环境土壤学学习指引名词解释土壤污染2土壤团粒结构3盐基

1、环境土壤学 -学习指南一、名词解释1土壤污染2. 土壤团粒结构3. 盐基饱和度 4. 土壤质地5. 阳离子交换量6同晶替代7. 兼厌氧性微生物8. 田间持水量9. 碱化度 10. 土地沙漠化11土壤肥力12. 腐殖质13. 永久电荷 14. 土壤质地15. 好氧微生物二、简答题1简要说明影响沙粒起动的因素2简要说明土壤团粒体形成机制3简要说明土壤胶体阴离子交换吸附、专性吸附的机制及区别4简要说明沙质土、壤质土、粘质土在土壤肥力等方面的差异5简要说明土壤酸化过程、影响因素及控制途径和措施6简要说明土壤腐殖质分解转化途径和过程7简要说明土壤胶体阳离子交换吸附、专性吸附的机制及区别8简要说明土壤有机

2、污染物的迁移转化途径9简要说明土壤潜性酸和活性酸的区别和联系10试比较高岭石组、 蒙蛭组、水化云母组和绿泥石组在矿物构造和矿物性质的差异11简要说明土壤水分形态与土壤水分有效性的关系12简要说明土壤重金属形态分类及相互转化关系13简要说明土壤盐渍化过程、影响因素及控制途径三、论述题1.综合分析说明土壤腐殖质来源与分解转化途径和过程。2. 结合本课程学习，请全面地论述中国土壤质量退化的类型、地理分布及成因。3. 结合土壤风蚀的物理过程，请全面地分析影响风蚀强度的因素及土壤风蚀的环境意义。参考答案一、名词解释1土壤污染：人类活动向土壤添加有害物质（“绝对性 ”定义），以特定参照数据(如土壤背景值加

3、二倍标准差)为临界值来判断，超过此值则认为土壤已被污染；当加入土壤的污染物超过土壤容量而对生态系统造成了危害，此时认为土壤被污染了（“相对性 ”定义）。土壤被污染的程度主要决定于进入土壤的污染物的数量、强度和土壤净化能力大小，当进入量超过净化力，就将导致土壤污染。2. 土壤团粒结构：土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团，称为土壤结构体。疏松多孔，近似于球形的小土团称为团粒结构，是含有机质丰富的标志特征。一般其直径在 0.5-10 mm左右，把直径小于 0.25 mm 成为微团粒。3. 盐基饱和

4、度： 盐基离子占吸附阳离子总量的百分数称为盐基饱和度。这里盐基离子指 K +,+2+2+3+Na , Ca , Mg, NH 4 等， Al ，H被称为致酸离子。盐基饱和度高土壤，交换性阳离子以Ca2+, Mg 2+为主，盐基饱和度高土壤，土壤为中性或偏碱性。交换性阳离子以Al 3+，H+ 为主，土壤偏酸性。4. 土壤质地：根据单个的土壤颗粒等效直径的大小，可以把单个土壤颗粒分为砾石、沙粒、粉沙和粘粒等 4 个粒级，上述 4 个粒级的颗粒在土壤中的质量百分比被称为土壤的机械组成。按土壤机械组成进行分类， 将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。质地相同的土壤，

5、颗粒组成基本相似 (但不完全相同 )，这些土壤常具有类似的一些理化性质和肥力特征。 每种土壤有一个质地名称， 它概括反映了土壤内在的某些基本特性。5. 阳离子交换量： 一般而言， 土壤胶体表面带负电 , 能够把土壤溶液中的阳离子通过静电吸附过程吸附到土壤胶体表面 , 这为阳离子吸附。相反地 , 土壤胶体表面吸附阳离子转移到土壤溶液中称为阳离子解吸。 吸附 -解吸处于动态的平衡之中。阳离子交换量是土壤所能吸附和交换的阳离子的容量 （ cmol(+)/kg ），反映了土壤 CEC 实际上是土壤所带负电荷的数量，它与土壤胶体的比表面和表面电荷有关， 受土壤质地、 有机质含量、 土壤胶体类型和土壤溶液

6、的pH制等因素的影响。6同晶替代 : 组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造不变的现象叫做同晶替代（同型异质替代） 。同晶替代常见的是以低价代高价的金属离子，所以产生的电荷以负为主。粘土矿物以负电荷为主，通过静电引力吸附阳离子。阳离子的吸附是土壤一个极重要的特性，和肥力关系密切。7. 兼厌氧性微生物：这类微生物可在有氧或无氧条件呼吸来获得养分，释放能量，酵母菌、大肠杆菌等属于兼厌氧性微生物。8. 田间持水量 ：毛管悬着水达最大量时的土壤含水量。它是反映土壤保水能力大小的一个指标。9. 碱化度：土壤胶体吸附的交换性钠占阳离子交换量的百分率。一般而言碱化度在5-10% ，为轻

7、度碱化土壤，碱化度在10-15% ，为中度碱化土壤，碱化度>15%，为强碱化土壤。10. 土地沙漠化：土壤沙化也称沙漠化，沙漠化是指由于人为不合理活动，在脆弱的生态系统平衡破坏， 使原非沙漠的地区出现了类似沙漠景观的环境变化过程。凡是具有发生沙漠化过程的土地都称之为沙漠化土地。沙漠化土地还包括了沙漠边缘风力作用下沙丘前移入侵的地方和原来的固定、半固定沙丘由于植被破坏发生流沙活动的沙丘活化地区。根据土壤沙化区域差异和发生发展特点，我国沙漠化土壤(地 )大致可分为3 种类型：干旱荒漠地区的土壤沙化、半湿润地区土壤沙化、半干旱地区土壤沙化。土壤沙化过程是土壤质地粗化、养分降低、水分吸持能力下降

8、和土壤剖面结构解体的过程。11土壤肥力： 在植物生活全过程中，土壤供应和协调植物生长所需水、肥、气、热的能力。具体包括自然肥力和人为肥力。自然肥力指土壤在自然因子( 气候、生物、地形等) 综合作用下所具有的肥力；人为肥力指土壤在人为条件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表现出来的肥力。12. 腐殖质：经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物为土壤腐殖质。腐殖质组分极其复杂，目前把土壤腐殖质中分为胡敏素、胡敏酸和富啡酸等。13. 永久电荷： 永久电荷来自于粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代过程，主要出现在2:1型粘土矿物之中， 由

9、于同晶替代过程中主要是以低价阳离子替代高价阳离子，永久电荷一般为负电荷，且电荷量不受介质pH 值和电解质浓度的影响。14. 土壤质地： 根据单个的土壤颗粒等效直径的大小，可以把单个土壤颗粒分为砾石、沙粒、粉沙和粘粒等4 个粒级，上述 4 个粒级的颗粒在土壤中的质量百分比被称为土壤的机械组成。按土壤机械组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。质地相同的土壤，颗粒组成基本相似(但不完全相同)，这些土壤常具有类似的一些理化性质和肥力特征。每种土壤有一个质地名称，它概括反映了土壤内在的某些基本特性。15. 好氧微生物：这类微生物主要依靠有氧呼吸来获得养分

10、，释放能量，细菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物属于好氧微生物。二、简答题1简要说明影响沙粒起动的因素答：沙粒起动机制可概括为固体颗粒的冲击起动机制和气流的空气动力学卷吸起动等，根结底， 沙粒起动的动量还是来自于气流的动量。 沙粒由静止状态变为运动状态，但归需要克服沙粒的本身重力、沙粒之间粘结力，以及地表粗糙元（植被、砾石等气流的障碍物）2简要说明土壤团粒体形成机制答：土壤团聚体形成分两个阶段:原生土粒（分散的单粒）在自身的粘结、凝聚或和外物胶结作用下粘聚而形成致密的土团或次生复粒微团聚体，一般而言、 土壤胶体表面吸附的阳离子、存在的水膜、土壤中胶体颗粒如含有碳酸盐、铁锰氧化物、次生硅酸盐颗粒、

11、有机胶体等都可以作为胶结物质把单个土壤颗粒胶结成复粒；复粒进一步粘结，或由土体在机械力作用下破裂成型， 变为各种大小和形状的结构体。产生切割作用的因素有冻融交替过程（存在于北方土壤之中） 、干湿交替、植物根系的切割作用、土壤动物的活动以及人为耕作过程等。3简要说明土壤胶体阴离子交换吸附、专性吸附的机制及区别答：阴离子交换吸附是指在土壤胶体表面带正电荷的部位（如铁锰氧化物的表面、高岭石边面、有机胶体带正电荷官能团的表面）通过静电作用对阴离子的吸附。这种静电吸附过程是可逆的， 是吸附和解吸之间的动态平衡。阴离子交换吸附是阴离子为配位体，进入金属元素的配位壳， 与羟基或者水合基发生交换、重新配位并通

12、过共价键或配位键结合直接吸附在土壤胶体表面。 专性吸附发生在土壤胶体的双电层的内层，也称为配位体交换吸附。专性吸附是不可逆的。对阴离子专性吸附会使胶体表面负电荷增加，胶体-溶液体系的pH值升高。4简要说明沙质土、壤质土、粘质土在土壤肥力等方面的差异答：沙质土粒间孔隙大，透水性强而持水性差，易旱不易涝；大孔隙多通气良好，一般为氧化环境，不会累计还原物质；水少气多，早春季节易升温利于作物早播；养分含量少，保肥能力差，但肥效快；土质松散易耕。粘质土粒间孔隙小，毛细管发育，持水性能好而透水性能差，因而易涝不易旱；粒间孔隙小，透气性差，易积累还原性物质；水多气少，土温增加慢不利于作物早播；土壤养分充足，

13、 保肥能力强， 养分供应平稳而持久。壤质土壤兼有沙质土和粘质土壤的优点，因而是一种较为理想的土壤类型。5简要说明土壤酸化过程、影响因素及控制途径和措施。答：土壤酸化过程包括了：1）土壤溶液中的活性H 的累积。土壤胶体上吸附的盐基离子被溶液中活性H 交换进入土壤溶液， 盐基离子遭雨水淋失， 土壤胶体上的交换性H 不断增加，土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加，使得土壤酸化，形成酸性土壤；2）土壤中铝的活化加强了 H+积累。土壤胶体上交换性H +的饱和度达到一定限度，就会破坏硅酸盐粘粒晶体结构，水铝片中Al就脱离晶格束缚， 转化为活性Al 3+，进而取代交换性H 而成为交换性Al 3+，交换性Al 3

14、+水解就产生H+:。土壤酸化原因包括：1）自然原因：土壤矿物风化和成土过程导致土壤酸化：如盐基离子淋失、硅酸盐破坏、硫酸盐或硫化物的氧化-还原过程、过渡金属氧化-还原过程等 ,如FeS2 + 3.5 O 2Fe2+ +2SO 42- +2H +2 Fe2+ + 0.5 O 2 + H 2O2Fe(OH) 3 + 4H +或者植物（作物）对营养元素吸收不平衡或对盐基离子吸收过程中，植物根系分泌氢离子，导致酸化。 2）人为原因包括酸雨或酸沉降、酸性化学肥料施用如 NH4+ 水解或转化为硝酸盐、污水灌溉等在土壤中施加石灰是酸化土壤改良和主要措施。6简要说明土壤腐殖质分解转化途径和过程答：第一阶段：

15、腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。第二阶段：释放的简单有机物质被分解（矿化）和转化，酚类聚合物被氧化。第三阶段：脂肪酸(fatty acid) 被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。7简要说明土壤胶体阳离子交换吸附、专性吸附的机制及区别答：一般而言，土壤胶体表面带负电, 能够把土壤溶液中的阳离子转移到土壤胶体表面, 这为对阳离子吸附，相反地子交换吸附属于可逆反应，, 土壤胶体表面吸附阳离子转移到土壤溶液中称阳离子解吸。阳离反应速度很快， 溶液中与胶体表面吸附阳离子处于动态平衡。且遵循等价离子交换的原则，符合质量作

16、用定律。铁、铝、锰等氧化物胶体表面阳离子不饱和而水合(化 ) ，产生可离解的水合基(-OH2)或羟基 ( OH) ，它们与溶液中过渡金属离子(M 2+、 MOH +) 作用而生成稳定性高的表面络合物，这种吸附称专性吸附。专性吸附不同于胶体对碱金属和碱土金属离子的静电吸附。专性吸附的离子为非交换态，不参与一般阳离子交换反应。可被与胶体亲合力更强的金属离子置换或部分置换，或在酸性条件下解吸。专性吸附在胶体表面正、负、零电荷时均可发生，反应结果使体系pH 下降。层状硅酸盐粘土矿物边面裸露的Al-OH 基和 Si-OH 基与氧化物表面羟基相似，有一定专性吸附能力。8简要说明土壤有机污染物的迁移转化途径

17、答：水解是有机污染物转化的途径之一，具体模式为：水解过程使毒物降解，可能降低其毒性，而水解速率取决于污染物化学结构、性质、pH 、温度等因素。光解是有机污染物转化另外途径之一。土壤吸附的有机污染物的光解速率比溶液中光解过程低很多， 这是由于光线在土壤中迅速衰减、土壤颗粒内部滤光能原因所致，同时土壤染色物质可能猝灭光活化的农药分子而抑制光解。土壤质地和水分影响农药的光解速率，较粗质地和潮湿土壤有利于提高光解速率。在光照作用下， 腐殖酸表面瞬间形成自有基有利于农药的氧化或间接光解。在光照、 水和氧气作用下，粘粒矿物表面形成自有基有利于农药的氧化或间接光解。光解常局限在表土1mm 范围内。光解类型为

18、光氧化、光还原脱氯、光水解等。微生物降解也是有机污染物转化的重要途径。氧化是微生物降解有机物的重要酶促反应，如羟基化、脱烃基 ；还原性脱氯是生物降解常发生的反应。如DDT 脱氯与细胞色素氧化酶等有关；在水解酶作用下，如氨基甲酸酯、有机磷和苯酰胺等具有醚、酯和酰胺键农药会发生水解。气候条件、土壤性质和微生物群落影响生物降解速率和过程。9简要说明土壤潜性酸和活性酸的区别和联系答： 土壤活性酸是与土壤固相处于平衡状态的土壤溶液中的H+ 所反映出来的酸度。土壤潜性酸是吸附在土壤胶体表面的交换性致酸离子（H + 和 Al 3+ )所反映出来的酸度。土壤活性酸和潜性酸属于一个体系中的两种酸，始终处于动态平

19、衡。土壤潜性酸是活性酸的主要来源和后备，即10试比较高岭石组、蒙蛭组、水化云母组和绿泥石组在矿物构造和矿物性质的差异答：高岭石组属于1:1 型粘土矿物，由于晶片间以较强的氢键相连，水化时基本不膨胀。没有或极少存在同晶替代现象，表面电荷少。片状，颗粒较粗、总表面积较小，粘结性、粘着性、可塑性和吸湿能力较弱。蒙蛭组属于2:1 型粘土矿物，具有明显的胀缩性和同晶替代现象，阳离子交换量大，比表面积大，胶体特征突出。水化云母组也属于2:1 型粘土矿物，但由于晶架间吸附的阳离子以K+ 为主，且半陷于晶穴内，同时受相邻两晶层阴电荷的吸附，产生了强联结的效果，因而遇水不易胀开，具有非膨胀性。同晶替代现象普遍，

20、主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间K+ 中和，有效电荷量少于蒙脱石，吸附容量介于高岭石和蒙脱石之间。胶体特征中等， 颗粒大小及胶体特性介于高岭组和蒙蛭组之间，总表面积较大。粘结性、粘着性、可塑性和吸湿性中等。绿泥石组属于2:1:1 型粘土矿物， 具有非膨胀性。 同晶替代现象普遍， 硅片中Al 3+代Si4+、铝片中Mg 2+代Al 3+产生负电荷，水镁片中Al 3+代Mg2+产生正电荷，两者相抵为净负电荷，介于伊利石与高岭石之间。胶体性质中等。土壤中绿泥石大部分来自母质遗留，沉积岩和沉积物中较多。11简要说明土壤水分形态与土壤水分有效性的关系答：土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用

21、及其难易程度。不能被植物吸收利用的水分称为无效水，能被植物吸收利用的水分称为有效水。一般而言，吸湿水属于无效水，膜状水属于部分有效水， 毛管悬着水和毛管上升水属于有效水，毛管持水量和饱和持水量情况下对应的为重力水，对植物而言，这部分水分为多余水。12简要说明土壤重金属形态分类及相互转化关系答：土壤重金属形态一方面指的是土壤中化合物或矿物类型，另一方面指的是操作定义上的土壤重金属形态， 即重金属与土壤组分的结合形态，即以特定提取剂和提取步骤来定义土壤重金属化学形态。具体来说，可交换态是指被土壤胶体表面非专性吸附且被中性盐取代的，同时也易被植物根部吸收的部分；碳酸盐态在石灰性土壤中是比较重要的一种

22、形态，普遍使用醋酸钠 -醋酸缓冲液作为提取剂；铁锰氧化态是指土壤中氧化铁锰或黏性矿物的专性交换位置所吸附的位置，只能被亲合力相似或更强的金属离子置换，一般用草酸-草酸盐或盐酸羟胺做提取剂； 有机态是指重金属通过化学键形式与土壤有机质结合，属于专性吸附， 选用的提取剂主要有次氯酸钠、 双氧水；残留态是指结合在土壤硅铝酸盐矿物晶格中的金属离子，在正常情况下难以释放且不易被植物吸收的部分，一般用硝酸-高氯酸 -氢氟酸分解。离子交换吸附 -解吸 -交换态重金属是静电吸附，吸附与解吸处于动态平衡之中，土壤胶体的阳离子交换量、土壤溶液的 pH 、重金属离子的电荷数量和水合半径影响到离子交换吸附-解吸过程，

23、如蒙脱石与Co2+ ， Zn+ 离子交换反应只能在pH<6 情况下才出现，否则则为专性吸附。专性吸附 -铁锰氧化态：铁、铝、锰等氧化物胶体表面阳离子不饱和而水合( 化)，产生可离解的水合基 (-OH2) 或羟基 (-OH) ，它们与溶液中过渡金属离子(M2+ 、MOH+) 作用而生成稳定性高的表面络合物，这种吸附称专性吸附。专性吸附的离子为非交换态，不参与一般阳离子交换反应。可被与胶体亲合力更强的金属离子置换或部分置换，或在酸性条件下解吸。溶解 -沉淀平衡 -碳酸盐结合态重金属：碳酸盐与重碳酸盐的溶解与沉淀平衡过程中可导致形成碳酸盐结合态的重金属.，土壤中碳酸盐含量和pH 影响到土壤碳酸

24、盐结合的数量。有机质对重金属专性吸附-有机结合态。重金属与粘土矿物发生同晶置换饭反应，部分金属离子进入矿物晶格内-残余态重金属。13简要说明土壤盐渍化过程、影响因素及控制土壤盐渍化包括盐化和碱化过程，盐化为可溶性中性盐类在土壤中聚集的过程，碱化是土壤胶体被Na+饱和的过程。土壤盐化过程就是土壤盐分积累过程，或者是原生矿物和次生矿物化学风化，释放阴阳离子重新组合后形成各种易溶性和微溶性的盐分：NaCl,NaSO4, MgCl,MgSO 4, CaSO4,Na2CO3, NaHCO 3；或者是大气降水的可溶性盐分的注入。另外含盐地层和含盐构造的存在、地表水和地下水灌溉过程与次生盐渍化、施肥过程等都

25、可能发生土壤盐渍化。一般而言， 土壤盐渍化发生的自然地理条件为干旱与半干旱条件下，蒸发旺盛而地势低洼排水不畅的区域。土壤盐化控制主要包括合理灌溉来冲洗土壤中累积的盐分，同时排灌结合， 降低地下水位，改善排水条件，减少盐分积累等措施。土壤碱化过程包括土壤溶液中HCO 3- 、CO32-水解过程产生大量的OH-，如以及 Na +进入土壤胶体表面，如：影响土壤碱化的因素包括：干旱、半干旱条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质随着蒸发而表聚，使土壤碱化， Na、K 、 Ca、 Mg 等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长， 有富集碱性物质的作用； 母质基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质

26、多，形成的土壤为碱性；施肥和灌溉，施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。施入石膏是改良碱土的重要手段（ Ca2+进入土壤胶体，代换胶体吸附的 Na+，以改善碱土高度分散的理化性质） ，另外施入石膏可以和有机肥、 FeSO4 等结合使用对改良碱土有更好的效果。同时碱土改良要和洗盐、洗碱等水利措施相结合。三、论述题1. 综合分析说明土壤腐殖质来源与分解转化途径和过程。答：土壤腐殖质主要来源于枯枝落叶等植物残体的不完全分解的产物， 特别是是木质素和纤维素等物质分解产生的中间产物。 腐殖质分解转化分为三个阶段。 第一阶段： 腐殖质经过物理化学作用和生物降解， 使其芳香结构核心与其复合的简单有机物分离， 或是整个复合体解体。第二阶段： 释放的简单有机物质被分解（矿化） 和转化， 酚类聚合物被氧化。第三阶段：脂肪酸 (fatty acid) 被分解，被释放的芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖质的形成。2. 结合本课程学习，请全面地分析论述中国土壤质量退化的类型、地理分布及成因。答： 导致土壤退化的自然地理背景有：大陆性季风型气候特点- 洪涝灾害频仍，水资源在时间和空间上分布不均；母质与地貌特点-可蚀性母质（黄土母质、第四纪坡积物、残迹物、风积物）为水蚀和风蚀提供了物质来源；山地、丘陵、高原为主地貌特点更加剧了土壤侵蚀过程，