模塊四土壤環境化學模塊四土壤環境化學1教學目標：1.知道土壤的組成與性質；2.理解重金屬等污染物在土壤中的遷移轉化；3.理解土壤中有機污染物的變化過程；4.學會土壤分析的方法；5.學會分析現實出現的土壤污染的原因及控制方法。教學目標：2環境案例：

1、我國土壤現狀2、甘肅徽縣血鉛事件3、毒大米毒蔬菜事件環境案例：1、我國土壤現狀34.1土壤環境化學基礎知識

（一）土壤的形成4.1土壤環境化學基礎知識（一）土壤的形成4

圖4-2直接發育于基巖之上的基本的綜合土壤剖面圖

5（二）土壤的組成（二）土壤的組成6（二）土壤的組成1、土壤礦物質（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機質3、土壤生物4、土壤溶液5、土壤空氣（二）土壤的組成7（三）土壤的基本性能1、土壤吸附性土壤具有吸附并保持固態、液態和氣態物質的能力，稱為土壤的吸附性能。

（1）土壤膠體的性質

①具有巨大的比表面積與表面能②膠體粒子具有表面電荷③土壤膠體的凝聚性和分散性（2）土壤膠體的離子交換吸附

①土壤膠體的陽離子交換吸附②土壤膠體的陰離子交換吸附（三）土壤的基本性能82、土壤的酸堿性（1）土壤酸度

①活性酸度：H+的濃度②潛在酸度2、土壤的酸堿性9

（2）土壤堿度

土壤溶液中OH-離子的主要來源，是CO32-和HCO3-的堿金屬（Na+、K+）及堿土金屬（Ca2+、Mg2+）的鹽類。

（3）土壤的緩沖能力

①土壤溶液的緩沖作用②土壤膠體的緩沖作用

（2）土壤堿度103、土壤的氧化還原性

土壤中的主要氧化劑有土壤中的氧氣、NO3-離子和高價金屬離子。土壤中的主要還原劑有有機質和低價金屬離子。

3、土壤的氧化還原性11（四）土壤是復雜的綜合體（1）培育植物（2）推動物質循環（3）保存水資源（4）防止災害（5）自凈能力（四）土壤是復雜的綜合體124.2土壤環境污染

1.土壤污染的概念

土壤污染是指由于人類活動所產生的物質(污染物)，通過多種途徑進入土壤，其數量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質、組成及性狀等發生變化，使污染物的積累過程逐漸占優勢，破壞了土壤的自然動態平衡，從而導致土壤自然功能失調、土壤質量惡化、影響作物的生長發育、產品的產量和質量下降，產生一定的環境效應(水體或大氣發生次生污染)，并可通過食物鏈對生物和人類構成危害。4.2土壤環境污染1.土壤污染的概念132、土壤污染源和污染物土壤污染源：①化肥和農藥；②廢物（廢渣、污水和垃圾等）的處理場所；③大氣或水體中的污染物質的遷移、轉化；④某些元素的富集中心或礦床周圍。

土壤污染物：

①有機物質；②氮素和磷素化學肥料；③重金屬；④放射性元素；⑤有害微生物類。

2、土壤污染源和污染物143、土壤的自凈作用和污染防治方法

土壤的自凈能力主要來自于土壤顆粒物層對污染物有過濾、吸附等作用，土壤微生物有強大生物降解的能力，土壤本身對酸堿度改變具有緩沖能力以及大量的土壤膠體表面能降低反應的活化能，成為很多污染物轉化反應的良好催化劑。此外，土壤空氣中的氧可作為氧化劑，土壤水分可作為溶劑，這些也都是土壤的自凈因素。

3、土壤的自凈作用和污染防治方法154.3土壤中重金屬遷移轉化

（一）土壤的重金屬污染及危害

（1）影響植物生長（2）影響土壤生物群的變化及物質的轉化（3）影響人體健康①通過揮發作用進入大氣。②受水特別是酸雨的淋溶或地表徑流作用。③植物吸收并積累土壤中的重金屬，通過食物鏈進入人體。4.3土壤中重金屬遷移轉化（一）土壤的重金屬污染及危害16（二）重金屬在土壤中的存在形態

重金屬進入土壤后，可以可溶性自由態或絡離子的形式存在于土壤溶液中；被土壤膠體所吸附，或以各種難溶化合物的形態存在。

（二）重金屬在土壤中的存在形態17（三）重金屬在土壤中的遷移轉化1、土壤中重金屬的物理遷移2、土壤膠體對重金屬的吸附

（1）重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態。（2）土壤中存在的有機和無機膠體對金屬離子的吸附固定。土壤膠體對重金屬的吸附作用通常分為非專性吸附和專性吸附。非專性吸附：專性吸附：（三）重金屬在土壤中的遷移轉化183、重金屬離子的配位作用

土壤重金屬可與土壤中的各種無機配位體和有機配位體發生配位作用。

4、土壤中重金屬的沉淀和溶解

在高氧化環境中，Eh較高，釩、鉻呈氧化態，形成可溶性釩酸鹽、鉻酸鹽等，具有極強的遷移能力，而鐵、錳則相反，形成高價難溶性化合物沉淀，遷移能力很低。3、重金屬離子的配位作用195、土壤微生物的固定和活化

（1）胞外絡合作用（2）胞外沉淀作用（3）金屬的微生物轉化5、土壤微生物的固定和活化206、土壤根際的富集和降毒

（1）根際氧化還原屏障形成（2）根際pH屏障形成（3）根系分泌物的絡合作用6、土壤根際的富集和降毒21（四）土壤中有毒的重金屬重金屬中毒機理生物機體中含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應：

（四）土壤中有毒的重金屬221、汞汞在土壤中可能以多種不同的形態存在，如無機汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。1、汞232．鎘

鎘在土壤中只能以二價簡單離子或簡單配離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等。Cd2+與有機配體形成配合物的能力很弱，故土壤中有機結合態的鎘較少。鎘還以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等難溶的形態存在于土壤中。2．鎘243、鉻

在低氧化還原電位的條件下，鉻以三價形態存在，在低pH時為Cr3+，高pH時為CrO2-；在高氧化還原電位條件下，鉻以六價形態存在，在低pH時為Cr2O72-，在高pH時為CrO42-。3、鉻254、鉛

在正常的上壤環境條件下，Pb(Ⅱ)是僅有的穩定狀態，土壤中鉛主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等難溶化合物。5．砷土壤中砷主要以含氧酸鹽的形式存在，有砷酸根和亞砷酸根。4、鉛26

農藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑、引誘劑、忌避劑、植物生長調節劑和配制農藥的助劑等。

4.4土壤中農藥的遷移轉化

農藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑27（一）農藥的分類（一）農藥的分類28（二）農藥在土壤中的遷移轉化1、土壤對農藥的吸附作用（1）異性電荷相吸指帶負電土壤組分與呈正離子狀態的農藥通過靜電引力相吸引；（2）非專一的物理性鍵合。這是范德華引力起作用，這種作用力發生在被吸附的非離子型分子之間，而不是發生在分子和土壤組分之間。所以在這種情況下，范德華引力以與其他鍵力加合的形式發生作用；（3）氫鍵力。例如含—NH基的農藥分子可通過生成氫鍵與粘土表面的氧原子及土壤有機物分子內的羰基氧原子結成一體；（4）配位鍵指農藥分子與土壤組分分子通過未共享電子對所發生的結合。（二）農藥在土壤中的遷移轉化1、土壤對農藥的吸附作用292、揮發和擴散

大量資料證明，不僅非常易揮發的農藥，而且不易揮發的農藥（如有機氯），都可以從土壤、水及植物表面大量揮發。對于低水溶性和持久性的化學農藥來說，揮發是農藥進入大氣中的重要途徑。

2、揮發和擴散303、降解

農藥在土壤中的降解，包括光化學降解、化學降解和微生物降解等。(1)非生物降解①光化學降解②化學降解(2)土壤微生物對農藥的降解①有機氯農藥的降解②有機磷類農藥的降解③氨基甲酸酯類農藥的降解3、降解31(3)微生物在農藥轉化中的作用①礦化作用②共代謝作用(3)微生物在農藥轉化中的作用324、殘留性和危害性（1）殘留性

①化學農藥性質的影響②土壤性質的影響4、殘留性和危害性33（2）危害性①土壤中農藥可通過如下途徑進入各類生物體內。②土壤→陸生植物→食草動物③土壤→土壤中無脊椎動物→脊椎動物→食肉動物④土壤→水中浮游生物→魚和水生生物→食魚動物（2）危害性34（三）農藥殘留的處理方法，采取的措施及目前的情況

目前我國雖然已公布了農藥管理條例，制定了農藥安全使用標準、農藥合理使用準則和農藥殘留檢測方法行業標準等一系列法規、條例和標準，但推薦性條例多，強制性法規少，更缺少處罰條款。（三）農藥殘留的處理方法，采取的措施及目前的情況35（四）持久性有機污染物（毒物）1、POPs的種類

我國在20世紀60－80年代，以有機氯農藥為主，大量生產使用過滴滴涕、毒殺芬、六氯代苯、氯丹和七氯等5種POPS農藥，現僅保留滴滴涕和六氯代苯二種生產，但已分別禁止和限制他們作為農藥使用。

2.POPs的基本特性

（1）持久性（2）生物累積性（3）半揮發性（4）高毒性（四）持久性有機污染物（毒物）364.5土壤污染的治理及生物修復

1.控制和消除土壤污染源①控制和消除工業“三廢”的排放②控制化學農藥的使用③合理使用化學肥料2.增加土壤環境容量，提高土壤凈化能力3.其他防治土壤污染的措施①施用化學改良劑

②生物改良措施③控制氧化還原條件④改變耕作制⑤改良土壤4.5土壤污染的治理及生物修復1.控制和消除土壤污染源374.土壤污染生物修復技術

目前國外采用的土壤生物修復技術有原位處理（insite）、就地處理（onsite）和生物反應器（bioreactor）三種方法。4.土壤污染生物修復技術38模塊四土壤環境化學模塊四土壤環境化學39教學目標：1.知道土壤的組成與性質；2.理解重金屬等污染物在土壤中的遷移轉化；3.理解土壤中有機污染物的變化過程；4.學會土壤分析的方法；5.學會分析現實出現的土壤污染的原因及控制方法。教學目標：40環境案例：

1、我國土壤現狀2、甘肅徽縣血鉛事件3、毒大米毒蔬菜事件環境案例：1、我國土壤現狀414.1土壤環境化學基礎知識

（一）土壤的形成4.1土壤環境化學基礎知識（一）土壤的形成42

圖4-2直接發育于基巖之上的基本的綜合土壤剖面圖

43（二）土壤的組成（二）土壤的組成44（二）土壤的組成1、土壤礦物質（1）原生礦物（2）次生礦物2、土壤有機質3、土壤生物4、土壤溶液5、土壤空氣（二）土壤的組成45（三）土壤的基本性能1、土壤吸附性土壤具有吸附并保持固態、液態和氣態物質的能力，稱為土壤的吸附性能。

（1）土壤膠體的性質

①具有巨大的比表面積與表面能②膠體粒子具有表面電荷③土壤膠體的凝聚性和分散性（2）土壤膠體的離子交換吸附

①土壤膠體的陽離子交換吸附②土壤膠體的陰離子交換吸附（三）土壤的基本性能462、土壤的酸堿性（1）土壤酸度

①活性酸度：H+的濃度②潛在酸度2、土壤的酸堿性47

（2）土壤堿度

土壤溶液中OH-離子的主要來源，是CO32-和HCO3-的堿金屬（Na+、K+）及堿土金屬（Ca2+、Mg2+）的鹽類。

（3）土壤的緩沖能力

①土壤溶液的緩沖作用②土壤膠體的緩沖作用

（2）土壤堿度483、土壤的氧化還原性

土壤中的主要氧化劑有土壤中的氧氣、NO3-離子和高價金屬離子。土壤中的主要還原劑有有機質和低價金屬離子。

3、土壤的氧化還原性49（四）土壤是復雜的綜合體（1）培育植物（2）推動物質循環（3）保存水資源（4）防止災害（5）自凈能力（四）土壤是復雜的綜合體504.2土壤環境污染

1.土壤污染的概念

土壤污染是指由于人類活動所產生的物質(污染物)，通過多種途徑進入土壤，其數量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質、組成及性狀等發生變化，使污染物的積累過程逐漸占優勢，破壞了土壤的自然動態平衡，從而導致土壤自然功能失調、土壤質量惡化、影響作物的生長發育、產品的產量和質量下降，產生一定的環境效應(水體或大氣發生次生污染)，并可通過食物鏈對生物和人類構成危害。4.2土壤環境污染1.土壤污染的概念512、土壤污染源和污染物土壤污染源：①化肥和農藥；②廢物（廢渣、污水和垃圾等）的處理場所；③大氣或水體中的污染物質的遷移、轉化；④某些元素的富集中心或礦床周圍。

土壤污染物：

①有機物質；②氮素和磷素化學肥料；③重金屬；④放射性元素；⑤有害微生物類。

2、土壤污染源和污染物523、土壤的自凈作用和污染防治方法

土壤的自凈能力主要來自于土壤顆粒物層對污染物有過濾、吸附等作用，土壤微生物有強大生物降解的能力，土壤本身對酸堿度改變具有緩沖能力以及大量的土壤膠體表面能降低反應的活化能，成為很多污染物轉化反應的良好催化劑。此外，土壤空氣中的氧可作為氧化劑，土壤水分可作為溶劑，這些也都是土壤的自凈因素。

3、土壤的自凈作用和污染防治方法534.3土壤中重金屬遷移轉化

（一）土壤的重金屬污染及危害

（1）影響植物生長（2）影響土壤生物群的變化及物質的轉化（3）影響人體健康①通過揮發作用進入大氣。②受水特別是酸雨的淋溶或地表徑流作用。③植物吸收并積累土壤中的重金屬，通過食物鏈進入人體。4.3土壤中重金屬遷移轉化（一）土壤的重金屬污染及危害54（二）重金屬在土壤中的存在形態

重金屬進入土壤后，可以可溶性自由態或絡離子的形式存在于土壤溶液中；被土壤膠體所吸附，或以各種難溶化合物的形態存在。

（二）重金屬在土壤中的存在形態55（三）重金屬在土壤中的遷移轉化1、土壤中重金屬的物理遷移2、土壤膠體對重金屬的吸附

（1）重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態。（2）土壤中存在的有機和無機膠體對金屬離子的吸附固定。土壤膠體對重金屬的吸附作用通常分為非專性吸附和專性吸附。非專性吸附：專性吸附：（三）重金屬在土壤中的遷移轉化563、重金屬離子的配位作用

土壤重金屬可與土壤中的各種無機配位體和有機配位體發生配位作用。

4、土壤中重金屬的沉淀和溶解

在高氧化環境中，Eh較高，釩、鉻呈氧化態，形成可溶性釩酸鹽、鉻酸鹽等，具有極強的遷移能力，而鐵、錳則相反，形成高價難溶性化合物沉淀，遷移能力很低。3、重金屬離子的配位作用575、土壤微生物的固定和活化

（1）胞外絡合作用（2）胞外沉淀作用（3）金屬的微生物轉化5、土壤微生物的固定和活化586、土壤根際的富集和降毒

（1）根際氧化還原屏障形成（2）根際pH屏障形成（3）根系分泌物的絡合作用6、土壤根際的富集和降毒59（四）土壤中有毒的重金屬重金屬中毒機理生物機體中含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應：

（四）土壤中有毒的重金屬601、汞汞在土壤中可能以多種不同的形態存在，如無機汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。1、汞612．鎘

鎘在土壤中只能以二價簡單離子或簡單配離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等。Cd2+與有機配體形成配合物的能力很弱，故土壤中有機結合態的鎘較少。鎘還以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等難溶的形態存在于土壤中。2．鎘623、鉻

在低氧化還原電位的條件下，鉻以三價形態存在，在低pH時為Cr3+，高pH時為CrO2-；在高氧化還原電位條件下，鉻以六價形態存在，在低pH時為Cr2O72-，在高pH時為CrO42-。3、鉻634、鉛

在正常的上壤環境條件下，Pb(Ⅱ)是僅有的穩定狀態，土壤中鉛主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等難溶化合物。5．砷土壤中砷主要以含氧酸鹽的形式存在，有砷酸根和亞砷酸根。4、鉛64

農藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑、引誘劑、忌避劑、植物生長調節劑和配制農藥的助劑等。

4.4土壤中農藥的遷移轉化

農藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑65（一）農藥的分類（一）農藥的分類66（二）農藥在土壤中的遷移轉化1、土壤對農藥的吸附作用（1）異性電荷相吸指帶負電土壤組分與呈正離子狀態的農藥通過靜電引力相吸引；（2）非專一的物理性鍵合。這是范德華引力起作用，這種作用力發生在被吸附的非離子型分子之間，而不是發生在分子和土壤組分之間。所以在這種情況下，范德華引力以與其他鍵力加合的形式發生作用；（3）氫鍵力。例如含—NH基的農藥分子可通過生成氫鍵與粘土表面的氧原子及土壤有機物分子內的羰基氧原子結成一體；（4）配位鍵指農藥分子與土壤組分分子通過未共享電子對所發生的結合。（二）農藥在土壤中的遷移轉化1、土壤對農藥的吸附作用672、揮發和擴散

大量資料證明，不僅非常易揮發的農藥，而且不易揮發的農藥（如有機氯），都可以從土壤、水及植物表面大量揮發。對于低水溶性和持久性的化學農藥來說，揮發是農藥進入大氣中的重要途徑。

2、揮發和擴散683、降解

農藥在土壤中的降解，包括光化學降解、化學降解和微生物降解等。(1)非生物降解①光化學降解②化學降解(2)土壤微生物對農藥的降解①有機氯農藥的降解②有機磷類農藥的降解③氨基甲酸