第4章_1土壤物质的迁移转化

第四章土壤物质的迁移转化（14-16）第一节化学运移第二节机械运移第三节土壤物质运移特征第四节土壤中典型污染物的迁移转化混合置换砂土中混合置换的特征（实验室）黏壤土混合置换的特征（实验室）有化学反应或吸附交换情况下土中混合置换（实验室）1.离子交换吸附个概念：在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和介质溶液中相同电荷的离子以离子价为依据进行等价交换，称为离子交换(或代换)。2.离子交换类型：根据离子类型可分为：阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。第一节化学运移一、离子吸附与交换作用阳离子吸附-交换作用的概念阳离子吸附-交换的机理阳离子吸附-交换的的影响因素衡量阳离子的参数3.土壤胶体的阳离子交换吸附的原则：①土壤胶体阳离子交换吸附过程以离子价为依据进行等价交换；Na-胶体一Na++Ca2+=胶体-Ca2++Na+②阳离子交换受到阳离子交换能力的制约。一般来说，阳离子所带电荷数愈多，其交换能力愈强；同价阳离子中，离子半径愈大，水化离子半径就愈小，其交换能力就愈强。常见阳离子交换能力顺序：Fe3+Al3+H+Ba2+Sr+2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+。③是一种动态平衡，可逆过程土壤阳离子交换量：土壤阳离子交换量（简称CEC)是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量。单位mol／kg。4.影响土壤的阳离子交换量的因素①土壤胶体类型。不同土壤胶体的阳离子交换量差异较大，其阳离子交换量顺序为：有机胶体蒙脱石水化云母高岭石含水氧化铁、铝。②土壤质地。愈细，其阳离子交换量愈高。③土壤黏土矿物的SiO2／R203比率。实际土壤中，黏土矿物的SiO2／R203比率愈高，表明土壤以2：1性矿物为主（如蒙脱石、水化云母），其交换量也愈大；当Si02／R203比率2．0时，表明土壤以1：1性矿物为主（如高岭石和含水氧化铁、铝），其交换量就愈小。④土壤溶液pH值。土壤胶体微粒表面的羟基(OH)的解离受介质pH值的影响，当介质pH值降低时，土壤胶体微粒表面所带负电荷也减少，其阳离子交换量也降低；反之，交换量增大。5.土壤盐基饱和度土壤胶体微粒表面上的交换性阳离子有两类：一类是酸性阳离子，包括H+和A13+；一类是盐基离子，主要包括Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等。土壤盐基饱和度：在土壤全部交换性阳离子总量中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度(简称BSP)。（BSP=交换性盐基离子总量／阳离子交换量）当土壤胶体微粒表面吸附的阳离子全部为盐基离子时，该土壤称为盐基饱和土壤；当土壤胶体微粒表面吸附的阳离子中有一部分为致酸离子时，则这种土壤称为盐基不饱和土壤。土壤阳离子交换量CEC和盐基饱和度BSP是土壤的重要物理化学性状指标和土壤分类的诊断特性，成土环境、土壤发育程度和成土母质是其重要的影响因素。实例：温带半湿润地区的土壤表层CEC可达0.35mol／kg以上，且BSP90％；热带湿润区土壤表层CEC多数不足0．25mol／kg，且BSP30％；温带荒漠区土壤表层CEC多数不足0.10mol／kg，且8SP高达100％。6.土壤胶体的分散与凝聚土壤胶体的分散：在自然土壤介质中，土壤胶体微粒之间相互排斥、并呈现布朗运动的状态称为胶溶状态。土壤胶体微粒从聚积絮凝状态转化为胶溶状态的过程称为胶溶作用。土壤胶体呈胶溶状态的主要条件：①胶体微粒的电动电位车增大，使得胶体微粒相互排斥，同时胶体微粒水化阻碍相互絮凝；②可溶性盐分浓度降低至絮凝阈值以下；③介质中Na+、NH4+的比例相对增多以取代起絮凝作用的Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等；④土壤碱性增强。二、溶解/沉淀作用CaCO3=Ca2++CO32-土壤胶体的絮凝：由于土壤环境条件和理化性质的变化，土壤中的部分胶体会发生絮凝而沉淀。发生条件是：①胶体微粒的电动电位降低、离子水化程度下降；②土壤由于过量蒸散使得土壤中盐分浓度上升，特别是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等盐基离子浓度的增加。土壤胶体絮凝过程：可逆和不可逆第二节机械运移过程一、土壤中水分的运动特征二、溶质的运移1.对流2.扩散3.机械弥散4.水动力弥散一、土壤中水分的运动包括：渗吸过程→土壤内部运动土壤水的渗吸过程渗吸过程：水分从土壤表面进入土壤的过程。渗吸速率：是变化的，从快倒慢，最后趋于稳定。影响因素:供水的速度和数量、土壤对水分的吸收能力1、土壤水的渗吸过程2、土壤中液态水的运动3、土壤中气态水的运动气态水的运动形式：扩散作用-主要形式蒸发作用3.1扩散作用3.2土壤水分蒸发作用二、土壤物质（溶质）的机械运移过程土壤物质(溶质)的来源：母质风化、人类各种活动溶质运移-以水为介质，其主要方式有：对流-扩散-弥散对流作用：土壤水分运动总是从水势高的地方向低的地方运移。扩散作用：机械弥散作用：水动力弥散：1、对流作用2、扩散作用3、机械弥散4、水动力弥散第三节土壤物质运移与成土过程因此，根据土壤形成中的物质能量迁移、转化过程的特点，划分出以下类型1、与有机质有关的成土过程2、与物质迁移转化有关的成土过程3、与土壤熟化有关的成土过程4、与土壤退化有关的成土过程1.土壤有机质形成、分解和迁移土壤有机质矿质化过程(mineralization)：土壤形成中有机物的矿质化过程，是指在微生物作用下，有机态物质中所含有的碳、氮、磷、硫等元素被分解、氧化、转变为无机态物质的过程。腐殖质过程(humification)：土壤形成中的腐殖质化过程是指各种动植物残体在微生物作用下，通过一系列的生物化学和化学作用变为腐殖质，并且这些腐殖质能够在土体表层积累的过程。泥炭化过程(peatformation)：土壤形成中的泥炭化过程，即指有机质以不同分解程度的植物残体形式在土壤上层不断累积的过程。腐殖质过程(humification)：土壤形成中的腐殖质化过程是指各种动植物残体在微生物作用下，通过一系列的生物化学和化学作用变为腐殖质，并且这些腐殖质能够在土体表层积累的过程。它包括两个过程，一是动植物和微生物细胞内部的各种高分子和低分子成分，以及它们代谢产物的分解过程；二是土壤微生物利用上述代谢产物合成腐殖质的过程，腐殖质化的结果，使土体发生分化并在土体上部形成了暗色腐殖质层(即A层)泥炭化过程(peatformation)：土壤形成中的泥炭化过程，即指有机质以不同分解程度的植物残体形式在土壤上层不断累积的过程。主要发生于地下水位较高，或地表有积水的沼泽地段，特别是在低温潮湿环境中，湿生植物的残体在嫌气条件下不能被彻底分解与转化，而是以未分解、半分解状态的有机物形式累积于地表，形成一个暗灰色的泥炭层(有机层H)的过程。矿质化过程(mineralization)：土壤形成中有机物的矿质化过程，是指在微生物作用下，有机态物质中所含有的碳、氮、磷、硫等元素被分解、氧化、转变为无机态物质的过程。它广泛发生于好气环境条件下的土壤之中，是与有机质累积过程相互对立的土壤形成过程，也是土壤中营养元素物质循环与再利用不可缺少的重要一环。2.土壤矿物迁移转换淋滤作用(eluviations)：土壤的淋滤作用，是指土壤物质随水流由上部土层向下部土层或侧向移动的过程，亦称淋溶作用。它是土壤中普遍存在的成土过程，由于淋溶作用的持续进行，从而使土壤剖面上层中的某些物质不断减少，并逐渐形成了土壤的淋溶层(A：或E)。淀积作用(illuviation)：土壤形成中的淀积作用，系指土壤中物质的移动并在土壤某部位相对集聚的过程。淀积过程形成的土层，称淀积层(B)，也是土壤中普遍存在的基本过程。在土壤剖面中，淀积层一般位于淋溶层之下。根据淀积物质的差异，可以将土壤淀积作用细分为：碳酸盐与石膏的淀积、黏粒淀积、腐殖质淀积、灰化淀积和碱化淀积；因土壤氧化还原条件的变化，铁锰氧化物因氧化还原作用可随水向下、向上或侧向移动和淀积；可溶盐类则随土壤毛管水向土壤表层聚积。矿物质碱化过程盐化过程富铁铝化过程钙化过程黏化过程灰化过程（1）灰化过程：过程：土壤形成中的灰化过程，是指在土体表层Si02的残留、R2O3及腐殖质淋溶与淀积的过程。主要发生在寒冷湿润、郁闭的针叶林植被下，由于土壤有机酸(主要是富里酸)溶液的下渗过程，使上部土体的碱金属和碱土金属淋失，土壤矿物中的硅铝铁发生分离，铁铝胶体遭到淋失，并淀积于土体下部，而二氧化硅则残留在土体上部，从而在表土层形成了一个灰白色淋溶层次，称为灰化层(A2或E层)。结果：在土壤剖面下部则形成了一褐色或红褐色灰化与淀积层。发生条件：灰化过程图解P代表年均降水量；PE代表年均陆面蒸发量灰化层（2）黏化过程：过程：土壤形成中的黏化过程，是指土体中黏土矿物、次生层状硅酸盐的生成和聚积过程。尤其指在温带和暖温带的生物气候条件下，一般在土体内部(20～50cm左右)发生较强烈的原生矿物分解和次生黏土矿物的形成，或表土层黏粒向下机械地淋溶和淀积过程。结果：一般在土体心部黏粒有明显聚集，形成了一个相对较黏重的层次，称黏化层(Bt)。发生条件：（3）富铁铝化过程：过程：是指土体中脱硅、富铁铝氧化物的过程。在热带、亚热带高温多雨并有一定干湿季节的条件下，由于土壤矿物被高度风化，硅酸盐发生了强烈的水解，释出大量的盐基物质，使风化液呈中性或碱性环境，盐基离子和硅酸随风化液大量淋失，而铝、铁(锰)等元素却在碱性风化液中发生沉积，滞留于原来的土层中。结果：结果造成铝、铁(锰)氧化物在土体中残留或富集，而使土体呈鲜红色。由富铁铝化过程形成的土层称铁铝层(Bs)。发生条件：铁铝土剖面（4）钙化过程过程：指碳酸盐(CaC03、MgC03)在土体中淋溶、淀积的过程。在半干旱气候或者半湿润季风气候条件下，土壤剖面上部遭受季节性淋溶作用，矿物风化过程中释放出的易溶盐类大部分被淋失，而硅铁铝等氧化物基本上不发生移动，相对活跃的元素钙(镁)的碳酸盐在土体中发生淋溶、淀积。结果：在土体中、下层形成一个碳酸钙和碳酸镁相对富集的钙积层(Bk)。星散状、结核、钙版发生条件：在干旱或者极端干旱地区，因缺乏淋溶过程难以使土壤剖面中的碳酸钙向下层淋移富集，故钙化过程较弱；而在湿润气候条件下，则因强烈的淋溶过程使得碳酸钙难以在土壤剖面中、下层淀积，故也无钙化过程。脱钙过程：指碳酸钙从土层中被溶解淋失的过程。它是与钙化相反的过程，多发生于淋溶作用较强、气候相对湿润或者气候变化趋于湿润的地区。钙化过程图解盐化过程和脱盐化过程：盐化过程：是指土体中易溶性盐类随毛管上升水向表层移动与聚积的过程。除滨海地区外，盐化过程多发生于干旱或半干旱地区。地下水和成土母质中的溶性盐类，在干旱条件下，使盐分向土体表层集聚，形成盐化层。脱盐化作用：即盐化土(盐土)中的可溶性盐类被大气降水或灌溉水溶解，随土壤下渗水流从土体中淋失的过程。碱化过程和脱碱化过程：碱化过程：是指由于土壤中强碱弱酸盐碳酸钠或者碳酸氢钠相对富集，导致土壤溶液中的Na+进入土壤胶体交换出一定量钙离子、镁离子和铵离子等的过程。使土壤呈强碱性反应，并形成了土壤物理性质很差的碱化层(Btn)。碱化过程往往与脱盐化过程相伴发生。脱碱化则：是土壤胶体吸附的交换性Na+被其他阳离子(Ca2+、H+)所交换，致使土壤非碱化的作用。盐化过程图解盐成土景观图3.土壤水分状况有关的成土过程水文条件白浆化过程潴育化过程潜育化过程3.土壤水分状况有关的成土过程潜育化过程：土壤形成中的潜育化过程，即指土体在水分饱和、强烈嫌气条件下所发生的还原过程。在整个土体或土体的下层，因长期被水浸润，土壤空气缺乏，土壤几乎完全处于闭气状态，肌一般均低于250mV，有的甚至为负值。在这种情况下，有机质在分解过程中产生了较多的还原性物质，使高价铁锰被还原为低价态铁锰，从而形成一颜色呈蓝灰或者青灰的还原层次，成为潜育层(G)。潴育化过程：指土壤形成中的氧化还原过程。它主要发生在季风性气候区，土壤直接受到地下水周期性浸润的土层中。由于地下水位在雨季后期升高，旱季后期下降，使该土壤剖面下层呈现周期性的干湿交替，并引起土层中铁、锰化合物的氧化与还原交