? 2,土壤的性质
2.1 土壤胶体及其吸附性
2.2 土壤的酸碱性
2.3 土壤的氧化还原性
3,土壤污染
3.1 土壤的污染源和污染物
3.2 土壤的自净作用和污染防治
土壤胶体分为三类：无机胶体，主要为各种次生矿物，如层状硅酸盐、水合氧化物、氧化物等矿物；有机胶体，主要为腐殖质；
无机 -有机胶体复合体。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性而使土壤具有吸附性。
2.1.1 土壤胶体具有极大的比表面积、表面能蒙脱石 8 × 10 5 m 2 / k g
伊利石 1 × 10 5 m 2 / k g
高岭石 1 ~2 × 10 4 m 2 / k g
Fe,Al 氧化物 3 × 10 4 m 2 / k g
腐殖质 9 × 10 5 m 2 / k g
2.1.2 带有电荷 永久性负电荷,pH制约电荷,净电荷
pH<零电点,土壤带正电,反之带负电 —— pH制约电荷
图 高岭石表面产生 pH制约电荷图
一般土壤零电点低而 pH高,总带有净的负电荷 。
S i
O H 2
A l
OH
OH
H
OH
OH
S i
O H
A l
OH
OH
S i
O H 2
A l
1
2+
+ 2
1
+ 2
1
1
2
-
1
2
-1
-
-
2
1
+ H
2 O2
H
+
OH
-
2
酸性 中性 碱性
2.1.3 土壤的阳离子交换（交换性阳离子）性能
土壤胶体粒子具有吸附某些阳离子或阴离子的性质 。 在一定条件下,这些被吸附的阳离子或阴离子可以被土壤溶液中另外的阳离子或阴离子置换出来,这种现象称为土壤的离子交换 。
土壤中含量较多的阳离子有 K+,Na+,Ca2+,Mg2+,H+,NH4+，
也是容易发生交换的离子,一些有机阳离子也可以发生交换 。
含量较多的阴离子有 SO42-,Cl-,PO43-,NO3-,在 20世纪 30年代已经有研究表明土壤的黏土矿粒子能够发生阴离子交换,但是由于研究阴离子交换比较困难,进展比较缓慢 。
土壤的离子交换能力用离子交换容量 （ ion exchange capacity，
IEC） 表示,单位为 mmol/kg。
土壤的离子交换作用改变了某些阳离子的有效性,使植物对这些元素的有效利用受到影响,另外,土壤的离子交换作用可以改变离子在土壤中的迁移能力 。
土壤矿物粒子表面通常带负电荷，吸附阳离子。土壤矿物粒子所吸附的阳离子被土壤溶液中其它阳离子置换的过程，称为土壤的阳离子交换。
阳离子交换反应是可逆反应，以化学计量关系进行，交换反应的速率随黏土矿的种类、阳离子的性质与浓度而变化（高岭土矿的离子交换速率是最快的）。
阳离子交换容量（ CEC） =交换性阳离子 mmol/kg干土壤土壤胶体H
+
K + K
+ Na +
Mg 2+
NH 4 + NH 4
+H +
土壤胶体
Ca 2+ Ca 2+Ca 2+
Na + Mg 2+
Ca 2+3 2 2 2H + K + NH 4 ++ ++ +
<返回 >
2.2.1 土壤的酸度
活性酸度 （ 有效酸度 ）,土壤溶液中游离 H+提供,可直接测
潜性酸度：土壤胶体所吸附 H+,Al3+提供
（ 1） 土壤胶体上吸附性 H+解离
（ 2） 土壤胶体上吸附性 H+被其它阳离子所交换
（ 3） 土壤胶体上吸附性 Al3+的作用
活性酸度和潜性酸度关系：在同一平衡体系中存在,潜性酸度是活性酸度的储备,活性酸度是潜性酸度的根本起点 。
土壤胶体 H +x x H +土壤胶体 - y H +y+
+ H +-土壤胶体 H +xx H +土壤胶体 + K C l
K +
1
+ y土壤胶体x H +土壤胶体
y Al
H yx 3+ K + K ++ 3x y x Al 3++ +
Al 3+ H 2 O A l ( O H ) 2+ H ++ +
++ H +A l ( O H )
2+ H
2 O
H 2 O H ++ +A l ( O H ) 3
A l ( O H ) 2 +
A l ( O H ) 2 +
2.2.2 土壤的碱度
（ 1）液相碱度指标 CO32-,HCO3-，主要以碱金属和碱土金属盐存在
（ 2）固相碱度指标 Na+,Mg2+,……
Na+>15%时,pH>8.5甚至达到 10时土壤碱化
+土壤胶体 x x
H +
土壤胶体 - +Na + H OHy
y
y Na + N a OHy
Na O H H 2 CO 3 Na 2 CO 3 H 2 O22 + +
++ H 2 OH 2 CO 3Na O H Na H C O 3
2.2.3 土壤的缓冲性能
2.2.3.1 土壤溶液的缓冲作用
（ a） H2CO3-Na2CO3
（ b） 两性物质 RCH(NH2)COOH
（ c） 碱性土壤中 Al3+对碱起缓冲作用
pH<5.0时发生以上作用,pH~5.5时作用消失
2.2.3.2 土壤胶体缓冲作用 胶体含量越大,阳离子交换容量越大,
盐基饱和度越大,则缓冲能力越强
A l ( H 2 O) 6 3+ OH - Al 2 (H 2 O) 8 ( O H ) 2 4+ H 2 O422 + +
土壤胶体土壤胶体 M H C l M C lH~ ~+ +
+ +~ ~H M土壤胶体土壤胶体 M OH H 2 O
<返回 >
氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移转化并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程。
土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气,NO3-和高价金属离子，如
Fe（ III）,Mn（ IV）,V（ V）,Ti（ IV）等。土壤中的主要还原剂有：有机质和低价金属离子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者。
主要的氧化还原体系 氧化态 还原态铁体系 F e (I I I ) F e (I I )
锰体系 M n ( I V ) M n ( I I )
硫体系 SO 4
2-
H
2
S
NO
3
-
NO
2
-
NO
3
-
N
2
氮体系
NO
3
-
N H
4
+
有机碳体系 CO 2 CH 4
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位 （ Eh） 来衡量,其值是以氧化态物质与还原态物质的相对浓度比为依据的 。 由于土壤中氧化态物质与还原态物质的组成十分复杂,因此计算土壤的实际 Eh很困难,
主要是以实际测量的土壤 Eh衡量土壤的氧化还原性 。
一般旱地土壤的 Eh为 400~700mV,水田的 Eh为 -200~300mV。 根据土壤的
Eh可以确定土壤中有机物和无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为 。
当土壤的 Eh值 >700mV时,土壤完全处于氧化条件下,有机物质会迅速分解；当 Eh值在 400~700mV时,土壤中氮素主要以 NO3-形式存在；当 Eh值
<400mV时,反硝化开始发生；当 Eh值 <200mV时,NO3-开始消失,出现大量的 NH4+。
当土壤渍水时,Eh值降至 -100mV,Fe2+浓度已经超过 Fe3+； Eh值再降低,
<-200mV时,H2S大量产生,Fe2+就会变成 FeS沉淀了,其迁移能力降低了 。
其他变价金属离子在土壤中不同氧化还原条件下的迁移转化行为与水环境相似 。
<返回 >
土壤污染的发生特征主要是与土壤的特殊地位和功能相联系的。
其主要污染源有如下四个方面：
（ 1） 为了提高农产品的数量和质量,大量施用化肥和农药,它们的残留物在土壤中累积起来；
（ 2） 土壤历来就作为废物 （ 废渣,污水和垃圾等 ） 的处理场所,
而使大量有机和无机污染物质随之进入土壤；
（ 3） 土壤是环境要素之一,因大气或水体中的污染物质的迁移,
转化,从而进入土壤,使土壤随之亦遭受污染；
（ 4） 在自然界中某些元素的富集中心或矿床周围,往往形成自然扩散晕,使附近土壤中这些元素的含量超出一般土壤的含量范围 。
土壤中的污染物质与大气和水体中的污染物质很多是相同的，其污染物主要种类有：
（ 1） 有机物质,其中数量较大而又比较重要的是化学农药 。 化学农药的种类繁多,主要分为有机氯和有机磷两大类；
（ 2） 氮素和磷素化学肥料；
（ 3） 重金属,如砷,镉,汞,铬,铜,锌,铅等；
（ 4） 放射性元素如铯,锶等；
（ 5） 有害微生物类如肠细菌,炭疽杆菌,破伤风杆菌,肠寄生虫
（ 蠕虫 ）,霍乱弧菌,结核杆菌等 。
（ 6） 此外,土壤中有机物分解产生 CO2,CH4,H2S,H2,NH3和
N2等气体 （ 其中 CO2和 CH4是主要的 ）,在某些条件下,这些气态物质也可能成为土壤的污染物 。
<返回 >
自然界各种物质组成之间都存在着物质和能量的交换与循环,经常处于一种相对的平衡状态 。 如果污染物质进入土壤中,就会使其物质组成发生变化,并破坏物质原有的平衡,造成土壤污染 。
但另一方面,当各种物质进入土壤之后,土壤随即显示出自净能力,也就是通过在土壤环境中发生物理,物理化学,化学和生物化学等一系列反应过程,促使污染物质逐渐分解或消失 。 具体地说,土壤的自净能力主要来自于土壤颗粒物层对污染物有过滤,
吸附等作用,土壤微生物有强大生物降解的能力,土壤本身对酸碱度改变具有相当缓冲能力以及大量的土壤胶体表面能降低反应的活化能,成为很多污染物转化反应的良好催化剂 。 此外,土壤空气中的氧可作为氧化剂,土壤水分可作为溶剂,这些也都是土壤的自净因素 。
在通常的情况下,土壤的净化能力决定于土壤的物质组成和土壤环境其他特性,也和污染物的种类和性质有关 。 不同土壤的净化能力不同,同一土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的,同时土壤的净化速度是比较缓慢的 。
通常土壤的净化能力决定于土壤的物质组成和土壤环境其他特性,也和污染物的种类和性质有关 。 不同土壤的净化能力不同,同一土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的,同时土壤的净化速度是比较缓慢的 。
在对土壤污染问题有了较深刻的认识之后,人们对土壤本身污染的治理也作出了很多努力,除制订相应政策法令以降低土壤遭受污染的可能和程度外,还提出了以下一些常用的方法：
（ 1） 沉降法 将取自于天然水体 （ 如河水 ） 的灌溉用水,先引入一沉降池,
以除去水中吸附了有害物质的颗粒物 。
（ 2） 稀释法 将污染灌溉水以清净的水稀释到无害程度的方法 。 对酸性强的灌溉用河水同时使用稀释法和加药剂的方法可收到更好的效果 。
（ 3） 铺垫客土法 是对受污染的本土在其上层铺垫一层非污染客土的方法 。
（ 4） 排土法 将污染土层移去,用作敷设道路路基,建筑物地基等的方法 。
（ 5） 混层法和倒转层法,将表层污染土与下层清洁土经翻耕后两相混合的方法 。 使用这种方法实际上是对污染土起了掺稀的作用 。 在表土污染程度较高的情况下,甚至可采用倒转层法,即将上下土层易位的方法 。
（ 6） 土壤改良法,主要是用化学类方法 。 例如向土壤投加石灰,磷酸盐,
硅酸盐等化学物质,能达到改性土壤的目的 。
2.1 土壤胶体及其吸附性
2.2 土壤的酸碱性
2.3 土壤的氧化还原性
3,土壤污染
3.1 土壤的污染源和污染物
3.2 土壤的自净作用和污染防治
土壤胶体分为三类：无机胶体，主要为各种次生矿物，如层状硅酸盐、水合氧化物、氧化物等矿物；有机胶体，主要为腐殖质；
无机 -有机胶体复合体。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性而使土壤具有吸附性。
2.1.1 土壤胶体具有极大的比表面积、表面能蒙脱石 8 × 10 5 m 2 / k g
伊利石 1 × 10 5 m 2 / k g
高岭石 1 ~2 × 10 4 m 2 / k g
Fe,Al 氧化物 3 × 10 4 m 2 / k g
腐殖质 9 × 10 5 m 2 / k g
2.1.2 带有电荷 永久性负电荷,pH制约电荷,净电荷
pH<零电点,土壤带正电,反之带负电 —— pH制约电荷
图 高岭石表面产生 pH制约电荷图
一般土壤零电点低而 pH高,总带有净的负电荷 。
S i
O H 2
A l
OH
OH
H
OH
OH
S i
O H
A l
OH
OH
S i
O H 2
A l
1
2+
+ 2
1
+ 2
1
1
2
-
1
2
-1
-
-
2
1
+ H
2 O2
H
+
OH
-
2
酸性 中性 碱性
2.1.3 土壤的阳离子交换（交换性阳离子）性能
土壤胶体粒子具有吸附某些阳离子或阴离子的性质 。 在一定条件下,这些被吸附的阳离子或阴离子可以被土壤溶液中另外的阳离子或阴离子置换出来,这种现象称为土壤的离子交换 。
土壤中含量较多的阳离子有 K+,Na+,Ca2+,Mg2+,H+,NH4+，
也是容易发生交换的离子,一些有机阳离子也可以发生交换 。
含量较多的阴离子有 SO42-,Cl-,PO43-,NO3-,在 20世纪 30年代已经有研究表明土壤的黏土矿粒子能够发生阴离子交换,但是由于研究阴离子交换比较困难,进展比较缓慢 。
土壤的离子交换能力用离子交换容量 （ ion exchange capacity，
IEC） 表示,单位为 mmol/kg。
土壤的离子交换作用改变了某些阳离子的有效性,使植物对这些元素的有效利用受到影响,另外,土壤的离子交换作用可以改变离子在土壤中的迁移能力 。
土壤矿物粒子表面通常带负电荷，吸附阳离子。土壤矿物粒子所吸附的阳离子被土壤溶液中其它阳离子置换的过程，称为土壤的阳离子交换。
阳离子交换反应是可逆反应，以化学计量关系进行，交换反应的速率随黏土矿的种类、阳离子的性质与浓度而变化（高岭土矿的离子交换速率是最快的）。
阳离子交换容量（ CEC） =交换性阳离子 mmol/kg干土壤土壤胶体H
+
K + K
+ Na +
Mg 2+
NH 4 + NH 4
+H +
土壤胶体
Ca 2+ Ca 2+Ca 2+
Na + Mg 2+
Ca 2+3 2 2 2H + K + NH 4 ++ ++ +
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2.2.1 土壤的酸度
活性酸度 （ 有效酸度 ）,土壤溶液中游离 H+提供,可直接测
潜性酸度：土壤胶体所吸附 H+,Al3+提供
（ 1） 土壤胶体上吸附性 H+解离
（ 2） 土壤胶体上吸附性 H+被其它阳离子所交换
（ 3） 土壤胶体上吸附性 Al3+的作用
活性酸度和潜性酸度关系：在同一平衡体系中存在,潜性酸度是活性酸度的储备,活性酸度是潜性酸度的根本起点 。
土壤胶体 H +x x H +土壤胶体 - y H +y+
+ H +-土壤胶体 H +xx H +土壤胶体 + K C l
K +
1
+ y土壤胶体x H +土壤胶体
y Al
H yx 3+ K + K ++ 3x y x Al 3++ +
Al 3+ H 2 O A l ( O H ) 2+ H ++ +
++ H +A l ( O H )
2+ H
2 O
H 2 O H ++ +A l ( O H ) 3
A l ( O H ) 2 +
A l ( O H ) 2 +
2.2.2 土壤的碱度
（ 1）液相碱度指标 CO32-,HCO3-，主要以碱金属和碱土金属盐存在
（ 2）固相碱度指标 Na+,Mg2+,……
Na+>15%时,pH>8.5甚至达到 10时土壤碱化
+土壤胶体 x x
H +
土壤胶体 - +Na + H OHy
y
y Na + N a OHy
Na O H H 2 CO 3 Na 2 CO 3 H 2 O22 + +
++ H 2 OH 2 CO 3Na O H Na H C O 3
2.2.3 土壤的缓冲性能
2.2.3.1 土壤溶液的缓冲作用
（ a） H2CO3-Na2CO3
（ b） 两性物质 RCH(NH2)COOH
（ c） 碱性土壤中 Al3+对碱起缓冲作用
pH<5.0时发生以上作用,pH~5.5时作用消失
2.2.3.2 土壤胶体缓冲作用 胶体含量越大,阳离子交换容量越大,
盐基饱和度越大,则缓冲能力越强
A l ( H 2 O) 6 3+ OH - Al 2 (H 2 O) 8 ( O H ) 2 4+ H 2 O422 + +
土壤胶体土壤胶体 M H C l M C lH~ ~+ +
+ +~ ~H M土壤胶体土壤胶体 M OH H 2 O
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氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移转化并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程。
土壤中的主要氧化剂有：土壤中氧气,NO3-和高价金属离子，如
Fe（ III）,Mn（ IV）,V（ V）,Ti（ IV）等。土壤中的主要还原剂有：有机质和低价金属离子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者。
主要的氧化还原体系 氧化态 还原态铁体系 F e (I I I ) F e (I I )
锰体系 M n ( I V ) M n ( I I )
硫体系 SO 4
2-
H
2
S
NO
3
-
NO
2
-
NO
3
-
N
2
氮体系
NO
3
-
N H
4
+
有机碳体系 CO 2 CH 4
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位 （ Eh） 来衡量,其值是以氧化态物质与还原态物质的相对浓度比为依据的 。 由于土壤中氧化态物质与还原态物质的组成十分复杂,因此计算土壤的实际 Eh很困难,
主要是以实际测量的土壤 Eh衡量土壤的氧化还原性 。
一般旱地土壤的 Eh为 400~700mV,水田的 Eh为 -200~300mV。 根据土壤的
Eh可以确定土壤中有机物和无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为 。
当土壤的 Eh值 >700mV时,土壤完全处于氧化条件下,有机物质会迅速分解；当 Eh值在 400~700mV时,土壤中氮素主要以 NO3-形式存在；当 Eh值
<400mV时,反硝化开始发生；当 Eh值 <200mV时,NO3-开始消失,出现大量的 NH4+。
当土壤渍水时,Eh值降至 -100mV,Fe2+浓度已经超过 Fe3+； Eh值再降低,
<-200mV时,H2S大量产生,Fe2+就会变成 FeS沉淀了,其迁移能力降低了 。
其他变价金属离子在土壤中不同氧化还原条件下的迁移转化行为与水环境相似 。
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土壤污染的发生特征主要是与土壤的特殊地位和功能相联系的。
其主要污染源有如下四个方面：
（ 1） 为了提高农产品的数量和质量,大量施用化肥和农药,它们的残留物在土壤中累积起来；
（ 2） 土壤历来就作为废物 （ 废渣,污水和垃圾等 ） 的处理场所,
而使大量有机和无机污染物质随之进入土壤；
（ 3） 土壤是环境要素之一,因大气或水体中的污染物质的迁移,
转化,从而进入土壤,使土壤随之亦遭受污染；
（ 4） 在自然界中某些元素的富集中心或矿床周围,往往形成自然扩散晕,使附近土壤中这些元素的含量超出一般土壤的含量范围 。
土壤中的污染物质与大气和水体中的污染物质很多是相同的，其污染物主要种类有：
（ 1） 有机物质,其中数量较大而又比较重要的是化学农药 。 化学农药的种类繁多,主要分为有机氯和有机磷两大类；
（ 2） 氮素和磷素化学肥料；
（ 3） 重金属,如砷,镉,汞,铬,铜,锌,铅等；
（ 4） 放射性元素如铯,锶等；
（ 5） 有害微生物类如肠细菌,炭疽杆菌,破伤风杆菌,肠寄生虫
（ 蠕虫 ）,霍乱弧菌,结核杆菌等 。
（ 6） 此外,土壤中有机物分解产生 CO2,CH4,H2S,H2,NH3和
N2等气体 （ 其中 CO2和 CH4是主要的 ）,在某些条件下,这些气态物质也可能成为土壤的污染物 。
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自然界各种物质组成之间都存在着物质和能量的交换与循环,经常处于一种相对的平衡状态 。 如果污染物质进入土壤中,就会使其物质组成发生变化,并破坏物质原有的平衡,造成土壤污染 。
但另一方面,当各种物质进入土壤之后,土壤随即显示出自净能力,也就是通过在土壤环境中发生物理,物理化学,化学和生物化学等一系列反应过程,促使污染物质逐渐分解或消失 。 具体地说,土壤的自净能力主要来自于土壤颗粒物层对污染物有过滤,
吸附等作用,土壤微生物有强大生物降解的能力,土壤本身对酸碱度改变具有相当缓冲能力以及大量的土壤胶体表面能降低反应的活化能,成为很多污染物转化反应的良好催化剂 。 此外,土壤空气中的氧可作为氧化剂,土壤水分可作为溶剂,这些也都是土壤的自净因素 。
在通常的情况下,土壤的净化能力决定于土壤的物质组成和土壤环境其他特性,也和污染物的种类和性质有关 。 不同土壤的净化能力不同,同一土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的,同时土壤的净化速度是比较缓慢的 。
通常土壤的净化能力决定于土壤的物质组成和土壤环境其他特性,也和污染物的种类和性质有关 。 不同土壤的净化能力不同,同一土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的,同时土壤的净化速度是比较缓慢的 。
在对土壤污染问题有了较深刻的认识之后,人们对土壤本身污染的治理也作出了很多努力,除制订相应政策法令以降低土壤遭受污染的可能和程度外,还提出了以下一些常用的方法：
（ 1） 沉降法 将取自于天然水体 （ 如河水 ） 的灌溉用水,先引入一沉降池,
以除去水中吸附了有害物质的颗粒物 。
（ 2） 稀释法 将污染灌溉水以清净的水稀释到无害程度的方法 。 对酸性强的灌溉用河水同时使用稀释法和加药剂的方法可收到更好的效果 。
（ 3） 铺垫客土法 是对受污染的本土在其上层铺垫一层非污染客土的方法 。
（ 4） 排土法 将污染土层移去,用作敷设道路路基,建筑物地基等的方法 。
（ 5） 混层法和倒转层法,将表层污染土与下层清洁土经翻耕后两相混合的方法 。 使用这种方法实际上是对污染土起了掺稀的作用 。 在表土污染程度较高的情况下,甚至可采用倒转层法,即将上下土层易位的方法 。
（ 6） 土壤改良法,主要是用化学类方法 。 例如向土壤投加石灰,磷酸盐,
硅酸盐等化学物质,能达到改性土壤的目的 。
