Mg2+替代。3、同晶替代現(xiàn)象在2:1和2:1:1型的粘土礦物中較普遍，而

1:1型的粘土礦物中則相對較少。

同晶替代的結(jié)果使土壤產(chǎn)生永久電荷，能吸附土壤溶液中帶相反電荷

的離子。B）非膨脹性礦物（水化云母組）

伊利石：2:1晶層；晶層之間是鉀離子，受到相鄰兩晶層間負電荷的

吸引，產(chǎn)生很強的鍵合力，使層間不易膨脹；電荷數(shù)量較大，同晶替代較

普遍，但部分電荷被K+中和；膠體特性（顆?？偙砻娣e介于高嶺石和蒙

脫石之間，可塑性、粘結(jié)性、粘著性、吸濕性也居于之間）。

2:1:1型單位晶層：2個硅片、一個鋁片和一個鎂片（或鋁片）構(gòu)成

典型代表：綠泥石組

綠泥石（一般存在于幼年土中）：2:1:1型晶層，由一層滑石與水鎂

片相間重疊而成；同晶替代較普遍；膠體特性（同伊利石）

土壤中次生粘土礦物分布的影響因素：巖石、母質(zhì)；氣候、生物；緯

度地帶性非硅酸鹽粘土礦物：氧化鐵、氧化鋁、水鋁英石、氧化硅等

腐殖物質(zhì)：有機物質(zhì)在微生物作用下分解、轉(zhuǎn)化（包括縮合）成一種

特殊的、高分子、暗色的有機物質(zhì)。

特點：結(jié)構(gòu)復雜（中心為芳香核、連接了許多支鏈和官能團，通過雜

原子鍵或碳鍵連接在一起），性質(zhì)穩(wěn)定、存留時間長、和無機礦物顆粒密

切結(jié)合在一起。是土壤有機質(zhì)主體成分，占有機質(zhì)總量的50~90%?；?/p>

上與鹽基離子形成各種腐殖酸鹽。土壤腐殖物質(zhì)的存在狀態(tài)：游離態(tài)（很

少）、結(jié)合態(tài)（52%-98%,與粘土礦物復合）土壤腐殖物質(zhì)的主體是指各

種腐殖酸及其與金屬離子結(jié)合的鹽類。腐殖酸可分為3個組分：胡敏酸

（HA）、富里酸（FA）、胡敏素（Hu）

根據(jù)它們在酸堿溶液中的溶解性質(zhì)來分：富啡酸（既溶于酸又溶于堿,

分子量相對較?。?、胡敏酸（只溶于堿而不溶于酸，分子量相對較大）和胡

敏素（酸和堿中都不溶解）。C/N=10：ri2:l,HA大于FA

腐殖酸含有各種功能基團（酸性、中性、堿性），表現(xiàn)出多種活性：

1）對金屬離子的絡合2）對H+的緩沖效應3）對陽離子的吸附腐殖酸的

理化性質(zhì)

1、顏色：腐殖酸不分組時，整體呈現(xiàn)黑色，但不同組分其顏色不同，

胡敏酸顏色較深，呈棕褐色，富里酸顏色較淺，呈淡黃色。腐殖質(zhì)顏色主

要由縮合度的大小決定

2、溶解性：腐殖物質(zhì)是一種弱酸，可溶于堿溶液而生成腐殖酸鹽。

富里酸溶于水、酸、堿；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于堿。

3、吸水性：是一種親水膠體，最大吸水量可以超過500%

5、腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性：土壤有機質(zhì)平均停留期MRT,是各組分年齡的

加權(quán)平均值。MRT變異：1）不同土壤表土層中有機質(zhì)的MRT值變異很大2）

同一土壤MRT隨土壤剖面層次增加而增大。MRT決定于：輸入土壤有機殘

體的數(shù)量和性質(zhì)；腐殖物質(zhì)的化學本性和存在狀態(tài)；環(huán)境條件等

MRT測定方法：通過測定有機質(zhì)或其某一組分中14c放射比活度，依

據(jù)14c半衰期進行推算。MRT意義：①判斷土壤形成過程速率：MRT小，

形成速率就快。②判斷土壤的演化特征：依剖面上MRT變異規(guī)律為根據(jù)。

③將埋藏土壤的MRT值在一定條件下可以指示土壤年齡。④土壤有機質(zhì)中

各組分的MRT值指示了組分的生物學穩(wěn)定性的大小。

腐殖質(zhì)的變異性：土壤腐殖質(zhì)形成過程是土壤發(fā)育的主要過程。不同

土壤不僅其腐殖質(zhì)含量不同，而且組分的比例、各組分的復雜程度等也有

差異。

HA/FA值：是表示土壤腐殖質(zhì)成份變異的指標之一。說明了腐殖酸形

成的條件和分子量的復雜程度，HA/FA越大，胡敏酸含量多，結(jié)構(gòu)復雜；

相反，富里酸含量多，結(jié)構(gòu)簡單