土壤环境

第五章土壤环境什么是土壤？不同的学科的科学家常有不同的认识：生态学家从生物地球化学观点出发，认为土壤是地球表层系统中，生物多样性最丰富，生物地球化学的能量交换、物质循环最活跃的生命层。环境科学家认为，土壤是重要的环境因素，环境污染物的缓冲带和过滤器。工程专家则把土壤看作承受高强度压力的基地或作为工程材料的来源。对于农业科学工作者来说，土壤是植物生长的介质。土壤学家和农学家传统地把土壤定义为：发育于地球陆地表面能够生长绿色植物的疏松多孔结构表层。土壤环境•土壤的形成、组成和种类•土壤的结构和性质•土壤的污染与退化土壤的形成风化作用岩石母质土壤成土过程岩石氧和硅为岩石的主要成分，两者占其组成的75%以上，其中氧占约一半，而作为植物所需要的营养元素不仅含量少，而且都以难溶化合物的形态封闭在坚硬的岩石中，处于分散状态，故此需经历一个质变过程，亦即岩石的破碎分解，直至形成母质。岩石的风化岩石外界因素岩石本身的成分与性质改变岩石破碎风化作用•物理风化•化学风化•生物风化物理风化•岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程•特点：只能引起岩石形状、大小的变化，而不能改变其矿物组成与化学成分。•成因：地球表面温度的变化；冰冻的挤压；风；冰川等自然动力的磨蚀；植物根系的穿插。化学风化•岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。•特点：不仅是已破碎的岩石进一步变细，同时使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新的物质。•成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。•岩石在生物的作用下引起的破坏过程。•成因：机械破碎；生物化学作用。生物风化•地质大循环：岩石风化产物岩石•生物小循环：无机养分生物无机养分•土壤的形成是上述两个循环相互作用的结果•土壤的形成是成土过程与风化作用交织在一起，同时进行的。成土过程成土过程的主要影响因素•母质构成土壤矿物质的基本材料提供植物必需的养料元素•气候影响土壤中的物理、化学、生物作用的方向与进程•生物只有在母质的基础上出现了生物之后，土壤才能形成•地形影响热量及水的重新分配；影响母质的分配•时间时间越长，土壤性质的变化越大母质是物质基础；气候中的热量因素是土壤能量的最基本来源；生物将无机物变成有机物，将太阳能转化为生物化学能，从而改造了母质，形成了土壤；地形通过对地表物质和能量再分配，间接地影响土壤的形成过程；时间是一个条件，任何一个空间因素或者综合作用的效果随时间的增长而加强。土壤的物质组成土壤固相物质粒间物质生物体矿物质:占固相重量95%左右,总体积的38%左右有机物质:占固相重量5%左右,总体积的12%左右气相:组成与大气有差异液相:粒间水分及溶解于其中的物质昆虫、线虫、节肢动物微生物•岩石中含有约3000余种矿物，但与土壤有关的不过数十种，按其起源分为原生矿物和次生矿物。•原生矿物：没有发生成矿改变的矿物，有石英、长石、云母等•次生矿物：原生矿物风化后组成与性质发生变化而重新形成的矿物，又称粘土矿物，有蒙脱石、伊利石等。•矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的，即通常说的土壤颗粒。•按粒径大小，土粒分为砾石、砂粒、粉砂和粘粒。•土粒的大小与土壤矿物成分土壤化学成分密切相关。•粘粒以上主要由各种原生矿物组成以石英最多，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物；粘粒中原生矿物很少，基本上为次生矿物。土壤颗粒•来源：各种动植物、微生物残体及人畜粪便。•类型：非腐殖物质：碳水化合物；有机酸；木质素等。腐殖质：结构复杂，是微生物作用下形成的性质稳定的新的高分子化合物。其形成分两个阶段：首先产生构成腐殖质主要成分的原始材料；将上述原始材料通过缩合与聚合作用，形成腐殖质的单体分子。有机质土壤腐殖质的作用•土壤养分的主要来源•促进土壤养分有效化•形成土壤结构•减轻污染•其它土壤水主要来自降水，同时还有灌溉水和地下水。形态分为固态水、液态水和气态水液态水：吸湿水、膜状水、毛管水、重力水。土壤空气二氧化碳高于大气十到数百倍，氧气仅占十分之一左右。土壤水与空气土壤的种类•土壤的分级•土壤的地带性水平地带性垂直地带性区域地带性水平地带性如：沿南北方向延伸，沿东西方向逐渐更替的规律温带东（东北）－西（内蒙）－宁夏－新疆土壤暗棕壤黑土黑钙土栗钙土棕钙土地灰漠土灰棕漠土垂直地带性如：土壤的结构和环境特性•土壤的结构形态结构•土壤的环境特性酸碱性（pH值）缓冲性氧化还原状况土壤胶体•土壤中的矿物质颗粒，在大多数情况下不是以单粒状态存在，而是互相粘聚或者被胶结成大小、形状、性质不同的土片、土块、土团甚至团聚体。•结构类型：块状及棱块状，柱状及棱柱状，片状，单粒结构及团粒结构。土壤的形态结构形成机制•土粒的粘聚粘粒的凝聚作用有机质的胶结作用难溶性化合物的胶粘作用水膜的粘结作用•土壤结构的成型生物作用干湿交替冻融交替耕作作用土壤环境特性•土壤胶体土壤胶体的结构:o胶核二氧化硅，氧化铁铝，次生硅酸盐，腐殖质o决定电位离子层胶核表面分子解离成为离子，或从溶液中吸收某种离子而成o补偿离子层o胶团间溶液土壤胶体种类•土壤无机胶体含水氧化硅胶体，含水氧化铁铝胶体，水铝英石，粘土矿物•土壤有机胶体•有机无机复合体土壤酸碱性•酸的产生生命活动土壤溶液中活性铝的作用吸附态氢离子和铝离子的作用•碱的产生土壤中大量存在的碱金属的水解土壤缓冲性与氧化还原状况•土壤的缓冲性主要与土壤有机胶体与粘粒含量有关，另外各种弱酸也具有缓冲性。•土壤的氧化还原状况土壤是一个氧化物质和还原物质并存的体系。由于土壤所处条件不同，其溶液中氧化态物质与还原态物质的相对浓度不同。土壤退化•水土流失•土壤风蚀和沙漠化•土壤盐碱化土壤的污染•进入土壤的污染物超过土壤的自净能力，对土壤、动植物造成损害时的状况，成为土壤污染。•特点：间接性，复杂性和长期性。•判断标准：目前用自净能力及动植物受害时的临界浓度进行判断。•污染物的种类无机污染物:重金属、放射元素、盐、碱、酸等有机污染物:农药、酚、石油等土壤的自净能力•土壤通过对有机无机物的吸附固定作用，使得污染物通过土壤后减轻了毒害，即为土壤的自净作用。•作用方式：物理、化学、生物反应。•作用结果：有些污染物在土壤中蓄积起来；有些被转化而降低，或消除了活度与毒性。主要污染物在土壤中的迁移转化农药绝大多数为有机化合物，易为土壤土壤微生物、土壤酶所分解，主要通过脱氯、脱烷基、苯环破裂、氧化还原、水解作用等使分子简单化。农药的挥发性使它通过土壤孔道散失。重金属始终不离土壤，只是随环境条件的规律性动态而作相应的微小变化，总是停留在表土或亚表土，很难迁入底层。