1、環境土壤學 -學習指南一、名詞解釋1土壤污染2. 土壤團粒結構3. 鹽基飽和度 4. 土壤質地5. 陽離子交換量6同晶替代7. 兼厭氧性微生物8. 田間持水量9. 堿化度 10. 土地沙漠化11土壤肥力12. 腐殖質13. 永久電荷 14. 土壤質地15. 好氧微生物二、簡答題1簡要說明影響沙粒起動的因素2簡要說明土壤團粒體形成機制3簡要說明土壤膠體陰離子交換吸附、專性吸附的機制及區別4簡要說明沙質土、壤質土、粘質土在土壤肥力等方面的差異5簡要說明土壤酸化過程、影響因素及控制途徑和措施6簡要說明土壤腐殖質分解轉化途徑和過程7簡要說明土壤膠體陽離子交換吸附、專性吸附的機制及區別8簡要說明土壤有機

2、污染物的遷移轉化途徑9簡要說明土壤潛性酸和活性酸的區別和聯系10試比較高嶺石組、 蒙蛭組、水化云母組和綠泥石組在礦物構造和礦物性質的差異11簡要說明土壤水分形態與土壤水分有效性的關系12簡要說明土壤重金屬形態分類及相互轉化關系13簡要說明土壤鹽漬化過程、影響因素及控制途徑三、論述題1.綜合分析說明土壤腐殖質來源與分解轉化途徑和過程。2. 結合本課程學習，請全面地論述中國土壤質量退化的類型、地理分布及成因。3. 結合土壤風蝕的物理過程，請全面地分析影響風蝕強度的因素及土壤風蝕的環境意義。參考答案一、名詞解釋1土壤污染：人類活動向土壤添加有害物質（“絕對性 ”定義），以特定參照數據(如土壤背景值加

3、二倍標準差)為臨界值來判斷，超過此值則認為土壤已被污染；當加入土壤的污染物超過土壤容量而對生態系統造成了危害，此時認為土壤被污染了（“相對性 ”定義）。土壤被污染的程度主要決定于進入土壤的污染物的數量、強度和土壤凈化能力大小，當進入量超過凈化力，就將導致土壤污染。2. 土壤團粒結構：土壤結構是土粒（單粒和復粒）的排列、組合形式。土粒在膠結物(有機質、碳酸鈣、氧化鐵)的作用下，相互團聚在一起形成大小、形狀、性質不同的土團，稱為土壤結構體。疏松多孔，近似于球形的小土團稱為團粒結構，是含有機質豐富的標志特征。一般其直徑在 0.5-10 mm左右，把直徑小于 0.25 mm 成為微團粒。3. 鹽基飽和

4、度： 鹽基離子占吸附陽離子總量的百分數稱為鹽基飽和度。這里鹽基離子指 K +,+2+2+3+Na , Ca , Mg, NH 4 等， Al ，H被稱為致酸離子。鹽基飽和度高土壤，交換性陽離子以Ca2+, Mg 2+為主，鹽基飽和度高土壤，土壤為中性或偏堿性。交換性陽離子以Al 3+，H+ 為主，土壤偏酸性。4. 土壤質地：根據單個的土壤顆粒等效直徑的大小，可以把單個土壤顆粒分為礫石、沙粒、粉沙和粘粒等 4 個粒級，上述 4 個粒級的顆粒在土壤中的質量百分比被稱為土壤的機械組成。按土壤機械組成進行分類， 將顆粒組成相近而土壤性質相似的土壤劃分為一類并給予一定名稱，稱為土壤質地。質地相同的土壤，

5、顆粒組成基本相似 (但不完全相同 )，這些土壤常具有類似的一些理化性質和肥力特征。 每種土壤有一個質地名稱， 它概括反映了土壤內在的某些基本特性。5. 陽離子交換量： 一般而言， 土壤膠體表面帶負電 , 能夠把土壤溶液中的陽離子通過靜電吸附過程吸附到土壤膠體表面 , 這為陽離子吸附。相反地 , 土壤膠體表面吸附陽離子轉移到土壤溶液中稱為陽離子解吸。 吸附 -解吸處于動態的平衡之中。陽離子交換量是土壤所能吸附和交換的陽離子的容量 （ cmol(+)/kg ），反映了土壤 CEC 實際上是土壤所帶負電荷的數量，它與土壤膠體的比表面和表面電荷有關， 受土壤質地、 有機質含量、 土壤膠體類型和土壤溶液

6、的pH制等因素的影響。6同晶替代 : 組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所替代而晶格構造不變的現象叫做同晶替代（同型異質替代） 。同晶替代常見的是以低價代高價的金屬離子，所以產生的電荷以負為主。粘土礦物以負電荷為主，通過靜電引力吸附陽離子。陽離子的吸附是土壤一個極重要的特性，和肥力關系密切。7. 兼厭氧性微生物：這類微生物可在有氧或無氧條件呼吸來獲得養分，釋放能量，酵母菌、大腸桿菌等屬于兼厭氧性微生物。8. 田間持水量 ：毛管懸著水達最大量時的土壤含水量。它是反映土壤保水能力大小的一個指標。9. 堿化度：土壤膠體吸附的交換性鈉占陽離子交換量的百分率。一般而言堿化度在5-10% ，為輕

7、度堿化土壤，堿化度在10-15% ，為中度堿化土壤，堿化度>15%，為強堿化土壤。10. 土地沙漠化：土壤沙化也稱沙漠化，沙漠化是指由于人為不合理活動，在脆弱的生態系統平衡破壞， 使原非沙漠的地區出現了類似沙漠景觀的環境變化過程。凡是具有發生沙漠化過程的土地都稱之為沙漠化土地。沙漠化土地還包括了沙漠邊緣風力作用下沙丘前移入侵的地方和原來的固定、半固定沙丘由于植被破壞發生流沙活動的沙丘活化地區。根據土壤沙化區域差異和發生發展特點，我國沙漠化土壤(地 )大致可分為3 種類型：干旱荒漠地區的土壤沙化、半濕潤地區土壤沙化、半干旱地區土壤沙化。土壤沙化過程是土壤質地粗化、養分降低、水分吸持能力下降

8、和土壤剖面結構解體的過程。11土壤肥力： 在植物生活全過程中，土壤供應和協調植物生長所需水、肥、氣、熱的能力。具體包括自然肥力和人為肥力。自然肥力指土壤在自然因子( 氣候、生物、地形等) 綜合作用下所具有的肥力；人為肥力指土壤在人為條件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表現出來的肥力。12. 腐殖質：經土壤微生物作用后，由多酚和多醌類物質聚合而成的含芳香環結構的、新形成的黃色至棕黑色的非晶形高分子有機化合物為土壤腐殖質。腐殖質組分極其復雜，目前把土壤腐殖質中分為胡敏素、胡敏酸和富啡酸等。13. 永久電荷： 永久電荷來自于粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代過程，主要出現在2:1型粘土礦物之中， 由

9、于同晶替代過程中主要是以低價陽離子替代高價陽離子，永久電荷一般為負電荷，且電荷量不受介質pH 值和電解質濃度的影響。14. 土壤質地： 根據單個的土壤顆粒等效直徑的大小，可以把單個土壤顆粒分為礫石、沙粒、粉沙和粘粒等4 個粒級，上述 4 個粒級的顆粒在土壤中的質量百分比被稱為土壤的機械組成。按土壤機械組成進行分類，將顆粒組成相近而土壤性質相似的土壤劃分為一類并給予一定名稱，稱為土壤質地。質地相同的土壤，顆粒組成基本相似(但不完全相同)，這些土壤常具有類似的一些理化性質和肥力特征。每種土壤有一個質地名稱，它概括反映了土壤內在的某些基本特性。15. 好氧微生物：這類微生物主要依靠有氧呼吸來獲得養分

10、，釋放能量，細菌、霉菌、放線菌、藻類、原生動物屬于好氧微生物。二、簡答題1簡要說明影響沙粒起動的因素答：沙粒起動機制可概括為固體顆粒的沖擊起動機制和氣流的空氣動力學卷吸起動等，根結底， 沙粒起動的動量還是來自于氣流的動量。 沙粒由靜止狀態變為運動狀態，但歸需要克服沙粒的本身重力、沙粒之間粘結力，以及地表粗糙元（植被、礫石等氣流的障礙物）2簡要說明土壤團粒體形成機制答：土壤團聚體形成分兩個階段:原生土粒（分散的單粒）在自身的粘結、凝聚或和外物膠結作用下粘聚而形成致密的土團或次生復粒微團聚體，一般而言、 土壤膠體表面吸附的陽離子、存在的水膜、土壤中膠體顆粒如含有碳酸鹽、鐵錳氧化物、次生硅酸鹽顆粒、

11、有機膠體等都可以作為膠結物質把單個土壤顆粒膠結成復粒；復粒進一步粘結，或由土體在機械力作用下破裂成型， 變為各種大小和形狀的結構體。產生切割作用的因素有凍融交替過程（存在于北方土壤之中） 、干濕交替、植物根系的切割作用、土壤動物的活動以及人為耕作過程等。3簡要說明土壤膠體陰離子交換吸附、專性吸附的機制及區別答：陰離子交換吸附是指在土壤膠體表面帶正電荷的部位（如鐵錳氧化物的表面、高嶺石邊面、有機膠體帶正電荷官能團的表面）通過靜電作用對陰離子的吸附。這種靜電吸附過程是可逆的， 是吸附和解吸之間的動態平衡。陰離子交換吸附是陰離子為配位體，進入金屬元素的配位殼， 與羥基或者水合基發生交換、重新配位并通

12、過共價鍵或配位鍵結合直接吸附在土壤膠體表面。 專性吸附發生在土壤膠體的雙電層的內層，也稱為配位體交換吸附。專性吸附是不可逆的。對陰離子專性吸附會使膠體表面負電荷增加，膠體-溶液體系的pH值升高。4簡要說明沙質土、壤質土、粘質土在土壤肥力等方面的差異答：沙質土粒間孔隙大，透水性強而持水性差，易旱不易澇；大孔隙多通氣良好，一般為氧化環境，不會累計還原物質；水少氣多，早春季節易升溫利于作物早播；養分含量少，保肥能力差，但肥效快；土質松散易耕。粘質土粒間孔隙小，毛細管發育，持水性能好而透水性能差，因而易澇不易旱；粒間孔隙小，透氣性差，易積累還原性物質；水多氣少，土溫增加慢不利于作物早播；土壤養分充足，

13、 保肥能力強， 養分供應平穩而持久。壤質土壤兼有沙質土和粘質土壤的優點，因而是一種較為理想的土壤類型。5簡要說明土壤酸化過程、影響因素及控制途徑和措施。答：土壤酸化過程包括了：1）土壤溶液中的活性H 的累積。土壤膠體上吸附的鹽基離子被溶液中活性H 交換進入土壤溶液， 鹽基離子遭雨水淋失， 土壤膠體上的交換性H 不斷增加，土壤鹽基飽和度下降、氫飽和度增加，使得土壤酸化，形成酸性土壤；2）土壤中鋁的活化加強了 H+積累。土壤膠體上交換性H +的飽和度達到一定限度，就會破壞硅酸鹽粘粒晶體結構，水鋁片中Al就脫離晶格束縛， 轉化為活性Al 3+，進而取代交換性H 而成為交換性Al 3+，交換性Al 3

14、+水解就產生H+:。土壤酸化原因包括：1）自然原因：土壤礦物風化和成土過程導致土壤酸化：如鹽基離子淋失、硅酸鹽破壞、硫酸鹽或硫化物的氧化-還原過程、過渡金屬氧化-還原過程等 ,如FeS2 + 3.5 O 2Fe2+ +2SO 42- +2H +2 Fe2+ + 0.5 O 2 + H 2O2Fe(OH) 3 + 4H +或者植物（作物）對營養元素吸收不平衡或對鹽基離子吸收過程中，植物根系分泌氫離子，導致酸化。 2）人為原因包括酸雨或酸沉降、酸性化學肥料施用如 NH4+ 水解或轉化為硝酸鹽、污水灌溉等在土壤中施加石灰是酸化土壤改良和主要措施。6簡要說明土壤腐殖質分解轉化途徑和過程答：第一階段：

15、腐殖質經過物理化學作用和生物降解，使其芳香結構核心與其復合的簡單有機物分離，或是整個復合體解體。第二階段：釋放的簡單有機物質被分解（礦化）和轉化，酚類聚合物被氧化。第三階段：脂肪酸(fatty acid) 被分解，被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質的形成。7簡要說明土壤膠體陽離子交換吸附、專性吸附的機制及區別答：一般而言，土壤膠體表面帶負電, 能夠把土壤溶液中的陽離子轉移到土壤膠體表面, 這為對陽離子吸附，相反地子交換吸附屬于可逆反應，, 土壤膠體表面吸附陽離子轉移到土壤溶液中稱陽離子解吸。陽離反應速度很快， 溶液中與膠體表面吸附陽離子處于動態平衡。且遵循等價離子交換的原則，符合質量作

16、用定律。鐵、鋁、錳等氧化物膠體表面陽離子不飽和而水合(化 ) ，產生可離解的水合基(-OH2)或羥基 ( OH) ，它們與溶液中過渡金屬離子(M 2+、 MOH +) 作用而生成穩定性高的表面絡合物，這種吸附稱專性吸附。專性吸附不同于膠體對堿金屬和堿土金屬離子的靜電吸附。專性吸附的離子為非交換態，不參與一般陽離子交換反應。可被與膠體親合力更強的金屬離子置換或部分置換，或在酸性條件下解吸。專性吸附在膠體表面正、負、零電荷時均可發生，反應結果使體系pH 下降。層狀硅酸鹽粘土礦物邊面裸露的Al-OH 基和 Si-OH 基與氧化物表面羥基相似，有一定專性吸附能力。8簡要說明土壤有機污染物的遷移轉化途徑

17、答：水解是有機污染物轉化的途徑之一，具體模式為：水解過程使毒物降解，可能降低其毒性，而水解速率取決于污染物化學結構、性質、pH 、溫度等因素。光解是有機污染物轉化另外途徑之一。土壤吸附的有機污染物的光解速率比溶液中光解過程低很多， 這是由于光線在土壤中迅速衰減、土壤顆粒內部濾光能原因所致，同時土壤染色物質可能猝滅光活化的農藥分子而抑制光解。土壤質地和水分影響農藥的光解速率，較粗質地和潮濕土壤有利于提高光解速率。在光照作用下， 腐殖酸表面瞬間形成自有基有利于農藥的氧化或間接光解。在光照、 水和氧氣作用下，粘粒礦物表面形成自有基有利于農藥的氧化或間接光解。光解常局限在表土1mm 范圍內。光解類型為

18、光氧化、光還原脫氯、光水解等。微生物降解也是有機污染物轉化的重要途徑。氧化是微生物降解有機物的重要酶促反應，如羥基化、脫烴基 ；還原性脫氯是生物降解常發生的反應。如DDT 脫氯與細胞色素氧化酶等有關；在水解酶作用下，如氨基甲酸酯、有機磷和苯酰胺等具有醚、酯和酰胺鍵農藥會發生水解。氣候條件、土壤性質和微生物群落影響生物降解速率和過程。9簡要說明土壤潛性酸和活性酸的區別和聯系答： 土壤活性酸是與土壤固相處于平衡狀態的土壤溶液中的H+ 所反映出來的酸度。土壤潛性酸是吸附在土壤膠體表面的交換性致酸離子（H + 和 Al 3+ )所反映出來的酸度。土壤活性酸和潛性酸屬于一個體系中的兩種酸，始終處于動態平

19、衡。土壤潛性酸是活性酸的主要來源和后備，即10試比較高嶺石組、蒙蛭組、水化云母組和綠泥石組在礦物構造和礦物性質的差異答：高嶺石組屬于1:1 型粘土礦物，由于晶片間以較強的氫鍵相連，水化時基本不膨脹。沒有或極少存在同晶替代現象，表面電荷少。片狀，顆粒較粗、總表面積較小，粘結性、粘著性、可塑性和吸濕能力較弱。蒙蛭組屬于2:1 型粘土礦物，具有明顯的脹縮性和同晶替代現象，陽離子交換量大，比表面積大，膠體特征突出。水化云母組也屬于2:1 型粘土礦物，但由于晶架間吸附的陽離子以K+ 為主，且半陷于晶穴內，同時受相鄰兩晶層陰電荷的吸附，產生了強聯結的效果，因而遇水不易脹開，具有非膨脹性。同晶替代現象普遍，

20、主要發生在硅片，電荷量較大，但部分被層間K+ 中和，有效電荷量少于蒙脫石，吸附容量介于高嶺石和蒙脫石之間。膠體特征中等， 顆粒大小及膠體特性介于高嶺組和蒙蛭組之間，總表面積較大。粘結性、粘著性、可塑性和吸濕性中等。綠泥石組屬于2:1:1 型粘土礦物， 具有非膨脹性。 同晶替代現象普遍， 硅片中Al 3+代Si4+、鋁片中Mg 2+代Al 3+產生負電荷，水鎂片中Al 3+代Mg2+產生正電荷，兩者相抵為凈負電荷，介于伊利石與高嶺石之間。膠體性質中等。土壤中綠泥石大部分來自母質遺留，沉積巖和沉積物中較多。11簡要說明土壤水分形態與土壤水分有效性的關系答：土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用

21、及其難易程度。不能被植物吸收利用的水分稱為無效水，能被植物吸收利用的水分稱為有效水。一般而言，吸濕水屬于無效水，膜狀水屬于部分有效水， 毛管懸著水和毛管上升水屬于有效水，毛管持水量和飽和持水量情況下對應的為重力水，對植物而言，這部分水分為多余水。12簡要說明土壤重金屬形態分類及相互轉化關系答：土壤重金屬形態一方面指的是土壤中化合物或礦物類型，另一方面指的是操作定義上的土壤重金屬形態， 即重金屬與土壤組分的結合形態，即以特定提取劑和提取步驟來定義土壤重金屬化學形態。具體來說，可交換態是指被土壤膠體表面非專性吸附且被中性鹽取代的，同時也易被植物根部吸收的部分；碳酸鹽態在石灰性土壤中是比較重要的一種

22、形態，普遍使用醋酸鈉 -醋酸緩沖液作為提取劑；鐵錳氧化態是指土壤中氧化鐵錳或黏性礦物的專性交換位置所吸附的位置，只能被親合力相似或更強的金屬離子置換，一般用草酸-草酸鹽或鹽酸羥胺做提取劑； 有機態是指重金屬通過化學鍵形式與土壤有機質結合，屬于專性吸附， 選用的提取劑主要有次氯酸鈉、 雙氧水；殘留態是指結合在土壤硅鋁酸鹽礦物晶格中的金屬離子，在正常情況下難以釋放且不易被植物吸收的部分，一般用硝酸-高氯酸 -氫氟酸分解。離子交換吸附 -解吸 -交換態重金屬是靜電吸附，吸附與解吸處于動態平衡之中，土壤膠體的陽離子交換量、土壤溶液的 pH 、重金屬離子的電荷數量和水合半徑影響到離子交換吸附-解吸過程，

23、如蒙脫石與Co2+ ， Zn+ 離子交換反應只能在pH<6 情況下才出現，否則則為專性吸附。專性吸附 -鐵錳氧化態：鐵、鋁、錳等氧化物膠體表面陽離子不飽和而水合( 化)，產生可離解的水合基 (-OH2) 或羥基 (-OH) ，它們與溶液中過渡金屬離子(M2+ 、MOH+) 作用而生成穩定性高的表面絡合物，這種吸附稱專性吸附。專性吸附的離子為非交換態，不參與一般陽離子交換反應。可被與膠體親合力更強的金屬離子置換或部分置換，或在酸性條件下解吸。溶解 -沉淀平衡 -碳酸鹽結合態重金屬：碳酸鹽與重碳酸鹽的溶解與沉淀平衡過程中可導致形成碳酸鹽結合態的重金屬.，土壤中碳酸鹽含量和pH 影響到土壤碳酸

24、鹽結合的數量。有機質對重金屬專性吸附-有機結合態。重金屬與粘土礦物發生同晶置換飯反應，部分金屬離子進入礦物晶格內-殘余態重金屬。13簡要說明土壤鹽漬化過程、影響因素及控制土壤鹽漬化包括鹽化和堿化過程，鹽化為可溶性中性鹽類在土壤中聚集的過程，堿化是土壤膠體被Na+飽和的過程。土壤鹽化過程就是土壤鹽分積累過程，或者是原生礦物和次生礦物化學風化，釋放陰陽離子重新組合后形成各種易溶性和微溶性的鹽分：NaCl,NaSO4, MgCl,MgSO 4, CaSO4,Na2CO3, NaHCO 3；或者是大氣降水的可溶性鹽分的注入。另外含鹽地層和含鹽構造的存在、地表水和地下水灌溉過程與次生鹽漬化、施肥過程等都

25、可能發生土壤鹽漬化。一般而言， 土壤鹽漬化發生的自然地理條件為干旱與半干旱條件下，蒸發旺盛而地勢低洼排水不暢的區域。土壤鹽化控制主要包括合理灌溉來沖洗土壤中累積的鹽分，同時排灌結合， 降低地下水位，改善排水條件，減少鹽分積累等措施。土壤堿化過程包括土壤溶液中HCO 3- 、CO32-水解過程產生大量的OH-，如以及 Na +進入土壤膠體表面，如：影響土壤堿化的因素包括：干旱、半干旱條件下，蒸發量大于降雨量，土壤中的鹽基物質隨著蒸發而表聚，使土壤堿化， Na、K 、 Ca、 Mg 等鹽基生物積累。一些植物適應在干旱條件下生長， 有富集堿性物質的作用； 母質基性巖、超基性巖富含堿性物質，含鹽基物質

26、多，形成的土壤為堿性；施肥和灌溉，施用堿性肥料或用堿性水灌溉會使土壤堿化。施入石膏是改良堿土的重要手段（ Ca2+進入土壤膠體，代換膠體吸附的 Na+，以改善堿土高度分散的理化性質） ，另外施入石膏可以和有機肥、 FeSO4 等結合使用對改良堿土有更好的效果。同時堿土改良要和洗鹽、洗堿等水利措施相結合。三、論述題1. 綜合分析說明土壤腐殖質來源與分解轉化途徑和過程。答：土壤腐殖質主要來源于枯枝落葉等植物殘體的不完全分解的產物， 特別是是木質素和纖維素等物質分解產生的中間產物。 腐殖質分解轉化分為三個階段。 第一階段： 腐殖質經過物理化學作用和生物降解， 使其芳香結構核心與其復合的簡單有機物分離， 或是整個復合體解體。第二階段： 釋放的簡單有機物質被分解（礦化） 和轉化， 酚類聚合物被氧化。第三階段：脂肪酸 (fatty acid) 被分解，被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質的形成。2. 結合本課程學習，請全面地分析論述中國土壤質量退化的類型、地理分布及成因。答： 導致土壤退化的自然地理背景有：大陸性季風型氣候特點- 洪澇災害頻仍，水資源在時間和空間上分布不均；母質與地貌特點-可蝕性母質（黃土母質、第四紀坡積物、殘跡物、風積物）為水蝕和風蝕提供了物質來源；山地、丘陵、高原為主地貌特點更加劇了土壤侵蝕過程，