土壤中各種化學(xué)元素的存在形式

王彤，王蕊，萬飛，于微，王玉

吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所

土壤中各種化學(xué)元素的存在形式

王彤，王蕊，萬飛，于微，王玉

吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所

土壤中各種元素的存在形式影響著土壤的遷移性、土壤的污染恢復(fù)能力、土壤的附著性等，對土壤中各種化學(xué)成分存在形式的研究有利于對土壤進(jìn)行管理，特別是土壤中的金屬元素，金屬元素在土壤中容易被植物吸收，人們通過攝食將金屬元素攝入體內(nèi)，對人體健康產(chǎn)生一定的危害。這些元素不同的存在形式導(dǎo)致他們被植物吸收的難易程度不同，因此對土壤中的各種成分的存在形態(tài)進(jìn)行研究和分析，有利于控制土壤的質(zhì)量，降低金屬元素對人產(chǎn)生的危害。

土壤；化學(xué)元素；化學(xué)形態(tài)

前言

隨著人們物質(zhì)水平的提高，人們對自己所吃的食物更加注重健康營養(yǎng)，土壤是食物的來源，土壤中的各種元素的存在形式?jīng)Q定了土壤的質(zhì)量。土壤中的金屬元素很難消失，在土壤中會殘留較長時間，從而發(fā)生各種物理化學(xué)變化，這些不同狀態(tài)的元素被植物吸收后進(jìn)入食物鏈殘留到人體中會引起金屬中毒等狀況。本文就針對土壤中的化學(xué)成分的存在狀態(tài)進(jìn)行總結(jié)，并分析了研究土壤中各種元素的化學(xué)形式的意義，以促進(jìn)我國相關(guān)部門對土壤環(huán)境的研究和治理。

1.土壤中化學(xué)元素的存在形式定義

對于土壤中的各種成分的存在形式的研究主要包括對各元素在土壤中的存在價態(tài)、結(jié)構(gòu)形式、與其他元素的結(jié)合形式以及化合狀態(tài)。由于各元素在土壤中以離子或分子的存在形式會影響到各元素發(fā)揮的不同環(huán)境行為，在土壤中，這些元素的理化性質(zhì)十分復(fù)雜，并相互發(fā)生反應(yīng)會影響土壤環(huán)境。有人將化學(xué)元素的形態(tài)分為（水溶態(tài)、易交換態(tài)、無機(jī)化合物沉淀態(tài)、大分子腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)、氫氧化物沉淀吸收態(tài)或吸附態(tài)、硫化物沉淀態(tài)和殘渣態(tài)）這7種狀態(tài)，為了更好的適應(yīng)檢驗操作方法，人們普遍將元素的存在形式分為5種：可交換態(tài)元素、碳酸鹽結(jié)合態(tài)元素、有機(jī)結(jié)合態(tài)元素、鐵錳氧化結(jié)合態(tài)元素、殘渣態(tài)元素。

2.常見的土壤元素的化學(xué)形態(tài)分類

2.1可交換態(tài)元素

可交換態(tài)元素對環(huán)境極其敏感，當(dāng)環(huán)境發(fā)生輕微的變化這些元素就會發(fā)生遷移，從而有利于植物的吸收，在土壤中可交換元素通常會吸附到黏土或者腐殖質(zhì)上，以可交換態(tài)存在的元素典型的為Cd，對可交換態(tài)元素的研究有利于了解土壤近期受污染的情況，以及土壤能夠?qū)ι锂a(chǎn)生的毒性大小。

2.2碳酸鹽結(jié)合態(tài)元素

土壤中的元素與碳酸鹽礦物質(zhì)之間結(jié)合形成的沉淀物即屬于碳酸鹽結(jié)合元素，由于碳酸鹽是一種強堿弱酸鹽，在酸性或者堿性條件下容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這種碳酸鹽結(jié)合的元素極易受到土壤的酸堿度影響。當(dāng)土壤偏酸性時與碳酸鹽結(jié)合的金屬元素容易被釋放出來，當(dāng)在堿性條件下，土壤中的金屬元素容易與碳酸鹽結(jié)合形成碳酸鹽結(jié)合物。

2.3有機(jī)結(jié)合態(tài)元素

眾所周知，土壤中含有很多微生物，這些微生物會分解殘羹落葉，死后也會被分解，這些植物植物殘渣、腐蝕物以及礦物質(zhì)元素組成了土壤有機(jī)物，以便于為植物提供養(yǎng)分，這些物質(zhì)與土壤中的金屬元素鏊合形成了有機(jī)態(tài)結(jié)合元素，對有機(jī)態(tài)結(jié)合元素的測定與分析，有利于對土壤中有機(jī)物含量進(jìn)行了解。

2.4鐵錳氧化結(jié)合態(tài)元素

鐵錳氧化結(jié)合態(tài)元素是指土壤中的元素受到鐵錳氧化物的吸引而結(jié)合到一起形成了沉淀物。這些容易吸附到氧化物的元素大都在礦產(chǎn)物的周圍以細(xì)小顆粒的形式存在，由于氧化物的比表面積大容易吸附。

2.5殘渣態(tài)元素

殘渣態(tài)元素常常存在于土壤的最深部，受長時間的自然風(fēng)化，多見于硅酸鹽以及原生或者次生礦物質(zhì)的晶格中，這類土壤元素由于受自然界長期的風(fēng)化，在土壤中形成了穩(wěn)定的沉淀物，植物很難吸收到其中的養(yǎng)分，其中土壤被侵蝕的越是嚴(yán)重以及巖石被風(fēng)化的程度越深，越多的元素會形成殘渣狀態(tài)。

3.化學(xué)元素存在形式對土壤的影響

3.1元素的形態(tài)影響土壤的遷徙性

元素的遷徙性是指土壤中的元素被植物吸收并隨著食物鏈被逐漸傳遞的過程，土壤中的元素的價態(tài)、種類以及存在形式不同都會影響到元素的遷移能力，并且金屬元素的進(jìn)入植物中還與植物吸收金屬的能力以及土壤本身的狀況有關(guān)。其中有機(jī)態(tài)元素以及可交換態(tài)元素在土壤的表面，并且存在狀態(tài)不太穩(wěn)定，容易被植物吸收。碳酸鹽結(jié)合態(tài)的元素與土壤結(jié)合教弱，并且容易受到土壤的酸堿性影響而被釋放，因此具有很強的遷徙能力。

3.2元素的存在形式影響土壤的質(zhì)量

金屬元素的存在，在一定程度上威脅著生物的生長，這些元素進(jìn)入植物體內(nèi)可能含量不高，但是隨著食物鏈的傳遞，會最終積累到食物鏈高端的生物，由此看來，這些金屬元素會威脅著人類的健康。為了降低金屬元素對土壤的污染，土壤研究學(xué)者正在不斷地探索方法，目前對于金屬污染的土壤，人們常常采用物理化學(xué)手段以及植物修復(fù)技術(shù)，其中物理化學(xué)技術(shù)主要包括化學(xué)固化、土壤淋洗和電動修復(fù)，植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)和植物提取。根據(jù)植物的遷移難易程度，把元素的形態(tài)分為了可吸收態(tài)、交換態(tài)以及難吸收態(tài)。

3.3元素存在形式影響土壤的可給性

土壤有有機(jī)物、水合氧化物、硫化物等多種相態(tài)組成，土壤的可給性是指土壤與土壤的水溶液狀態(tài)相互轉(zhuǎn)化并進(jìn)行物質(zhì)交換的反應(yīng)。通過研究表明，元素的存在形式和價態(tài)等會影響到它們在土壤中的可給性，其中水溶態(tài)結(jié)合的元素可給性最高，按照分級提取法提取的分類狀態(tài)，金屬元素在不同狀態(tài)下可給性的能力是水溶態(tài)＞可交換態(tài)＞有機(jī)絡(luò)合態(tài)＞殘渣態(tài)，其中殘渣態(tài)的元素基本不具有可給性。

4.結(jié)語

綜上所述，土壤中的元素由于價態(tài)、結(jié)合形式等不同，產(chǎn)生了不同的存在形式，目前對這些元素的存在形式還沒有標(biāo)準(zhǔn)的分類，目前通用分類是按照提取方法分成的可交換態(tài)元素、碳酸鹽結(jié)合態(tài)元素、有機(jī)結(jié)合態(tài)元素、鐵錳氧化物以及殘渣態(tài)元素。元素的存在形式影響了其在土壤中的遷徙性以及可給性，其中可溶性元素以及可交換態(tài)元素的遷徙能力和可給能力較強。通過對土壤中的元素存在形式的研究有助于研究人員對受金屬污染的土壤進(jìn)行治理。

［1］廖啟林，劉聰，許艷，金洋，吳昀昭，華明，朱伯萬，翁志華.江蘇省土壤元素地球化學(xué)基準(zhǔn)值［J］.中國地質(zhì)，2011，05：1363-1378.

［2］魏華玲，周國華，孫彬彬，劉占元，曾道明.浙江省東部土壤元素地球化學(xué)特征及意義［J］.吉林大學(xué)學(xué)報（地球科學(xué)版），2013，02：564-572

王彤（1983-），女，吉林長春人，吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所工程師。