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环境土壤学
环境土壤，士壤是位于地球表面和浅水水域底部的具有生命力、生产力的疏松而不均匀的层次，是地球系统的组成部分和调控环境质量的中心要素。
编辑于2023-05-18 22:27:21 四川省- 相似推荐
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环境土壤学
第一章 绪论
土壤的概念
士壤是位于地球表面和浅水水域底部的具有生命力、生产力的疏松而不均匀的层次，是地球系统的组成部分和调控环境质量的中心要素。
土壤的特性
具有生产力
提供植物的生长条件，生产植物产品
支撑建筑物和作为建筑材料
具有生命力
含有微生物和土壤动物
具有净化力
土壤具有吸附分解迁移转化而降解污染物浓度的能力
具有交换力
可以吸收环境中的营养物质和污染物，也可以像其他介质和生物输出这些物质
土壤肥力
土壤具有供应和协调植物生长所需的营养条件（水分、养分）和环境条件（空气、 温度）的能力。
土壤净化力
土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化等过程而使土壤污染物的浓度降低而消失的过程，
土壤圈的概念
是岩石圈、水圈、大气圈和生物圈在地球表面相互作用的产物。
是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均匀的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球系统的重要组成部分，处于大气圈，水圈，生物圈和岩石圈的界面和中心位置，即是他们长期共同作用的产物，又是对这些圈层的支撑。
土壤圈对其他几个圈的作用
对生物圈
支持和调节生命过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的条件，决定自然植物的分布和演替，各种限制因子也对生物起不良的影响
对大气圈
影响大气的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放二氧化碳甲烷等
对水圈
影响水的溶质组成及其在陆地、水体和大气的分布
对岩石圈
对岩石起保护作用
土壤在生态系统中的作用
1土壤是农业的基本生产资料
2土壤是生态系统中不可缺少的环节
3土壤是调控环境质量的中心要素
第二章 土壤母质与土壤的形成
第一节 土壤母质
土壤母质来源
土壤母质概念（成土母质）
地壳表层的岩石矿物经过风化作用形成的风化产物
主要的造岩矿物
造岩矿物的概念
形成岩石的矿物
矿物的类型
原生矿物（内生矿物）
指由底下深处成熔融状态的岩浆岩沿着地壳裂缝上升过程中冷却、凝固结晶而形成的矿物
次生矿物（外生矿物）
指暴露在地表的原有矿物，在地表常温常压条件下，受到各种外力作用（风化作用、沉积作用）所形成的一类矿物
变质矿物
原有矿物重新处于高温高压的条件下，发生形态、性质和成分的变化而形成的新矿物
主要的成土岩石
概念
由一种或多种矿物组合的集体
分类
岩浆岩
概念
地壳内部成熔融状态的岩浆喷出地表，或者上升到接近地表的不同深度的地壳中，冷却、固化后形成的岩石
分类
按二氧化硅的含量
酸性岩
中性盐
基性岩
超基性岩
主要的岩浆岩
花岗岩、安山岩、玄武岩、闪长岩
沉积岩
概念
是地壳表层的原有岩石在常温常压条件，经风化剥蚀，在原地堆积或搬运至不同的地方，经过大地压固、胶结、重结晶等成岩方式形成的岩石。
主要的沉积岩
砂岩、页岩、石灰岩、砾岩
变质岩
概念
经变质作用形成的岩石
主要的变质岩
板岩、片岩、石英岩、大理岩
岩石的风化过程
风化的概念
地壳表层的岩石，在大气和水的联合作用以及温度变化和生物活动的影响下所发生的一系列崩解和分解作用
风化作用的类型
物理风化
概念
岩石在外力的作用下机械破碎成大小不等的碎屑，但化学成分不变
分类
热力风化—温差作用引起
冻融作用—冰劈作用
寒冷地区，岩石裂缝中的水结冰，体积增大，裂缝增加，融化后水往更深的裂缝深入内部，继续结冰
矿物的水分与结晶膨胀作用
裂隙中的水分溶解大量盐类矿物，水分蒸发，浓度增大，盐类结晶，体积增大，缝隙增加
物理风化使岩石由大变小，化学性质不发生改变
化学风化
概念
岩石在外力作用下，不仅改变了岩石的外貌且化学成分发生变化，产生新的物质的过程
分类
溶解作用
水对岩石中易溶的盐分的溶解
水化作用
无水矿物和水结合形成含水矿物
体积膨胀，溶解度增加，硬度下降
水解作用
水中的氢离子置换矿物中的金属离子的作用
氧化作用
盐化作用
生物风化
概念
由生物活动引起的岩石破坏作用，表现为物理风化和化学风化两种形式
大概有哪些
种子的发芽、根在岩隙中长大、穴居动物的挖掘
生命活动产生的CO2和有机酸对岩石的分解
风化的阶段
碎屑阶段
钙沉积阶段或饱和硅铝阶段
酸性硅铝阶段
富铝阶段
第二节 土壤的形成
土壤形成因素（成土因素）
母质因素
是土壤形成的物质基础和植物矿质养分元素的最初来源，它对土壤的物理性状和化学组成均产生重要的作用
生物因素
是土壤有机物质的来源和土壤形成过程最活跃的因素，其中植物起着最重要的作用。绿色植物吸收养分元素制造有机物，然后以枯枝落叶和残体的形式将有机养分归还给地表；动物除以排泄物、分泌物和残体的形式为土壤提供有机质，并通过啃食、搬运和搅动等促进有机残体的转化和改变土壤结构；微生物在成土过程主要是分解和转化有机残体，合成腐殖质
气候因素
直接影响：成土过程的水、热条件和物理、化学过程的性质与强度 间接影响：影响岩石风化过程以及植被类型来影响土壤的形成和发育
地形因素
主要通过引起物质、能量的再分配而间接地影响土壤形成
时间因素
母质、地形、气候和生物等在土壤形成中的作用都随时间的演变而不断变化
人为因素（不是自然因素）
主要是通过改变成土因素作用与土壤的形成与演化
土壤形成规律
物质的地质大循环
地面岩石风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而产生成岩作用，地球表面恒定的周而复始的大循环
物质的生物小循环
植物营养元素在生物体与土壤之间的循环
地质大循环与生物小循环的关系
土壤的形成过程
土体内矿物的形成和破坏
有机质的积聚和分解
元素的交换和迁移以及土体结构的形成和破坏
第三节 土壤剖面及形态特征
土壤剖面
概念
从地面向下直到土壤母质的垂直切面，具有若干个大体与地面平行的土壤发生层
自然土壤剖面的发育
枯落物层（O层）
未分解枯枝落叶层或半分解的枯枝落叶层
腐殖质层（A层）
土体的最上部，有机质积累多，是植物根系和微生物最集中的层次
淋溶层（E层）
腐殖质含量及养分含量少，肥力特征差
淀积层（B层）
上层淋溶下来的物质在此层淀积，发育完全的土壤剖面必须具备淀积层
母质层（C层）
由风化程度不同的岩石风化物或各种地质沉积物suo gou cheng
基岩层（R层）
半风化或未风化的基岩
耕作土壤剖面的形成
耕作层0～20cm
犁底层
心土层20～30cm
底土层50～60c m
第三章 土壤固体物质组成
土壤的结构
概念
土壤结构是土粒（单粒和复粒）相互排列和团聚成一定形状和大小的土块和土团，包含结构体和结构性两方面的含义
功能
调控水、气流通和保持
通过空隙调配达到水分与空气及热量的同时存储
土壤结构对空气的调节
土壤与大气间存在气体交换，交换的场所为土壤结构体中的大孔隙，它可以为土壤空气的更新提供有效的通道
交换的动力
土壤与空气间组成的浓度差异
产生浓度差异的原因
土壤的生物活动
消耗氧气，释放二氧化碳
气体浓度变化
土温低于气温，土壤向大气释放二氧化碳
土温高于气温，土壤空气向大气吸收空气，富于氧气
土壤结构性
概念
土壤中的单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。包括土壤颗粒空间排列方式所呈现出的稳定程度和孔隙状况
良好的结构型
空隙数量多，且大、小孔隙分配和分布适当，利于土壤水、肥、气、热状况调节和植物根系活动
土壤结构体（团粒结构）
概念
土粒在胶结物的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。可作为鉴定土壤的依据；反应土壤培肥熟化程度和水文条件
土壤结构体的稳定性
力稳定性
机械稳定性，土壤结构体抵抗机械压碎的能力
生物学稳性
土壤结构体抵抗微生物分解的能力
水稳定性
抵抗水对土壤侵蚀的能力，若土壤结构体浸水后不易分散，则具有相当的稳定性
土壤结构体的大小
结构体越大，大孔隙越多，保存的空气容量越大
结构体越小形成的毛细管孔多，保存水分的能力更强
土壤结构类型
立方体状
块状
熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构
团块状
核状
子主题
粒状
团粒
近似于球体，疏松多孔的小土团，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特性
在土壤肥力上的意义
小水库
团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，团粒内部的保水性强
小肥料库
有机质含量丰富
空气走廊
团粒间的孔隙较大，有利空气流通
柱状
棱柱状
碱化土壤的标志
片状
板状
多级团聚说
粘结团聚过程
凝聚作用
无机物质的粘结作用
有机物质的胶结作用及复合作用
有机-矿质复合体
蚯蚓及小动物的作用
切割造型过程
根系切割
干湿交替
冻融交替
耕作
土壤结构的基本指标
土壤孔隙
土粒或土团之间通过点面的接触所形成大小不等的空间
土壤密度
不计孔隙所占位置，单位体积的土壤质量
土壤容重
包括孔隙在内，单位体积的土壤质量
意义
反应土壤的松紧度
计算土壤重量及某些组分的含量
土壤比重
土粒密度与水的密度（4摄氏度时）之比，无量纲
土壤孔隙度
土壤孔隙容积的多少，在一定容积的主体内，土壤孔隙容积占整个土体容积的百分数
土壤孔隙度的分级
当量孔径
定义
与一定土壤水吸力相当的孔隙直径
分级
非活性孔隙
孔径<0.002mm，土壤水吸力在3/0.002=1500千帕以上 ；土壤对水的吸力很强，水分对植物基本无效，粘土和板结土此类孔隙多
毛管孔隙
孔径0.02-0.002mm，土壤水吸力在T=3/0.02=150千帕至T=3/0.002=1500千帕之间，对植物有效，而且植物的根毛和一些细菌都可以在其中生长和活动。壤土和结构好的土壤此类孔隙多
通气孔隙
孔径>0.02mm，土壤水吸力小于150千帕，透水通气，通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动，空气流通的通道。
土壤的组成
土壤的三相组成
固体物质：土粒
土壤矿物质（95%）
土壤有机质
液体
气体
土壤孔隙中的各种气体
土壤的化学组成
cn在土壤中的含量高于岩石的20，10倍
si在土壤中相对富集
土壤的矿物组成
原生矿物
在风化中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物
岩浆岩是原生矿物的主要来源（石英、长石、云母）
次生矿物
原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物
次生层状硅酸盐类
晶质和非晶质的含水氧化物类
次生黏粒矿物（土壤黏粒的主要成分）
大多带负电，部分非硅酸盐类矿物胶体表面带正电荷
黏粒矿物分类
层状硅酸盐黏粒矿物
基本结构单位和单位晶片
硅氧四面体
一个硅四个氧，上面一个氧，下面三个氧，通过与3个相邻的四面体共用下层三个氧的方式连接成硅片
铝氧八面体
一个铝，上层三个氧，下层三个氧，通过与相邻的八面体共用顶层两个氧连接成铝片
单位晶层
1:1型
一个硅片和一个铝片，硅片顶氧和铝片底氧，氢键连接，氧离子层面和氢氧构成的层面
2:1型
两个硅片夹一个铝片，铝片的上下两层与两层硅片的顶氧共用，范德华力或静电连接
2:1:1型
在上型基础上多了一个八面体水镁片或水铝片，两个硅片，一个铝片和一个硅片，或者铝片构成，范德华力或静电力
同晶置换
概念
组成矿物的中心离子被性质相近的离子所置换而不破坏晶体结构的现象
相互置换的离子大小和电性要相近
多数发生在2:1型或2:1:1型，因为1:1型氢键连接较稳定
非层状硅酸盐黏粒矿物
少量残存的简单盐类
土壤的粒级组成
土粒分级
当量粒径
概念
与其静水沉降速度相同的圆球直径
原理
颗粒沉降速度与有效直径有关=kr2
分级
国际制
美国制
卡庆斯基制
中国制
分为四级
砾石
多为岩石碎块
砂粒
以原生矿物为主，最多的是石英
>0.02mm
粉粒
除原生矿物外，还有一些风化形成的次生矿物
粘粒
以次生矿物为主
<0.002mm
土粒的化学组成
粒径越大sio2含量越多
R2O3粒径越大含量越少
CaO，Mg O，p2o5，k2o，粒径越小含量越多
土粒越小，保水能力、最大吸湿量、最大分子持水量、毛管水升高度增加；土壤膨胀性和可塑性增加，对耕地带来不利影响 通透性、渗透系数降低
土壤的机械组成和质地
土壤的机械组成概念
土壤中各级土粒的百分含量
主要用途
估算土壤比表面积
确定土壤质地
评价土壤结构性
其他
测定土壤颗粒组成（或机械组成）方法
土壤颗粒分析（机械分析）
土壤质地
土壤质地的概念
按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称
分级
国际制
按粘粒的含量
卡庆斯基制
砂土、壤土、黏土
土壤胶体
土壤胶体概念
土壤中直径小于0.002mm的微粒
土壤胶体的构造
胶体颗粒
胶核
（是土壤胶体微粒的核心部分）
双电层
决定电位离子层（内）
（吸附在胶体核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子）
补偿离子层（外）
非活性离子层
扩散层
胶体的种类和其结构
胶体的种类
土壤矿质胶体
原生或次生（次生为主）
含水氧化物
层状硅酸盐矿物
有机胶体
主要是腐殖质、有机酸
有机-无机复合胶体
有机胶体很少单独存在，多数和无机胶体形成复合物
胶体的表面
按表面位置划分
外表面
反应迅速
内表面
按表面的化学结构特点
硅氧烷型表面
2:1型黏粒的上下两面
1:1型黏粒的1/2面，为非极性的疏水表面
电荷来源为同晶置换多余的电荷，少部分是边角断键，为永久电荷，电荷不随ph、阳离子和电解质浓度的变化而变化
水合氧化物型表面
M-OH，铝醇、铁醇、硅烷醇
极性表面，具有亲水性，其表面的羟基以解离产生电荷，产生电荷的数量随土壤的ph变化而改变
有机胶体表面
表面存在大量的含氧官能团
电荷的产生取决于官能团的解离常数和介质的ph，属可变电荷
三类胶体表面往往相互交织
土壤胶体表面积和比表面
比表面
单位重量物体的总表面积
土壤表面电荷
土壤电荷
电荷数量
决定土壤吸附离子的多少
电荷密度
决定离子吸附的牢固度
净电荷
土壤的正电荷和负电荷的代数和；大多数土壤带净负电荷
种类和来源
永久电荷
来源
黏土矿物晶层中核心离子的同晶替代
特点
不受介质ph和电解质浓度的影响
可变电荷
来源
土壤固相表面从介质中吸附离子或向介质中释放离子
特点
电荷类型和电荷数量决定于介质酸碱度，又称ph依变电荷
十二章 有机污染土壤的修复
有机污染土壤的物理化学修复
土壤蒸气浸提技术（原位处理技术）
通过提取井，利用真空向土壤导入空气，空气流经土壤时，挥发性和半挥发性有机物随空气进入真空井
热处理技术（异位）
热解吸技术
直接或间接加热土壤中的污染物，达到一定温度后，使其转化为气态得以挥发
焚烧技术
在高温条件下，通过热氧化作用以破坏污染物的异位热处理技术
溶剂浸提技术（异位修复技术）
利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术
原位化学氧化修复技术
向污染物中掺入化学氧化剂，使其发生氧化反应，将污染物降解或转化为低毒、低移动性产物
原位化学还原与还原脱氯修复技术
利用化学还原剂，将污染物还原为难溶态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性和可利用性降低
有机污染土壤的生物修复
原位生物修复
生物通气法
在受污染的土壤中打井，通入新鲜空气，为微生物的活动提供充足的氧气
生物注气法
将空气压入土壤饱和部分，向不饱和部分真空吸取空气，提供充足氧气的同时，增加了空气的流通，
生物冲淋法
将含氧和营养物的水补充到亚表层，促进土壤和地下水中污染物的生物降解
泵出处理法
子主题
土地耕作法
通过耕翻污染土壤，补充氧和营养物，以提高土壤微生物的活性。
异位生物修复
制备床法
堆肥法
异位土壤耕作法
土壤泥浆反应器
有机污染土壤的植物修复
植物降解技术
植物刺激技术
植物挥发技术
十一章 重金属污染土壤的修复
重金属污染土壤的物理化学修复
物理修复
翻土、客土、换土和填埋
固化/稳定化
按一定比例和固化剂混合
热解吸法
对挥发性的重金属如汞，采用加热方法从土壤中解析出来
化学修复
土壤改良技术
沉淀作用
加入石灰性物质，提高ph，使重金属生成氢氧化物沉淀
吸附作用
施入有机物质和粘土矿物，增加肥性的同时利用有机物质与重金属络合、螯合作用
拮抗作用
利用金属元素之间的拮抗作用，减轻重金属的毒性
土壤淋洗技术
加入能促进土壤环境中重金属溶解或迁移作用的溶剂，通过水力压头推动清洗液，将其注入被污染的土层中，然后再把包含有重金属的液体从土层中抽离出来，进行分离和污水处理的技术
电动修复
是指通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物在电场作用下，通过电迁移、电渗透和电泳的方式被带到电极两极，从而使污染土壤得以修复的方法
重金属污染土壤的植物修复
植物提取
植物吸收污染物，并将其积累在可收获的部分（包括根系及地上部）
植物固定
植物稳定污染物，降低其有效性和移动性
植物挥发
植物吸收污染物，将其转化为气态物质，释放到大气中
植物降解
植物降解污染物，转化为无机物无毒物或者毒性较小的形态
植物刺激
植物的根系分泌物促进微生物降解污染物
根际过滤
植物根系吸附、浓缩和沉淀重金属
重金属超累积植物
定义
能够超量积累重金属的植物
蜈蚣草