土壤的結(jié)構(gòu)和組成

1、第四章 土壤環(huán)境化學(xué)1. 土壤的結(jié)構(gòu)和組成2. 土壤的性質(zhì)3. 土壤污染4. 化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化5. 重金屬在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化6. 氮磷肥料在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化7. 固體廢棄物對土壤環(huán)境的影響1. 土壤的結(jié)構(gòu)和組成1.1 1.1 土壤及其環(huán)境意義土壤及其環(huán)境意義1.2 1.2 土壤的粒級與質(zhì)地土壤的粒級與質(zhì)地1.3 1.3 土壤的組成土壤的組成巖石圈是構(gòu)成地球系統(tǒng)的基本圈層之一，巖石圈可分為下層堅硬巖石圈是構(gòu)成地球系統(tǒng)的基本圈層之一，巖石圈可分為下層堅硬的巖石和上層表生自然體。巖石圈的表生自然體包括風(fēng)化殼和土的巖石和上層表生自然體。巖石圈的表生自然體包括風(fēng)化殼和土壤，土壤是地球表面生

2、長植物的疏松層，以不完全連續(xù)狀態(tài)存在壤，土壤是地球表面生長植物的疏松層，以不完全連續(xù)狀態(tài)存在于陸地表面，有時也稱為土壤圈，與水圈、大氣圈和生物圈的關(guān)于陸地表面，有時也稱為土壤圈，與水圈、大氣圈和生物圈的關(guān)系密切，與人類生活休戚相關(guān)。在地球表面約系密切，與人類生活休戚相關(guān)。在地球表面約1.51.5億億kmkm2 2的陸地中，的陸地中，農(nóng)耕田、草地和林田分別占農(nóng)耕田、草地和林田分別占9 9、2121和和2727。這些陸地是土壤。這些陸地是土壤圈的主要組成部分。圈的主要組成部分。土壤的平均厚度土壤的平均厚度2m2m，是具有肥力的疏松層，經(jīng)由巖石、水等在，是具有肥力的疏松層，經(jīng)由巖石、水等在長期的氣候

3、因素下形成，包括母質(zhì)的形成和在母質(zhì)基礎(chǔ)上形成土長期的氣候因素下形成，包括母質(zhì)的形成和在母質(zhì)基礎(chǔ)上形成土壤兩個階段。壤兩個階段。 地層內(nèi)部的巖石經(jīng)受高溫、高壓作用，但化學(xué)上是相對穩(wěn)定的。一旦暴露在地表面，壓力降低，溫度有很大變動，且與豐富的水和空氣接觸，發(fā)生風(fēng)化作用，從而在新的條件下，達成了新的穩(wěn)定狀態(tài)。 相似地，生物體排泄物和死后殘骸中的各種有機組分也受到了類似作用。 這兩種過程的組合以及各種無機、有機產(chǎn)物長期的相互作用結(jié)果，造就了土壤系統(tǒng)。土壤是能使植物挺立生長的支持體，具有一定的肥力，能為植物土壤是能使植物挺立生長的支持體，具有一定的肥力，能為植物生長提供水、空氣和養(yǎng)分。因此土壤是植物生長

4、基體，也是莊稼生長提供水、空氣和養(yǎng)分。因此土壤是植物生長基體，也是莊稼和糧食的生產(chǎn)基地，從而成為動物、人類以及絕大多數(shù)微生物賴和糧食的生產(chǎn)基地，從而成為動物、人類以及絕大多數(shù)微生物賴以棲息、生活、繁衍的場所。以棲息、生活、繁衍的場所。土壤是地球表層中介入元素循環(huán)的一個重要圈層，由巖石風(fēng)化產(chǎn)土壤是地球表層中介入元素循環(huán)的一個重要圈層，由巖石風(fēng)化產(chǎn)生的所有物質(zhì)都有可能進入大氣和水系，又可能通過地球化學(xué)循生的所有物質(zhì)都有可能進入大氣和水系，又可能通過地球化學(xué)循環(huán)歸入土壤。碳、氮元素在大氣、海洋、土壤間以相當(dāng)快的速度環(huán)歸入土壤。碳、氮元素在大氣、海洋、土壤間以相當(dāng)快的速度循環(huán)（硫的循環(huán)速度略慢些）。一

5、般地說，這些元素及其化合物循環(huán)（硫的循環(huán)速度略慢些）。一般地說，這些元素及其化合物在土壤中的滯留時間相對較長，因為它們在土壤中受到諸如吸附、在土壤中的滯留時間相對較長，因為它們在土壤中受到諸如吸附、沉降、酸堿緩沖和植物攝取等多種作用。沉降、酸堿緩沖和植物攝取等多種作用。土壤是大氣和地下水的緩沖地區(qū)。土壤粒隙中儲存的大量降水不土壤是大氣和地下水的緩沖地區(qū)。土壤粒隙中儲存的大量降水不會過快蒸發(fā)，它們或通過徑流徐徐流向河流、湖泊，或滲入地下會過快蒸發(fā)，它們或通過徑流徐徐流向河流、湖泊，或滲入地下水體保存。水流中的雜質(zhì)經(jīng)土壤過濾、吸附及微生物降解等作用，水體保存。水流中的雜質(zhì)經(jīng)土壤過濾、吸附及微生物降

6、解等作用，可得到較純凈的水。可得到較純凈的水。由于土壤蓄水量大，可防止洪水發(fā)生。土壤植物又可防止風(fēng)雨侵由于土壤蓄水量大，可防止洪水發(fā)生。土壤植物又可防止風(fēng)雨侵蝕、水土流失或土壤沙漠化趨向，并兼有防風(fēng)、消音等作用。蝕、水土流失或土壤沙漠化趨向，并兼有防風(fēng)、消音等作用。土壤對外來污染物有一定的自凈能力，因為土壤具有極大比表面土壤對外來污染物有一定的自凈能力，因為土壤具有極大比表面和催化活性，兼以土壤中所含水、空氣、微生物等都能使污染物和催化活性，兼以土壤中所含水、空氣、微生物等都能使污染物降解，從而將這些污染物的降解產(chǎn)物納入天然循環(huán)軌道。降解，從而將這些污染物的降解產(chǎn)物納入天然循環(huán)軌道。處于自然環(huán)

7、境之中又受種種環(huán)境因素作用的土壤還有其退化的過處于自然環(huán)境之中又受種種環(huán)境因素作用的土壤還有其退化的過程，其中主要的過程如下：程，其中主要的過程如下： 由于風(fēng)和水的侵蝕作用，引起土壤流失； 由于受納酸雨或過多使用氨氮肥料，引起土壤酸化； 由于灌溉水中含過多鹽分或深度風(fēng)化作用，引起土壤鹽堿化； 由于干旱，引起土壤板結(jié)、龜裂、結(jié)構(gòu)單元破壞甚至沙漠化； 由于水澇，引起營養(yǎng)物浸出和流失； 由于污染，引起土壤中有毒物質(zhì)累積，繼而通過食物鏈輾轉(zhuǎn)進入生物或人體。土壤的組成不均勻，形態(tài)結(jié)構(gòu)也不均勻，由一系列不同性質(zhì)和土壤的組成不均勻，形態(tài)結(jié)構(gòu)也不均勻，由一系列不同性質(zhì)和質(zhì)地的層次構(gòu)成，故各類土壤都有一定的剖面

8、構(gòu)型。土體構(gòu)型質(zhì)地的層次構(gòu)成，故各類土壤都有一定的剖面構(gòu)型。土體構(gòu)型也是土壤分類的重要依據(jù)。土體內(nèi)物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化過程，固也是土壤分類的重要依據(jù)。土體內(nèi)物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化過程，固然發(fā)生于土壤各組成成分之間，但宏觀地看來，也發(fā)生于各土然發(fā)生于土壤各組成成分之間，但宏觀地看來，也發(fā)生于各土層之間。層之間。OA0HAAEBCR國際代號土層名稱凋落物層泥炭層腐殖質(zhì)層淋溶層淀積層母質(zhì)層母巖層真正土壤有機質(zhì)層腐殖質(zhì)粘粒1.2.1 1.2.1 土壤的粒級土壤的粒級土壤礦物質(zhì)是以大小不同的顆粒狀態(tài)存在的。不同粒徑的土壤礦土壤礦物質(zhì)是以大小不同的顆粒狀態(tài)存在的。不同粒徑的土壤礦物質(zhì)顆粒（土粒），其性質(zhì)和成分都不一

9、樣。為了研究方便，按物質(zhì)顆粒（土粒），其性質(zhì)和成分都不一樣。為了研究方便，按粒徑的大小將土粒分為若干組，稱為粒組或粒級，同組土粒的成粒徑的大小將土粒分為若干組，稱為粒組或粒級，同組土粒的成分和性質(zhì)基本一致，組間則有明顯差異。分和性質(zhì)基本一致，組間則有明顯差異。由于各種礦物質(zhì)抵抗風(fēng)化的能力不同，它們經(jīng)受風(fēng)化后，在各粒級中由于各種礦物質(zhì)抵抗風(fēng)化的能力不同，它們經(jīng)受風(fēng)化后，在各粒級中分布的多少也不相同。礦物的粒級不同，其化學(xué)成分也有較大的差異。分布的多少也不相同。礦物的粒級不同，其化學(xué)成分也有較大的差異。在較細顆粒中，在較細顆粒中，CaCa、MgMg、P P、K K等元素的含量較大。一般而言，土粒越

10、等元素的含量較大。一般而言，土粒越細，所含養(yǎng)分越多，反之則越少。細，所含養(yǎng)分越多，反之則越少。1.2.2 1.2.2 土壤的質(zhì)地土壤的質(zhì)地由不同的粒級混合在一起所表現(xiàn)出來的土壤粗細狀況稱為土壤質(zhì)地（或土由不同的粒級混合在一起所表現(xiàn)出來的土壤粗細狀況稱為土壤質(zhì)地（或土壤機械組成）。土壤質(zhì)地分類是以土壤中各粒級含量的相對百分比作標(biāo)準(zhǔn)壤機械組成）。土壤質(zhì)地分類是以土壤中各粒級含量的相對百分比作標(biāo)準(zhǔn)的。的。土壤質(zhì)地在一定程度上反映了土壤礦物組成和化學(xué)組成，同時土壤顆粒大小土壤質(zhì)地在一定程度上反映了土壤礦物組成和化學(xué)組成，同時土壤顆粒大小和土壤的物理性質(zhì)密切相關(guān)，并且影響土壤孔隙狀況。因此對土壤水分、空

11、和土壤的物理性質(zhì)密切相關(guān)，并且影響土壤孔隙狀況。因此對土壤水分、空氣、熱量的運動和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化均有很大的影響。質(zhì)地不同的土壤表現(xiàn)出不同的氣、熱量的運動和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化均有很大的影響。質(zhì)地不同的土壤表現(xiàn)出不同的性狀，壤土兼有砂土和粘土的優(yōu)點而克服了二者的缺點，是質(zhì)地理想的土壤。性狀，壤土兼有砂土和粘土的優(yōu)點而克服了二者的缺點，是質(zhì)地理想的土壤。土壤是由固、液、氣三相物質(zhì)組成的疏松多孔體。固相物質(zhì)包括礦物質(zhì)、土壤是由固、液、氣三相物質(zhì)組成的疏松多孔體。固相物質(zhì)包括礦物質(zhì)、有機質(zhì)和土壤生物。在固相物質(zhì)之間，為形狀和大小不同的孔隙，孔隙有機質(zhì)和土壤生物。在固相物質(zhì)之間，為形狀和大小不同的孔隙，孔隙中存在水分和空

12、氣。土壤三相物質(zhì)的比率因土壤種類而異，并且經(jīng)常變中存在水分和空氣。土壤三相物質(zhì)的比率因土壤種類而異，并且經(jīng)常變化。土壤中所含多量化學(xué)元素的豐度順序如下：化。土壤中所含多量化學(xué)元素的豐度順序如下：O OSiSiAlAlFeFeC CCaCaK KNaNaMgMgTiTiN NS S，這個次序與地殼組成大體一致，所不同的是由，這個次序與地殼組成大體一致，所不同的是由于土壤中集結(jié)了大量生物體，因此于土壤中集結(jié)了大量生物體，因此C C、N N、S S的含量相對較高。從環(huán)境污染的含量相對較高。從環(huán)境污染角度來看，土壤還是藏污納垢之處，含有各種生物的殘體、排泄物、腐角度來看，土壤還是藏污納垢之處，含有各種

13、生物的殘體、排泄物、腐爛物；還含有來自大氣、水體及固體廢物中的各種污染物以及農(nóng)藥、肥爛物；還含有來自大氣、水體及固體廢物中的各種污染物以及農(nóng)藥、肥料殘留物等。料殘留物等。1.3.1 1.3.1 粗無機粒子粗無機粒子 單個土粒直徑單個土粒直徑200nm200nm，平均密度，平均密度2.7g/cm2.7g/cm3 3，可篩，可篩分為沙、粉、石，源于原生礦物質(zhì)（在地殼中最先存在的、經(jīng)風(fēng)化作用分為沙、粉、石，源于原生礦物質(zhì)（在地殼中最先存在的、經(jīng)風(fēng)化作用后仍無變化地遺留在土壤中的一類礦物）。構(gòu)成土壤骨架，提供營養(yǎng)元后仍無變化地遺留在土壤中的一類礦物）。構(gòu)成土壤骨架，提供營養(yǎng)元素。素。（a a）硅酸鹽類

14、礦物）硅酸鹽類礦物 易風(fēng)化成鹽，釋放易風(fēng)化成鹽，釋放K K、CaCa、NaNa、MgMg（b b）氧化物類（石英、赤鐵礦）氧化物類（石英、赤鐵礦） 性質(zhì)穩(wěn)定性質(zhì)穩(wěn)定（c c）硫化物類）硫化物類 土壤中只含土壤中只含F(xiàn)eSFeS2 2化合物（黃鐵礦、白鐵礦）化合物（黃鐵礦、白鐵礦）（d d）磷酸鹽類）磷酸鹽類 CaCa5 5(PO(PO4 4) )3 3F F等，提供無機等，提供無機P P1.3.2 1.3.2 膠狀無機粒子膠狀無機粒子 單個土粒直徑單個土粒直徑200nmOO2 2NN2 2（b b）無機鹽離子）無機鹽離子 陽離子：陽離子：CaCa2+2+、MgMg2+2+、NaNa+ +、K

15、K+ +、NHNH4 4+ +、H H+ +；FeFe3+3+、FeFe2+2+、AlAl3+3+陰離子：陰離子：HCOHCO3 3- -、COCO3 32-2-、NONO2 2- -、NONO3 3- -、HPOHPO4 42-2-、H H2 2POPO4 4- -、POPO4 43-3-、ClCl- -、SOSO4 42-2-（c c）無機膠體）無機膠體 FeFe、AlAl金屬水合氧化物金屬水合氧化物（d d）可溶性有機物）可溶性有機物 腐殖酸、有機酸、可溶性糖類、蛋白質(zhì)及其衍生物腐殖酸、有機酸、可溶性糖類、蛋白質(zhì)及其衍生物等等（e e）配合物類）配合物類 如鐵和鋁的有機配合物等如鐵和鋁的

16、有機配合物等1.3.6 1.3.6 土壤空氣土壤空氣土壤空氣也是土壤的重要組分之一。它對土壤微生物活動，營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)土壤空氣也是土壤的重要組分之一。它對土壤微生物活動，營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及植物的生長發(fā)育都有重大的作用。因此，土壤空氣的狀況是決定土化以及植物的生長發(fā)育都有重大的作用。因此，土壤空氣的狀況是決定土壤肥力的重要因素之一。壤肥力的重要因素之一。土壤是多孔體系，土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙中。這些氣體土壤是多孔體系，土壤空氣存在于未被水分占據(jù)的土壤空隙中。這些氣體主要來源于大氣，其次是產(chǎn)生于土壤內(nèi)發(fā)生的化學(xué)和生物化學(xué)過程。主要來源于大氣，其次是產(chǎn)生于土壤內(nèi)發(fā)生的化學(xué)和生物化學(xué)過程。

17、土壤空氣的數(shù)量，通常以單位土體容積中空氣所占容積百分數(shù)來表示，稱土壤空氣的數(shù)量，通常以單位土體容積中空氣所占容積百分數(shù)來表示，稱為土壤含氣量。凡影響土壤孔性和含水量的因素，也都影響土壤的空氣含為土壤含氣量。凡影響土壤孔性和含水量的因素，也都影響土壤的空氣含量。量?？傮w來看，土壤空氣組成和大氣的組成大同小異。土壤空氣有異于大氣之總體來看，土壤空氣組成和大氣的組成大同小異。土壤空氣有異于大氣之處是；處是；土壤空氣是不連續(xù)的，存在于土?？障吨g；土壤空氣是不連續(xù)的，存在于土粒空隙之間；有更高的濕度；有更高的濕度；由于有機物腐爛，使土壤空氣中由于有機物腐爛，使土壤空氣中O O2 2含量較少，而含量較少，而COCO2 2濃度顯著增加（比大濃度顯著增加（比大氣中氣中COCO2 2濃度大濃度大8 8300300倍），但二者之和約為總量的倍），但二者之