土壤化學的與展望

1、中國土壤化學的研究與展望中國土壤化學的研究與展望主要內容主要內容1. 壤膠體化學的研究壤膠體化學的研究2. 土壤界面化學的研究土壤界面化學的研究3. 壤有機質化學的研究壤有機質化學的研究4. 壤養(yǎng)分化學的研究壤養(yǎng)分化學的研究5. 壤污染化學的研究壤污染化學的研究6. 展望展望1. 壤膠體化學的研究壤膠體化學的研究 研究歷史回顧研究歷史回顧 20世紀60年代，我國土壤膠體化學的奠基人熊毅在國內開拓了“土壤有機無機復合體”的研究領域，先后撰寫了7篇文章,對“土壤有機無機復合”作了系統(tǒng)闡述與介紹。 80年代初至90年代，隨著相關土壤膠體理論與研究方法著作，如熊毅等編著的土壤膠體第一、二、三冊等的相繼

2、出版，極大地推動了我國土壤膠體化學研究，并逐漸形成了相關的研究體系和特色。新近研究側重點及前沿新近研究側重點及前沿土壤膠體包括黏土礦物和有機礦質復合體，是土壤中所有化學過程和化學反應的物質基礎，深刻影響著土壤中的礦物形成演化、土壤結構穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分有效性、土壤污染物的毒性以及污染土壤的修復等一系列物理、化學及生物學過程，一直是我國土壤化學的研究核心。 劉凡等應用XRD、XPS、TEMHRTEMED、FTIR等現(xiàn)代測試技 術和溶液化學方法較系統(tǒng)研究了不同氣候帶幾種土壤中鐵錳結核的帶構造、物質組成與土壤環(huán)境的關系，表面化學特性。 在有機無機復合體方面，應用膠散法、顆粒分組法、重液分離法及其聯(lián)合法

3、，對復合體的類型、數(shù)量、形成條件及其與土壤發(fā)生和肥力有關的內容進行了系列研究。 在土壤膠體組分與生物活性分子相互作用方面因此，新近研究主要圍繞土壤膠體組分與酶、DNA及蛋白質等生物活性分子相互作用的特點、機制及其對生物分子活性影響的原因等角度展開。，旨在為闡明土壤組分相互作用的規(guī)律、揭示土壤質量的本質以及合理調節(jié)土壤生物活性等提供科學依據(jù)。2. 土壤界面化學的研究土壤界面化學的研究研究歷史回顧研究歷史回顧我國土壤界面化學的研究最早可追溯到對土壤表面電荷(土壤一切界面化學性質的根本原因)性質的電化學研究；經(jīng)過幾十年的發(fā)展，這種認知不斷被實踐所證實，特別是近年來，對電荷發(fā)生理論、電荷數(shù)量測定方法等

4、的研究證實了多數(shù)土壤是永久電荷和可變電荷的共存體系，因而對硅氧烷表面的恒電荷概念提出了質疑，并由此推動了可變電荷土壤特性的研究發(fā)展。新近研究側重點及前沿新近研究側重點及前沿主要是電化學電化學和表面化學表面化學方面在電化學電化學方面，圍繞土壤表面電荷與離子之間的相互作用，研究內容主要涉及電化學理論和區(qū)域性的土壤電化學性質兩方面，成果突出表現(xiàn)在對可變電荷土壤的微觀研究進展上； 在表面化學表面化學方面，導致土壤酸害的關鍵原因是鋁毒害，我國土壤化學工作者以酸性紅壤為對象對我國土壤酸化問題開展了廣泛的研究，其內容涉及土壤酸化機制、土壤酸度的原位測定、土壤酸化的模擬和預測、土壤對酸的敏感性及臨界負荷、土壤

5、酸化控制和酸性土壤改良等多方面，研究成果區(qū)分了酸性紅壤中鋁離子的化學形態(tài)，闡明了其中氫-鋁轉化的動力學及其機制3. 土壤有機質化學的研究土壤有機質化學的研究1. 研究歷史回顧研究歷史回顧土壤有機質化學較為系統(tǒng)的研究始于20世紀50年代中后期至80年代。期間，對土壤有機質中土壤有機質中胡敏酸胡敏酸(HA)(HA)、富里酸、富里酸(FA)(FA)的物理及化學結構特性的系統(tǒng)研究奠定了我國土壤有機質化學的基礎。90年代以來，應用IR、NMR、Py-MS、IRMS、XPS和813C14C、微生物量和模型技術等對腐殖質結構及形態(tài)轉化的研究、以及結合長期定位試驗對土壤培肥后有機質變化規(guī)律的探討成為主流。新近

6、研究側重點及前沿新近研究側重點及前沿 土壤有機質化學是闡明土壤膠體本性以及在土壤固一液相界面上發(fā)生的各種過程的基礎，是了解土壤中重金屬和農(nóng)藥等有機污染物累積與轉化規(guī)律的前提。對腐殖質結構的研究是土壤化學研究的傳統(tǒng)課題，內容涉及分子量、元素組成和含氧官能團含量、各組分的活化度測定及大小對比、化學降解作用及產(chǎn)物分析、光學和光譜學性質、熱分解特性等多方面。 在腐殖質形態(tài)轉化腐殖質形態(tài)轉化方面，借助同位素方法的不斷發(fā)展從14C和13C標記，到利用813C研究和模擬計算土壤中有機碳的轉化和積累，發(fā)展了一系列的計算模型，揭示了腐殖質中FA與HA存在的發(fā)生學聯(lián)系及相互轉化特點。 在土壤有機質含量及碳庫土壤有

7、機質含量及碳庫方面，由于土壤、估算方法、數(shù)據(jù)收集及處理的差異，導致對我國土壤碳庫的估算結果仍未達成一致。溶解性有機質溶解性有機質(DOM)、微生物量碳及輕組有機碳等活性有機質的生物活性和化學反應活性均相對活躍，其對有機污染物有明顯的增溶作用，可以改變土壤溶液中有機污染物的濃度，影響有機污染物在土壤固液界面的吸附一解吸、環(huán)境介質間的遷移一轉化等行為。，因此成為近年來的新增研究熱點之一，進展顯著。4. 壤養(yǎng)分化學的研究壤養(yǎng)分化學的研究1.研究歷史回顧研究歷史回顧我國土壤養(yǎng)分化學的研究密切結合了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要，具有鮮明的農(nóng)業(yè)大國的特色。近一個多世紀來，我國土壤工作者圍繞土壤養(yǎng)分的數(shù)量、形態(tài)，

8、以及土壤養(yǎng)分的轉換、運移、相互作用等問題展開了一系列的基礎和應用研究，并獲得豐碩成果，極大程度促進了土壤養(yǎng)分資源的活化與高效利用。新近研究側重點及前沿新近研究側重點及前沿 土壤養(yǎng)分化學主要關注土壤養(yǎng)分的有效性及其影響，多以長期定位試驗為研究手段，新近研究成果突出，集中表現(xiàn)在氮、磷養(yǎng)分在土壤中的固定、移動、有效性及其影響。在土壤氮素養(yǎng)分方面，由于糧食生產(chǎn)和環(huán)境問題的雙重挑戰(zhàn)，土壤氮的化學行為和循環(huán)成為近年來研究的熱點，。已有研究表明了我國典型農(nóng)田土壤氮素轉化、損失途徑與主要機制，通過加強田間定位觀測，獲得了土壤氣態(tài)氮的損失數(shù)量，提出了一些減少土壤氮素損失和提高氮肥利用率的技術途徑等。在土壤磷素磷

9、素養(yǎng)分方面，主要從磷的來源、在土壤中的存在形態(tài)和固定特性、影響因素等方面開展，以磷素在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉化循環(huán)為對象，著重于土壤磷的化學、物理化學及生物化學轉化等化學行為的研究，明確了磷的轉化與生物有效性及其環(huán)境效應(面源污染)之間的關系。 在土壤鉀素鉀素養(yǎng)分方面，土壤鉀素釋放速率則是研究的側重點。研究發(fā)現(xiàn)我國北方主要土壤非交換性鉀的釋放速率可以用作土壤供鉀能力的評價指標。其他研究從黏土礦物類型人手，闡明了土壤鉀的存在形態(tài)和黏粒礦物表面行為是影響土壤鉀素轉化的根本原因5. 壤污染化學的研究壤污染化學的研究研究歷史回顧研究歷史回顧 20世紀末21世紀初，環(huán)境問題El漸突出，引起眾多研究者對土

10、壤污染化學的廣泛關注；研究對象主要涉及Hg、Cu、Cr、Cd、Ni、As等有毒重金屬以及多環(huán)芳烴類(菲、萘蒽、苯并芘等)、有機氯類與農(nóng)藥(五氯酚、鄰苯二甲酸二丁酯等)、雜環(huán)化合物(多效唑、西瑪津等)、離子型有機化合物(直鏈烷基苯磺酸鈉等)等有機污染物；研究手段大多與污染修復過程相結合。新近研究側重點及前沿新近研究側重點及前沿土壤污染化學是新時期體現(xiàn)土壤學與環(huán)境科學等學科交叉和融合的重要研究內容之一。重金屬離子和農(nóng)用化學品等有機污染物進入土壤后的形態(tài)變化及其環(huán)境效應乃當今土壤污染化學的研究熱點，除了可為土壤環(huán)境容量的確定提供臨界性指標外，還可為闡述生態(tài)系統(tǒng)的“黑箱”理論提供重要依據(jù)。在土壤重金屬

11、污染化土壤重金屬污染化學方面；重金屬在土壤中環(huán)境行為及其影響因素、以及利用土壤化學原理調控重金屬活性及對污染土壤修復等諸多方面，做了大量工作，取得了較大進展。其中，重金屬與土壤有機質特別是與DOM的相互關系及其對重金屬遷移、生物活性和毒性的研究。 并研究了不同土壤類型、不同性質DOM對重金屬cu、Pb、zn、cd的影響機制；相關研究發(fā)現(xiàn)，重金屬離子(Pb、Cu、Zn、Co、Ni和Cd)在土壤鐵錳結核中的固持60100來源于錳氧化物的吸附貢獻。 在土壤有機污染化學有機污染化學方面，外源有機污染物在土壤中與腐殖質的結合關系、殘留及其釋放是研究重點內容之一。采用同位素示蹤技術，結合NMR、FTIR、

12、ESR等分析方法。結合機理方面，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)農(nóng)藥與腐殖質的結合涉及離子交換、氫鍵、電荷轉移、共價鍵、范德華力、配體交換、疏水吸附和分配等作用。值得一提，污染環(huán)境生物修復的發(fā)展也給土壤污染化學研究注入了新活力。根圈土壤由于根系分泌物的影響，理化及生物學性質發(fā)生改變。陶澍等以根圈土壤Cu的存在形態(tài)為對象進行了相關研究，結果表明，根系分泌物的存在誘導了水溶性有機碳、氧化還原勢及微生物活性等根際土壤理化及生物學形狀的變化。6. 展望展望1.1.總體研究現(xiàn)狀評述總體研究現(xiàn)狀評述老一輩科學家的開創(chuàng)性工作為我國土壤化學的發(fā)展奠定了扎實的基礎。建國以來，特別是改革開放以來，使我國土壤化學從過去基礎薄弱逐漸發(fā)展成現(xiàn)在為一個具有較高水平的研究網(wǎng)。 其次，在我國土壤化學界，特別是近年來大量研究工作傾向從應用方面開展，大多與環(huán)境污染聯(lián)系，基礎理論研究的關注和投入偏少，課題分散且缺乏連續(xù)性，不能形成體系。立足于現(xiàn)代土壤學、環(huán)境科學、生態(tài)學、生物地球