土壤化学的与展望

中国土壤化学的研究与展望PPT

中国土壤化学的研究与展望

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主要内容1. 2. 3. 4. 5. 6. 壤胶体化学的研究 土壤界面化学的研究 壤有机质化学的研究 壤养分化学的研究 壤污染化学的研究 展望

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1. 壤胶体化学的研究研究历史回顾20世纪60年代，我国土壤胶体化学的奠基人熊毅在国内开拓了“土壤有机无机复合体”的研究领域，先后撰写了7篇文章,对 “土壤有机无机复合”作了系统阐述与介绍。 80年代初至90年代，随着相关土壤胶体理论与研究方法著作， 如熊毅等编著的《土壤胶体》第一、二、三册等的相继出版，极 大地推动了我国土壤胶体化学研究，并逐渐形成了相关的研究体 系和特色。

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新近研究侧重点及前沿土壤胶体包括黏土矿物和有机矿质复合体，是土壤中所有化学过程和 化学反应的物质基础，深刻影响着土壤中的矿物形成演化、土壤结构 稳定性、土壤养分有效性、土壤污染物的毒性以及污染土壤的修复等 一系列物理、化学及生物学过程，一直是我国土壤化学的研究核心。

刘凡等应用XRD、XPS、TEM/HRTEM/ED、FTIR等现代测试技术和溶液化学方法较系统研究了不同气候带几种土壤中铁锰结核的带 构造、物质组成与土壤环境的关系，表面化学特性。

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在有机无机复合体方面，应用胶散法、颗粒分组法、重 液分离法及其联合法，对复合体的类型、数量、形成条 件及其与土壤发生和肥力有关的内容进行了系列研究。

在土壤胶体组分与生物活性分子相互作用方面因此，新近研究主要围绕土壤胶体组分与酶、DNA及蛋白质等生 物活性分子相互作用的特点、机制及其对生物分子活性

影响的原因等角度展开。,旨在为阐明土壤组分相互作用的规律、揭示土壤质量的本质以及合理调节土壤生物 活性等提供科学依据。

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2. 土壤界面化学的研究研究历史回顾我国土壤界面化学的研究最早可追溯到对土壤表面电荷 (土壤一切界面化学性质的根本原因)性质的电化学研究； 经过几十年的发展，这种认知不断被实践所证实，特别 是近年来，对电荷发生理论、电荷数量测定方法等的研 究证实了多数土壤是永久电荷和可变电荷的共存体系， 因而对硅氧烷表面的恒电荷概念提出了质疑，并由此推 动了可变电荷土壤特性的研究发展。

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新近研究侧重点及前沿主要是电化学和表面化学方面

在电化学方面，围绕土壤表面电荷与离子之间的相互作用，研究内容主要涉及电化学理论和区域性的土壤电化学性质两方面，成果突 出表现在对可变电荷土壤的微观研究进展上； 在表面化学方面，导致土壤酸害的关键原因是铝毒害，我国土壤 化学工作者以酸性红壤为对象对我国土壤酸化问题开展

了广泛的研 究，其内容涉及土壤酸化机制、土壤酸度的原位测定、土壤酸化的 模拟和预测、土壤对酸的敏感性及临界负荷、土壤酸化控制和酸性 土壤改良等多方面，研究成果区分了酸性红壤中铝离子的化学形态， 阐明了其中氢-铝转化的动力学及其机制

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3. 土壤有机质化学的研究1. 研究历史回顾 土壤有机质化学较为系统的研究始于20世纪50 年代中后期至80年代。期间，对土壤有机质中 胡敏酸(HA)、富里酸(FA)的物理及化学结构特 性的系统研究奠定了我国土壤有机质化学的基 础。90年代以来，应用IR、NMR、Py-MS、IRMS、 13 14 XPS和8 C. C、微生物量和模型技术等对腐 殖质结构及形态转化的研究、以及结合长期定 位试验对土壤培肥后有机质变化规律的探讨成 为主流。

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新近研究侧重点及前沿土壤有机质化学是阐明土壤胶体本性以及在土壤固一 液相界面上发生的各种过程的基础，是了解土壤中重

金属和农药等有机污染物累积与转化规律的前提。对腐殖质结构的研究是土壤化学研究的传统课题，内 容涉及分子量、元素组成和含氧官能团含量、各组分 的活化度测定及大小对比、化学降解作用及产物分析、 光学和光谱学性质、热分解特性等多方面。

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在腐殖质形态转化方面，借助同位素方法的不断发展

从14C和13C标记，到利用813C研究和模拟计算土壤中有机碳的转化和积累，发展了一系列的计算模型，揭示 了腐殖质中FA与HA存在的发生学联系及相互转化特点。 在土壤有机质含量及碳库方面，由于土壤、估算方法、 数据收集及处理的差异，导致对我国土壤碳库的估算 结果仍未达成一致。

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溶解性有机质(DOM)、微生物量碳及轻组有机碳等 活性有机质的生物活性和化学反应活性均相对活 跃，其对有机污染物有明显的增溶作用，可以改 变土壤溶液中有机污染物的浓度，影响有机污染

物在土壤固/液界面的吸附一解吸、环境介质间的迁移一转化等行为。,因此成为近年来的新增

研究热点之一，进展显著。

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4. 壤养分化学的研究1.研究历史回顾我国土壤养分化学的研究密切结合了我国农业生产发展的

需要，具有鲜明的农业大国的特色。近一个多世纪来，我国土壤工作者围绕土壤养分的数量、形态，以及土壤养分 的转换、运移、相互作用等问题展开了一系列的基础和应 用研究，并获得丰硕成果，极大程度促进了土壤养分资源 的活化与高效利用。

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新近研究侧重点及前沿土壤养分化学主要关注土壤养分的有效性及其影响， 多以长期定位试验为研究手段，新近研究成果突出， 集中表现在氮、磷养分在土壤中的固定、移动、有效 性及其影响。 在土壤

氮素养分方面，由于粮食生产和环境问题的双 重挑战，土壤氮的化学行为和循环成为近年来研究的 热点，。已有研究表明了我国典型农田土壤氮素转化、 损失途径与主要机制，通过加强田间定位观测，获得 了土壤气态氮的损失数量，提出了一些减少土壤氮素 损失和提高氮肥利用率的技术途径等。

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在土壤磷素养分方面，主要从磷的来源、在土壤中的存在 形态和固定特性、影响因素等方面开展，以磷素在陆地生

态系统中的迁移转化循环为对象，着重于土壤磷的化学、物理化学及生物化学转化等化学行为的研究，明确了磷的 转化与生物有效性及其环境效应(面源污染)之间的关系。 在土壤钾素养分方面，土壤钾素释放速率则是研究的侧 重点。研究发现我国北方主要土壤非交换性钾的释放速率 可以用作土壤供钾能力的评价指标。其他研究从黏土矿物 类型人手，阐明了土壤钾的存在形态和黏粒矿物表面行为 是影响土壤钾素转化的根本原因

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5. 壤污染化学的研究研究历史回顾20世纪末21世纪初，环境问题El渐突出，引起众多

研究者对土壤污染化学的广泛关注；研究对象主要涉及Hg、Cu、Cr、Cd、Ni、As等有毒重金属以及多 环芳烃类(菲、萘蒽、苯并芘等)、有机氯类与农药 (五氯酚、邻苯二甲酸二丁酯等)、杂环化合物(多效 唑、西玛津等)、离子型有机化合物(直链烷基苯磺

酸钠等)等有机污染物；研究手段大多与污染修复过程相结合。

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新近研究侧重点及前沿

土壤污染化学是新时期体现土壤学与环境科学等学科 交叉和融合的重要研究内容之一。重金属离子和农用 化学品等有机污染物进入土壤后的形态变化及其环境 效应乃当今土壤污染化学的研究热点，除了可为土壤 环境容量的确定提供临界性指标外，还可为阐述生态 系统的“黑箱”理论提供重要依据。

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在土壤重金属污染化学方面；重金属在土壤中环境行为及其影响因素、以及利用土壤化学原理调控重金属活性及对 污染土壤修复等诸多方面，做了大量工作，取得了较大进

展。其中，重金属与土壤有机质特别是与DOM的相互关系及其对重金属迁移、生物活性和毒性的研究。 并研究了不同土壤类型、不同性质DOM对重金属cu、Pb、 zn、cd的影响机制；相关研究发现，重金属离子(Pb、Cu、 Zn、Co、Ni和Cd)在土壤铁锰结核中的固持60%~100%来 源于锰氧化物的吸附贡献。

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在土壤有机污染化学方面，外源有机污染物在土壤中与腐殖质的结合关系、残留及其释放是研究重点内容 之一。采用同位素示踪技术，结合NMR、FTIR、ESR等 分析方法。结合机理方面，发现大多数农药与腐殖质 的结合涉及离子交换

、氢键、电荷转移、共价键、范 德华力、配体交换、疏水吸附和分配等作用。

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值得一提，污染环境生物修复的发展也给 土壤污染化学研究注入了新活力。 根圈土壤由于根系分泌物的影响，理化及生 物学性质发生改变。陶澍等以根圈土 壤Cu的存在形态为对象进行了相关研究，结 果表明，根系分泌物的存在诱导了水 溶性有机碳、氧化还原势及微生物活性等根 际土壤理化及生物学形状的变化。

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6. 展望1.总体研究现状评述老一辈科学家的开创性工作为我国土壤化学的发展奠 定了扎实的基础。建国以来，特别是改革开放以来， 使我国土壤化学从过去基础薄弱逐渐发展成现在为一 个具有较高水平的研究网。 其次，在我国土壤化学界，特别是近年来大量研究工 作倾向从应用方面开展，大多与环境污染联系，基础 理论研究的关注和投入偏少，课题分散且缺乏连续性， 不能形成体系。

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2.未来研究的重点发展方向预测 立足于现代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化

学、化学、生物学以及地质医学等多学科交叉与联合攻关，运用近现代分析技术(如”C—NMR、XAFS、 FT.IR、ESR、XAS、XPS、HPLC或GC.MS、PLFA及DNA 指纹技术等)。 其他未来研究重点发展方向还包括：

在腐殖质的形成机理方面，从与腐殖质超分子结构相

关的分子内部各种键合作用和机理入手，致力于超分子结构形成途径的解析和探讨。