第四章 土壤环境化学

4.1 土壤的形成和组成4.2 土壤的基本性质4.3 水土流失4.3 土壤污染4.4 土壤污染防治及其修复

4.0 引言

土壤 土壤是环境的要素之一 介于生物界与非生物界之间 是一切生物赖以生存的基础

引言

土壤污染日趋严重 农药、化肥 污水灌溉、污泥农用 大气沉降 石油污染 放射性污染 事故排放 容易引起地下水和作物次生污染

引言

土壤环境化学的研究内容 研究和掌握污染物在土壤中的分布、迁移、转化与归趋的规律，为防治土壤污染奠定理论基础

引言

土壤环境化学的研究简史

◆ 土壤污染化学的发展相对较晚

◆ 20 世纪 70 年代——重金属污染

◆ 20 世纪 80 年代——有机物、酸雨和稀土元素

◆ 20 世纪 90 年代——持久性有机物、温室气体

◆ 进入 21 世纪 , 近年来土壤新型污染物受到关注

( 有什么特点 ? 有哪四大类 ?)

引言

当前的热点领域◆ 土壤中有毒有机物的降解与转化等环境行为◆ 金属存在形态及其转化过程◆ 污染物在土壤多介质界面的相互作用◆ 稀土元素在土壤环境中的归宿及其生态效应◆ 土壤中温室气体的释放、吸收与传输◆ 土壤污染的化学与生物修复

引言

◆ 土壤新型污染物

我国研究现状◆20 世纪 70 年代调查农药污染状况（ DDT 、 66

6 ）◆20 世纪 80 年代土壤元素背景调查、地方性疾病◆ 污染物在土壤环境迁移、转化（较多）◆ 污染土壤化学与生物修复（刚起步）

引言

土壤

◆ 陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松层

◆ 是地球地面岩石风化过程和母质成土过程的

综合作用下形成的

◆ 厚度大约 2 米

4.1 土壤组成

图 4-1 土壤中固相、液相、气相结构示意图

土壤的组成

空隙

空气

20%~30%

矿 物

45%

有机质

5%

土壤固体

水分

20%~30%

图 4-2 土壤固相、液相、气相的体积分数

土壤固体占总重量的 90~95%

典型土壤随深度呈现不同的层次

与污染物迁移转化最密切的组分

矿物质

有机质

微生物

一、土壤矿物质

土壤矿物质

P164

原生矿物——物理风化

次生矿物——化学风化

晶态

非晶态

( 三类 )

表 3-2 晶性矿物同非晶性矿物的区别

晶 性 非晶性

1 有序 无序

2 长程有序 短程有序

3 有一定单位晶胞 无一定单位晶胞

4 有一定的熔点 无一定的熔点

5 可用 X射线及电子射线，IR及

NMR研究

可用 IR及 NMR进行研究

图 4-3 高岭石结构示意图——风化程度最高P 166

图 4-4 蒙脱石结构示意图——风化程度中等

图 4-5 伊利石结构示意图——风化程度较低

矿物质对污染物迁移的作用

◆ 主要为次生矿物起作用

◆ 阳离子交换作用

◆ 表面络合作用

◆ 表面吸附作用

二、土壤有机质

化学组分：腐殖质 ( 分类 ?P54) 、糖类、木质素、有机氮、 脂肪、蜡质、有机磷

主要成分：腐殖 质占有机质总量的 70%~90%

含量：土壤总量的 10% 以下

土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。占固相总重量的 10 ％以下，却是土壤的重要组成部分，是土壤形成的主要标志，对土壤性质有很大的影响。

土壤有机质营养价值——肥力价值

◆ 丰富的营养元素（维生素、生长素、抗生素）

◆ 产生的有机酸可以促进矿物养分的溶出

◆ 能增强植物呼吸（胡敏酸的多元酚官能团）

◆ 有机质还能促进土壤良好结构

◆ 强烈吸附土壤中可溶性养分，保持土壤肥力

◆ 两性胶体性质的有机物可缓冲土壤溶液的 pH

土壤有机质对污染物迁移的作用

◆ 腐殖质对有机污染物的分配作用

◆ 对重金属的吸附、络合或螯合作用

三、土壤溶液

成分：含有 Na+ 、Ｋ + 、Ｍ g2+ 、Ｃ a2+ 、 Cl－、

NO ３- 、 SO ４

2- 、 HCO3- 等无机离子

还含有机物

土壤水分既是植物营养物的来源，也是污染物向其他圈层迁移的媒介。

土壤水

固态水—土壤水冻结时形成的水 气态水—存在于土壤空气中的水

吸湿水

吸附水 膜状水

自由水 毛管水重力水地下水

土壤水分的类型和性质 • 吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表面分子引力和静电引力对空

气中的水汽分子产生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常只有 2—3 个水分子层。由于土粒对水汽分子的这种吸附力高大成千上万个大气压，所以这层水分子是定向排列，而且排列紧密，水分不能自由移动，也没有溶解能力，属于无效水。吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度 .

• 膜状水（松束缚水）：吸湿水达到最大量时，土粒残余的吸附力所保持的水分称膜状水。膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度，部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土粒吸附力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植物的需要。膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量 ( 吸附水 ) 。它包括吸湿水和膜状水。

毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为：

a 、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的 水分称毛管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系 . 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。

　 b 、毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后， 由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。 它与地下水位没有关系，好像悬浮在土层中一样，它是植物 水分的重要来源，对植物的生长意义重大。

　　毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。

重力水：土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受到重力的作用而向下渗透，这种水分称重力水。

重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都充满水分，这时的土壤含水量称为饱和持水量或全持水量。

对于旱地土壤来说重力水只是暂时停留在根系分布土层，不能被植被持续利用，而且重力水的存在会与土壤空气发生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害水，对于水稻来讲重力水的存在则是必需的。

土壤溶液

植物吸收养分

土壤空气

有机质及微生物

降水、排水、蒸发及施肥

离子交换表面吸附

固相及矿物

图 4-6 土壤溶液化学与土壤其他因素间的关系

表 4-1 土壤空气与大气组成（%）

气 体 氧 二氧化碳 氮

土壤空气 18.00~20.03 0.15~0.65 78.8~80.24

近地大气 20.95 0.03 78.09

四、土壤空气

五 . 土壤生物

土壤中生活着一个生物群体 , 土壤中活的有机体一般占土壤质量的 0.2%左右。

物理性质胶体性质配合和螯合性质氧化还原性质酸碱性质生物学性质自净功能

4.2 土壤的基本性质

一、土壤的物理性质

◆ 固、液、气三相共存的多相体系

◆比表面积

二、土壤的胶体性质

◆无机胶体

◆ 有机胶体

◆ 有机 -无机复合胶体

1 、无机胶体

◆ 次生黏土矿物—蒙脱石

伊利石

高岭石

◆铁铝水合氧化物

◆ 含水氧化硅两性胶体

无机胶体性质

◆巨大表面积—蒙脱石 (600~800 m2/g)

伊利石 (100~200 m2/g)

高岭石 (7~30 m2/g)

◆带负电荷— 阳离子交换作用

高岭石—交换于晶格表面

蒙脱石、伊利石—交换于晶格内

◆ 土壤胶体的离子交换吸附

① 阳离子交换吸附

土壤胶体扩散层中的补偿离子和溶液中相同电荷的离子作等价交换，称为离子交换。

土壤胶体吸附的交换性阳离子除 K+、 Na+、Ca2+、 Mg2+、 NH4+等离子外，还有 H+及 Al3

+。阳离子交换量（ Cation exchange capacit

y ）是上述交换阳离子的总和。

H+及 Al3+虽非营养元素，但它们对土壤的理化性

质和生物学性质影响很大，对重金属在土壤中的净化作用也有直接关系。

上述离子中， K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+、 NH4+

称之为盐基性离子。在吸附的全部阳离子中，盐基性离子所占的百分数称为盐基饱和度：

100

100/

100/

gmmol

gmmol

阳离子交换总量交换盐基离子总量

盐基饱和度

当土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基离子时呈

盐基饱和状态 ,称为盐基饱和土壤。吸附阳离子除盐基离子外，还有 H+及 Al3+，土壤呈盐基不饱和状态，称盐基不饱和土壤。

盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性。盐

基离子以 Ca2+为主，土壤呈中性或微碱性。以Na+为主，呈较强碱性。盐基饱和度小则呈酸性。正常土壤的盐基饱和度一般保持在 70-90%

为宜。

② 阴离子交换吸附

土壤胶体主要带负电，但在酸性土壤中，也有带正电的胶体，因而能进行阴离子交换吸附。

土壤中常见阴离子交换吸附能力的强弱可以分

成：（ 1 ）易被土壤吸收同时产生化学固定作用

的阴离子： H2PO4-， HPO 4

2-， PO43-， SiO3

2-及

某些有机酸阴离子。（ 2 ）难被土壤吸附的阴离

子： Cl-， NO3-， NO2

-。（ 3 ）介于上面两类之

间的阴离子： SO42-， CO3

2-及某些有机离子。离

子被土壤吸附的顺序为： C2O42-＞ C8O7H5

3-＞ P

O43‑＞ SO4

2-＞ Cl-＞ NO3-。

2 、有机胶体

◆ 腐殖质—胡敏酸

富里酸

胡敏素—不易与土壤分离

两者区别 ?

腐殖质NaOH

0.2 mol/L

黑色不溶物

( 胡敏素或腐黑物 )

酱油色溶液HCl 酸化

黄棕色溶液

( 富里酸或黄腐酸 )

不溶物 ( 胡敏酸 )

( 乙醇或丙酮萃取 )

棕色溶液

( 棕腐酸 )

黑色不溶物

( 黑腐酸 )

回顾 :

结构：含大量苯环，还含大量羧基、醇基和酚基，随亲水性基团含量的不同，腐殖质的水溶性不同，并且具有高分子电解质的特性，表现为酸性。

Schnitzer 和 Khan 的富里酸模型

有机胶体性质

◆巨大比表面积（ 350~900 m2/g ）

◆ 高阳离子交换容量（ 150~300mmol/100g ）

◆ 对重金属具有螯合作用

富里酸—螯合物可溶

胡敏酸—不可溶

◆ 对有机物具有分配作用 P87( 重要！）

3 、有机 -无机复合胶体　（土壤胶体大多为此类）

◆巨大比表面积

◆ 高阳离子交换容量

◆ 对重金属的吸附作用

表面分子吸附—分子态物质、螯合物

阳离子交换吸附—离子态物质

螯合作用—低浓度

◆ 对有机物的吸附作用

表面吸附—干土

离子型有机物

分配作用—湿土

非离子型有机物

◆无机配体 Cl －、 SO ４

２－、 HCO ３－、 OH －

◆ 有机配体 腐殖质的官能团 － NH ２＞－ OH＞－ COOH＞ C=O

富里酸 > 胡敏酸

配体种类

配合或螯合稳定性

◆ 金属离子 -Hum

Pb2+ ＞ Cu2+ ＞ Ni2+ ＞ Zn2+ ＞ Hg2+ ＞ Cd2+

◆配位体 － NH ２＞－ OH＞－ COOH＞ C=O

富里酸 > 胡敏酸◆pH值　 P173

配合或螯合可溶性

◆ 胡敏酸与金属离子形成的螯合物是难溶的

富里酸与金属离子形成的螯合物是易溶的

◆ 重金属与羟基及氯离子的配合作用，可提高

难溶重金属化合物的溶解度

三、土壤的氧化还原性质 P172

◆氧化剂—游离氧、高价金属离子

◆ 还原剂—低价金属离子、土壤有机质及

在厌氧条件下的分

解产物

氧化还原体系

◆铁体系— Fe(III)-Fe(II)

◆锰体系—Mn(IV)-Mn(II)

◆硫体系— SO42--H2S

◆ 氮体系— NO3--NO2

- 、 NO3--N2 、 NO3

--NH4

+

◆ 有机碳体系— CO2-CH4

氧化还原电位的影响因素

◆通气状况—旱地 pE 较高（氧化） , 在土壤深处， pE

较低

水田的 pE 可降至负

值（还原）

◆ 土壤 pE 与 pH 有关— pH 降低， pE 增高

一般土壤氧化还原状况与 Eh之间关系如下：

状况 电位 状况 电位

极度还原 -0.500 中度氧化 +0.300

强还原 -0.200 通气良好 +0.500

通气不良 +0.100 通气很好 +0.800

氧化还原电位对污染物迁移的影响

◆Hg

旱地 pE 为 8.5~11.84 ， Hg 为 HgCl2 和 Hg(OH)2

水田 pE 为 -5.1 ，以 HgS 存在

◆Cd

水田 pE很低， Cd2+ 形成难溶的 CdS

干地， CdS被氧化为可溶性 CdSO4

◆ 交换性铝的水解 Al3+ + H2O === Al(OH)2+ ＋Ｈ +

Al(OH)2+ + H2O === Al(OH) 2+ ＋ Ｈ +

Al(OH) 2+ + H2O === Al(OH)3 ＋ Ｈ +

◆碳酸离解出 H+

◆土壤中有机酸、无机酸和其他盐碱物质

四、土壤的酸碱性

土壤酸性的来源

1 、土壤酸度 (Acidity of Soil)

根据土壤中 H+ 存在的形式：

活性酸度（或有效酸度）（ Activity Acidity ）土壤溶液中氢离子浓度的直接反映出来的酸度，通常用 pH 表示（通常描述土壤性质时表示作土壤 pH 值）

潜性酸度（ Potential Acidity ）

是由土壤胶体吸附的可代换性 H+ 、 Al3+ 离子造成的。

代换性酸度 ( 交换酸 )

水解性酸度 ( 水解酸 )

代换性酸度

用过量中性盐（ KCl 、 NaCl等 ) 溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+ 、 Al3+ 发生离子交换作用：

| 土壤胶体 |-H+ + KCl → | 土壤胶体 |-K+ + HCl

| 土壤胶体 |-Al3++ 3KCl→| 土壤胶体 |-3K+ + AlCl

3

AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl

水解性酸度

用弱酸强碱盐淋洗土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的 H+ 、 Al3+ 离子代换出来，同时生成弱酸（醋酸），此时所测定出的该弱酸的酸度称水解性酸度。

（ NaAc + H2O → HAc + Na+ + OH- ）

| 土壤胶体 |-Al3+ 、 H+ + 4NaAc →

| 土壤胶体 |-4Na+ + Al(OH)3 + 4HAc

代换性酸度只是水解性酸度的一部分，因此水解性酸度高于代换性酸度。

活性酸度和潜性酸度二者的关系：

*活性酸度与潜性酸度是存在于同一平衡体系的两种酸度，二者可以相互转换，一定条件下可处于暂时平衡。

*活性酸度是土壤酸度的现实表现，土壤胶体是 H+ Al3+ 的储存库，因此潜性酸度是活性酸度的储备。

现已确认，吸附性铝离子（ A13+）是大多数酸性土壤中潜性酸的主要来源，而吸附性氢离子则是次要来源。

潜性酸在决定土壤性质上有很大作用，它的改变将影响土壤性质、养分供给和生物的活动。

◆正常土壤的 pH 在 5~8 之间

◆ 一般在湿润地区，淋溶作用强，土壤呈酸性

或强酸性， pH＜ 6.5

◆ 在干旱地区，淋溶作用弱，土壤大多呈碱性

或强碱性， pH＞ 7.5

◆ 在半旱半湿地区，土壤的 pH 介于两者之间

土壤的酸性范围

◆影响重金属等离子的溶解度

◆影响污染物氧化还原体系的电位

◆影响土壤胶体对重金属离子等的吸附

◆影响土壤中重金属的活性

土壤酸性的环境化学意义

一般认为土壤溶液 pH值对植物营养的间接影

响比直接影响大得多。例如，当土壤的碱性逐渐增加时 Ca 、 Mg 、 Cu 、 Zn 等元素逐渐变成难溶性化合物，植物吸收它们的量也逐渐减少。

在酸性环境中， PO43-、 K+、 Ca2+、 Mg2+等

溶解性增加，植物来不及吸收，便被雨水冲走。故在酸性红壤土中，常缺乏上述元素。另外，土壤酸性过强时， Al 、 Fe 、 Mn 等溶解度增大，当其数量超过一定限度时，就可引起植物中毒。

又如镉在酸性土壤中溶解度大，对植物的毒性较大；在碱性土壤中则溶解度减小，毒性降低。又如硅酸胶体对 Cr3+吸附的最佳 pH值为3.5~7。

2 、土壤碱度 (Alkalinity of Soil)

土壤溶液中的 OH- 离子，主要来源于碱金属和碱土金属的碳酸盐类，即碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总量称为总碱度，可用滴定法测定。

不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对碱度的贡献不同：

CaCO3 、 MgCO3 难溶，石灰性土壤

pH 7.5 - 8.5 ，

Na2CO3 pH >10 ，

NaHCO3 、 Ca(HCO3)2 pH 7.5 - 8.5

土壤胶体上吸附阳离子（ Na+ 、 K+ 、Mg2+ ）的饱和度增加，可引起交换性阳离子的水解作用：

土壤胶体 |-xNa+ + yH2O →

土壤胶体 |-(x-y)Na+ 、 yH+ + yNaOH

结果在土壤溶液中产生 NaOH ，使土壤呈碱性。

土壤的生物群体： 土壤动物 原生动物 微生物 植物根系

五、土壤的生物学性质

◆ 对重金属的转化作用◆ 对有机物的降解作用◆ 对污染物的积累作用

对污染物迁移转化的作用

土壤无须借助外力，自身具有降低污染物浓度和活性的能力，如土壤胶体吸附各种污染物而降低其活性，微生物对有机污染物的降解作用

六、土壤的自净作用

土壤的自净作用

土壤的自净能力取决于土壤中所存在的有机和无机胶体对外源污染物的吸附、交换作用；土壤的氧化还原作用所引起的外源污染物形态变化，使其转化为沉淀、或因挥发和淋溶从土壤迁移至大气和水体；土壤微生物和土壤动、植物有很强的降解能力，可将污染物降解转化为无毒或毒性小的物质。

土壤的自净过程

◆ 污染物在土壤内经扩散、稀释、挥发等物理 过程降低其浓度◆经生物和化学降解为无毒或低毒物质◆通过化学沉淀、配合或螯合作用、氧化还原 等反应转化为不溶性化合物◆被土壤胶体牢固吸附，难以为植物吸收，而 暂时退出生物小循环，脱离食物 链或被排至 土体之外的大气或水体中

人工湿地• 根据仿生学的理论 , 和自然界恢复能力与

自净能力的强化作用 , 对农村传统的污水处理设施进行合理改善 ,构建人工土壤渗滤 - 湿地系统 .

• 请同学做互动 .

4.3 水土流失

水土流失的原因和危害 ? 以我国水土流失最严重的地区为例 .

措施？作互动

4.4 土壤环境污染

污染源

主要污染物 ( 重点 )

重金属

农药

新型污染物 ?

传统污染物

在土壤中如何迁移转化 ?

在土壤中如何迁移转化 ? 吸附 -

解吸 ? 降解 ?

( 以上三个话题 , 查阅资料 , 互动内容 )

◆ 土壤污染

人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象

◆ 土壤污染的判别依据

地下水是否受到污染

作物生长是否受到影响

土壤污染的显著特点

（ 1 ）比较隐蔽，具有持续性、积累性，往往不容易立即发现。通常是通过地下水受到污染、农产品的产量和质量下降，和人体健康状况恶化等方式显现出来。

（ 2 ）土壤一旦被污染，不像大气和水体那样容易流动和被稀释，因此土壤污染很难恢复，所以要充分认识土壤污染的严重性和不可逆性。

一、土壤污染源

人为污染源：工业和城市的废水和固体废物

农药和化肥

牲畜排泄物

生物残体

大气沉降物

自然污染源：矿物自然分解和风化

土壤污染的类型：

化学污染

物理污染

生物污染

土壤的化学污染最为普遍、严重和复杂

二、土壤的主要污染物

◆ 无机污染物—镉、汞、铜、铅、 锌、镍、砷

硝酸盐、硫酸盐、氟化物

过量使用氮肥和磷肥

◆ 有机污染物—化学农药、除草 剂、石油类、

洗涤剂及酚类

◆ 放射性物质— 137铯、 90锶

◆ 病原微生物—肠道细菌、炭疽杆菌

◆影响植物生长

三 . 土壤重金属污染化学土壤重金属污染的危害

实验表明，土壤中无机砷含量达 12μg/g 时，水稻不能生长；稻米含砷量与土壤含砷量呈正相关。有机砷化物对植物的毒性则更大。

◆影响土壤生物群的变化及物质的转化

重金属离子对微生物的毒性顺序为： Hg＞ Cd

＞ Cr＞ Pb＞ Co＞ Cu ，其中 Hg2+、对微生物的毒性最强；通常浓度在 1μg/g时，就能抑制许多细菌的繁殖；土壤中重金属对微生物的抑制作用对有机物的生物化学降解是不利的。

◆影响人体健康——挥发进入大 淋溶进入地表水和地下水 进入作物

土壤中重金属的存在形态

重金属在土壤中的存在形态影响着重金属在土壤中的迁移、转化及生物可利用性。由不同途径进入土壤的重金属通常以可溶性离子态或配位离子的形式存在于土壤溶液中，也可以被土壤胶体所吸附或各种难溶化合物的形态存在。

重金属在土壤中以何种形态存在与重金属本身

的性质和土壤的环境条件密切相关。土壤环境条件，诸如土壤的 pH值、 pE值、土壤有机和无机胶体种类、含量等的差异，均能引起土壤中重金属存在形态的变化，从而影响重金属在土壤中的迁移以及作物对重金属的吸收、富集。

例如，稻田灌水时，氧化还原电位明显降低，

重金属可以硫化物的形态存在于土壤中，植物难以吸收；而当排水时，稻田变成氧化环境，

S2-转化为 SO42-，重金属硫化物可转化为较易

迁移的可溶性硫酸盐，被植物吸收。

因此在讨论重金属对植物和其他土壤生物的毒

性时，起决定作用的不是土壤溶液中重金属的总浓度，而是取决于可溶性重金属离子的浓度。

土壤中重金属的迁移转化1. 土壤胶体对重金属的吸附作用

土壤胶体对重金属的吸附作用通常分为专性吸附和非专性吸附

(1) 非专性吸附

是由静电引力产生的 ,这种吸附作用占据着土壤胶体正常的阳离子交换点 ,通常也称阳离子交换吸附。一般用阳离子交换容量来表征土壤胶体阳离子交换能力（ CE

C ）。

通常情况下重金属离子的吸附竞争性大于土壤

中的 Ca2+、 Mg2+、 NH4+等，比较容易吸附于

土壤胶体表面。

但在酸性土壤中，一些对吸附位竞争较强的阳离子，如 H+、 Fe3+、 Al3+等浓度较高，故重金属阳离子趋于游离，活性增强。

（ 2）专性吸附

在有常量（或大量）浓度的碱土金属或碱金属阳离子存在时，土壤对痕量浓度重金属阳离子的吸附作用称为专性吸附。

专性吸附是由土壤胶体表面与被吸附离子间通过共价键、配位键而产生的吸附，因此亦称选择吸附。

专性吸附与非专性吸附的根本区别在于 , 专性

吸附不一定发生在带电表面，亦可在中性表面上甚至与吸附离子带同号电荷的表面上进行，被吸附的重金属离子是非交换态的 ,通常不被氯化钠或醋酸钙 (铵 )等中性盐所置换，只被亲和力更强和性质相似的元素所解吸或部分解吸。

2. 土壤中重金属的配合作用

土壤中的有机、无机配体能与金属离子发生配合或螯合作用，从而影响金属离子迁移转化等行为。

其中最重要的有机配体是腐殖质。土壤腐殖质具有与

金属离子牢固络合的配位体如氨基（－ NH2）亚氨基

（ =NH ）、羟基（－ OH ）、羧基（－ COOH ）、羰基（ =C=O ）、硫醚（ RSR ）等基团。因此重金属与土壤腐殖质可形成稳定的配合物和螯合物。

土壤中常见的无机配体有 Cl-、 SO42-、 HCO3

-、

OH-等。它们与金属离子生成各种配合物。

金属配合物或螯合物的稳定性与配位体或螯合剂、金属离子种类及环境条件有关。

土壤有机质对金属离子的配合或螯合能力的顺

序为：

Pb2+＞ Cu2+＞ Ni2+＞ Zn2+＞ Hg2+＞ Cd2+

不同配位基与金属离子亲和力的大小顺序为：

－ NH2＞－ OH＞－ COO-＞－ C=O

土壤介质 pH 对螯合物的稳定性有较大的影响：

pH 低时， H 与金属离子竞争螯合剂，螯合物的稳定性较差。

pH 高时，金属离子可形成氢氧化物，磷酸盐或碳酸盐等不溶性化合物。

螯合作用对金属离子迁移的影响取决于所形成

螯合物的可溶性。形成的螯合物易溶于水，则有利于金属的迁移，反之，有利于金属在土壤中滞留，降低其活性。

3. 土壤中重金属的沉淀和溶解作用

4. 土壤中重金属的生物转化

土壤微生物对重金属的转化起着重要的作用。

土壤微生物能够通过烷基化、去烷基化、氧化、还原、配位和沉淀作用，转化重金属，并影响它们的迁移能力和生物有效性。