北师大 土壤复习

1、土壤复习第一章 土壤成分、功能、结构土壤：由固相（矿物质和有机质）、液相和气相组成的自然体，位于陆地表层，占据空间的，并有以下一个或两个的特征：（1）由于累积、损失、转移以及能量和物质的转换，从最初的物质开始分层；（2）能够支持根系植物在自然环境中生长的能力。土壤的主要成分：空气（25%）、水（25%）、矿物质（45%）、有机质（5%）。从颗粒尺度：沙粒、粘粒、粉粒；从元素角度：O，Si, Al, Fe, Ca, Mg, K从矿物角度：原生矿物（沙粒和粉粒）和次生矿物（粘粒和一小部分的粉粒）矿物质是天然存在的均相固体，带有一定（但一般不固定）的化学组成和高度有序的原子排列，通常是无机过程形成的

2、。化学组成和晶体结构是重要部分。土壤有机质：活生物体、生物碳遗体、代谢产生的有机化合物。土壤有机质可以吸附大量污染物。提高含水率、植物营养的来源、为土壤有机体提供碳源和能源。有机质：腐殖质（胡敏素、腐殖酸、富里酸）和非腐殖质土壤功能：与生物圈的作用：植物生长的介质、动植物栖息地、废物养分的分解循环利用与水圈的作用：调节水质和水量与大气圈作用：大气调节，减缓温室效应人类建筑：工程介质土壤圈：环境的交界面，岩石圈、大气圈、水圈、生物圈的交界土壤的形成：从岩石到土壤，风化作用风化分解岩石和矿物，重组破坏其物理化学性质，带走细的碎片和水溶性物质，合成新的矿物质。影响土壤形成的因素：母质、气候、生物、地

3、形地貌、时间土壤剖面层次：（O、E层不是所有土壤都有的）O层：有机质层；位于土壤表层，通常为松散的未分解或半分解的有机物质。A层：腐殖质和矿物质的混合层；位于表层或接近表层，有机质积累，矿物质淋溶。由于有机质含量较高，通常呈暗黑色。E层：淋溶层；在A层之下的矿物质层，由于淋溶作用，该层的硅酸盐粘土矿物、铁铝氧化物随向下水流迁移到B层，剩下砂和粉粒，但没有有机质的积累，因而E层多呈灰白色。B层：淀积层；次表层矿物层，产生于成土母质原地变化和来自上层物质的淀积。C层：母质层；松散的或弱固结的矿质层，保留了岩石结构的痕迹，该层基本未收到成土过程的影响。第二章土壤物理特性和土壤水土壤颜色成因：有机质含

4、量、水含量、铁锰氧化物土壤质地：土壤中不同粒径颗粒的分布或比例。土壤质地影响：水、气体和可溶性化学物质、风化土壤质地类别：砂土、壤土、粘土土壤容重Db：单位体积干土的质量，包括固体和孔隙。土壤比重Dp：单位体积固体土壤的质量，不包括孔隙。从能量角度，土壤水具有重力势、压力势、基质势、溶质势从含水量角度，饱和含水量、田间持水量、枯萎系数、吸湿系数可利用性角度：重力水（饱和含水量-田间持水量）、植物可用水田间持水量-枯萎系数）、毛管持水量（田间持水量-吸湿系数）、吸湿水（吸湿系数以下，不可用的水）【土壤基质势：由土壤基质吸附力和毛管力造成的；田间持水量：在地下水较深和排水良好的土地充分灌水后，允许

5、水分充分下渗，防止其水分蒸发，一段时间后，土壤剖面能维持的较稳定的土壤含水量；枯萎点：由于水分蒸发和植物利用，土壤中的孔隙被空气占用，植物从土壤中吸收水分需要更多能量，当作物开始枯萎并且过夜后仍未复原时，此时土壤中的水分含量为枯萎点；】第三章土壤胶体胶体特性：颗粒小；比表面积大，内表面大，表面能大；带电荷（可变电荷和恒定电荷）；吸附阴阳离子，吸附水土壤胶体类型：晶体硅酸盐胶体CSC，非晶体硅酸盐胶体NSC，氧化物胶体Oxides，有机胶体SOM晶体硅酸盐胶体（CSC）：【粘土矿物】结构：硅氧四面体、铝/镁氧八面体（1）1:1硅酸盐片：一个四面体片、一个八面体片共用四面体片顶端的氧原子特性：非膨

6、胀；总电荷少，无同晶取代，只有可变电荷；无内表面，低比表面积；电荷随pH值变化，断层地方也有电荷；层与层之间由氢键连接；物理特性好；因带电荷少所以吸附能力小，对污染物和营养物保持能力较低。（高岭土kaolinite）（2）2:1硅酸盐片：四面体片-八面体片-四面体片特性：层与层之间无氢键，靠中间阳离子架桥吸附体吸附在一起，作用力小；有膨胀性，取决于含水量的多少，取代个数多少；含有大量电荷，有同晶取代；大部分有内表面，比表面积大；物理特性不好。第四章土壤有机质 第五章固相平衡有机胶体（SOM）：（1）腐殖质：大分子结构，由脂肪链、芳香环构成，其中官能团（极性物质吸附）、非极性点（非极性物质吸附）

7、。没有完全一样的腐殖质分子，只有基本结构，不固定，很难降解。胡敏素：不溶于酸碱；腐殖酸：溶于碱不溶于酸；富里酸：溶于酸碱（2）非腐殖质：有固定的化学结构有机胶体与矿物质之间的作用力：化学键、氢键、库仑力、范德华力阳离子交换容量（CEC）：一定pH值时，单位质量土壤中所含有的全部交换性阳离子的量。重金属在土壤中的行为：生物利用性：物质是可生物利用的，植物（生物）可吸收，并且一旦被吸收，会影响植物（生物）的生命周期。确定土壤中的金属的技术：单项化学提取、选择性连续提取、光谱选择性连续提取依次：可交换态、碳酸盐结合态（可被植物利用）、铁锰氧化物结合态、有机质结合态、残渣态。土壤元素的形态：溶解态、吸

8、附态、固态交换性的金属离子（外球型吸附）：电子键键能低，阳离子交换，速度快，可逆，没有稳定的金属锁定。特殊吸附的金属元素（内球型吸附）：结合力强，第六章土壤吸附吸附三种分类：（1）吸附力角度：物理吸附、化学吸附、静电（库伦）吸附（2）距离角度：专性吸附（距离近）；非专性吸附（距离远）（3）有无水分子角度：外球型吸附（有水）、内球型吸附（无水）吸附模型：Freudlich吸附模型（log q = log Kd + 1/n logC）、Langmuir吸附模型（可以模拟最大吸附量）、表面配位作用吸附等温线（adsorption isotherm）：恒定温度下，已经被吸附的物质和未被吸附的物质之间浓

9、度平衡。外球型吸附：库仑力和范德华力；快速可逆的过程内球型吸附：共价键和离子键；较慢且不可逆阳离子吸附，随pH值变化，但变化范围小阴离子吸附，随pH值变化，变化范围大（硝酸根、氯离子等为外球型，离子强度敏感；磷酸盐、硅酸盐等为内球型）土壤中的农药：降解、滞留、转移土壤中的农药与土壤中矿物质的吸附：阴离子交换、配体交换、阳离子交换、氢键、化学键、疏水键、范德华力土壤农药与有机质的吸附：离子交换、氢键、范德华力、配体交换、阳离子和水架桥。第七章土壤污染修复土壤污染定义：化学物质进入土壤，造成土壤质量变化，而这有可能影响土壤的正常使用以及危害公众健康和生活环境。有机污染物的种类：工业污染物、农药有机

10、物在土壤中的行为：有毒的无机化合物：在较大或较小的程度，所有这些元素对人类和其它动物而言是有毒的。镉和砷是剧毒;汞，铅，镍和氟是中等毒性;硼，铜，锰和锌是在哺乳动物毒性相对较低。土壤修复介绍：原位、异位第八章生物修复生物修复：使用微生物降解土壤中的有机污染物，可以用来降低金属和类金属的毒性和流动性。微生物分解污染物作为它们的食物来源或合成食物来源。生物强化（bioaugmentation）：接种具有特定降解能力的微生物来增强土壤环境中的生物活性，以达到修复土壤的目的。生物刺激（biostimulation）：环境条件不合适时，不引入外源微生物而改变环境条件，以达到修复土壤的目的。生物修复的环境

11、条件：（1）微生物：本地的/非本地的（2）氧气：1mg/L，2%（3）土壤湿度：55%90%田间持水量（4）pH7.0（5.58.5）（5）营养：C：N：P=100:10:1（6）温度：嗜冷的15；嗜温的1545；嗜热的45（7）有毒物质异位生物修复：（1）土地处理（land treatment）；挖掘、筛选、混合、放置基底：压实粘土、HDPE膜衬层；引流系统：管道、砂层、护堤土地处理技术是一种相对便宜和技术含量低的措施，但是该方法需要大面积的土地而且可能导致污染物释放到空气中。（2）生物堆置（biopile）；土地准备：挖掘、筛选、混合渗滤液收集控制的衬层、灌溉（水分和养分）、渗滤液收集循环

12、、空气注入及抽取、渗滤液和气体处理系统、动力系统（3）堆肥（compost）；（区别于2，加入膨胀剂和有机物）厌氧和好氧过程同时出现、高温（4）生物反应器（bioreactor）；（处理难降解的）筛选、混合、固液分离、废气处理原位生物修复：通风bioventing（1）好氧通风Aerobic bioventing, （2）共代谢通风cometabolic bioventing, （3）厌氧通风anaerobic bioventing, （4）连续厌氧/好氧通风sequential anaerobic/aerobic bioventing生物修复优点：（1）不破坏土壤环境（2）成本低效率高（3）

13、处理清洁，不留固体残渣（4）利用环境压力和温度，方便（5）无化学沉淀物缺点：（1）处理时间长（2）只能修复可生物降解的污染土壤（3）土壤中需要不含阻碍微生物生长的有毒物质（4）土地处理和生物堆置需要相对较大的场地。第九章植物修复（重金属、有机污染物等等）植物修复是利用各种植物从土壤和水中降解、提取、固定污染物的技术。土壤中的元素和化合物溶解（mass flow、diffusion）、吸附（interception）、锁定植物根系和微生物植物稳定Phytostabilization：植物在与土壤等环境介质的共同作用下，将污染物固定，从而减少其对生物与环境危害的一种植物修复方法。根区降解Rhizo

14、degradation：利用根区微生物的作用，分解土壤中的有机污染物。植物提取Phytoextraction：利用一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物从土壤中吸取重金属，将其转移贮存到地上部分并通过收获植物地上部分而去除土壤中污染物的一种方法。植物降解Phytodegradation：利用植物分泌物直接将土壤中有机污染物降解或将污染物质吸收到植物体内，再将分解后的化合物及其分解碎片贮藏在新的植物组织中，或者使分解后的化合物完全挥发，或将其转化为二氧化碳和水，最终将污染物转化为毒性小或无毒物质的技术。植物挥发Phytovolatization：植物吸收土壤和水体中的污染物，再通过挥发蒸腾作用将

15、其释放到大气中。植物修复优点：green technology; cost-effective; ecological benefits（1）绿色技术、不破坏土壤资源，对环境扰动少；（2）成本效益：利用太阳能，不需要另外补充能量；（3）生态效益：改善空气质量和减少温室气体；控制污染物的二次污染；控制土壤侵蚀、水土流失等；（4）提高美学价值，包括减少噪音；（5）经植物修复的土壤，有机质和土壤肥力都会增加，符合可持续发展战略。缺点：root system; growth rate; contaminant concentrations; contaminated plants（1）修复主要通过根系

16、统与污染物接触，深层修复较困难；（2）翻动土壤等操作会使污染挥发出来；（3）修复周期长；（4）高浓度污染物会阻碍植物生长；（5）被污染的植物进入食物链第十章化学修复固化/稳定化：有机污染和无机污染污染物可以被沉淀、吸附、吸收、包裹，从而减小污染物的迁移性和毒性。固化稳定剂：水泥、沸石、有机物、石灰、磷酸盐、铁氧化物、粘土矿物等，其中石灰磷酸盐对铝的修复最有效。局限：（1）固化稳定剂在整个污染区域中充分混合的能力；（2）土壤体积显著增加，改变了土壤的物理化学性质；（3）会阻碍土壤生长蔬菜，局限场地的潜在最终用途。异位淋洗：预处理筛分粗处理细处理水洗残渣处理水洗目的：（1）将颗粒分开（2）加洗涤剂

17、洗净洗涤剂包括：纯水、酸溶液、螯合剂（重金属）、表面活性剂（有机物）等。原位淋洗：过程和洗涤剂与异位相同区别在于：原位冲洗需要分析污染物特点、勘探地质条件、打注射井和抽提井、处理地上部分。土壤淋洗的应用依赖于：转移能力、控制流速、回收冲洗流体。适用性：容易被淋洗的有机和无机污染物；地质条件：深度、渗透性、容量（如果土壤中含有细粒物质如粘土和淤泥和大量碎片不适用）；原位化学氧化：处理有机污染氧化剂：高锰酸盐、酚酮试剂、臭氧、过氧化氢等。第十一章 SVE土壤气相抽提技术 BV生物通风修复挥发性的有机污染SVE：从土壤中以气相的形式去除有害化学物质，气相是化学物质挥发是产生的气体，利用真空泵产生气流

18、，将转化为气相的污染物抽提到地面，然后进行收集处理。SVE装置：抽气井、注气井、鼓风机、抽风机、真空泵、水气分离装置、尾气处理、废水处理、防渗装置、屏幕监测常用流程：注气、抽气水气分离（尾气处理、废水处理）BV：通过向污染场地中通入空气，增加土壤中氧浓度，排出二氧化碳，从而提高微生物活性，加强其对污染物的降解效果。SVE与BV的异同：不同：（1）目标物不同，SVE提取可挥发性的污染物，BV降解可生物降解的污染物。（2）气流速率不同，SVE气流速率快气量大，BV气流速率低气量小。相同：工程系统相同，可同时运行SVE和BV。SVE与BV的筛选条件：土壤透气性、污染物挥发性、可降解性等等优先考虑BV，再考虑SVE。第十二章超级基金采用最多：固化稳定化（重金属）、焚烧（挥发性有机污染）、SVE（挥发性有机）、生物修复（可降解有机污染）热解吸