环境土壤学复习资料

环境土壤学第一章第一节土壤与土壤圈（一）土壤的定义简明定义：地球表面能够生长和收获植物的疏松表层。“土壤”和“土地”概念的区别：“土壤”和“土地”不是同一范畴的概念。土壤是土地的物质组成部分，而土地不仅包括土壤要素，还包括地形、植被、水文、人文等要素。十壤的基本特件星具有肥力。土壤肥力：土壤具有能供应与协调植物正常生长发育所需要的养分、水分、空气和热量的能力。土壤的特性可以概括为：（1）具有生产力（2）具有生命力（3）具有净化力（4）具有交换力地球表层系统五大要素：大气圈、生物圈、岩石圈、水圈、土壤圈土壤圈是覆盖于地球和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，它是地圈统的重要组成部分。土壤圈的功能具有以下几个方面：（1）支持和调节生命过程（2）影响大气圈的化学组成、水分与热量平衡（3）影响水的溶质组成及其在陆地、水体和大气的分配（4）对岩石起保护作用第二节环境土壤学的发展及其主要研究内容一、环境土壤学的发展环境土壤学既属于土壤学的一个分支，也属于环境科学的一个分支。是环境地学的一个分支。环境学与土壤学的边缘学科。环境土壤学是研究土壤与环境相互关系及其调控的一门学科。主要包括三大方面：一是环境因素包括人为因素对土壤环境质量的影响；二是土壤对生态环境和人体健康的影响；三是土壤—环境—人相互关系的协调机理和措施。二、环境土壤学的研究内容环境土壤学研究的三大方面，更具体地说，又可以细分为以下几个主要内容：（1）土壤环境现状及其评价方法（2）土壤环境容量与环境标准（3）土壤环境质量变化规律（4）人类活动、三废排放以及大气和水环境污染对土壤质量的影响。（5）污染物和营养物在土壤中的迁移转化规律，（6）土壤污染对食品质量、人体健康、动植物和微生物生长的影响。（7）土壤污染和养分盈余对水体、大气的影响。（8）预防土壤污染的措施和提高土壤环境容量的技术途径。（9）污染土壤的处理技术和修复工程。（10）利用土壤来处理三废的技术原理和方法。第二章土壤母质与土壤的形成第一节土壤母质地壳物质的元素组成的特点1、地壳主要元素成分是氧和硅。它们的含量占地壳元素含量的75%。2、凡是生物上有重要意义的元素，即作为植物与动物生长发育必不可少的元素，在地壳中的含量却很少。N、P、K分别为0.04%、0.12%、2.60%。3、呈难溶、分散、不均衡状态。二、主要成土矿物矿物是一类产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部结构的单质元素或化合物。矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。矿物的类型按成因可分为原牛石T物、次生矿物和变质矿物三大类。原生矿物是指在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物。如石英、长石、云母等。次生矿物是指原生矿物经风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物。如三水铝石、高岭石变质矿物是指经过变质作用形成的，是原有的矿物重新处于高温高压的条件下，发生形态、性质和成分的变化而形成的新矿物。蓝晶石、石榴石等。•摩氏硬度计/莫氏硬度计。矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用力（如刻画、压入、研磨等）侵入的能力。Friedrichmohs提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体，这是所谓的摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级：1、滑石2、石膏3、方解石4、萤石5、磷灰石6、正长石7、石英8、黄玉9、刚玉10、金刚石三、主要的成土岩石岩石：是一种或数种矿物组合而成的自然集合体。岩石没有固定的化学组成和物理性质。岩石的种类很多，根据其生成方式的不同，可将岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。（一）、岩浆岩岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。也称火成岩岩浆岩的类型:花岗岩流线岩玄武岩（二）、沉积岩沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。以颗粒大小分为:砾状结构（如砾岩）,粒状结构（如沙岩）,细粒状结构（如沙岩）以颗粒形状分为:角砾状结构，颗粒有棱角（如角砾岩），圆滚状结构，颗粒无棱角（如砾岩）（三）、变质岩原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石，称变质岩。主要的变质岩:片麻岩、石英岩,、千枚岩、大理岩、板岩等。四、岩石的风化过程岩石的风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种因素的作用下所产生的物理化学变化。（一）、风化作用的类型风化作用按作用性质和作用因素的不同可分为物理风化、化学风化、生物风化三个类型。1、物理风化岩石、矿物在外力作用下发生崩解破碎等机械破坏过程，只造成岩石、矿物结构、构造的改变，一般不引起化学成分的变化的过程称为物理风化。物理风化使岩石由大块变碎块，碎块再逐渐变成细粒。物理风化改变了岩石的形状和大小，但成分发生的变化很小，形成的母质多偏砂石砾多，养分不易释放出来。物理风化的结果使岩石对空气、水分的通透性增强了，暴露的表面积增大，为化学风化创造了有利的条件。2、化学风化岩石和矿物在大气、水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。参与化学风化的因素主要是水、二氧化碳和氧气，作用方式包括溶解、水化、水解和氧化。（1）溶解作用：是指矿物和岩石为水所溶解的作用。（2）水化作用：是指无水矿物与水结合形成含水的矿物称为水化作用。CaSO4+2H2OCaSO42H2O硬石膏石膏2Fe2O3+nH2O2Fe2O3^nH2O

赤铁矿褐铁矿（3）水解作用：是指矿物与水（碳酸水）发生反应而分解的作用。4K[AlSi3O8]+2CO32-+4H2OT2K2cO3+Al4[Si4O10][OH]8＋8SiO2钾长石高岭石（4）氧化作用：是指大气中的氧气促使矿物进行氧化作用。FeS2+14H2O+15O22Fe2O3^3H2O+8H2SO4黄铁矿褐铁矿3、生物风化岩石和矿物在生物及其分泌物或有机酸分解产物的作用下，进行的机械破碎和化学分解过程称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：A:生物的机械破碎作用由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用（物理风化）。例如：根劈作用。B:生物的化学分解作用有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。㈠术3种风化类型;间相百影嘀,相百联急只是在不同的外界条件下各有侧重，划分只是为了讨论方倬C五、成土母质成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。风化产物可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础。第二节土壤的形成俄国土壤学家道库恰耶夫认为自然土壤的发生是以生物因素为主导的生物、母质、气候、地形和时间五种自然因素相互作用的产物，土壤是物质的地质大循环和物质的生物小循环相互对立统一的结果一、土壤形成的实质地质大循环：植物营养物质由大陆流到海洋，海洋又变为大陆后，这些物质又由新的大陆流向新的海洋。营养物质的这种循环过程称为植物营养物质的地质大循环。生物小循环：通过植物（包括所有参与这一过程的生物）的反复吸收利用和积累营养物质的这一过程，称为营养物质的生物小循环。土壤形成过程是建筑在地质大循环（营养元素的释放和淋溶过程）与生物小循环（营养元素被生物吸收积累和释放过程）的基础上的。地质大循环使营养元素不断向下淋失，而生物小循环却从地质大循环中不断的积累生物所必需的营养元素。二、土壤形成因素属于自然形成的因素有：生物、气候、母质、地形和时间。第三节土壤剖面及形态特征一、土壤剖面土壤中的各种物质都是以一定的形态存在着，土壤中物质存在状态在垂直方向的分布，即构成了土壤剖面特征，它是土壤肥力因素的外部表现。土壤剖面就是指从地面向下挖掘而暴露出来的垂直切面。通常挖到1-2m深。一般情况下这些土层在颜色、结构、紧实度和其他形态特征上是不同的。二、土壤剖面形态特征土壤形态就是土壤的外部特征，这种外部特征可通过人们的感官（即视觉、触角和嗅觉）来认识。土壤重要的形态特征主要有：颜色、湿度、紧实度、结构、盾地、pH值、新生体、侵入体、孔隙、动物孔穴等。第三章土壤固体物质组成土壤组成状况土壤是一个复杂的自然体，它是由有机体和无机体共同组成，其基本物质是三相。三相比例为：固相为50%，液相十气相为50%。第一节土壤颗粒组成与质地一、土壤粒级及其划分土壤中的各种固体颗粒简称十粒。粒级（粒组）：土粒大小不同，性质也随之而异。可按照土粒粒径的大小及其性质分成若干粒级（或粗细）。粒级分类常用的标准有以下四种：石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒。二、各粒级土粒的组成和特性1.各粒级土粒的矿物组成3、各级土粒的主要特性（1）石砾多为岩石碎块，但直径较小，山区和河漫滩土壤中常见。其矿物组成与母岩基本一致，一般速效养分很少，吸持性很差，但通透性极强。（2）砂粒酸性岩山体的山前平原和冲积平原土壤中常见。矿物组成主要是石英等原生矿物，因颗粒较粗，比表面较小，吸持性能较弱，矿质养分较低，无粘结性和粘着性，表现松散。但粒间孔隙较大，通透性良好。（3）粉粒在黄土中含量较多。颗粒中次生矿物相对增加，而石英相对减少。比表面比砂粒大，吸持性能增强，养分含量比砂粒高，具有一定的粘结性、粘着性、可塑性和涨缩性，但表现微弱。通气透水能力比砂粒差。（4）粘粒是化学风化的产物，属于土壤胶体范畴。其矿物组成以次生矿物为主，粒径小，比表面巨大，具有很强的粘结性、粘着性、可塑性、涨缩性和吸附能力，矿质养分丰富。但由于粒间孔隙极小，通透性能极差。二、土壤质地1、机械组成和质地的概念粗细不同的十粒在土壤中占有的不同的比例，这种大小不同十粒的比例组合，叫土壤的机械组成。或叫土壤质地。3、土壤质地的肥力特征（1）、砂质土砂质土粒间孔隙大，总孔隙度低，毛管作用弱，保水性差，通气透水性强。矿物成分以石英为主，养分贫乏；由于颗粒大，比面小，吸附、保持养分能力低；好气性微生物活动旺盛，土中有机质分解较快。砂质土热容量较小，土温不稳定，昼夜温差大，在早春天气回暖时，土温容易升高，有热性土之称。砂质土粘结性差，疏松易耕，植物也容易扎根。2.粘质土粘质土颗粒细小，总孔隙度高，由于粒间孔隙很小，通气透水性差，土壤内部排水困难，容易积水而涝。土中胶体数量多，比面大，吸附能力强，保水保肥性好;矿质养分丰富，特别是钾、钙、镁等含量较高;供肥表现前期弱而后期较强，但比较平稳。粘质土蓄水多，热容量大，温度稳定，在早春，水分饱和的粘质土土温上升慢，有“冷性土”之称。粘质土比较紧实，容易板结;受干湿影响，常形成龟裂，影响植物根系伸展。3.壤质土壤质土是介于砂质土和粘质土之间的一种质地类型，其中砂粒、粉粒和粘粒含量比较适宜，因而兼有砂质土和粘质土之优点，是较为理想的土壤。壤质土砂粘适中，大小孔隙比例适当，通气透水性好，土温稳定。养分较丰富，有机质分解速度适当，既有保水保肥能力，又供水供肥性强，耕性表现良好。第二节土壤矿物质一、土壤矿物质的矿物组成和化学组成（一）、土壤矿物质的矿物组成原生矿物是指直接来源于母岩的矿物，主要分布在土壤的砂粒和粉砂粒中，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。岩浆岩是原生矿物的主要来源，常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石等。其中石英属极稳定的矿物，具有很强的抗风化能力，因而在土壤粗颗粒中的含量较高。土壤中的次生矿物种类繁多，主要包括次生层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类及少量残存的简单盐类。其中，层状硅酸盐类和含水氧化物类被称为是次生粘粒矿物，简称粘粒矿物或粘土矿物，它们是构成土壤粘粒的主要成分。（二）、土壤矿物质的化学组成土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素，主要元素约有10余种，包括氧,、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳，占土壤矿物质总质量的99%以上，其中以氧,、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。土壤中主要的原生矿物所含化学成分有一定规律。石英、长石、白云母这些矿物的SiO2及K2O、Na2O含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但人12。3、Fe2O3、CaO、MgO、p2o5、k2o等养分元素的含量变化趋势正相反。二、粘粒矿物粘粒矿物是土壤矿质胶体的主体，在土壤矿物质中表现最活跃。粘粒矿物包括层状硅酸盐类和非层状硅酸盐类（一）、层状硅酸盐矿物1、基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体硅氧四面体由一个硅原子和四个氧原子组成，硅原子位于中央，氧原子占据四个顶点。铝氧八面体由一个铝原子和八个氧原子组成，铝原子位于中央，氧原子占据八个顶点。2、单位晶层硅氧四面体和硅氧四面体之间通过共用氧原子互相联结就形成了硅氧片。每六个硅氧四面体相连就形成一个六边形网孔。铝氧八面体与铝氧八面体通过共用氧原子互相连接就形成了水铝片。硅氧片与铝氧片（水铝片）称为基本晶片。晶片与晶片按一定方式堆叠就形成了粘土矿物的晶层。常见晶层类型包括力1型、21型和二种晶层类型。3、同晶置换矿物形成时，组成矿物的中心离子被性质相近的离子所置换而不破坏晶体结构的现象，称为同晶置换。相互置换的离子大小和电性要相近，如Fe3+离子（半径0.064nm）可与Al3+离子（半径0.057nm）相互置换。同品詈换现象多发牛在2:1型的粘粒矿物中，1:1型的粘粒矿物中相对较少。4、层状硅酸盐矿物的种类及一般特性土壤中层状硅酸盐粘粒矿物种类很多，根据其构造特点和性质可归纳为3个类组：高岭组、蒙蛭组和伊利组。①高岭组硅酸盐粘粒矿物中结构最简单的一类。代表性矿物为高岭石，是水铝片和硅氧片相间重叠组成的1:1型矿物，无膨胀性，所带电荷数量少，胶体特性弱。在南方热带和亚热带土壤中普遍且大量存在，而在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。②蒙蛭组晶层由两层硅氧片中间夹一层水铝片构成，硅氧片和水铝片比例2:1，该组矿物具有很好的膨缩性，因此又叫2:1型膨胀性矿物，代表性矿物为蒙脱石、蛭石等。蒙蛭组在我国东北、华北和西北地区土壤中分布较广。③伊利组属2:1型非膨胀性矿物，由两层硅片夹一层铝片组成，以伊利石为主要代表，又称水化云母组，其特点是膨胀性小，带电量大，同晶置换较普遍，阳离子交换量和胶体特性都介于高岭石和蒙脱石之间。伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是西北、华北干旱地区的土壤中含量很高。（二）非层状硅酸盐矿物这类粘粒矿物主要是指结构简单、水化程度不等的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化物。包括氧化铁、氧化铝、水铝英石、以及氧化硅等。其结构有的为结晶型，如三水铝石、水铝石、针铁矿等；有的则是非晶质无定形的物质，常以凝胶态或斑状、胶膜状包被在层状硅酸盐和腐殖质上，如凝胶态物质水铝英石等。铝硅酸盐矿物，是火山灰土壤中的主要粘土矿物。第三节土壤有机质土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。它与矿物质一起构成土壤的固相部分。土壤中有机质含量并不多，一般在10%。〜30%。左右，但它却是土壤的重要组成，是土壤发育过程的重要标志，对土壤性质的影响重大。（一）、土壤有机质的来源对原始土壤来说，微生物是土壤有机质的最早来源。随着生物的进化和成土过程的发展，动植物残体就成为土壤中有机质的基本来源。耕作土壤则包括作物根茬、各种有机肥料、工农业和生活废水、废渣、微生物制品、有机农药等有机物质。（二）、土壤有机质的组成土壤有机质存在形态（1）土壤中未分解的动、植物残体。（2）半分解的动、植物残体及中间产物。（3）已被微生物作用转化，彻底改变了原来性质，而获得新的特性的特殊物质即腐殖质。.不含N化合物：主要成分是C、H、O,占土壤有机质80%〜90%。包括单糖、双糖、淀粉、木质素、纤维素、半纤维素、脂肪、蜡脂、树脂、单宁和有机酸等物质。.含N化合物：主要是蛋白质、氨基酸等。占土壤有机质5%〜8%。.灰分：约占土壤有机质2%〜5%。它为各种无机盐类所组成。其中以K、Ca、Mg、S、P、Si等元素较多。二、土壤腐殖质土壤腐殖质是由芳香族有机化合物和含氮化合物缩合成的一类复杂的高分子有机物，呈酸性，颜色为褐色或暗褐色。腐殖后一般占有机后的46%〜90%。土壤腐殖质是土壤养分的储存库，是土壤肥力的重要指标。2.土壤腐殖质的存在状态土壤中游离态腐殖质很少，绝大多数是以结合态腐殖质存在。即腐殖质与土壤无机物，尤其是粘粒矿物和阳离子紧密结合，以有机无机复合体的方式存在。结合态腐殖质一般分三种状态类型。（1）腐殖质与矿物成分中的强盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁。（2）腐殖质与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体。（3）与土壤粘粒结合成有机无机复合体。我国南方酸性土壤中主要是Fe、Al离子键结合的腐殖质，这种结合具有高度的坚韧性，但不一定具备水稳性，所以对土壤团粒状结构形成和肥力提高上关系不大。我国北方的中性和石灰性土壤主要以Ca离子键结合的腐殖质为主，具有较强的水稳性，对改善土壤结构和提高肥力有重要意义。（二）土壤腐殖质的性质.腐殖质的元素组成腐殖质可分为胡敏素、胡敏酸和富里酸，后二者合称为腐殖酸。腐殖酸主要由C、H、O、N、S等元素组成，此外还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等元素。一般腐殖质含C55%〜60%,平均为58%；含N3%〜6%,平均为5.6%；其C/N比为10:1〜12:1。.腐殖质的物理性质同一土壤,富里酸的平均分子量最小,胡敏素的平均分子量最大,胡敏酸介于二者之间。我国几种主要土壤类型的胡敏酸和富里酸的平均分子量分别为890~2500和675~1450之间。土壤腐殖酸具有较大的比表面积，高达2000m2g1,远大于粘土矿物和金属氧化物的表面积。腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力,最大吸收量可以超过其自身重量的500%。腐殖质整体呈黑褐色。富里酸的颜色较淡，呈黄色至棕红色,而胡敏酸的颜色较深,为棕黑色至黑色。.腐殖质的化学性质胡敏酸不溶于水，呈酸性，它与K+、Na+、NH4+等离子形成的一价盐溶于水，而与Ca、Mg、Fe、Al等多价盐基离子形成的盐类溶解度相当低。富里酸在水中溶解度很大,其水溶液呈强酸性反应,它的盐类（包括一价或二价）都能溶于水,易造成养分流失。腐殖质是带有负电荷的有机胶体。腐殖质可以通过干燥或冻结脱水变性,形成凝胶。腐殖质的这种变性是不可逆的,因此,能形成水稳性的团粒状结构。腐殖质分子中含各种功能基,其中最主要的是含氧的酸性功能基，包括羧基（R—COOH）和酚羟基（酚一OH。三、土壤有机质的转化（一）土壤有机质的转化过程1矿质化过程2腐殖化过程1.土壤有机质的矿质化过程（1）不含氮有机物的转化（2）含氮有机物的转化（3）含磷有机物的转化（4）含硫有机物的转化2.土壤有机质的腐殖化过程土壤腐殖质的形成是一个复杂的过程,大致可分为两个阶段。第一阶段：有机残体在微生物分解作用下,其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2s等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等）,提供了形成腐殖质的材料。第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分,在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌,然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。（二）影响土壤有机质分解和转化的因素1.有机残体的特性2.土壤水分和通气状况3.温度4.土壤pH四、土壤有机质的作用及其生态环境意义（一）有机质在土壤肥力上的作用.提供植物需要的养分.改善土壤的肥力特性（1）物理性质有机质在改善土壤物理性质中的作用是多方面的,其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构,促进团粒状结构的形成,从而增加土壤的疏松性,改善土壤的通气性和透水性。（2）化学件质土壤有机质能提高士壤的蓄水、保肥和缓冲能力。腐殖质是一种胶体,具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力,可避免养分随水流失同时,使土壤具有较强的缓冲性能。而且,腐殖酸是一种亲水胶体,有强大的吸水能力。（3）生物性质土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。同时,腐殖酸被证明是一类生理活性物质,它能加速种子萌发,增强根系活力,促进植物生长。（二）有机质在生态环境上的作用.有机质可降低或延缓重金属污染.有机质对农药等有机污染物具有固定作用.土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库，一方面，其分解和积累速率的变化直接影响到全球碳平衡；另一方面，土壤有机质作为重要的肥力因子影响植物生长，从而影响陆地的生物碳库。第四章土壤化学性质及其环境意义第一节土壤酸碱性十壤酸碱性是指十壤溶液的反应.它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度的比例.是土壤的一项重要化学性质，对植物生长、土壤生产力以及土壤污染与净化都有较大的影响。十壤酹碱性通常用十壤溶液的pH表示.一、土壤酸碱度(一)土壤酸度1.土壤中酸的来源①水的解离②碳酸的解离③有机酸的解离④无机酸的解离⑤酸雨：大气化学物质(5⑥农业生产2．土壤酸度类型土壤酸度反映土壤中致酸离子的数量。根据致酸离子在土壤中的存在形态与表现，可以将土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度两种类型。①活性酸度土壤中游离态的氢离子所表现出来的酸度，其大小用pH值表示。②潜性酸度包括土壤胶体上吸附的H+或A13+所引起的酸度。土壤潜性酸比活性酸一般大3〜4个数量级。土壤潜性酸以分为：交换性酸用过量的中性盐(往往是1.0mol/LKCl)交换出来的致酸离子所引起的酸度。(二)土壤碱度十壤碱度也是用十壤溶液的pH表示，据此可进行碱性分级。由于土壤的碱度在很大程度上决定于胶体上吸附的交换性Na+的相对数量，所以通常把交换性Na+的饱和度称为土壤碱化度，它是衡量土壤碱度的重要指标。二、影响土壤酸碱性的因素(1)气候(2)地形(3)母质(4)植被(5)耕作活动三、土壤酸碱缓冲性土壤的缓冲性(缓冲作用)是指将酸或酸性盐，碱或碱性盐施入十壤后，在一定限度内土壤具有抵抗这些物质改变土壤酸碱反应的能力。重要性:由于土壤具有缓冲性，使它可以稳定土壤溶液的反应，使土壤的酸碱变化保持在一定的范围内。1．土壤中的酸碱缓冲体系(1)碳酸盐体系CaCO3-H2O-CO2体系的平衡移动是石灰性土壤的主要缓冲体系，其缓冲的pH范围在8.5〜6.7之间。(2)硅酸盐体系土壤无机粘粒主要由层状硅酸盐矿物组成。硅酸盐矿物含有一些碱金属和碱土金属离子，通过风化、蚀变释放出钠、钾、钙、镁等元素，进而对进入土壤的酸性物质起缓冲作用。(3)交换性阳离子体系土壤胶体上吸附的各种盐基离子，能对土壤中的H+离子等酸性物质起缓冲作用。而胶体表面吸附的H+、A13+离子，又能对OH-离子等碱性物质起缓冲作用。土壤交换性阳离子愈多，缓冲能力愈强。对交换性阳离子总量相同的土壤，则盐基饱和程度愈大的土壤，对酸的缓冲性愈强。(4)铝体系在pH<4.0的酸性土壤中常存在大量的铝离子，其中土壤溶液中的铝离子，常与6个水分子结合成Al(H2O)63+形态存在。当外来碱进入土壤溶液时，就会有一两个水分子解离出H+，来缓冲OH-离子。(5)有机酸体系土壤腐殖酸(胡敏酸和富啡酸)是高分子有机酸，含有羧基、酚羟基和醇羟基、胺基等两性功能团，分别对酸和碱有缓冲能力。此外，土壤中还存在多种低分子有机酸，如乙酸、柠檬酸、草酸等，在土壤溶液中构成一个良好的缓冲体系，对酸、碱具有缓冲作用。2.影响土壤酸碱缓冲性的因素：(1)土壤质地(2)土壤粘粒矿物组成(3)土壤有机质含量四、土壤酸碱性的环境意义土壤酸碱性对土壤微生物的活性、矿物质和有机质分解起重要作用。它可通过对土壤中进行的各项化学反应的干预作用而影响土壤组分和污染物的电荷特性、沉淀—溶解、吸附—解吸和配位—解离平衡等，从而改变污染物的毒性；同时，土壤酸碱性还通过影响土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。（一）微生物活性及有机质分解酸碱度对土壤中微生物的生命活动有很大影响，每种微生物都有其适宜的pH和一定的pH适应范围。大多数土壤pH为4〜9,因此能维持各类微生物生长发育。土壤有机质的转化多是在微生物的参与下进行的，在pH合适条件下，微生物活性高，有机质分解快，积累少，不仅释放出更多的植物营养元素，而且对重金属离子的吸附解吸、农药固定、全球碳素循环都产生显著影响。（二）土壤溶液中的离子形态土壤溶液中的大多数金属元素（包括重金属）在酸性条件下以游离态或水化离子态存在，毒性较大，而在中、碱性条件下易生成难溶性氢氧化物沉淀，毒性显著降低。（三）土壤表面电荷性质土壤组成中许多物质表面的电荷性质是随pH变化而改变的，因此，pH对土壤表面电荷性质具有显著影响，而电荷性质的这种变化会影响到土壤表面对污染物的吸附数量与强度，进而改变污染物在土壤中的转化。（四）有机污染物的转化有机污染物在土壤中的积累、转化、降解也受到土壤酸碱性的影响和制约。（五）化学元素的迁移能力大多数化学元素在强酸性环境中形成易溶化合物。土壤溶液pH值对于控制氢氧化物从溶液中的沉淀有重要意义。第二节土壤氧化还原性土壤氧化还原性也是土壤的一个重要化学性质。由于土壤的干湿交替及有机物质的氧化和生物机体的活动较为频繁，因而，土壤氧化还原反应影响着物质的转化、迁移，控制着土壤元素的形态和有效性，制约着土壤环境中某些污染物的形态、转化和归趋。一、土壤氧化还原性特点土壤具有氧化还原性的原因在于土壤中存在多种氧化、还原物质。土壤空气中的氧和高价金属离子都是氧化剂，而土壤有机物以及在厌氧条件下形成的分解产物和低价金属离子等为还原剂。由于土壤成分众多，各种反应可同时进行，其过程十分复杂。是衡量土壤氧化还原能力的大小主要根据实测的Eh值，影响因素包括土壤通气性、微生物活动、易分解有机质的含量、植物根系的代谢作用、土壤pH等。一般旱地+壤的Eh为4。。〜700mV；水田的Eh为300〜―200mV。二、土壤氧化还原的环境意义（一）有机污染物降解在热带、亚热带地区，间歇性阵雨和干湿交替对厌氧、好氧细菌的增殖均有利，比单纯的还原或氧化条件更有利于有机农药分子结构的降解。特别是有环状结构的农药，因其环开裂反应需要氧的参与，大多数有机氯农药在还原环境下才能加速降解。（二）重金属的生物有效性土壤中大多数重金属元素是亲硫元素，在农田厌氧环原条件下易牛成难溶性硫化物，其毒性和危害降低。第三节土壤胶体与表面电荷性质土壤胶体是土壤中最活跃的部分，它的许多特性影响着无机污染元素、有机污染物等在土壤固相表面或溶液中的积聚、滞留、迁移和转化，是土壤对污染物有一定自净作用和环境容量的基本原因所在。一、土壤胶体土壤胶体是指土壤中粒径小于2|im（或小于1|im）的颗粒，为土壤中颗粒最细小而最活跃的部分。按成分和来源，土壤胶体可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体三类。1．无机胶体无机胶体存在土壤粘粒之中，包括：（1）层状（铝）硅酸盐矿物（2）含水氧化硅胶体；（3）含水氧化铁、铝胶体；（4）水铝英石；2．有机胶体有机胶体主要是腐殖质，还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。腐殖质胶体含有多种官能团，属两性胶体，但因等电点较低，所以在土壤中一般带负电，因而对土壤中无机阳离子特别是重金属等的吸附性能影响巨大。但它们不如无机胶体稳定，较易被微生物分解。3.有机-无机复合胶体：由有机胶体与无机胶体互相结合而形成的复合胶体。在土壤中，有机胶体和无机胶很少独立存在，大部分是以有机-无机复合胶体的形式存在的。有机胶体与无机胶体可通过：凝聚作用、桥梁作用、极性吸附作用等方式结合成为土壤有机无机胶体复合体。（二）、土壤胶体的性质土壤胶体对土壤理化性质起着巨大影响，土壤胶体的性质很多，其中影响最大的有三个：1、具有巨大的比表面积和表面能2、胶体带电性3、土壤胶体凝聚与分散2、土壤胶体带电性土壤胶体电荷的种类（1）永久电荷（2）可变电荷3、土壤胶体凝聚与分散土壤胶体由两种存在的状态，一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。溶胶转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以加入阳离有使胶体凝聚的作用。但多种阳离子促使胶体凝聚作用的大小并不同。一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚作用也增强。胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚。第四节土壤的吸附性能土壤是一个多孔体，同时在土壤表面具有大的表面能及电荷，使土壤具有明显的吸附性能，表现在土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力，称土壤的吸附性能。由于土壤一般带负电荷，所以，土壤的阳离子吸附与交换较阴离子吸附更普遍、更重要。（一）土壤的阳离子吸附与交换1．阳离子交换作用在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸，这种能相互交换的阳离子叫做交换性阳离子，发生在土壤胶体表面的交换反应称为阳离子交换作用。（1）土壤阳离子交换作用有以下特点：（A）快速可逆反应，容易达到动态平衡。（B）遵循等价交换的原则。（C）符合质量作用定律的原则。（2）阳离子的交换能力：是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出来的能力。影响阳离子交换能力的因素：a.离子电荷数量的影响在离子浓度相同的情况下，溶液中离子的电荷价越高，阳离子受胶体的吸附能力越大。c.离子浓度由于阳离子交换作用受质量作用定律的支配，所以能力较弱的离子，如果有较高的浓度，NH4+、K+等，也可将交换能力强的Ca2+、Mg2+离子从土壤中交换下来。所以根据这一原理，酸性土壤通过施用石灰，从而改良土壤酸性的目的。（二）盐基饱和度土壤胶体表面吸附的阳离子可以分为两种类型，一是盐基离子，如长+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等，二是致酸离子，包括土壤胶体吸附的H+和A13+离子。土壤的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数称为土壤盐基饱和度（简称BSP或BS）。盐基饱和度>80%的土壤,一般认为是肥沃土壤。盐基饱和度在50%~80%为肥力中等的土壤。盐基饱和度<50%的土壤被认为是肥力较低的土壤。一般说来，酸性土壤的盐基饱和度较低，而碱性土壤的盐基饱和度较高。肥沃的土壤应该具有较高的盐基饱和度。（三）影响交换性阳离子有效度的因素（1）离子饱和度指土壤吸附的某一种阳离子占阳离子交换量的百分数。离子饱和度越高，其被交换解吸的机会就越多，有效性也越高。同样数量的某种金属污染离子，分别对不同质地的土壤产生污染后，毒性也会不同，砂质土上的毒性大，粘质土上的毒性较小，原因是由于砂质土对离子的吸附能力弱，其离子饱和度一般会比粘土的高。（2）陪补离子土壤胶体表面总是同时吸附着多种交换性阳离子。对于被土壤胶体吸附的某一种阳离子来说，同时被吸附的其他阳离子都是它的陪补离子。陪补离子的交换力越强，其与土壤的结合越强，越能提高上述某离子的有效性。例如，吸附的离子为镉和铝离子的土壤中，镉被植物吸收量就比土壤吸附镉和钠离子时的高。当用铵离子来代换土壤中吸附的镉离子时，前一情况下就比后者容易代换些。（3）粘土矿物类型不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造特点，表面电荷数量和强度也不相同，因而吸附阳离子的牢固程度也不同。在一定的盐基饱和度范围，蒙脱石类矿物吸附的阳离子一般位于晶层之间，吸附比较牢固，因而有效性较低。而高岭石类矿物吸附的阳离子通常位于晶格的外表面，吸附力较弱，有效性较高。二、土壤的阴离子吸收作用（一）阴离子吸收的机制1、静电吸附：土壤带正电荷的胶体表面对阴离子的吸附。以这种机制被吸附的阴离子，具有交换性。2、配位体交换吸附指阴离子取代氧化物表面羟基而被吸附的过程。这种吸附属于专性吸附。能发生这种交换作用的阴离子主要有F-和含氧酸根离子。可以发生在正电、负电或中性胶体表面。3、化学沉淀作用：指阴离子与土壤矿物质形成沉淀的过程。（二）阴离子的吸收强度1、被土壤强烈吸收的阴离子：磷酸根、硅酸根和若干有机酸根（C2O42—）。这类阴离子在土壤中常形成难溶沉淀。2、吸附很弱或产生负吸附的阴离子：所谓负吸附，指阴离子在土壤胶体表面的浓度低于土壤溶液中的浓度的现象。实际上指土壤胶体对阴离子的排斥现象。土壤对Cl—,NO3-的吸附通常较弱或产生负吸附。3、中间类型的阴离子：指吸收强度介于上述两种的阴离子。三、土壤吸附的环境意义（一）影响重金属等污染元素的生物毒性土壤是重金属元素的一个库。当外源重金属进入土壤或河湖底泥时，易为土壤中的氧化物、水合物等胶体专性吸附所固定，对水体中的重金属污染起到一定的净化作用，并对这些金属离子从土壤溶液向植物体内迁移和累积起一定的缓冲和调节作用。另一方面，专性吸附作用也给土壤带来潜在的污染危险。（二）影响有机污染物的环境行为由于土壤胶体特性影响农药等有机污染物在土壤环境中的转化过程，从而导致污染物的环境滞留等问题。进入土壤的农药等有机污染物可被粘粒矿物吸附而失去其药性，而当条件改变时，又可释放出来。粘粒吸附阳离子态有机污染物的机制是离子交换作用。第五章土壤物理性质及其环境意义第一节土壤结构与孔隙一、土壤结构（一）土壤结构的概念土壤结构是土粒（单粒和复粒）互相排列、团聚成一定形状和大小的土块或土团，它包含着土壤结构体和土壤结构性两个方面的含义。（二）土壤结构的类型1.块状结构和核状结构块状结构近似立方体型，长、宽、高大体相等，裂面核棱角不明显，形状不规则，表面不平，可按大小再分为大块状（＞10cm）、小块状结构（5~10cm）、碎块状结构（0.5~5cm）和碎屑状结构（＜0.5cm）。有机质缺乏瘠薄而粘重的表土中多见块状与碎块状。土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。2．柱状结构和棱柱状结构在结构体形成时沿纵轴排列，纵轴大于水平轴，土体直立，边面不明显的称柱状结构，常出现于半干旱地带的心土和底土中，以柱状碱土的碱化层最为典型。形成边角明显的柱状体，叫做棱柱状结构，它常出现干湿交替明显的心底土中，表面有铁质、锰质胶膜，内部紧实。3．片状结构土粒排列成片状，结构体的横轴大于纵轴，多出现于冲积性土壤中。农田犁耕层、森林的灰化层、园林压实的土壤均属此类。老耕地的犁底层有片状结构，不利于通气透水，易造成土壤干旱，水土流失。4．团粒结构团粒结构是指近似球形，疏松多孔的小团聚体，其粒径约为0.25~10mm,粒径＜0.25mm称为微团粒。生产中最理想团粒结构的粒径为2~3mm。这种结构体在表土中出现，具有良好的物理性能，是肥沃土壤的结构形态。有团粒结构的土壤中，它能协调土壤水分和空气的矛盾；能协调土壤养分的消耗和累积的矛盾；能调节土壤温度并改善土壤的温度状况；能改良土壤的可耕性，改善植物根系的生长伸长条件，被称为土壤肥力调节器，它在一定程度上标志着土壤肥力的水平。（三）、团粒结构形成1．土壤团粒结构的形成过程包括多级团聚说和粘团说两种。（一）土壤孔隙性1土.壤孔隙性土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙土壤孔隙性包括孔隙的数量、孔隙的大小及其比例，土壤孔隙的数量用孔隙度或孔隙比表示。2.土壤孔隙度与孔隙比单位容积土壤中孔隙的容积占整个土体容积的百分数称为土壤孔隙度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。土壤孔隙度（容重比重）X100%孔隙比：它是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。其值为1或稍大于1为好。土壤孔隙比=孔隙度/（1—孔隙度）（二）、土壤相对质量密度（比重）和容重1．土壤相对质量密度（比重）是指单位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与同体积水的质量之比。2.土壤容重是指单位容积土壤体（包括粒间空隙）的烘干重，单位为g/cm3。土壤容重大体为1.00-1.70g/cmt间，是土壤肥力的重要标志之一。3.土壤容重的应用每亩或每公顷耕层土壤的重量，可以根据土壤容重来计算；同样，也可以根据容重计算在一定面积上挖土或填土的重量。W^=shp式中：W土——土重s——面积h——土层深度P——容重如已知土壤容重为1.15t/m3,求每亩耕层0-20cm的土重？W土=667x0.2x1.15=150t所以，我们通常按每亩耕层土重150t即150000kg计算。在土壤分析中，要推算出每亩土壤中水分、有机质、养分和盐分含量等，可以根据土壤容重计算作为灌溉、排水、施肥的依据；例如，已知土壤容重为1.15t/m3,有机质含量为1%，则每亩耕层土壤有机质含量为：150000kgx1/100=1500kg（三）．土壤孔隙类型通常根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级：非活性孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。1、非活性孔隙（四）影响土壤孔性的因素及其调控1．内因（1）质地的影响。（2）结构的影响（3）有机质的影响2．外因（1）增施有机肥（2）实行合理轮作（3）合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏（4）土壤结构改良剂的应用第二节土壤水分性质土壤水分是土壤最为重要的组成部分，它在土壤形成、土壤的演化过程中起到极为重要作用；水是土壤中一系列过程进行得媒介。关于土壤水分的概念需要强调以下几点：（一）土壤水分并非纯水，而是溶解有各种有机无机物质的稀溶液。（二）土壤水是指在105~110℃情况下，从土壤中能够被烘出来的水分总和。土壤水分不包含矿物晶架结构内的结晶水。测定土壤水分含量时，烘箱温度必须控制在这个温度范围，直至烘至恒重。（三）土壤水分均是来自于自然界降水、灌溉、或地下水的上升等，保蓄在土壤当中。（四）土壤水与大气水、地表水、植物水、地下水处于平衡与交换状态，成为生态环境的主要影响因素。（一）土壤吸湿水（紧束缚水）由固体土粒表面分子引力和静电引力，对空气中的水汽分子的吸附，紧密保持的水分称吸湿水。土粒分子引力产生的表面能，其吸附力可达上万个大气压，所以，吸湿水不能被作物根系吸收。土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度：一般土壤质地越粘重，有机质含量越高，大气相对湿度越大，吸湿水的含量越高。土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量称为吸湿系数，或称为最大吸湿量。（二）膜状水（松束缚水）土粒吸足吸湿水后，还有剩余的吸引力，可吸引一部分液态水成水膜状附着在土粒表面，这种水分称为膜状水。膜状水的性质和液态水相似，但粘滞性较高而溶解能力较小。膜状水移动缓慢，植物可利用的数量很少，仍然不能满足植物的需要。当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，称为萎蔫系数或萎蔫点。膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量。（三）毛管水当土壤水分含量