土壤化學(xué)的與展望

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中國(guó)土壤化學(xué)的研究與展望PPT

中國(guó)土壤化學(xué)的研究與展望

中國(guó)土壤化學(xué)的研究與展望PPT

主要內(nèi)容1.2.3.4.5.6.壤膠體化學(xué)的研究土壤界面化學(xué)的研究壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)的研究壤養(yǎng)分化學(xué)的研究壤污染化學(xué)的研究展望

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1.壤膠體化學(xué)的研究研究歷史回想20世紀(jì)60年代，我國(guó)土壤膠體化學(xué)的奠基人熊毅在國(guó)內(nèi)開(kāi)拓了“土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體〞的研究領(lǐng)域，先后撰寫了7篇文章,對(duì)“土壤有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合〞作了系統(tǒng)闡述與介紹。80年代初至90年代，隨著相關(guān)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(cè)等的相繼出版，極大地推動(dòng)了我國(guó)土壤膠體化學(xué)研究，并逐漸形成了相關(guān)的研究體系和特色。

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新近研究側(cè)重點(diǎn)及前沿土壤膠體包括黏土礦物和有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體，是土壤中所有化學(xué)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，深刻影響著土壤中的礦物形成演化、土壤結(jié)構(gòu)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(fù)等一系列物理、化學(xué)及生物學(xué)過(guò)程，一直是我國(guó)土壤化學(xué)的研究核心。

劉凡等應(yīng)用XRD、XPS、TEM/HRTEM/ED、FTIR等現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和溶液化學(xué)方法較系統(tǒng)研究了不同氣候帶幾種土壤中鐵錳結(jié)核的帶構(gòu)造、物質(zhì)組成與土壤環(huán)境的關(guān)系，表面化學(xué)特性。

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在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體方面，應(yīng)用膠散法、顆粒分組法、重液分開(kāi)法及其聯(lián)合法，對(duì)復(fù)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(guān)的內(nèi)容進(jìn)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(zhì)等生物活性分子相互作用的特點(diǎn)、機(jī)制及其對(duì)生物分子活性

影響的原因等角度展開(kāi)。,旨在為說(shuō)明土壤組分相互作用的規(guī)律、透露土壤質(zhì)量的本質(zhì)以及合理調(diào)理土壤生物活性等提供科學(xué)依據(jù)。

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2.土壤界面化學(xué)的研究研究歷史回想我國(guó)土壤界面化學(xué)的研究最早可追溯到對(duì)土壤表面電荷(土壤一切界面化學(xué)性質(zhì)的根本原因)性質(zhì)的電化學(xué)研究；經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，這種認(rèn)知不斷被實(shí)踐所證明，特別是近年來(lái)，對(duì)電荷發(fā)生理論、電荷數(shù)量測(cè)定方法等的研究證明白多數(shù)土壤是永久電荷和可變電荷的共存體系，因而對(duì)硅氧烷表面的恒電荷概念提出了質(zhì)疑，并由此推動(dòng)了可變電荷土壤特性的研究發(fā)展。

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新近研究側(cè)重點(diǎn)及前沿主要是電化學(xué)和表面化學(xué)方面

在電化學(xué)方面，圍繞土壤表面電荷與離子之間的相互作用，研究?jī)?nèi)容主要涉及電化學(xué)理論和區(qū)域性的土壤電化學(xué)性質(zhì)兩方面，成果突出表現(xiàn)在對(duì)可變電荷土壤的微觀研究進(jìn)展上；在表面化學(xué)方面，導(dǎo)致土壤酸害的關(guān)鍵原因是鋁毒害，我國(guó)土壤化學(xué)工以酸性紅壤為對(duì)象對(duì)我國(guó)土壤酸化問(wèn)題開(kāi)展

了廣泛的研究，其內(nèi)容涉及土壤酸化機(jī)制、土壤酸度的原位測(cè)定、土壤酸化的模擬和預(yù)計(jì)、土壤對(duì)酸的敏感性及臨界負(fù)荷、土壤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(xué)形態(tài)，說(shuō)明了其中氫-鋁轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)及其機(jī)制

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3.土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)的研究1.研究歷史回想土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)較為系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)50年代中后期至80年代。期間，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)中胡敏酸(HA)、富里酸(FA)的物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)特性的系統(tǒng)研究奠定了我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)的基礎(chǔ)。90年代以來(lái)，應(yīng)用IR、NMR、Py-MS、IRMS、1314XPS和8C.C、微生物量和模型技術(shù)等對(duì)腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)及形態(tài)轉(zhuǎn)化的研究、以及結(jié)合長(zhǎng)期定位試驗(yàn)對(duì)土壤培肥后有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律的探討成為主流。

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新近研究側(cè)重點(diǎn)及前沿土壤有機(jī)質(zhì)化學(xué)是說(shuō)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(guò)程的基礎(chǔ)，是了解土壤中重

金屬和農(nóng)藥等有機(jī)污染物累積與轉(zhuǎn)化規(guī)律的前提。對(duì)腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究是土壤化學(xué)研究的傳統(tǒng)課題，內(nèi)容涉及分子量、元素組成和含氧官能團(tuán)含量、各組分的活化度測(cè)定及大小對(duì)比、化學(xué)降解作用及產(chǎn)物分析、光學(xué)和光譜學(xué)性質(zhì)、熱分解特性等多方面。

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在腐殖質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化方面，借助同位素方法的不斷發(fā)展

從14C和13C標(biāo)記，到利用813C研究和模擬計(jì)算土壤中有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化和積累，發(fā)展了一系列的計(jì)算模型，透露了腐殖質(zhì)中FA與HA存在的發(fā)生學(xué)聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)化特點(diǎn)。在土壤有機(jī)質(zhì)含量及碳庫(kù)方面，由于土壤、估算方法、數(shù)據(jù)收集及處理的差異，導(dǎo)致對(duì)我國(guó)土壤碳庫(kù)的估算結(jié)果仍未達(dá)成一致。

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溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)、微生物量碳及輕組有機(jī)碳等活性有機(jī)質(zhì)的生物活性和化學(xué)反應(yīng)活性均相對(duì)活躍，其對(duì)有機(jī)污染物有明顯的增溶作用，可以改變土壤溶液中有機(jī)污染物的濃度，影響有機(jī)污染

物在土壤固/液界面的吸附一解吸、環(huán)境介質(zhì)間的遷移一轉(zhuǎn)化等行為。,因此成為近年來(lái)的新增

研究熱點(diǎn)之一，進(jìn)展顯著。

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4.壤養(yǎng)分化學(xué)的研究1.研究歷史回想我國(guó)土壤養(yǎng)分化學(xué)的研究密切結(jié)合了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的

需要，具有顯明的農(nóng)業(yè)大國(guó)的特色。近一個(gè)多世紀(jì)來(lái)，我國(guó)土壤工圍繞土壤養(yǎng)分的數(shù)量、形態(tài)，以及土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換、運(yùn)移、相互作用等問(wèn)題展開(kāi)了一系列的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，并獲得豐碩成果，極大程度促進(jìn)了土壤養(yǎng)分資源的活化與高效利用。

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新近研究側(cè)重點(diǎn)及前沿土壤養(yǎng)分化學(xué)主要關(guān)注土壤養(yǎng)分的有效性及其影響，多以長(zhǎng)期定位試驗(yàn)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(dòng)、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(wèn)題的雙重挑戰(zhàn)，土壤氮的化學(xué)行為和循環(huán)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，。已有研究說(shuō)明白我國(guó)典型農(nóng)田土壤氮素轉(zhuǎn)化、損失途徑與主要機(jī)制，通過(guò)加強(qiáng)田間定位觀測(cè)，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?fù)p失和提高氮肥利用率的技術(shù)途徑等。

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在土壤磷素養(yǎng)分方面，主要從磷的來(lái)源、在土壤中的存在形態(tài)和固定特性、影響因素等方面開(kāi)展，以磷素在陸地生

態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化循環(huán)為對(duì)象，著重于土壤磷的化學(xué)、物理化學(xué)及生物化學(xué)轉(zhuǎn)化等化學(xué)行為的研究，明確了磷的轉(zhuǎn)化與生物有效性及其環(huán)境效應(yīng)(面源污染)之間的關(guān)系。在土壤鉀素養(yǎng)分方面，土壤鉀素釋放速率則是研究的側(cè)重點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)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(píng)價(jià)指標(biāo)。其他研究從黏土礦物類型人手，說(shuō)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(zhuǎn)化的根本原因

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5.壤污染化學(xué)的研究研究歷史回想20世紀(jì)末21世紀(jì)初，環(huán)境問(wèn)題El漸突出，引起眾多

研究者對(duì)土壤污染化學(xué)的廣泛關(guān)注；研究對(duì)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(jī)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(jī)化合物(直鏈烷基苯磺

酸鈉等)等有機(jī)污染物；研究手段大多與污染修復(fù)過(guò)程相結(jié)合。

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新近研究側(cè)重點(diǎn)及前沿

土壤污染化學(xué)是新時(shí)期表達(dá)土壤學(xué)與環(huán)境科學(xué)等學(xué)科交織和融合的重要研究?jī)?nèi)容之一。重金屬離子和農(nóng)用化學(xué)品等有機(jī)污染物進(jìn)入土壤后的形態(tài)變化及其環(huán)境效應(yīng)乃當(dāng)今土壤污染化學(xué)的研究熱點(diǎn)，除了可為土壤環(huán)境容量的確定提供臨界性指標(biāo)外，還可為闡述生態(tài)系統(tǒng)的“黑箱〞理論提供重要依據(jù)。

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在土壤重金屬污染化學(xué)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(xué)原理調(diào)控重金屬活性及對(duì)污染土壤修復(fù)等諸多方面，做了大量工作，取得了較大進(jìn)

展。其中，重金屬與土壤有機(jī)質(zhì)特別是與DOM的相互關(guān)系及其對(duì)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(zhì)DOM對(duì)重金屬cu、Pb、zn、cd的影響機(jī)制；相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，重金屬離子(Pb、Cu、Zn、Co、Ni和Cd)在土壤鐵錳結(jié)核中的固持60%~100%來(lái)源于錳氧化物的吸附貢獻(xiàn)。

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在土壤有機(jī)污染化學(xué)方面，外源有機(jī)污染物在土壤中與腐殖質(zhì)的結(jié)合關(guān)系、殘留及其釋放是研究重點(diǎn)內(nèi)容之一。采用同位素示蹤技術(shù)，結(jié)合NMR、FTIR、ESR等分析方法。結(jié)合機(jī)理方面，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)農(nóng)藥與腐殖質(zhì)的結(jié)合涉及離子交換

、氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移、共價(jià)鍵、范德華力、配體交換、疏水吸附和分派等作用。

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值得一提，污染環(huán)境生物修復(fù)的發(fā)展也給土壤污染化學(xué)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(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。陶澍等以根圈土壤Cu的存在形態(tài)為對(duì)象進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果說(shuō)明，根系分泌物的存在誘導(dǎo)了水溶性有機(jī)碳、氧化還原勢(shì)及微生物活性等根際土壤理化及生物學(xué)形狀的變化。

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6.展望1.總體研究現(xiàn)狀評(píng)述老一輩科學(xué)家的開(kāi)創(chuàng)性工作為我國(guó)土壤化學(xué)的發(fā)展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。建國(guó)以來(lái)，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，使我國(guó)土壤化學(xué)從過(guò)去基礎(chǔ)薄弱逐漸發(fā)展成現(xiàn)在為一個(gè)具有較高水平的研究網(wǎng)。其次，在我國(guó)土壤化學(xué)界，特別是近年來(lái)大量研究工作傾向從應(yīng)用方面開(kāi)展，大多與環(huán)境污染聯(lián)系，基礎(chǔ)理論研究的關(guān)注和投入偏少，課題分散且缺乏連續(xù)性，不能形成體系。

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2.未來(lái)研究的重點(diǎn)發(fā)展方向預(yù)計(jì)立足于現(xiàn)代土壤學(xué)