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1、主要参考书目主要参考书目o王晓蓉王晓蓉.环境化学环境化学M.南京大学出版社，南京大学出版社，1997o戴树桂戴树桂.环境化学环境化学M.高教出版社，高教出版社，2006o刘绮刘绮.环境化学环境化学M.化学工业出版社，化学工业出版社，2004o赵美萍，邵敏赵美萍，邵敏.环境化学环境化学M.北京大学出版社，北京大学出版社，2005o邓南圣，吴峰邓南圣，吴峰.环境化学教程环境化学教程M.武汉大学出版社武汉大学出版社(第二版第二版)，2006 oValoon G.W.,Duffy S.J.Environmental Chemistry:A global perspective M.Oxford Uni
2、versity Press,2000 oManahan,S.E.Environmental ChemistryM.Lewis publishers(第七第七版版),1999 第1页/共60页 土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心环节。它
3、与地球的直径相比，只不过相当于一张界的中心环节。它与地球的直径相比，只不过相当于一张薄纸，但它是农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝薄纸，但它是农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝贵的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物贵的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂。这就是质的能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂。这就是土壤的两个重要的功能。土壤的两个重要的功能。土壤环境化学篇土壤环境化学篇第2页/共60页第十二章第十二章 土壤的物理化学性质土壤的物理化学性质土壤的组成土壤的组成土壤的表面性质土壤的表面性质土壤的酸碱度土壤的酸碱度土
4、壤溶液中的氧化还原作用土壤溶液中的氧化还原作用第3页/共60页第一节第一节土壤的组成土壤的组成 一、土壤的剖面组成二、土壤的相组成 三、土壤的机械组成第4页/共60页一、土壤的剖面组成一、土壤的剖面组成1、土壤剖面：土壤剖面是指从地面向下挖掘所裸露的一段、土壤剖面：土壤剖面是指从地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，这段垂直切面的深度一般在两米以内。垂直切面，这段垂直切面的深度一般在两米以内。2、土壤剖面构造、土壤剖面构造（Soil profile）：指土壤剖面从上到下：指土壤剖面从上到下不同土层的排列方式。一般情况下，这些土层在颜色、结构、不同土层的排列方式。一般情况下，这些土层在颜色、结构、紧
5、实度和其他形态特征上是不同的。各个土层的特征是与该紧实度和其他形态特征上是不同的。各个土层的特征是与该层的组成和性质一致的，是土壤内在性状的外部表现，是在层的组成和性质一致的，是土壤内在性状的外部表现，是在土壤长期发育过程中形成的。土壤长期发育过程中形成的。第5页/共60页3、土壤剖面组成：、土壤剖面组成：（1）覆盖层）覆盖层(A0)，由地面上的枯枝落叶所构成。，由地面上的枯枝落叶所构成。（2）淋淋溶溶层层(A)，是是土土壤壤中中生生物物活活动动最最为为强强烈烈，进进行行着着有有机机质质的的转转化化和和积积累累作作用用，金金属属离离子子和和粘粘上上颗颗粒粒在在此此层层中中被被淋溶得最显著。淋溶
6、得最显著。（3）淀淀积积层层(B)，它它受受纳纳来来自自上上一一层层淋淋溶溶出出来来的的有有机机物物、盐类和粘土颗粒类物质。盐类和粘土颗粒类物质。（4）母质层（）母质层（C），是由风化的成土母岩构成。），是由风化的成土母岩构成。（5）基岩（）基岩（D），母质层下面为末风化的基岩。），母质层下面为末风化的基岩。第6页/共60页根据土壤剖面发育的程度不同可以有不同的土壤类型。各种剖面模式，在实际根据土壤剖面发育的程度不同可以有不同的土壤类型。各种剖面模式，在实际工作中，往往不会每种剖面都出现，而且层次间的过渡情况也会各有不同，有工作中，往往不会每种剖面都出现，而且层次间的过渡情况也会各有不同，有的
7、层次明显，有的不明显，有的是逐渐的。层次间的交线有平直的、曲折的、的层次明显，有的不明显，有的是逐渐的。层次间的交线有平直的、曲折的、带状的、舌状的等多种形式。带状的、舌状的等多种形式。第7页/共60页暗棕壤剖面图暗棕壤剖面图黄绵土剖面图黄绵土剖面图黑钙土剖面图黑钙土剖面图红壤剖面图红壤剖面图褐土剖面图褐土剖面图灰化土剖面图灰化土剖面图黑土剖面图黑土剖面图黄壤剖面图黄壤剖面图第8页/共60页潮土剖面图潮土剖面图龟裂性土剖面龟裂性土剖面灌淤土剖面图灌淤土剖面图栗钙土剖面图栗钙土剖面图石灰土剖面图石灰土剖面图磷质石灰土剖面磷质石灰土剖面灰钙土剖面图灰钙土剖面图石膏盐盘棕漠土石膏盐盘棕漠土剖面图剖面
8、图第9页/共60页4、土壤剖面上的物质的转移作用：、土壤剖面上的物质的转移作用：定定义义:土土壤壤水水携携带带着着溶溶解解或或悬悬浮浮的的物物质质产产生生的的移移动动，称称为为物物质质的的转转移移作作用用。这种转移作用分为物理性转移和化学性转移。这种转移作用分为物理性转移和化学性转移。（1）物理性转移）物理性转移:矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒，从矿物质与有机物质胶粒以及其他微粒，从A层到层到B层而层而沉淀下来，使沉淀下来，使B层质地相对变粘，干燥时亦可发生裂隙。层质地相对变粘，干燥时亦可发生裂隙。（3）化化学学性性转转移移。矿矿物物在在风风化化过过程程中中产产生生的的可可溶溶性性盐盐类类等
9、等，从从A层层随随着着下渗水下移，或停积在下渗水下移，或停积在B层或到达地下水层而流失。层或到达地下水层而流失。（4）潜潜育育层层，地地下下水水位位高高而而排排水水不不良良的的地地方方，矿矿物物在在风风化化过过程程中中产产生生的的可可溶溶性性盐盐类类往往往往由由剖剖面面的的下下层层，随随着着毛毛管管水水的的上上升升到到达达地地面面，形形成成盐盐结结皮皮，这这种种物物质质转转移移的的方方向向和和一一般般情情形形相相反反。由由于于通通气气不不良良，特特别别是是在在地地下下水水位位很很高高的的情情况况下下，B层层的的下下段段或或C层层的的一一部部分分，将将因因还还原原作作用用变变为为蓝蓝灰色或绿灰色
10、，称为潜育层或灰粘层或简称灰色或绿灰色，称为潜育层或灰粘层或简称G层。层。淋淋溶溶作作用用和和淀淀积积作作用用密密切切联联系系，是是物物质质转转移移过过程程所所导导致致的的两两种结果。种结果。第10页/共60页二、土壤的相组成二、土壤的相组成土土壤壤是是由由固固体体、液液体体和和气气体体三三相相共共同同组组成成的的多多相相体体系系，其相对含量因时因地而异。其相对含量因时因地而异。土壤固相：包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤固相：包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤液相：指土壤中水分及其水溶物。土壤液相：指土壤中水分及其水溶物。土土壤壤气气相相：典典型型土土壤壤约约有有30%的的体体积积是是充充满满空
11、空气气的的孔孔隙隙。所以土壤具有疏松的结构。所以土壤具有疏松的结构。Pore Spaces:location of air and waterSoil Particles:Mineral and Organic 第11页/共60页l土壤无机矿物质土壤无机矿物质 土土壤壤矿矿物物是是岩岩石石经经过过物物理理风风化化和和化化学学风风化化形形成成的的。按按其其成成因因分分为为原原生生矿矿物物、次次生生矿矿物物。在在土土壤壤形形成成过过程程中中，原原生生矿矿物物以以不不同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。(1)原生矿物原生矿物:各各种种岩岩石石受受到到不不同同程
12、程度度的的物物理理风风化化而而未未经经化化学学风风化化的的碎碎屑屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；(2)次生矿物：次生矿物：大大多多数数是是由由原原生生矿矿物物经经化化学学风风化化后后形形成成的的新新矿矿物物，其其化化学学组成和晶体结构都有所改变。组成和晶体结构都有所改变。第12页/共60页v土土壤壤中中主主要要原原生生矿矿物物有有四四类类：硅硅酸酸盐盐类类矿矿物物、氧氧化化物物类类矿矿物物、硫硫化化物物类类矿矿物物和和磷磷酸酸盐盐类类矿矿物物。硅硅酸酸盐盐类类矿矿物物占占岩浆岩重量的岩浆岩重量的80%以上。以上。1)1)硅硅酸酸盐盐矿矿物物
13、：常常见见长长石石类类、云云母母类类、辉辉百百类类和和角角闪闪石石等等，大大都都不不很很稳稳定定比比较较容容易易风风化化而而释释放放出出钠钠、钾钾、钙钙、镁镁、铁铁等等矿矿质质元元素素，同同时时形成次生矿物。形成次生矿物。2)2)氧氧化化物物类类矿矿物物：包包括括石石英英(SiO2)、赤赤铁铁矿矿(Fe2O3)、金金红红石石(TiO2)等等，相相当当稳稳定定，不不易易风风化化，对对植植物物养养分分意意义义不不大大。石石英英是是土土壤壤中中分分布布最最广的一种矿物力砂粒的主要成分。广的一种矿物力砂粒的主要成分。3)3)硫硫化化物物类类矿矿物物：在在土土壤壤中中通通常常只只有有铁铁的的硫硫化化物物
14、矿矿物物，即即黄黄铁铁矿矿和和自自铁铁矿矿。二二者者是是同同质质异异构构物物，分分子子式式均均为为FeS2。极极易易风风化化，成成为为土土壤壤中硫的主要来源。中硫的主要来源。4)4)磷磷酸酸盐盐类类矿矿物物：土土壤壤中中分分布布最最广广的的是是磷磷灰灰石石，包包括括氟氟磷磷灰灰石石Ca5(PO4)3F和和氯氯磷磷灰灰石石Ca(PO4)3Cl两两种种，是是土土壤壤中中无无机机磷磷的的重重要要来源。来源。第13页/共60页v次生矿物据其性质与结构可分为三类：次生矿物据其性质与结构可分为三类：简简单单盐盐类类：如如方方解解石石(CaCO3)、白白云云石石Ca、Mg(CO3)2、石石 膏膏(CaSO4
15、2H2O)、泻泻 盐盐(MgSO47H2O)、芒芒 硝硝(Na2SO410H2O)、水氯镁石、水氯镁石(MgC126H2O)等。等。三三 氧氧 化化 物物 类类：如如 针针 铁铁 矿矿(Fe2O3H2O)、褐褐 铁铁 矿矿(2Fe2O33H2O)、三水铝石、三水铝石(A12O33H2O)，次生铝硅酸盐类次生铝硅酸盐类：如高岭石、：如高岭石、蒙脱石、蒙脱石、伊利石等伊利石等第14页/共60页简简单单盐盐类类：属属水水溶溶性性盐盐，易易淋淋溶溶流流失失，一一般般土土壤壤中中较较少少，多多存存在在于于盐盐渍渍土土中中。是是原原生生矿矿物物经经化化学学风风化化后后的的最最终终产产物物，结结晶晶构造也较
16、简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。构造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。三三氧氧化化物物类类：土土壤壤矿矿物物质质中中最最细细小小部部分分，粒粒径径小小于于0.25m，称称之之为为次次生生粘粘土土矿矿物物。是是硅硅酸酸盐盐矿矿物物彻彻底底风风化化后后产产物物，结结晶晶构构造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。造较简单，常见于湿热的热带和亚热带地区土壤中。次次生生铝铝硅硅酸酸盐盐类类：土土壤壤矿矿物物质质中中细细小小部部分分，粒粒径径小小于于0.25m。这这类类矿矿物物在在土土壤壤中中普普遍遍存存在在，种种类类很很多多，是是由由长长石石等等原原生生硅硅酸酸盐盐矿矿物物风风化化
17、后后形形成成。是是构构成成土土壤壤的的主主要要成成分分，故故又又称称为为粘粘土土矿矿物物。土土壤壤很很多多重重要要物物理理、化化学学过过程程和和性性质质都都和和次次生生铝铝硅硅酸酸盐盐种类和数量有关。种类和数量有关。第15页/共60页粘土矿物粘土矿物薄片层状结构（薄片层状结构（硅氧片，水铝片）硅氧片，水铝片）硅四面体硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。许多硅四面是由四个氧原子和一个硅原子所组成。许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子排列成为中间有空的六体可以共用氧原子形成一层。氧原子排列成为中间有空的六角形，称为角形，称为硅氧片硅氧片。ShareShare1 oxygen1 oxyg
18、enSilica Tetrahedral Sheet第16页/共60页铝八面体铝八面体为为6 6个氧原子围绕一个铝原子而构成。个氧原子围绕一个铝原子而构成。许多个铝许多个铝八面体相互连接成片称为八面体相互连接成片称为铝氧片铝氧片。Share2 oxygensAluminum Octahedral Sheet第17页/共60页SiAlOxygensSiliconTetrahedronAluminumOctahedronSiAlOxygens第18页/共60页（1）伊伊 利利 石石 (Illite)：(OH)4Ky(Al4Fe4Mg4Mg6)(Si8-yAly)O20风风化化程程度度较较低低，一一
19、般般土土壤壤中中均均有有分分布布，但但以以温温带带干干旱旱地地区区土土壤壤中中含含量量最最多多，富含富含K(K2O 4%-7%)。晶晶体体结结构构：单单元元晶晶层层2:1型型；层层间间通通过过K+连连接接形形成成三三维维的的晶晶体体构造，层间距离较固定。构造，层间距离较固定。理理化化特特性性：颗颗粒粒直直径径小小于于2m；膨膨胀胀性性较较小小；具具有有中中等等的的阳阳离离子代换量（子代换量（20-40 cmol(+)/kg）。伊利石伊利石 2:1 ClayK+K+K+K+K+K+第19页/共60页蒙脱石蒙脱石(Montmorillonite):A14SiO20(OH)4 为为伊伊利利石石进进一
20、一步步风风化化产产物物，是是基基性性岩岩在在碱碱性性环环境境条条件件下下形形成成的的，在在温温带带干干旱地区的土壤中含量较高。旱地区的土壤中含量较高。晶晶体体结结构构：单单元元晶晶层层2:1型型；层层间间没没有有K+，依依靠靠弱弱的的分分子子力力连连接，不紧密；接，不紧密；理理化化特特性性：颗颗粒粒直直径径小小于于1m，膨膨胀胀性性大大，吸吸水水性性强强（植植物物难难以利用）；阳离子代换量高（以利用）；阳离子代换量高（80-100 cmol(+)/kg）。）。蒙脱石蒙脱石 2:1 Clay第20页/共60页高岭石高岭石(Kaolinite):A14Si4O10(OH)8 风风化化程程度度极极高
21、高的的矿矿物物，主主要要见见于于湿湿热热的的热热带带地地区区的的土土壤壤中中，在在花花岗岗岩岩残残积积母母质质上上发发育育的的土土壤壤中中含含量量也也较较高高。富富含含高高岭岭石石的的土土壤壤，透透水水性性良良好好，植植物物可获得的有效水分多，但供肥、保肥能力低，植物易感养分不足。可获得的有效水分多，但供肥、保肥能力低，植物易感养分不足。晶体结构：单元晶层晶体结构：单元晶层1:1型；层间由氢键连接，较紧密；型；层间由氢键连接，较紧密；理理化化特特性性：颗颗粒粒直直径径较较大大，为为0.1-5.0m；膨膨胀胀性性较较小小；阳阳离离子代换量亦低（子代换量亦低（5-15 cmol(+)/kg）。）。
22、高岭石高岭石 1:1 Clay第21页/共60页2土壤有机质土壤有机质是是土土壤壤中中合合碳碳有有机机化化合合物物的的总总称称。一一般般占占固固相相总总重重量量的的10%以以下下，是是土土壤的重要组成部分，是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响壤的重要组成部分，是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响。分分类类：两两大大类类，一一类类是是组组成成有有机机体体的的各各种种有有机机化化合合物物，称称为为非非腐腐殖殖物物质质，如如蛋蛋白白质质、糖糖类类、树树脂脂、有有机机酸酸等等；另另一一类类是是称称为为腐腐殖殖质质类类有有机机化化合合物物，它它不不属属于于有有机机化化学学中中现现有有的的
23、任任何何一一类类，它它包包括括腐腐殖殖酸酸、富富里里酸酸和和腐腐黑黑物物等。等。（a）非腐殖物质类（约占土壤有机质的）非腐殖物质类（约占土壤有机质的10-15%）（b）土壤腐殖质）土壤腐殖质腐殖酸（阳离子代换量腐殖酸（阳离子代换量400-450 cmol(+)/kg）富里酸（阳离子代换量富里酸（阳离子代换量300-350 cmol(+)/kg）腐黑物腐黑物第22页/共60页3土壤水分（传递介质）土壤水分（传递介质）土土壤壤水水实实际际上上是是土土壤壤中中各各种种成成分分和和污污染染物物土土壤壤溶溶液液。因因此此土土壤壤水水分分既既是是植植物物养养分分的的主主要要来来源源，也也是是迸迸入入土土壤
24、壤的的各各种种污污染染物向其他环境圈层迁移媒介。物向其他环境圈层迁移媒介。（1）吸湿水（吸着水）吸湿水（吸着水）（2）膜状水）膜状水（3）毛管水）毛管水（4）重力水）重力水第23页/共60页（1）吸湿水（吸着水）吸湿水（吸着水）定定义义：固固相相土土粒粒靠靠其其表表面面的的分分子子引引力力和和静静电电引引力力从从大大气气和和土土壤壤空空气气中中吸吸附附气气态态水水，附附着着于于土土粒粒表表面面成成单单分分子子或或多多分分子子层层，称为吸湿水。称为吸湿水。特点：特点：水分子呈定向紧密排列、密度水分子呈定向紧密排列、密度1.22.4g/cm3、无溶解能、无溶解能力、不能以液态水自由移动，也不能被植
25、物吸收。力、不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。最大吸湿量：最大吸湿量：吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量。做最大吸湿量。Water on soilparticle surfacePore SpaceNo water remains attached to soil particles第24页/共60页（2）膜状水膜状水定定义义：吸吸湿湿水水达达到到最最大大后后，土土粒粒还还有有剩剩余余的的引引力力吸吸附附液液态态水水，在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。特点：特点：有较高
26、的能量水平，较易移动，对植物有效。有较高的能量水平，较易移动，对植物有效。最大分子持水量：最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量。为最大分子持水量。Water on soilparticle surfacePore Space第25页/共60页（3）毛管水毛管水定义：定义：靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。特特点点：可可以以在在土土壤壤毛毛管管中中上上下下左左右右移移动动、具具有有溶溶解解养养分分的的能能力力、作作物物可可以以吸吸收收利利用用。毛毛管管水水的的数数量量主主
27、要要取取决决于于土土壤壤质质地地、腐殖质含量和土壤结构状况。腐殖质含量和土壤结构状况。毛管支持水和毛管悬着水：毛管支持水和毛管悬着水：根据土层中毛管水与地下水有无根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水 田间持水量：田间持水量：管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量。田间持水量的变化范围：砂土为：水量。田间持水量的变化范围：砂土为：160-220g/kg；壤；壤土为：土为：220-300 g/kg；粘土为：；粘土为：280-350 g/kg。第26页/共60页（4）重力
28、水重力水定义：土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之定义：土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水。着大孔隙向下渗漏成为多余的水。饱和持水量：土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为饱和持水量：土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。土壤全蓄水量或饱和持水量。Pore Spaces are filled with water第27页/共60页4土壤空气（传递介质）土壤空气（传递介质）（1）主要成分：）主要成分：N2、O2和和CO2（2）特点：）特点
29、：不不连连续续性性 土土壤壤空空气气存存在在于于相相互互隔隔离离的的土土壤壤孔孔隙隙中中，是是一一个个不不连连续续的的体系；体系；在在O2和和CO2含含量量上上有有很很大大的的差差异异 土土壤壤空空气气中中CO2含含量量比比大大气气中中高高得得多多。大大气气中中CO2含含量量为为0.02%0.03%，土土壤壤空空气气中中一一般般为为0.15%0.65%，主要由生物呼吸作用和有机物分解产生。氧的含量低于大气。主要由生物呼吸作用和有机物分解产生。氧的含量低于大气。有较高的水蒸气含量有较高的水蒸气含量。含含有有少少量量还还原原性性气气体体 如如CH4、H2S、H2、NH3等等。如如果果是是被被污污染
30、染的的土土壤，其空气中还可能存在污染物。壤，其空气中还可能存在污染物。第28页/共60页三、土壤的机械组成三、土壤的机械组成土壤颗粒组成又称土壤机械组成：土壤中不同粒径矿质土壤颗粒组成又称土壤机械组成：土壤中不同粒径矿质颗粒的组合比例，一般以各粒级所占百分比表示。颗粒的组合比例，一般以各粒级所占百分比表示。土壤粒级：土粒大小的等级。一般将土粒分为石砾、砂土壤粒级：土粒大小的等级。一般将土粒分为石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。粒、粉砂粒和粘粒四级。国际制土粒分级标准国际制土粒分级标准第29页/共60页各粒级土粒的矿物组成各粒级土粒的矿物组成石块和石砾：多为岩石碎块。砂粒：主要为原生矿物，大多为石英
31、、长石、云母、角闪石等，其中以石英为主。粉粒：是原生矿物与次生矿物的混合体，原生矿物有云母、长石、角闪石等，其中白云母较多；次生矿物有次生石英、高岭石、含水氧化铁、钻，其中次生石英较多。粘粒：主要是次生矿物。土壤颗粒的矿物组成示意图土壤颗粒的矿物组成示意图第30页/共60页各粒级土粒的化学组成各粒级土粒的化学组成：砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅二氧化硅含量含量较高；较高；粘粒中，则以粘粒中，则以次生层状硅酸盐矿物次生层状硅酸盐矿物为主，为主，铁、钾、钙、铁、钾、钙、镁镁等的含量较多。等的含量较多。第31页/共60页相应土壤特性相应土壤特
32、性石块和石砾：山区土壤和河漫滩土壤中常见。土壤中石块和石砾多石块和石砾：山区土壤和河漫滩土壤中常见。土壤中石块和石砾多时，孔隙过大，水和养分易流失。时，孔隙过大，水和养分易流失。砂粒：冲积平原土壤中常见。土壤含砂粒多时，孔隙大，通气和透砂粒：冲积平原土壤中常见。土壤含砂粒多时，孔隙大，通气和透水性强，毛管水上升高度很低水性强，毛管水上升高度很低(小于小于33cm，保水保肥能力弱，营养元，保水保肥能力弱，营养元素含量少。素含量少。粉粒：在黄土中含量较多。粉砂粒的物理及化学性状介于砂粒与粘粉粒：在黄土中含量较多。粉砂粒的物理及化学性状介于砂粒与粘粒之间。团聚、胶结性差，分散性强。保水保肥能力较好。
33、粒之间。团聚、胶结性差，分散性强。保水保肥能力较好。粘粒：含粘粒多的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力较强，有良粘粒：含粘粒多的土壤，营养元素含量丰富，团聚能力较强，有良好的保水保肥能力，但土壤的通气和透水性较差。好的保水保肥能力，但土壤的通气和透水性较差。第32页/共60页第二节第二节土壤的表面性质土壤的表面性质 一、土壤的胶体性质一、土壤的胶体性质二、土壤的阳离子交换二、土壤的阳离子交换 三、土壤的阴离子吸附三、土壤的阴离子吸附第33页/共60页一、土壤的胶体性质（一、土壤的胶体性质（1-100nm之间的颗粒）之间的颗粒）1、表面性质、表面性质（2）巨大的表面能）巨大的表面能 表面分子受到内
34、部与外部两种不同的吸引力而具有多余的自由表面分子受到内部与外部两种不同的吸引力而具有多余的自由能，这种自由能就是胶粒与周围介质接触界面上的表面能产生的原因。能，这种自由能就是胶粒与周围介质接触界面上的表面能产生的原因。比表面越大，表面能也越大，吸附性质表现也越强。比表面越大，表面能也越大，吸附性质表现也越强。（1）具有极大的比表面）具有极大的比表面 有机胶体（有机胶体（700m2/g）无机胶体无机胶体 蒙脱石（蒙脱石（600-800 m2/g）伊利石伊利石高岭石（高岭石（7-30m2/g）第34页/共60页2、电学性质（带有电荷）、电学性质（带有电荷）（1）永久负电荷：）永久负电荷：由于晶质粘
35、土矿物晶格中的同晶置换产生。由于晶质粘土矿物晶格中的同晶置换产生。例：蒙脱石族矿物例：蒙脱石族矿物 类质同像替代不仅发生在类质同像替代不仅发生在Si-O 四面体的四面体的Al3+和和Mn2+置换置换Si4+，还发生在，还发生在Al-O八面体的八面体的Mg2+和和Fe3+、Fe2+置换置换Al3+。因此蒙脱石族粘土矿物存在这四面体。因此蒙脱石族粘土矿物存在这四面体负电荷和八面体负电荷（永久电荷），如蒙脱石为八面体电负电荷和八面体负电荷（永久电荷），如蒙脱石为八面体电荷、贝得石和囊脱石为四面体电荷。荷、贝得石和囊脱石为四面体电荷。绿泥石：类质同像替换不仅发生在绿泥石：类质同像替换不仅发生在Si-O
36、 四面体层和四面体层和Al-O八面八面体层，还发生在水镁石层。永久电荷数一般比较多，其固定体层，还发生在水镁石层。永久电荷数一般比较多，其固定能力也较大。能力也较大。第35页/共60页（2）可变电荷：）可变电荷：由土壤固体表面上的羟基或土壤有机质的一由土壤固体表面上的羟基或土壤有机质的一些基团如些基团如 COOH、-C6H4OH、-NH2等失去或得到质子所导等失去或得到质子所导致。致。特点：随特点：随pH值的变化而变化，一般低值的变化而变化，一般低pH时为正电荷、高时为正电荷、高pH时为负电荷。时为负电荷。（3）净电荷：）净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和。一般大多数土壤的正电荷和负电荷的代
37、数和。一般大多数土壤带有净负电荷。土壤带有净负电荷。第36页/共60页1、特点、特点（1）同性离子交换）同性离子交换（2）等量交换）等量交换（3）可逆交换）可逆交换 Soil=Ca2+2Na+Na+-Soil-Na+Ca2+二、土壤的阳离子交换二、土壤的阳离子交换2、影响交换的因素、影响交换的因素（1）电荷数电荷数:离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。（2）离离子子半半径径及及水水化化程程度度：同同价价离离子子中中，离离子子半半径径越越大大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。土土壤壤中中一一些些常常见见阳
38、阳离离子子的的交交换换能能力力顺顺序序如如下下：Fe3+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+。（3）离子浓度）离子浓度第37页/共60页4、盐基饱和度、盐基饱和度（1）盐基离子）盐基离子 可可交交换换性性阳阳离离子子的的种种类类：一一类类是是致致酸酸离离子子，包包括括H+和和Al3+；一一类类是是盐盐基离子，包括基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。等。3、阳离子的交换量、阳离子的交换量 每每kg干土壤所含有的全部阳离子量。单位干土壤所含有的全部阳离子量。单位cmol(+)/kgDW（2）盐基饱和度盐基饱和度在土壤交换性阳离子中盐
39、基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度盐基饱和度盐基饱和度=交换性盐基总量交换性盐基总量/阳离子交换总量阳离子交换总量。（3）盐基饱和土壤和盐基不饱和土壤盐基饱和土壤和盐基不饱和土壤 当当土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附的的阳阳离离子子均均为为盐盐基基离离子子，且且已已达达到到吸吸附附饱饱和和时时的的土壤，称为盐基饱和土壤。土壤，称为盐基饱和土壤。当当土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附的的阳阳离离子子有有一一部部分分为为致致酸酸离离子子，则则这这种种土土壤壤为为盐盐基不饱和土壤。基不饱和土壤。第38页/共60页三、土壤的阴离子交换三、土壤的阴离子交
40、换土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。中阴离子的交换作用。作用类型：作用类型：（1）与阳离子反应生成难溶物）与阳离子反应生成难溶物与胶体微粒与胶体微粒(如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝)或溶液中阳离子或溶液中阳离子(Ca2+、Al3+、Fe3+)形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。如形成难溶性沉淀而被强烈地吸附。如PO43-、HPO42-与与Ca2+，Fe3+、Al3+可形成可形成CaHPO42H2O、Ca3(PO4)2、FePO4、AlPO4难溶难溶性沉淀。性
41、沉淀。（2）弱吸附或负吸附）弱吸附或负吸附由于由于Cl-、NO3-、NO2-等离子不能形成难溶盐，故它们不被或很少被土壤等离子不能形成难溶盐，故它们不被或很少被土壤吸附。各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：吸附。各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F-草酸根草酸根柠檬酸根柠檬酸根 PO43-AsO43-硅酸根硅酸根HCO3-CH3COO-SO42-Cl-NO3-。第39页/共60页第三节第三节土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤的酸度一、土壤的酸度二、土壤的碱度二、土壤的碱度三、我国土壤酸碱度三、我国土壤酸碱度四、土壤缓冲作用四、土壤缓冲作用第40页/共60页一土壤酸度一土壤酸度根据土壤中根据土壤
42、中H+离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类。离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类。活性酸度活性酸度潜性酸度潜性酸度第41页/共60页(1)活性酸度活性酸度概概念念：土土壤壤溶溶液液中中游游离离氢氢离离子子活活度度的的直直接接反反映映，又又称称为为有有效效酸酸度，通常用度，通常用pH表示。表示。来源：来源：（a）主主要要是是CO2溶溶于于水水形形成成的的碳碳酸酸和和有有机机物物质质分分解解产产生生的的有机酸有机酸，以及，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸土壤中矿物质氧化产生的无机酸 （b）还还有有施施用用的的无无机机肥肥料料中中残残留留的的无无机机酸酸，如如硝硝酸酸、硫硫酸酸和和磷磷酸酸等等。此此
43、外外，由由于于大大气气污污染染形形成成的的大大气气酸酸沉沉降降，也也会会使使土土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。第42页/共60页(2)(2)潜性酸度：潜性酸度：概概念念：由由吸吸附附性性（可可代代换换性性）H H+和和AlAl3+3+引引起起，必必须须通通过过离离子子交交换换才才能能显显示示酸酸性。性。只只有有盐盐基基不不饱饱和和土土壤壤才才有有潜潜性性酸酸度度，其其大大小小与与土土壤壤代代换换量量和和盐盐基基饱饱和和度度有有关。关。来源：来源：（a a）土壤上吸附性氢的解离）土壤上吸附性氢的解离 Soil -xH+Soil(x y
44、)H+y H+SoilSoil （b b）土壤上吸附性氢的交换）土壤上吸附性氢的交换 Soil -H+KCl Soil K+H+SoilSoil （c c）吸附性）吸附性AlAl3+3+的作用的作用 Soil Al3+3Na+Soil 3Na+Al3+Al3+3H2O Al(OH)3+3 H+SoilSoil第43页/共60页(3)(3)活性酸度和潜性酸度的关系活性酸度和潜性酸度的关系 soilsoilxHxH+yAlyAl3+3+(x+3y)K+(x+3y)K+soilsoil(x+3y)K(x+3y)K+xH+xH+yAl+yAl 3+3+（a a）活活性性酸酸度度与与潜潜性性酸酸度度是是
45、同同一一个个平平衡衡体体系系的的两两种种酸酸度度，两两者可以相互转化。者可以相互转化。（b b）潜潜性性酸酸度度则则是是活活性性酸酸度度的的贮贮备备，土土壤壤的的潜潜性性酸酸度度往往往往比比活活性性酸酸度度大大得得多多。二二者者的的比比例例，在在砂砂土土中中约约为为10001000；在在有有机机质质丰丰富的粘土中则可高达富的粘土中则可高达5105104 41101105 5。（c c）活性酸度是土壤酸度的根本起点，可以直接表现出。）活性酸度是土壤酸度的根本起点，可以直接表现出。第44页/共60页二土壤碱度二土壤碱度1 1、液相碱度指标、液相碱度指标（1 1）概概念念：土土壤壤溶溶液液中中存存在
46、在着着强强酸酸弱弱碱碱盐盐类类，其其中中最最多多的的弱弱酸酸根根是是碳碳酸酸根根和和碳碳酸酸氢氢根根，其其他他弱弱酸酸根根在在土土壤壤中中含含量量一一般般很很少少，因因此此通通常常把把碳碳酸酸根根和和碳碳酸氢根的含量作为土壤液相碱度指标。酸氢根的含量作为土壤液相碱度指标。（2 2）不同碳酸盐对土壤液相碱度指标的贡献）不同碳酸盐对土壤液相碱度指标的贡献 CaCOCaCO3 3和和MgCOMgCO3 3的的溶溶解解度度很很小小，在在正正常常的的COCO2 2分分压压下下，它它们们在在土土壤壤溶溶液液中中的的浓度很低，故浓度很低，故富含富含CaCOCaCO3 3和和MgCOMgCO3 3的石灰性土壤
47、呈弱碱性的石灰性土壤呈弱碱性(pH7.5(pH7.58 85)5)；NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3及及Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2等等都都是是水水溶溶性性盐盐类类，可可以以大大量量出出现现在在土土壤壤溶溶液液中中，使使土土壤壤溶溶液液中中的的总总碱碱度度很很高高，从从土土壤壤pHpH来来看看，含含NaNa2 2COCO3 3的的土土壤壤，其其pHpH值值一一般般较较高高，可可达达1010以以上上，含含NaHCONaHCO3 3及及Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2的的土土壤壤，其其pHpH值值常常在在7.57.58.58.5，碱性软弱，碱性软弱。第45页
48、/共60页2、固相碱度指标、固相碱度指标当当土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附的的Na+、K+、Mg2+(主主要要是是Na+)等等离离子子的的饱饱和和度度增增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：Soil-xNa+yH2O -(x y)Na+yNaOHSoilyH+结果在土壤溶液中产生结果在土壤溶液中产生NaOH，使土壤呈碱性。此时，使土壤呈碱性。此时Na+离子饱和度称为离子饱和度称为土壤碱化度或钠离子饱和度。土壤碱化度或钠离子饱和度。第46页/共60页三我国土壤的酸碱度三我国土壤的酸碱度1 1、土壤酸碱度的划分、土壤酸碱度的划分划分为划分为9
49、9等级。等级。4.59.59.5极强碱性。极强碱性。第47页/共60页2 2、我国土壤的酸碱度、我国土壤的酸碱度我国土壤我国土壤pHpH大多在大多在4.54.58.58.5范围内，由南向北范围内，由南向北pHpH值递增，长值递增，长江江(北纬北纬33)33)以南的土壤多为酸性和强酸性，长江以北的土以南的土壤多为酸性和强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。壤多为中性或碱性。（1 1）华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，）华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pHpH值大多在值大多在4.54.55.55.5之间；之间；（2 2）华中华东地区的红壤，）华中华东地区的红壤，pHpH值在值在5.55.56
50、.56.5之间；之间；（3 3）华北西北的土壤大多含）华北西北的土壤大多含CaCOCaCO3 3，pHpH值一般在值一般在7.5-8.57.5-8.5之之间，少数强碱性土壤的间，少数强碱性土壤的pHpH值高达值高达10.510.5。第48页/共60页四土壤缓冲作用四土壤缓冲作用1 1、土壤缓冲作用作用的原因、土壤缓冲作用作用的原因（1 1）多种弱酸及弱酸强碱盐的存在）多种弱酸及弱酸强碱盐的存在（2 2）AAAA、PrPr等两性物质的存在等两性物质的存在（3 3）土壤吸收性复合体的缓冲作用（盐基离子及非盐基离子）土壤吸收性复合体的缓冲作用（盐基离子及非盐基离子）第49页/共60页(I)土壤溶液的