《环境学基础》教案5

《环境学基础》教案

第五章 土壤污染原理

土壤圈层的位置：土壤是独立的、复杂的，特殊的地球外壳，它覆盖营整

个地球大陆外层。土壤圈处在与岩石圈、生物圈、水圈和大气圈密切相互

依存和相互作用之中。

土壤在生态系统中的重要性：土壤在地球表面是生物圈的一个组成部分，

提供陆生植物所需的营养源和水分，是植物进行光合作用，进行能量交换

的重要场所。土壤-植物-动物系统，在人类生活中仍然是输送太阳能的主

要传递者。在陆地生态系统中，土壤-生物系统(主要是植物)进行着全球

性的能量和物质的循环和转化。土壤在这一循环中具有重要意义。

所谓人类活动的根据地是也！！

土壤具有天然肥力和生长植物物质的能力，所以土壤是人类生存和农业生产的基础条件。因为土壤肥力保证了人们获得必要的粮食和原料，所以土壤与人类生产活动发生紧密的联系。

在长期的生产过程中，人类利用和改造土壤的同时，也产生了新的环境问题。 土壤不仅是一种农业生产资源，而且是一种环境要素。为了维持良好的生活环境需要认真加强保护。目前，人们较为关心的土壤环境问题有两方面：

由于人类大规模的生产、生活等活动，改变了影响土壤发育的生态环境，

使土壤本身受到破坏。这方面最明显的例子是人类对森林、草原结天然

植被的破坏而引起的土壤侵蚀、水土流失、土地沙化和贫瘠化等，形成

一系列生态环境破坏问题。

大规模现代化农业生产的实现、大量使用化肥、农药杀虫剂等，使土壤

道受到不同程度的污染。此外，由于现代工业及城市化排出的废气、废

水、废渣中的备种污染物，经不同途径使土壤受到污染。

防止和保护土壤环境不被污染成为十分重要的任务。本章着重讨论后一问题。

第一节 土壤性质及土壤污染的发生（请参阅《环境学》）

一、 土壤组成与性质

1． 土壤组成

（1）土壤体系相态组成

土壤是环境中特有的组成部分。

极其复杂的固体-液体-气体三相组成的多相疏松多孔体系(图5-1)。

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土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。土壤矿物质占土壤的绝大

部分，约占土壤固体总重量的90％以上。土壤有机质约占固体总重

量的1％-10％，一般在可耕性土壤中约占5％，且绝大部分在土壤

表层。

土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。

土壤气相是指土壤孔隙所存在的多种气体的混合物。

液相和气相共存于土壤孔隙内，按容积计，在较理想的土壤中，矿

物质约占38％-45％，有机质约占5％-12％，土壤孔隙约占50％。

图5-1 土壤体系的相态组成

（2）土壤矿物质

土壤矿物质来源于地壳岩石(母岩)和母质（上一世代），它对土壤的性质、结构和功能影响很大可分为原生矿物和次生矿物物两大类。

① 原生矿物

各种岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物

原来的化学组成和结晶结构都没有改变。

种类和含量，随母岩的类型，风化强度和成土过程的不同而异。

一般土壤中1-0.0lmm的砂和粉砂几乎全都是原生矿物。土壤中最主要的原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和碳酸盐类矿物。

② 次生矿物

由原生矿物经化学风化后形成的新生矿物

其化学组成和晶体结构都有所改变

包括各种简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。

其中简单盐类，如方解石(CaC03)、白云石[Ca、Mg(CO3)2]、石膏(CaS04·2H2O)、

泻盐(MgSO4·7H2O)、岩盐(NaCl)、芒硝(Na2SO4·10H2O)、水氯镁石(MgCl2·6H2O)等，易淋溶流失，一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。

而三氧化物类，如针铁矿(Fe2O3·H2O)、褐铁矿(2Fe2O3·3H2

0)、三水铝石

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(Al2O3·3H2O)等。

次生铝硅酸盐类，如伊利石、蒙脱石、高岭石，是土壤矿物质中最细小的部分，粒径小于0.25μm，一般称之为次生粘土矿物。土壤很多重要的物理、化学性质，如吸收性、膨胀收缩件、粘着性等都和土壤所含的粘土矿物，特别是次生铝硅酸盐的种类和数量有关。

（3）土壤有机质

土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。包括腐殖质、生物残体及土壤生物（图5-2）。

图5-2 土壤有机质组成

腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50％-65％

有三种赋存形态：游离的腐殖酸盐类状态

铁、铝的凝胶状态存在

与粘土矿物紧密结合的有机-无机复合体

这些存在形态对土壤一系列的物理化学性质有很大影响。

（4）土壤水分

来源：土壤水分主要来自大气降水和灌溉。在地下水位接近地面的情况下

(2-3cm)，地下水也是上层土壤水分的重要来源。此外，空气中水蒸汽冷

凝成为土壤水分。

成分：土壤水分并非纯水，其中含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO3-、SO42-、

-HCO3等离子以及有机物，还含有有机的和无机的污染物。

环境含义：因此，土壤水分既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各

种污染物向其他环境圈层(如水圈、生物圈等)迁移的媒介。

（5）土壤空气

存在状态：土壤中空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中。

来源：主要来源于大气；其次是产生于土中的生物化学和化学过程。 组成

接近于大气的正常组成，但又有差异。

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差异主要表现在O2和CO2的含量上，土壤空气中O2的含量较少，而CO2

的含量显著增加，且随着深度有明显的变化。一般说来，CO2的浓度随

深度的增加而慢慢地增加，在表土约为0.03%，到植物根区则增加到

1％-5％；02则相应缓慢地减少。

土壤空气的水汽含量一般总比大气高得多，并常含有少量还原性气

体，如甲烷(CH4)、硫化氢(H2S)、氢气(H2)。在某些情况下还可能产生

磷化氢(PH3)及二硫化碳(CS2)等气体。如果是被污染的土壤，其空气

中还可能存在污染物。

2．土壤剖面形态

典型土壤随深度呈现不同的层次(图5-3)：

覆盖层(A0)：最上层，由地面上的固枝落叶所构成

淋滤层(A)，第二层，是土壤中生物最活跃的一层，土壤有机质大部分在

这一层，金属离子和粘土颗粒在此层中被淋溶得最显著

淀积层(B)：第三层，它受纳来自上一层淋溶出来的有机物、盐类和粘土

颗粒类物质。

母质层（C层）：由风化的成土母岩构成。

基岩（D层）：母质层下面为末风化的岩层。

以上这些层次通称为发生层。土壤发生层的形成是土壤形成过程中物质迁移、转化和积聚的结果，整个土层称为土壤发生剖面。

图5-3 自然土壤综合剖面

注意：这是理想剖面，不是任何时候地点都具备所有土层！！！

3．土壤的质地

土壤可以根据固体组成的粒度进行粒度分级（见《环境学》P146）

。

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