另外，还带有正或负电荷。
具有强烈吸附和离子交换能力。
胶体类型、数量和pH不同。
土壤胶体所带电荷数量和电性不同。
其吸附的离子种类和量也不同。
3.整合-络合物体系土壤中存在不同类型的有'机、无机配位体。
有机配位体如-COOH、-OH、-C=O、和-CH2等，无机配位体有CI-、SO42-、OH-、HCO3-等，它们能和金属离子发生络合、螯合反应。
4.氧化还原反应土壤内部受温度pH、水分以及微生物活动等多种因素的影晌，处于不隐定的氧化一还原状态，常用氧化还原电位值Eh来表示。
土壤中氧化还原状态的变化，使许多物质的形态、性质发生改变。
如供氧充足时.Fe2+变为Fe3+.而供氧不足时，Fe3+又变为Fe2+；又如土攘中的含氮化合物，当Eh>400-500mV时，发生硝化作用，生成No3-.而当Eh下降至340mV以下时，则发生反硝化作用。
5.酸-碱平衡休系由于土壤中存在大量胶体和多种离子，对可溶性胶体物质起缓冲作用，使土镶pH趋于相对稳定。
土壤的物质组成不同，构成的酸碱平衡体系各异，表现的pH缓冲性能也相差很大。
就土壤胶体而言，颗粒越细、数量越多、本身所带电荷越多，缓冲性能就越强。
6.沉淀-溶解体系土壤的物质组成和发生的化学反应复杂多样，在有沉淀物生成时.不仅沉淀一溶解反应方向和过程不同，而且由于生成溶度积常数不同的化合物，所达到平衡液-固相中的分配比例也不相同。
这一化学过程受pH、温度、氧化还原条件以及土壤中盐分、离子的数量和种类的影响。
7.土壤是一个生命系统土壤内部特别是表层生息着以细菌、真菌、放线菌为中心的生物群落。
从宏观上讲.土攘在陆地生态系统中起分解者的作用，而从微观角度看，土壤本身又是无数生态系统及酶系的组合。
二、土壤污染
（一）土壤污染与土壤自净能力
土壤污染是指人类活动或白然因素产生的污染物进人土壤，其数量超过土壤的净化能力而在上壤中逐渐积累，达到一定程度后引起土壤质量恶化、正常功能失调甚至某些功能丧失的现象。
污染物进人土壤后，经历一系列的物理、化学和生物学过程，逐渐地自动被分解、转化或排出土体，使土攘中污染物数从减少，但减少的速度受土壤物理、化学及生物学性质制约，从而使土壤表现山净化污染物的能力，这一能力称为土壤的自净能力。
土壤是否被污染、污染程度如何，既决定于一定时间内进人土壤的污染物效数量，也决定于土壤对该污染物自净能力的大小。
当进入量超过自净能力时，就可能造成土壤污染。
污染物进人上壤的速度超过其净化能力越大，污染物积累时间越长，土壤受到的污染也就越严重。
（2）土壤环境背景值土壤环境背景值指在未受或少受污染时的元素含量。
它是诸多土因素综合作用下成土过程的产物，实质上也是各成土因素（包括时间因索）的函数。
通常以一个国家或地区的土壤中某化学元素的平均含量为背景，与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比。
因此，土壤环境背景值只代表土壤环境发展中一个历史阶段、相对意义上的数值，并非固定不变，归纳起来，具有以下几个特点；
1.相对特征土壤环境背景值是一个相对概念。
定义中所提“无污染”或“少污染”是相对于污染而言的，现实环境中是难找到，只存在轻重之分，故具有相对待征。
2.时代特征土壤环境背景值在时间和空间上都有很大变异。
由于其数值大小受测定时间的影响，环境条件也在不断地发展和演变，特别是人类社会的不断发展，科学技术和生产力水平的不断提高，人类对自然环境的影响也随之在不断增强和扩展，土壤环境背景也随时间和间变化而发生变化，故土壤环境背景值是代表土壤环境发展中的一个历史阶段的数值，具有时代特征。
3.区域特征由于地球上的不同区域，无论生物圈、水圈、土壤圈或岩石圈，其内部成分随地球分布差异很大，各种生物都有白己特有的相适应的环境条件和环境背景，待别是在现代条件下的环境背景值更具有区域性，它不仅是自然环境条件的区城性，而且还带有明显的社会与科学发展的区域待征，故在一定区域环境条件下某元素具有一定的区域待征。
（3）土壤污染危害的特性
1.隐蔽性土壤污染与大气、水体污染不同，大气和水体污染过程比较直观，有时通过人的感觉器官就能直接判断；而土壤污染则比较隐蔽，通常只能通过化验分析、依据测定结果才能判断；另外，土壤污染的后果及严重性往往需要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果等食品的污染，再经过吃食物的人或动物的健康状况反映出来。
在自然状态下.这是一个时间较长的隐蔽过程。
2.持久性污染物进人土壤环境后被土壤净化，未被净化的部分、净化过程的中间产物及最终产物会在土壤中存留和累积，很难排出土体。
当污染物及其衍生物累积到一定数量，会引起上壤成分、结构、性质和功能发生变化；而土壤一旦受到污染很难恢复，特别是重金属污染，儿乎不可逆，是一个持久的过程。
3.间接有害性土壤污染的后果非常严重，通常以生物危害性显示出来。
第一，进入土壤的污染物危害植物，井通过食物链危害动物和人体健康；第二，上壤中的污染物随水分渗漏，在土体内移动，可污染地下水，或通过地地表径流污染水域；第三，土壤污染地区遭风蚀后，污染物附在土粒上被扬起，土壤中的污染物也可以气态的形式进人大气。
三、主要污染物与污染源
（一）污染物
根据化学性质不同，土壤污染物分为以下几类：
1.无机污染物，主耍包括重金属（Pb、Cd、Cr、Hg、Cu、Zn、Ni、As、Se），放射性元素（137Cs、90Sr）和F-、酸、碱、盐等2.有机污染物，主要有农药、化肥、酚类物质、氰化物、石油、洗涤剂，以及有害微生物、高浓度耗氧有机物等。
土壤环境主耍污染物见表5.1
表5-1土壤环境主要污染物
污染物种类
主要来源
无机污染物
重金属
汞（Hg）
镉（Cd）
铜（Cu）
锌（Zn）
铅（Pb）
铬（Cr）
镍（Ni）
砷（As）
硒（Se）
制烧碱、汞化物生产等工业废水和污泥、含汞农药和汞蒸气
冶炼、电镀、燃料等工业废水、污泥和废气，肥料杂质
冶炼、铜制品生产等废水和污泥、废渣，含锌农药、磷肥
冶炼、镀锌、防治等工业废水和污泥、废渣，含锌农药
颜料、冶炼等工业废水，汽油防爆燃烧排气，农药
冶炼、电镀、制革、印刷等工业废水和污泥
冶炼、电镀、制革、印刷等工业废水和污泥
硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气、农药
电子、电器、油漆、墨水等工业的排放物
放射性元素
铯137Cs
锶90Sr
原子能、核动力、同位素等工业废水、废渣，核爆炸
原子能、核动力、同位素等工业废水、废渣，核爆炸
其他
氟（F）
盐、碱
酸
冶炼、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废水、废气，肥料
纸浆、纤维、化学等工业废水
硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水，大气酸沉降
有机污染物
有机农药
酚
氰化物
苯并芘
石油
有机洗涤剂
有害微生物
多氯联苯类
有机悬浮物及含氮化合物
农药生产和施用
炼焦、炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药和工业废水
电镀、冶金、印刷等工业废水，肥料
石油、炼焦等工业废水、废气
石油开采、炼油、输油管道漏油
城市污水、机械工业污水
厩肥、城市废水、污泥、垃圾
人工合成品及生产工业废气废水
城市污水、食品、纤维、纸浆液废水
（2）污染源
根据土壤环境主耍污染物的来源和污染环境的途径不同，可将土如污染分为下列几种类型。
1.水体污染型污染物随水进人农田污染土壤，常见的是利用工业废水或城镇生活污水灌概农田。
2.大气污染型大气中各种气态或颗粒状污染物沉降到地面进入土壤，其中大气中二氧化硫、氮氧化物及氟化氢等气体遇水后，分别以硫酸、硝酸、氟氢酸等形式落到地面。
与此相对一些颗粒物质在重力作川下或气体污染物受到颗粒物质的吸附，也都有可能落到地面并进入土壤。
3.农业污染型农业生产中不断地施用化肥、农药、城市垃圾堆肥、厩肥、污泥等引起的土壤环境污染。
污染物质主要集中在土壤表层或耕层。
4.生物污染型由于向农田施用垃圾、污泥、农药、粪便，或引入医院、屠宰场污水及生活污水，不经过消毒灭菌，可能使土壤受到病原菌等微生物的污染。
5.固体度弃物污染型主要包括工矿业废渣及污泥、城市垃圾、粪便、矿渣、污泥、粉煤灰、煤屑等固体废弃物乱堆放，侵占耕地并通过大气扩散和降水、淋滤，使周围土壤受到污染，还包括地膜等白色污染。
6.综台污染型对于同一区域受污染的土壤，其污染源可能同时来自白受污染的地面水体和大气，或同时遭受固体废弃物以及农药、化肥的污染。
因此，土壤环境的污染往往是综合污染型的。
就一个地区或区域的土壤而言，可能是以一种或两种污染类型为主。
第2节土壤重金属污染及其防治
在农村环境中，目前重金属污染危害比较严重。
重金属一般是指相对密度大于5.0的金属。
在环境中。
土壤重金属主共有Hg、Cd、Pb、Cr及重金属As、Se等生物毒性显著的重元素，其次是有一点毒性的一般重金属，如Zn、Cu、Sn、Ni、Co等。
污染土壤的重金属，主要来源于金属矿山开采，金属冶炼厂，金属加工和金属化合物制造，大量使用金属的企业和部门，汽车尾气排出的铅，肥科和农药带入的砷、铅、锡等。
1、土攘中重金属的形态及其主要土壤影响因素
（1）土壤中重金属的形态
由于土壤环境物质组成复杂，重金属化合物化学性质各异，土壤中重金属以多种形态存在。
不同形态重金属的迁移、转化过程不同，且生理活性和毒性有差异。
目前广泛使用的重金属形态分级方法是加拿大学者Tessier等1979年提出的，根据不同浸提剂连续提取土壤的情况，将其形态分为：
水溶态（去离子水提取）、交换或吸附交换态（1mol/LMgCI2浸提）、破酸盐结合态（1mol/LNaAc-HAc浸提）、铁锰氧化物结合态（0.04mol/LNH,OH-HCI浸提）、有机结合态（0.02mol/1HNO+30%H2O2浸提）和残留态（HCIO4-HF消化），其活性和毒性通常也依这一顺序降低。
（2）影响重金属存在形态的主要土壤因素
土壤多种性质综合影响着土壤中重金属的存在形态及其转化。
土壤条件不同，影响的主导因素不同。
通过分析和归纳，了解影响重金属存在形态的主导因素，对掌握重金属生态和环境效应以及防治土壤重金属防治具有积极作用。
1.土壤质地一般土壤质地越黏重，被持留的重金属的量就越迁移速率越低。
例如，向不同土壤投入10mg/kg镉后，以醋酸铵浸提.从砂质土中提出11.3%，而黏质土中提处7.2%；如果将浸提液换成EDTA，砂质、壤质和黏质土壤镉的提取率分别为61.2%、47.9%和46.2%。
如种植小麦，麦粒重镉含量以砂质土最多、壤质土次之，黏质土最低。
表5-2土壤质地对提取镉、小麦籽粒吸收镉的影响
土壤质地
醋酸铵提取
EDTA提取
小米籽粒提取
含量（mg/kg）
提取率（%）
含量（mg/kg）
提取率（%）
含量（mg/kg）
吸收率（%）
砂质土
1.13
11.3
6.12
61.2
0.63
6.3
壤质土
0.86
8.6
4.79
47.9
0.38
3.8
黏质土
0.72
7.2
4.62
46.2
0.25
2.5
2.土壤有机质当人为污染强度相同、重金属自然背景值含量基本一致时，有机质含量明显地影响着土壤对重金属的吸附量。
研究表明，土壤吸附汞的量与有机质含量呈曲线正相关（图5-1）
Y=1/a+br-x
式中，y为土壤吸附汞的量（mg/kg），x为土壤有机质含量（g/kg），a和b为经验常数。
上式的相关系数为0.8583，达到了极显著水平（r0.05=0.648,n=13）。
3.土壤pH、Eh随土壤pH升高，进人土壤的镉、铅、锌等活性逐渐降低而易在上壤中积累。
当pH降低时，其活性增强，易于迁移。
类金属砷在溶液中常呈阴离子态存在，在强酸或强碱条件下，溶解度均增加。
土壤氧化还原电位（Eh）主要影响重金属离子的价态变化，由于同种金属离子不同价态其活性和生物有效性明显不同，所以土
图5-1土壤有机质含量与吸附汞量之间的关系
壤的Eh也会明显影响重金属在土壤中的溶解性、活性和毒性。
如镉元素在高Eh土壤中的溶解度高的Cdso4存在，岁Eh降低，逐渐转变为CdS，前者的溶解性大大高于后者。
又如砷元素随Eh下降，由砷酸盐形态变为亚砷酸盐形态，亚砷酸盐的毒性明显大于砷酸盐。
4.土壤的阴阳离子组成土壤的阴、阳离子组成及数量对重金属、类金属的存在形态和毒性有显著影响。
例如，土壤中的Fe3+、Al3+、Ca2+浓度可增加可使土壤中砷元素更多的以砷酸铁、砷酸铝、砷酸钙等化合物形态组成，使其溶解性下降、毒性下降；而在盐化或碱化土壤中，较高的Na浓度致使砷元素易以砷酸钠形态存在，其活性与毒性亦随之提高。
Cu、Pb、Zn、Cd等的存在形态除受其进入土壤时的处事形态影响外，还与土壤化学组成特别是阴离子组成直接相关，重金属与不同阴离子结合，可改变其活性与毒性。
如Cd2+与不同阴离子可生成CdCl2、CdSO3、CdCO3，而这三种化合物毒性完全相同。
二、几种重要金属在土壤中的行为及危害
对土壤污染最重要的重金属有汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、镉（Cr）、砷（As），他们之间在土壤中的化学行为、对土壤污染和作物危害影响各不相同，现在就来源、性质、对土壤的污染和危害分述如下（有关土壤、水体、农产品等环境质量标准详见附录）。
（一）汞（Hg）
1.来源土壤中的汞主要来自使用或生产汞（仪表、电器、器械、氯碱化工、塑料、医药、造纸、电镀、汞冶炼等）的企业所排放的“三废”和有机汞农药。
2.性质汞（俗称水银）是一种毒性较大的有色金属，在常温下呈银白色发光液体，且是唯一的液体金属。
相对密度13.53，熔点-38.87，沸点356.58，育有以下特点：
其一在常温常压下即可挥发，其挥发强度随温度升高而增加。
汞蒸气比空气大6倍，易下降而污染地面物品和土壤。
其二，金属汞几乎不溶于水，温度20摄氏度时溶解度仅为20ug/L，汞盐可分为可溶和微溶两种。
一价汞盐多数不溶于水，但硝酸亚汞（HgNO3）、氯酸亚汞（HgClO3）、醋酸亚汞[Hg（H3COOH）]属水溶性。
二价汞盐又分为3类：
1水溶性盐类，如硝酸汞（Hg（NO3）2）过氯酸汞（Hg（ClO3）2）氟化汞（HgF2）醋酸汞[Hg（CH2COOH）2];2低溶性盐类如氯化汞（HgCL2），氰化汞（HgCN）;3难溶性盐类，如硫化汞（HgS）碘化汞（HgI2）。
其三，汞可与烷基、烯基、芳基、有机酸残基结合生成有机汞化合物。
其化学组成结构以R-Hg-X或R-Hg-R来表示，R为有机基团，常为亲脂性的烷基（甲基或乙基）、芳香或烷氧基；X为亲水性的阴离子，常为酸根、卤素、羟基等。
有机汞化合物大多是脂溶性的，也有少数溶于水。
3.对土壤的污染一般土壤汞含量为母质中的1.5-15倍。
据报道，世界土壤汞的背景值平均为0.1mg/kg，范围值为0.03-0.3mg/kg,我国土壤汞的背景值为0.040mg/kg，范围值为0.006-0.272mg/kg,汞矿区土壤含汞量相当高，如贵州汞矿周围土壤含汞量在9.6-155mg/kg.
土壤中的汞大都以金属汞、无机汞和有机汞的形式存在。
土壤类型不同，汞的形态也不同。
同一类型土壤中各种形态的汞不是固定不变的。
在pH较低时.汞被土壤腐殖质螯合或吸附.pH高时，被粘土矿物吸附。
研究表明，土壤腐殖质对汞产生明显的螯合作用.如腐殖质成分中的半胱氨酸态硫或硫脲态硫，能使汞被螯合而呈可溶态。
许多文献指出.上壤中汞含量与黏粒含量呈正相关，氯化汞被不同粘土矿物吸附的顺序是:
伊利石>蒙脱石>高岭石。
汞在土壤中的存在形态还与其所处土壤条件密切相关，在氧化条件下.硫化汞可慢慢地被氧化为亚硫酸汞和硫酸汞.在还原条件下，二价汞可以被还原为单质汞，而在s2-存在的强还原条件下，二价汞则生成极难溶的硫化汞，在好气条件下.某些微生物也能将二价汞转化为单质汞。
在嫌气条件下，无机汞在某些微生物的作用下.或有甲基维生素B12化合物存在时,可转化为有剧毒的可溶甲基汞或乙基汞化合物。
很多有机汞化合物如二甲基汞都能挥发，且速度较快。
土壤类型对汞的挥发性表现为:
砂土>壤土>黏土。
4.对作物的影响世界各地农作物物汞的背景值大约为0.01--0.04mg/kg.当施用含汞农药或用含汞污水灌溉时，植物体内汞含量成倍增加，试验表明.在沙壤土上施用10kg/hm2西力生（2%-2.5%乙基氯化汞），马铃薯块茎中养含量增加7.4倍。
水稻喷施含汞杀菌剂后.籽实中汞含量升高4.6倍。
农作物吸收汞的数量受汞的形态、作物种类、土壤及其他环境条件影响。
如在壤质和砂质的盐渍土上施用含汞农药，植物受害严重，而在合理施用厩肥和石灰的上壤上施用，作物生长完全不受影响。
植物种类、品种不同.吸收积累汞的能力不问，粮食作物表现出水稻>玉米>高粱>小麦，蔬菜作物为叶菜类>根菜类>果菜类。
汞在植物体内各器官中分布顺序表现为根>茎>叶>穗部。
（二）镉（Cd）
1.来源
镉在自然界中主要存在于铅锌矿和铜矿石中。
主要污染源是采矿、选矿、有色金属冶炼、电镀、合金制造以及玻璃、陶瓷、油漆和颜料等行业生产过程排放的“三废”.
2.性质镉是一种银白色有光泽的金属，质软，有延展性，附磨。
熔点320.90C，沸点7670C，固体相对密度8.65,液体相对密度8.0，共有明显的碱性，易溶于硝酸，难溶于硫酸和盐酸，金属镉及碳酸镉、氢氧化镉、硫化镉等均不溶于水，而硫酸镉、硝酸镉和氯化镉溶于水。
3.对土壤的污染镉在地壳中的平均含量一般为0.2mg/kg，各种火成岩石中平均含量为0.18mg/kg，很少有大于1mg/kg的。
污灌、施用含污镉泥以及大气中含镉飘尘的沉降是引起农业土壤镉污染的主要途径。
据报道，我国广州郊区污灌区土壤含镉量平均为6.68mg/kg.最高达228mg/kg；沈阳张士灌区受镉污染土壤含镉量平均为5-7mg/kg,最高达13.25mg/kg。
镉在土壤中一般以硫化物、氧化物和磷酸盐形态存在。
在旱田等有氧化条件的土壤中，常以CdCO3,Cd3（PO4）2及Cd（OH）2形态存在，共中又以CdCO3为主，而在pH>7的石灰性土壤中，CdCO3占优势。
在水田等还原性土堆中.有大量硫化氢产生.以难溶的CdS为主要存在形态。
土壤中镉的迁移和转化受土壤性质、降水量、施肥种类和习惯、作物种类和栽培方式、污染物含量、污染方式和时间等多种因素的影响。
进人土壤的镉易被土壤颗粒吸附.所吸附的镉一般积累在表层0--15cm，15cml以下土层明显减少。
一般来说.土壤中有机质含量高、质地黏重。
碳酸盐含最高。
吸附能力就强.镉在土壤中的存在形态还与pH有关.当pH≤4时.镉的溶出率超过50%.当pH超过7.5时.镉就难济了.
4.对作物影响土壤镉含量过多会直接影响作物生长，镉在农产品中积累。
作物吸收镉后，叶绿素结构被破坏、含量降低，叶片褪绿、发黄，叶脉间呈褐色斑纹.大量镉积累在根部。
危害作物的土壤镉临界浓度随土壤类型及环境条件变化而不同。
大田试验表明.125mg/kg以上的土壤含镉量影响水稻生长。
盆栽结果表明土壤镉含量在30mg/kg以上时.水稻开始减产。
不同.作物对镉的反应敏感程度不同。
如土壤镉含量在4---13mg/kg时.会危害菠菜、莴苣和大豆.而番茄受害镉含量为170mg/kg。
不同作物吸收土壤镉的能力也不同，一般蔬菜含镉量高于谷类作物籽粒.蔬菜中的叶菜、根菜类又高于瓜果类。
同一作物不同生育时期对镉的吸收能力也明显不同，
一般情况下.作物体内含镉量随土壤有效镉含量的增加而增加，而与镉总
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