土壤环境化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第四章第四章 土壤环境化学土壤环境化学(Soil Environmental Chemistry)第1页教学内容教学内容v、土壤组成与性质、土壤组成与性质;v、重金属在土壤、重金属在土壤植物体系中迁移及其作植物体系中迁移及其作用机制;用机制;v、主要农药在土壤中迁移、转化和归趋。、主要农药在土壤中迁移、转化和归趋。第2页教学要求教学要求vv掌握土壤组成与性质,土壤粒级与质地分组特征。掌握土壤组成与性质,土壤粒级与质地分组特征。掌握土壤组成与性质,土壤粒级与质地分组特征。掌握土壤组成与性质,土壤粒级与质地分组特征。vv了解污染物在土壤了解污染物在土壤了解污染物在土壤了解污染物在土壤-植物体系中迁
2、移特点、影响原因植物体系中迁移特点、影响原因植物体系中迁移特点、影响原因植物体系中迁移特点、影响原因及作用机制。及作用机制。及作用机制。及作用机制。vv掌握土壤吸附、酸碱和氧化还原特征。掌握土壤吸附、酸碱和氧化还原特征。掌握土壤吸附、酸碱和氧化还原特征。掌握土壤吸附、酸碱和氧化还原特征。vv了解主要农药在土壤中迁移原理与主要影响原因。了解主要农药在土壤中迁移原理与主要影响原因。了解主要农药在土壤中迁移原理与主要影响原因。了解主要农药在土壤中迁移原理与主要影响原因。vv掌握造成土壤污染主要原因、危害及防治办法。掌握造成土壤污染主要原因、危害及防治办法。掌握造成土壤污染主要原因、危害及防治办法。掌
3、握造成土壤污染主要原因、危害及防治办法。第3页引言引言 土壤是自然环境要素主要组成之一,它是处于土壤是自然环境要素主要组成之一,它是处于岩石圈最外面一层疏松部分岩石圈最外面一层疏松部分,含有含有支持植物和微生物支持植物和微生物生长繁殖生长繁殖能力,称作能力,称作土壤圈土壤圈。土壤还含有土壤还含有同化和代谢外界进入土壤物质同化和代谢外界进入土壤物质能力,能力,所以土壤又是所以土壤又是保护环境主要净化剂保护环境主要净化剂,这就是土壤,这就是土壤两两个主要功效个主要功效。第4页全球范围土壤环境问题全球范围土壤环境问题 (Environmental Problem in Soil)v土壤酸化、盐碱化、
4、土壤污染土壤酸化、盐碱化、土壤污染 v土壤沙漠化(石漠化)土壤沙漠化(石漠化)v陆地植被破坏陆地植被破坏 v水土流失水土流失第5页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v土壤土壤(Soil)土壤处于岩石圈最外面一层疏松部分,含有支土壤处于岩石圈最外面一层疏松部分,含有支持植物和微生物生长繁殖能力,被称为土壤圈。持植物和微生物生长繁殖能力,被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石圈、水圈和生物图土壤圈是处于大气圈、岩石圈、水圈和生物图之间过渡地带,是联络有机界和无机界中心步骤。之间过渡地带,是联络有机界和无机界中心步骤。成土原因综合作用不一样,产生出各种类型土成土原因综合作用不一样,产生出各种
5、类型土壤。壤。第6页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质vv土壤基本环境机能土壤基本环境机能 (1)培育植物)培育植物 (2)推进物质循环)推进物质循环 (3)保留水资源)保留水资源 (4)预防灾害)预防灾害 (5)自净能力)自净能力 第7页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v一、土壤组成(一、土壤组成(Soil Constitution)固相(土壤矿物质、土壤有机质)固相(土壤矿物质、土壤有机质)液相液相 (水分及水溶物)(水分及水溶物)气相(空气)气相(空气)土壤中还有数量众多细菌和微生物,普通作为土壤有机土壤中还有数量众多细菌和微生物,普通作为土壤有机土壤中还有数量众多细菌
6、和微生物,普通作为土壤有机土壤中还有数量众多细菌和微生物,普通作为土壤有机物而视为土壤固相物质。物而视为土壤固相物质。物而视为土壤固相物质。物而视为土壤固相物质。第8页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质 土壤中固、液、气相结构图土壤中固、液、气相结构图第9页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质经典土壤随深度展现不一样层次经典土壤随深度展现不一样层次 v覆盖层覆盖层(A0)由地面上枯枝落叶所组成。由地面上枯枝落叶所组成。v淋溶层淋溶层(A)是土壤中生物最活跃一层,土壤有机质大是土壤中生物最活跃一层,土壤有机质大 部分在这一层,金属离子和粘上颗粒在此层部分在这一层,金属离子和粘上颗粒
7、在此层 中被淋浴得最显著。中被淋浴得最显著。v淀积层淀积层(B)它受纳来自上一层淋溶出来约有机物、盐类它受纳来自上一层淋溶出来约有机物、盐类 和粘土颗粒类物质。和粘土颗粒类物质。v母质层母质层(C)是由风化成土母岩组成。是由风化成土母岩组成。v基岩基岩惯用惯用D层表示。层表示。第10页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v1土壤矿物质土壤矿物质(Minerals in Soil)土壤矿物质是岩石经过土壤矿物质是岩石经过物理风化物理风化物理风化物理风化和和化学风化化学风化化学风化化学风化形成。形成。按成因类型分类:按成因类型分类:按成因类型分类:按成因类型分类:v原生矿物原生矿物:各种岩石
8、受到程度不一样物理风化而未经化学风各种岩石受到程度不一样物理风化而未经化学风化碎屑物,其原来化学组成和结晶结构都没有改变。化碎屑物,其原来化学组成和结晶结构都没有改变。v次生矿物次生矿物:大多数是由原生矿物经化学风化后形成新矿物,大多数是由原生矿物经化学风化后形成新矿物,其化学组成和晶体结构都有所改变。其化学组成和晶体结构都有所改变。第11页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质(1)原生矿物)原生矿物 主要四类主要四类硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物、硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。磷酸盐类矿物。(2)次生矿物)次生矿物 分为三类分为三类简单盐类、三氧化物
9、类、次生铝硅酸盐类。简单盐类、三氧化物类、次生铝硅酸盐类。第12页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质2、土壤有机质、土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)v作用:土壤有机质是土壤形成主要标志,土壤肥力表现,土作用:土壤有机质是土壤形成主要标志,土壤肥力表现,土壤中含碳有机物总称。壤中含碳有机物总称。v分类:两大类,一类是组成有机体各种有机化合物,称为非分类:两大类,一类是组成有机体各种有机化合物,称为非腐殖物质,如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等;另一类是称腐殖物质,如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等;另一类是称为腐殖质类有机化合物,它不属于有机化学中现有任何一类,为腐殖
10、质类有机化合物,它不属于有机化学中现有任何一类,它包含腐殖酸、富里酸和腐黑物等。它包含腐殖酸、富里酸和腐黑物等。第13页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质3土壤水分土壤水分(Water in Soil)v土壤水分意义:土壤水分意义:土壤水分既是植物营养物起源,也是污染物向其它圈层土壤水分既是植物营养物起源,也是污染物向其它圈层迁移媒介。迁移媒介。v土壤水分存在形式:土壤水分存在形式:土壤颗粒吸附水分称土壤颗粒吸附水分称吸着水吸着水,几乎不移动,不被植物吸收。,几乎不移动,不被植物吸收。外层膜状水称外层膜状水称内聚水内聚水或毛细管水,是植物生长主要水源。或毛细管水,是植物生长主要水源。第
11、14页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v吸着水和内聚水关系图解吸着水和内聚水关系图解第15页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质4土壤空气土壤空气(Atmosphere in Soil)特征:特征:(1)不连续性,存在于土粒间隙之间;不连续性,存在于土粒间隙之间;(2)湿度更高;湿度更高;(3)O2少,少,CO2多,有机质腐烂分解;多,有机质腐烂分解;(4)有还原性气体(有还原性气体(H2S、NH3、H2、CH4)、厌氧)、厌氧 细细 菌和污染物等存在。菌和污染物等存在。第16页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v二、土壤粒级分组与质地分组二、土壤粒级分组与质地分组1、
12、土壤矿物质粒级划分、土壤矿物质粒级划分 土壤矿物质是以大小不一样颗粒状态存在。不一样粒径土壤矿物质是以大小不一样颗粒状态存在。不一样粒径土壤矿物质颗粒土壤矿物质颗粒(即土粒即土粒),其性质和成份郡不一样。,其性质和成份郡不一样。我国土壤粒级划分标准为五级:我国土壤粒级划分标准为五级:石块、石砾、砂砾、粉粒、黏粒。石块、石砾、砂砾、粉粒、黏粒。第17页第18页第19页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质、各粒级主要矿物成份和理化特征、各粒级主要矿物成份和理化特征(1)石块和石砾)石块和石砾多为岩石碎块。其孔隙过大,水和养分多为岩石碎块。其孔隙过大,水和养分易流失。易流失。(2)砂砾)砂砾主
13、要为原生矿物。孔隙大,通气和透水性强,主要为原生矿物。孔隙大,通气和透水性强,保水保肥能力弱,营养元素含量少。保水保肥能力弱,营养元素含量少。(3)粉粒)粉粒原生和次生矿物混合体。团聚、胶结性差,分原生和次生矿物混合体。团聚、胶结性差,分散性强,保水保肥能力很好。散性强,保水保肥能力很好。(4)黏粒)黏粒主要为次生矿物。营养元素含量丰富,团聚能主要为次生矿物。营养元素含量丰富,团聚能力较强,有良好保水保肥能力,但通气和透水性较差。力较强,有良好保水保肥能力,但通气和透水性较差。第20页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质3、土壤质地分类及其特征、土壤质地分类及其特征v由不一样粒级混合在一
14、起所表现出来土壤粗细情况,称土壤由不一样粒级混合在一起所表现出来土壤粗细情况,称土壤质地。质地。v我国土壤质地分类标准分为三组:砂土组、两合土组(壤土)我国土壤质地分类标准分为三组:砂土组、两合土组(壤土)、黏土。、黏土。v壤土壤土兼有砂土和黏土优点,克服了二者缺点,是最理想土壤兼有砂土和黏土优点,克服了二者缺点,是最理想土壤质地。质地。第21页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v三、土壤吸附性三、土壤吸附性 土壤中活跃组分:土壤胶体和土壤微生物。土壤中活跃组分:土壤胶体和土壤微生物。它们对污染物在土壤中迁移、转化有主要作用。土壤胶它们对污染物在土壤中迁移、转化有主要作用。土壤胶体以其
15、巨大比表面积和带电性,而使土壤含有吸附性。体以其巨大比表面积和带电性,而使土壤含有吸附性。第22页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质1 1土壤胶体性质(直径土壤胶体性质(直径土壤胶体性质(直径土壤胶体性质(直径1-100nm1-100nm)()土壤胶体含有极大比表面积和表面能()土壤胶体含有极大比表面积和表面能()土壤胶体含有极大比表面积和表面能()土壤胶体含有极大比表面积和表面能 比表面比表面:单位重量(或体积)物质表面积。:单位重量(或体积)物质表面积。胶体表面分子与内部分子所处状态不一样,受到内外部胶体表面分子与内部分子所处状态不一样,受到内外部两种不一样引力,因而含有多出自由能
16、即表面能,这是土壤两种不一样引力,因而含有多出自由能即表面能,这是土壤胶体含有吸附作用主要原因。胶体含有吸附作用主要原因。比表面积愈大,表面能愈大,胶体吸附性愈大。比表面积愈大,表面能愈大,胶体吸附性愈大。第23页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质()土壤胶体电性()土壤胶体电性(Colloids of Soil)土壤胶体微粒内部普通带负电荷,形成一个负离子层土壤胶体微粒内部普通带负电荷,形成一个负离子层(决定电位离子层),其外部因为电性吸引而形成一个正离(决定电位离子层),其外部因为电性吸引而形成一个正离子层子层(反离子层或扩散层),即称双电层。(反离子层或扩散层),即称双电层。第2
17、4页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质()土壤胶体凝聚性和分散性()土壤胶体凝聚性和分散性 v 因为胶体比表面和表面能都很大,为减小表面能,胶体含有因为胶体比表面和表面能都很大,为减小表面能,胶体含有相互吸引、凝聚趋势,这就是胶体相互吸引、凝聚趋势,这就是胶体凝聚性凝聚性。v因为土壤胶体微粒带负电荷,胶体粒子相互排斥,含有因为土壤胶体微粒带负电荷,胶体粒子相互排斥,含有分散分散性性,负电荷越多,负电动电位越高,相互排斥力越强,分散,负电荷越多,负电动电位越高,相互排斥力越强,分散性也越强;性也越强;v土壤胶体凝聚性主要取决于其电动电位大小和扩散层厚度;土壤胶体凝聚性主要取决于其电动电位
18、大小和扩散层厚度;v另外,土壤溶液中电解质和另外,土壤溶液中电解质和 pH 值也有影响。值也有影响。第25页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质2、土壤胶体离子交换吸附土壤胶体离子交换吸附离子交换:离子交换:土壤胶体扩散层中赔偿离子,能够和溶液中相同土壤胶体扩散层中赔偿离子,能够和溶液中相同电荷离子以离子价为依据作电荷离子以离子价为依据作等价交换等价交换。离子交换作用包含离子交换作用包含阳离子交换吸附阳离子交换吸附和和阴离子交换吸附阴离子交换吸附。第26页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质(1)土壤胶体阳离子交换吸附(可逆过程)土壤胶体阳离子交换吸附(可逆过程)土壤胶体吸附阳离子
19、,可与土壤溶液中阳离子以离子价土壤胶体吸附阳离子,可与土壤溶液中阳离子以离子价为依据进行等价交换,各种阳离子交换能力强弱,主要依赖为依据进行等价交换,各种阳离子交换能力强弱,主要依赖于以下原因于以下原因: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。离子半径及水化程度离子半径及水化程度:同价离子中,离子半径越大,水化:同价离子中,离子半径越大,水化离子半径就越小,因而含有较强交换能力。离子半径就越小,因而含有较强交换能力。土壤土壤第27页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v不一样土壤阳离子交换量不一样:不一样土壤阳离子交换量不一样:(1)不一样种
20、类胶体阳离子交换量次序)不一样种类胶体阳离子交换量次序 有机胶体有机胶体 蒙脱石蒙脱石 水化云母水化云母 高岭土高岭土 水合氧化铁、铝水合氧化铁、铝(2)土壤质地越细,阳离子交换量越高;)土壤质地越细,阳离子交换量越高;(3)土壤胶体中)土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大,阳离子交换量越高;比值越大,阳离子交换量越高;(4)pH值下降,阳离子交换量降低。值下降,阳离子交换量降低。第28页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v阳离子交换量阳离子交换量(Cation ExchangeCapacity,CEC)CECCEC表示每千克干土中所含全部阳离子总量,是表示土表示每千克干土中所含全部阳
21、离子总量,是表示土表示每千克干土中所含全部阳离子总量,是表示土表示每千克干土中所含全部阳离子总量,是表示土壤吸附性质主要指标。壤吸附性质主要指标。壤吸附性质主要指标。壤吸附性质主要指标。单位:厘摩尔单位:厘摩尔单位:厘摩尔单位:厘摩尔/每千克土每千克土每千克土每千克土 (cmol/kg)(cmol/kg)测定:用测定:用测定:用测定:用Ca2+Ca2+作指示剂,作指示剂,作指示剂,作指示剂,Ba2+Ba2+作萃取剂,原子吸收分光光作萃取剂,原子吸收分光光作萃取剂,原子吸收分光光作萃取剂,原子吸收分光光度法测定。度法测定。度法测定。度法测定。第29页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质 致
22、酸离子:致酸离子:Al3+、H+。可交换性阳离子可交换性阳离子 盐基离子:盐基离子:Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。等。盐基饱和土壤:盐基饱和土壤:土壤胶体吸附阳离子全部是盐基阳离子时,这种土壤称土壤胶体吸附阳离子全部是盐基阳离子时,这种土壤称为盐基饱和土壤。为盐基饱和土壤。第30页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质(2)土壤胶体阴离子交换吸附)土壤胶体阴离子交换吸附 带正电荷胶体吸附阴离子与土壤溶液中阴离子交换。带正电荷胶体吸附阴离子与土壤溶液中阴离子交换。吸附次序:吸附次序:F-C2O42-柠檬酸根柠檬酸根 PO43-HCO3-H2BO3-Ac-SCN-SO42-Cl
23、-NO3-第31页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质v四、土壤酸碱性四、土壤酸碱性(Acidity-Alkalinity of Soil)1、土壤酸度、土壤酸度(Acidity of Soil)依据土壤中依据土壤中依据土壤中依据土壤中H+H+存在形式:存在形式:存在形式:存在形式:活性酸度(或有效酸度)(活性酸度(或有效酸度)(活性酸度(或有效酸度)(活性酸度(或有效酸度)(Activity AcidityActivity Acidity):):):):土壤溶液中氢离子浓度直接反应出来酸土壤溶液中氢离子浓度直接反应出来酸土壤溶液中氢离子浓度直接反应出来酸土壤溶液中氢离子浓度直接反应出来
24、酸 度,通惯用度,通惯用度,通惯用度,通惯用pHpH表示(通常描述土壤性质时表示(通常描述土壤性质时表示(通常描述土壤性质时表示(通常描述土壤性质时 表示作土壤表示作土壤表示作土壤表示作土壤pHpH值)值)值)值)潜性酸度(潜性酸度(Potential Acidity):代换性酸度):代换性酸度 水解性酸度水解性酸度 是由土壤胶体吸附可代换性是由土壤胶体吸附可代换性H+、Al3+离子造成。离子造成。第32页第一节第一节 土壤组成和性质土壤组成和性质(1)代换性酸度)代换性酸度 用过量中性盐(用过量中性盐(KCl、NaCl等等)溶液淋洗土壤,溶液中溶液淋洗土壤,溶液中金属离子与土壤中金属离子与土
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