第四篇土壤環(huán)境化學(xué)

第四篇土壤環(huán)境化學(xué)第一章土壤成土過程

2中國土壤類型

磚紅壤、赤紅壤、紅壤和黃壤、黃棕壤、棕壤、暗棕壤、寒棕壤（漂灰土）、褐土、黑鈣土、栗鈣土、棕鈣土、黑壚土、荒漠土、高山草甸土、高山漠土3中國土壤類型－－磚紅壤分布地區(qū)海南島、雷州半島、西雙版納和臺灣島南部，大致位于北緯22°以南地區(qū)。形成條件熱帶季風(fēng)氣候。年平均氣溫為23～26℃，年平均降水量為1600～2000毫米。植被：熱帶季雨林。特征風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)烈，易溶性無機(jī)養(yǎng)分大量流失，鐵、鋁殘留，顏色發(fā)紅。土層深厚，質(zhì)地粘重，肥力差，呈酸性至強(qiáng)酸性。4中國土壤類型－－赤紅壤分布地區(qū)滇南的大部，廣西、廣東的南部，福建的東南部，以及臺灣省的中南部，北緯22°-25°之間。磚紅壤與紅壤之間的過渡類型。形成條件 南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。氣溫較磚紅壤地區(qū)略低，年平均氣溫為21～22℃，年降水量在1200～2000毫米之間。植被：常綠闊葉林。特征風(fēng)化淋溶作用略弱于磚紅壤，顏色紅。土層較厚，質(zhì)地較粘重，肥力較差，呈酸性。5中國土壤類型－－紅壤和黃壤分布地區(qū)

長江以南的大部分地區(qū)、四川盆地周圍的山地。形成條件中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。植被：亞熱帶常綠闊葉林。特征有機(jī)質(zhì)來源豐富，土壤腐殖質(zhì)少，土性較粘，鉀、鈉、鈣、鎂積存少，鐵鋁多，土呈均勻的紅色。黃壤中的氧化鐵水解，土層呈黃色。6中國土壤類型－－黃棕壤分布地區(qū)北起秦嶺、淮河，南到大巴山和長江，西自青藏高原東南邊緣，東至長江下游地帶。黃紅壤與棕壤之間過渡型土類。形成條件亞熱帶季風(fēng)區(qū)北緣。植被：落葉闊葉林，雜生有常綠闊葉樹種。特征

具有黃壤與紅壤富鋁化作用的特點(diǎn)，又具有棕壤粘化作用的特點(diǎn)。呈弱酸性反應(yīng)，自然肥力比較高。7中國土壤類型－－棕壤分布地區(qū)

山東半島和遼東半島。形成條件

暖溫帶半濕潤氣候。夏季暖熱多雨，冬季寒冷干旱，年平均氣溫為5－14℃，年降水量約為500-1000厘米。植被：暖溫帶落葉闊葉林和針闊葉混交林。特征土壤粘化作用強(qiáng)烈，具有較明顯的淋溶作用，鉀、鈉、鈣、鎂淋失，粘粒向下淀積。土層較厚，質(zhì)地較粘重，表層有機(jī)質(zhì)含量較高，呈微酸性反應(yīng)。8中國土壤類型－－暗棕壤分布地區(qū)

東北地區(qū)大興安嶺東坡、小興安嶺、張廣才嶺和長白山等地。形成條件

中溫帶濕潤氣候。年平均氣溫-15℃，降水量6001100毫米。植被：溫帶針闊葉混交林。特征土壤呈酸性反應(yīng)，具有豐富有機(jī)質(zhì)，腐殖質(zhì)積累量多。9中國土壤類型－－寒棕壤（漂灰土）分布地區(qū)大興安嶺北段山地。形成條件寒溫帶濕潤氣候。年平均氣溫為-5℃，年降水量450-550毫米。植被：亞寒帶針葉林。特征土壤經(jīng)漂灰作用（氧化鐵被還原隨水流失的漂洗作用和鐵、鋁氧化物與腐殖酸形成螯合物向下淋溶并淀積的灰化作用）。土壤酸性大，土層薄，有機(jī)質(zhì)分解慢，有效養(yǎng)分少。10中國土壤類型－－褐土分布地區(qū)山西、河北、遼寧三省連接的丘陵低山地區(qū)，陜西關(guān)中平原。形成條件

暖溫帶半濕潤、半干旱季風(fēng)氣候。年平均氣溫1114℃，年降水量500700毫米，主要集中在夏季，冬季干旱。植被：中生和旱生森林灌木。特征淋溶程度不強(qiáng)烈，有少量碳酸鈣淀積。土壤呈中性、微堿性反應(yīng)，礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)積累較多，腐殖質(zhì)層較厚，肥力較高。11中國土壤類型－－黑鈣土分布地區(qū)大興安嶺中南段山地的東西兩側(cè)，東北松嫩平原的中部和松花江、遼河的分水嶺地區(qū)。形成條件溫帶半濕潤大陸性氣候。年平均氣溫-3～3℃，年降水量350～500毫米。植被：為產(chǎn)草量最高的溫帶草原和草甸草原。特征腐殖質(zhì)含量豐富，腐殖質(zhì)層厚度大，土壤顏色以黑色為主，呈中性至微堿性反應(yīng)，鈣、鎂、鉀、鈉等無機(jī)養(yǎng)分較多，土壤肥力高。12中國土壤類型－－栗鈣土分布地區(qū)內(nèi)蒙古高原東部和中部的草原地區(qū)。形成條件溫帶半干旱大陸性氣候。年平均氣溫-2～6℃，年降水量250～350毫米。草場為典型的干草原。特征腐殖質(zhì)積累程度比黑鈣土弱，土壤顏色為栗色。土層呈弱堿性。土壤質(zhì)地以細(xì)沙和粉沙為主，區(qū)內(nèi)沙化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。13中國土壤類型－－棕鈣土分布地區(qū)內(nèi)蒙古高原的中西部，鄂爾多斯高原，新疆準(zhǔn)噶爾盆地的北部，塔里木盆地的外緣。形成條件

氣候比栗鈣土地區(qū)更干，大陸性更強(qiáng)。年平均氣溫2～7℃，年降水量150～250毫米。植被：荒漠草原和草原化荒漠。特征腐殖質(zhì)的積累和腐殖質(zhì)層厚度最少，土壤顏色以棕色為主，土壤呈堿性反應(yīng)，地面普遍多礫石和沙，逐漸向荒漠土過渡。14中國土壤類型－－黑壚土分布地區(qū)陜西北部、寧夏南部、甘肅東部等黃土高原。形成條件暖溫帶半干旱、半濕潤氣候。年平均氣溫8～10℃，年降水量300～500毫米，與黑鈣土地區(qū)類似，但氣溫較高，相對濕度較小。由黃土母質(zhì)形成。植被與栗鈣土地區(qū)相似。特征絕大部分被開墾為農(nóng)田。腐殖質(zhì)的積累和有機(jī)質(zhì)含量不高，腐殖質(zhì)層的顏色上下差別較大，上半段為黃棕灰色，下半段為灰?guī)Ш稚?5中國土壤類型－－荒漠土分布地區(qū)內(nèi)蒙古、甘肅的西部，新疆的大部，青海的柴達(dá)木盆地等地區(qū)。 形成條件溫帶大陸性干旱氣候。年降水量大部分地區(qū)不到100毫米。植被稀少，以非常耐旱的肉汁半灌木為主。特征土壤無的腐殖質(zhì)層，土壤剖面為砂礫，土壤發(fā)育程度差。16中國土壤類型－－高山草甸土分布地區(qū)青藏高原東部和東南部，阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾盆地以西山地和天山山脈。形成條件氣候溫涼、濕潤；年平均氣溫在-2～1℃左右，年降水量400毫米左右。高山草甸植被。特征剖面由草皮層、腐殖質(zhì)層、過渡層和母質(zhì)層組成。土層薄，土壤凍結(jié)期長，通氣不良，土壤呈中性反應(yīng)。17中國土壤類型－－高山漠土分布地區(qū)藏北高原的西北部，昆侖山脈和帕米爾高原。形成條件氣候干燥、寒冷，年平均氣溫-10℃左右，冬季最低氣溫可達(dá)-40℃，年降水低于100毫米。植被的覆蓋度不足10％。特征土層薄，石礫多，細(xì)土少，有機(jī)質(zhì)含量很低，土壤發(fā)育程度差，堿性反應(yīng)。18土壤環(huán)境機(jī)能

（1）培育植物

植物生長支持體、植物生長提供水、空氣和養(yǎng)分（2）推動物質(zhì)循環(huán)

由巖石風(fēng)化產(chǎn)生的物質(zhì)都有可能進(jìn)入大氣和水系，又可能通過地球化學(xué)循環(huán)歸入土壤。（3）保存水資源

大氣和地下水之間的緩沖地區(qū)。（4）防止災(zāi)害防止洪水發(fā)生。土壤植物又可防止風(fēng)雨侵蝕、水土流失或土壤荒漠化趨向，并兼有防風(fēng)、消音等作用。（5）自凈能力具有極大比表面和催化活性，土壤中水、空氣、微生物等都能使污染物降解。19土壤退化過程

風(fēng)和水侵蝕作用：土壤流失

受納酸雨或過量使用氨氮肥料：土壤酸化

灌溉水含（過多）鹽分或深度風(fēng)化作用：土壤鹽堿化

干旱：土壤板結(jié)、龜裂、結(jié)構(gòu)單元破壞，甚至荒漠化

水澇：營養(yǎng)物浸出、流失

污染：土壤有毒物質(zhì)累積

20土壤環(huán)境的質(zhì)量

1995年制訂和發(fā)布《土壤質(zhì)量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》GB15618-1995

適用范圍：農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場、林地、自然保護(hù)區(qū)等。

（土壤應(yīng)用功能、保護(hù)目標(biāo)和主要性質(zhì)）土壤質(zhì)量分三級一級標(biāo)準(zhǔn)

I類土壤區(qū)，包括國家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)(原有背景重金屬含量高的除外)、集中生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護(hù)地區(qū)的土壤。土壤質(zhì)量應(yīng)基本上保持自然背景水平。

規(guī)定土壤區(qū)中污染物的最高允許濃度限制值21土壤環(huán)境的質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)

Ⅱ類土壤區(qū)（一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等的土壤），土壤質(zhì)量應(yīng)基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染。

規(guī)定土壤區(qū)：污染物的最高允許濃度限制值

三級標(biāo)準(zhǔn)

Ⅲ類土壤區(qū)（林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦區(qū)附近等地的農(nóng)田土壤，蔬菜地除外）。土壤質(zhì)量應(yīng)基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染。

規(guī)定土壤區(qū)：污染物濃度的臨界值

22第二章土壤組成與性質(zhì)23土壤組成與性質(zhì)24土壤組成與性質(zhì)--土壤礦物質(zhì)

（成因類型）土壤礦物：原生礦物和次生礦物原生礦物巖石受程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化的碎屑物（原來的化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都未發(fā)生改變）。

次生礦物由原生礦物經(jīng)風(fēng)化，形成的新礦物。在土壤形成過程中，原生礦物以不同的數(shù)量與土壤中的次生礦物混合存在，成為土壤礦物質(zhì)。25土壤組成與性質(zhì)--土壤原生礦物（1）硅酸鹽類礦物長石類、云母類、輝石類和閃角石類等礦物，風(fēng)化釋放K、Na、Ca、Fe、Mg和Al等元素可供植物吸收，可形成新的次生礦物。（2）氧化物類礦物石英(SiO2)、赤鐵礦(Fe2O3)、金紅石(TiO2)、藍(lán)晶石(Al2SiO5)。

（3）硫化物類礦物黃鐵礦和白鐵礦（分子式：Fe2S），易風(fēng)化，土壤S主要來源。（4）磷酸鹽類礦物氟磷灰石、氯磷灰石、磷酸鐵、鋁和其它磷的化合物，土壤無機(jī)磷的重要來源。26土壤組成與性質(zhì)--土壤次生礦物

粒徑小于0.25m、具有膠體性質(zhì)，土壤中粘粒和無機(jī)膠體的組成部分（1）簡單鹽類方解石(CaCO3)、白云石(Ca、Mg(CO3）2)、石膏(CaSO2·2H2O)等。（2）三氧化物針鐵礦(Fe2O3H2O)、褐鐵礦（2Fe2O33H2O）等。（3）次生硅酸鹽類由長石等原生硅酸鹽礦物風(fēng)化形成，構(gòu)成土壤粘粒的主要成分，又稱粘土礦物或粘粒礦物。伊利石、蒙脫石和高嶺石27土壤組成與性質(zhì)--土壤有機(jī)質(zhì)

來源：動植物殘體，高等綠色植物。

土壤有機(jī)質(zhì)（1）非特殊性的土壤有機(jī)質(zhì)動植物殘體的組成部分以及有機(jī)質(zhì)分解的中間產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)、樹脂、糖類、有機(jī)酸等，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的10~15%）。（2）土壤腐殖質(zhì)土壤特有的有機(jī)物質(zhì)，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的85~90%，由動植物殘體通過微生物作用，發(fā)生復(fù)雜轉(zhuǎn)化而成。28土壤組成與性質(zhì)--土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)物質(zhì)（按其化學(xué)組成）分類（1）非氮有機(jī)化合物（如單糖和有機(jī)酸、多糖類、樹脂、脂肪、蠟質(zhì)和木質(zhì)素等）。（2）含氮有機(jī)化合物（以蛋白質(zhì)為主，土壤中的植物殘體、土壤動物積微生物均含有種當(dāng)多的蛋白質(zhì)）。（3）灰分物質(zhì)（植物體經(jīng)過燃燒殘留的無機(jī)物）。29土壤組成與性質(zhì)--土壤水分

30土壤組成與性質(zhì)--土壤空氣

土壤孔隙中存在的氣體混合物稱為土壤空氣。以O(shè)2、N2、CO2及水汽等為主要成分。土壤進(jìn)行生物化學(xué)作用產(chǎn)生的氣體。如H2S、NH3、NO2、CO等;醇類、酸類以及其它揮發(fā)性物質(zhì)通過揮發(fā)作用進(jìn)入土壤。土壤空氣與大氣差異

（1）土壤空氣不連續(xù)性（2）土壤空氣水量高（3）土壤空氣CO2含高

31土壤的粒級分組與質(zhì)地分組32土壤的粒級分組與質(zhì)地分組33土壤粒級的礦物成分和理化特性34土壤粒級的礦物成分和理化特性

（1）石塊和石礫--巖石碎塊（￠﹥lmm）（2）砂粒--原生礦物（石英、長石、云母、角閃石等）（3）粘粒--次生礦物（￠﹤0.001mm）（4）粉粒（粉粒、面砂）--原生礦物與次生礦物的混合體。35土壤質(zhì)地分類及其特性由不同的粒級混合所表現(xiàn)的土壤粗細(xì)狀況，稱為土壤質(zhì)地（或土壤機(jī)械組成）。土壤質(zhì)地分類以土壤各粒級含量的相對百分比作標(biāo)準(zhǔn)。

國際制和美國制采用三級分類法，即按砂粒、粉砂粒、粘粒三種粒級的百分?jǐn)?shù)，劃分為砂土、壤土、粘壤土和粘土四類十二級。

36

土壤質(zhì)地分類及其特性

37土壤質(zhì)地分類及其特性38

土壤質(zhì)地分類及其特性39土壤吸附性--土壤吸附特性土壤最活躍組分

土壤膠體和土壤微生物土壤膠體性質(zhì)（1）土壤膠體（巨大的比表面和表面能）吸附性

（2）土壤膠體雙電層結(jié)構(gòu)（3）土壤膠體凝聚性和分散性影響土壤凝聚性能的主要因素:土壤膠體的電動電位、擴(kuò)散層厚度以及土壤溶液中電解質(zhì)濃度和pH值等。

40土壤吸附性--土壤膠體的離子交換吸附

（土壤膠體雙電層的擴(kuò)散層）

補(bǔ)償離子溶液中相同電荷的離子（以離子價為依據(jù)作等價交換）（離子交換或代換）陽離子交換吸附作用、陰離子交換吸附作用。41土壤吸附性—陽離子交換吸附土壤膠體陽離子交換吸附過程：

等價交換、質(zhì)量作用定律、陽離子交換能力（電荷數(shù)、離子半徑及水化程度）可交換性陽離子

致酸離子：H+、A13+；

鹽基離子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等（鹽基飽和土壤、鹽基不飽和土壤）土壤鹽基飽和度

42土壤吸附性—陰離子交換吸附

帶正電荷的膠體吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。

陰離子交換吸附可與膠體微粒（如酸性條件下帶正電荷的含水氧化鐵、鋁）或溶液中陽離子(Ca2+、Fe3+、A13+)形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地吸附。

43

土壤酸堿性

44土壤酸堿性--土壤酸度（根據(jù)土壤H+存在方式）土壤酸度--活性酸度、潛性酸度

活性酸度有效酸度（pH表示）H+來源：碳酸（無機(jī)酸）、有機(jī)酸、大氣酸沉降

潛性酸度土壤潛性酸度來源：土壤膠體吸附的可代換性H+和A13+。潛性酸度

代換性酸度水解性酸度45土壤酸堿性--土壤堿度

土壤溶液OH-來源CO32－和HCO3－的堿金屬(Na、K)及堿土金屬(Ca、Mg)的鹽類。

碳酸鹽堿度和重碳酸鹽度的總和稱為總堿度

當(dāng)土壤膠體吸附的Na+、K+、Mg2+等離子的飽和度增加到一定程度，會引起交換性陽離子的水解作用，在土壤溶液中產(chǎn)生NaOH，使土壤呈堿性。Na+離子飽和度亦稱土壤堿化度46土壤的緩沖性能土壤緩沖性能土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力。（1）土壤溶液的緩沖作用碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機(jī)酸等弱酸及其鹽類

---緩沖體系

（2）土壤膠體的緩沖作用

土壤膠體吸附陽離子（鹽基離子和氫離子能分別對酸和堿起緩沖作用）

緩沖能力大?。焊迟|(zhì)土粘土砂土47土壤的氧化還原性

土壤氧化劑：O2、NO3－和高價金屬離子土壤還原劑：有機(jī)質(zhì)和低價金屬離子

土壤植物根系和土壤生物---土壤氧化還原反應(yīng)的重要參與者

48土壤的氧化還原性49土壤環(huán)境容量基本概念（第1種觀點(diǎn)）污染物質(zhì)含量未超過一定濃度之前，作物體內(nèi)不會產(chǎn)生明顯的累積或危害作用，只有超過一定濃度之后，才有可能產(chǎn)生出超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)