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4土壤环境污染与防治 第四章 土壤环境污染与防治 第一节 土壤形成、组成和作用 第二节 土壤的污染与退化 第三节 土壤污染防治与修复 第一节 土壤形成、组成和作用 一、土壤的形成 风化作用 岩石 母质 土壤 成土过程 土壤是地球陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，是由岩石经风化发育而成的历史自然体。 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。 二、土壤的物质组成 土壤固∶液∶气三相的比示意图 土壤固相 土壤液相 土壤气相 (15%~35% V) 土壤矿物质 (95% ) 土壤有机质 (1-10%) 原生矿物质 (90% ) 次生矿物 根须 土粒上的吸附水 土粒 土壤空隙 被水饱和的土壤 生物体 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。 石英、长石类、云母类、 辉石、角闪石、橄榄石、 赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、 黄铁矿…… 原生矿物 次生矿物 简单盐类(方解石、白云石、石膏、泻盐等)、 三氧化物类（针铁矿、褐铁矿）、 次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石）类 …… 次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质 硅四面体 四面体片 ? 1. 土壤的组成和性质 次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质 铝八面体 八面体片 ? 1. 土壤的组成和性质 高岭石的特点 四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。 ? 1. 土壤的组成和性质 蒙脱石的特点 两个四面体片夹一八面体片组成一个晶片，八面体片中，部分Mg取代Al而使层片带负电，多余电荷由层间阳离子中和。水化时膨胀严重。 ? 1. 土壤的组成和性质 三种主要粘土矿物的特性比较 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。一般占有机质的85%~90%。 有机质 不同生态系统下土壤有机质的含量 净初级生产力(Mg C /ha y) 植物生物量(Mg C/ha) SOM (Mg C/ha) 胡敏素(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的有机高分子化合物。 胡敏酸(Humic acid)：溶于稀碱，但不溶于稀酸的棕至褐色的天然有机高分子化合物。 富里酸(Fulvic acid)：土壤中既能溶于稀碱又能溶于稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。 ?腐殖质的组分 分子大小： 胡敏素胡敏酸富里酸 腐殖质的分子结构 土壤腐殖质的作用 土壤养分的重要来源 促进土壤养分有效化 形成土壤结构 吸附污染物，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