作者：贾建丽 等编著
出版社：化学工业出版社
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环境土壤学(第二版)试读：
前言
2014年4月，环境保护部联合国土资源部发布《全国土壤污染状况调查公报》使土壤污染及其控制进一步成为环境与生态领域的热门方向，土壤环境中物质的迁移、转化和污染土壤的修复等土壤环境研究成为热点内容。土壤-植物体系和土壤-地下水体系中污染物的迁移转化和生物毒性受到物质特性、土壤环境的微域变异性、土地资源利用方式和未来规划等多方面的影响，使其环境风险和对人体健康的危害表现出复杂性和不确定性，因此，对污染土壤体系内的物质迁移转化、污染土壤环境风险管理和污染土壤绿色可持续修复等均提出了较高的要求。
随着近年土壤环境体系理论研究与实践的快速发展，以环境学、土壤学、生态学、生物化学与地球化学等多学科交叉为特色的环境土壤学研究内容也不断丰富和外延，对于土壤环境体系中污染物的防控和环境风险的综合管理与治理提出了全新的要求。在从事与环境土壤学相关的教学和科研过程中，笔者一直关注和追踪相关学科的发展动态与前沿，根据课堂教学和各方面的建议和意见，认真总结、分析和补充完善，以本次再版为契机，在原版的基础上针对目前污染场地管理的最新研究成果和相关的法律法规新进展，对原书进行了修订和必要的扩充，以使其在我国飞速发展的土壤环境领域研究过程中更好地发挥培养研究生力军、提供污染土壤修复技术和管理模式参考、训练环境土壤学实验与实践技能等方面的作用。
本书共分基础理论和实验两部分，基础理论部分在原书系统论述环境土壤学的产生、发展和学科体系的基础上，针对目前国际尤其是近几年中国关于污染场地管理、监测、风险评价和修复技术的导则与规范快速更新的特点，结合近年污染土壤修复技术特别是现场应用技术比例和种类的改变与不同种类修复技术联用增多等发展趋势，对污染土壤修复技术体系、污染土壤管理体系、污染土壤环境风险评价与控制体系等进行补充和更新。实验部分则在原书土壤基本物理、化学与生物学性质测定，土壤有机与重金属分析实验分类基础之上，根据目前各高校和单位着重培养创新性、复合型人才的需求，归纳并补充建立起土壤环境基本性质测定、土壤污染物检测、污染土壤修复模拟等多层次、综合性环境土壤学实验体系。
本书具有较强的知识性、系统性和实用性，可供环境科学与工程及相关专业的本科生和研究生作教材使用，亦可供相关专业领域如环境管理、风险评价和土壤修复等技术和管理人员参考使用。
本书主要由贾建丽、于妍、张凯编著，另外，参加本书编著及材料整理的还有赵丽娜、王冰冰、史少贺、李小军、娄满君、赵燊炜、胡磊等，在此表示感谢。
鉴于时间和水平所限，本书疏漏及不足之外在所难免，敬请读者批评指正。编著者2016年2月
第一版前言
目前，世界范围的土壤环境污染等问题造成了越来越多的经济损失，同时引发一定的社会问题，受到环境工作者的广泛关注并开展了一系列的研究工作。然而，由于土壤介质的非均质各向异性等造成其物质迁移、转化特点等，与其他环境子系统如水环境和大气环境相比有很大差异，因此土壤环境问题有较强的隐蔽性与潜伏性，会造成更大的危害。鉴于土壤污染的危害及土地资源的重要性，土壤环境问题及其治理已成为环境、资源、生态等相关领域的重要研究课题，其中涉及的科学与技术问题也是方兴未艾。
环境土壤学作为环境科学的重要组成部分，其研究内容和相关规律、定律等涉及环境化学、生态学、土壤学、化工原理等相关内容，具有较强的综合性和学科交叉性。对于目前土壤环境问题的成因、危害及其防控体系进行全面、系统的研究，对于土壤环境的可持续发展具有重要的意义。
本书分为基础理论和实验两部分，基础理论部分系统论述环境土壤学的产生、发展和学科体系，土壤的基本构成与物理、化学和生物学性质，土壤污染的产生、危害与相关标准，土壤环境体系的典型污染物及其危害，污染土壤修复技术体系，并对污染场地环境管理进行论述。实验部分则包括土壤基本物理、化学与生物学性质测定，土壤有机与无机污染物分析实验。
本书主要由贾建丽、于妍和王晨编著，另外，参加本书编著及整理材料的还有赵丽娜、张岳、彭娟、王海文、房增强等。
由于时间和水平所限，本书疏漏和不足之处在所难免，敬请读者批评指正。编著者2012年3月第一章 绪论
土壤是地球陆地表面由矿物质、有机物质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层，是大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交界带。土壤界面体系中生命部分和非生命部分互相依存、紧密结合，共同构成了人类和其他生物生存环境的重要组成部分，对社会经济的可持续发展及生态环境的平衡具有十分重要的意义。第一节 土壤环境特点及其功能一、土壤环境
土壤环境（soil environment）即地球表面能够生长植物，具有一定环境容量及动态环境过程的地表疏松层连续体构成的环境。它区别于大气、河流、海洋、森林及生物群落等其他自然生态环境，是处于其他环境要素交汇地带的中心环境要素，对人类（包括其他生物体）的生存与发展起着重要和基本的作用。土壤环境体系是由气（土壤气体）、液（土壤水溶液）、固（土壤颗粒，包括有机、无机物质和外源输入固体颗粒）三相构成的非均质各向异性的复合体系，其中由于基本的水、肥、气、热条件及生命活动为土壤环境体系的基本物质循环和转化提供条件，同时，对各种人类活动输入的污染物的迁移和转化等过程起着重要的推动作用。二、土壤环境特点
土壤是地球陆地表面的覆盖层，是地球系统中生物多样性最丰富、能量交换和物质循环最活跃的体系，是生态环境的核心要素。土壤环境主要具备以下特点。
1.具有生产力
土壤含有植物生长必需的营养元素、水分等适宜条件，是最为重要的生产力要素之一，对社会的稳定与发展起着至关重要的作用。同时，土壤亦可作为建筑物的基础和工程材料，为多用途的生产力要素。
2.具有生命力
土壤圈是地球各大圈层中生物多样性最高的部分，由于生命活动的存在，在土壤环境中不停地发生着快速的物质循环和能量交换。
3.具有环境净化能力
土壤是由气、液、固三相组成的非均质各向异性的复杂体系，对污染物具有一定的缓冲和净化能力，是具有吸附、分散、中和、降解环境污染物功能的复合体系。
4.为中心环境要素
由气、液、固三相组成的土壤环境体系是联结大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的纽带，是自然环境的中心要素和环节，是一个开放的、具有生命力，对地球其他圈层起到深刻影响和作用的圈层。三、土壤圈与其他圈层的关系
从圈层的观点出发，土壤圈作为与生态、水、气系统之间物质和能量交换的重要构成单元和核心环境子系统，与地球其他圈层共同作用、相互依存，对人类和其他生物的生存环境及其全球变化有着深远的影响。土壤所具有的表生生态环境维持、水分输送、耗氧输酸、物质储存与输移、物化-生物作用等功能是维持体系稳定性的重要保障。土壤圈与其他圈层的动态关系如图1.1所示。考虑土壤圈与其他圈层的动态作用，其主要功能体现在以下几个方面。图1.1 土壤圈与其他圈层的动态关系
1.对大气圈的作用
土壤作为复杂庞大的多孔介质体系，与大气环境间普遍存在着频繁的水、气、热的交换，复合土壤环境中微生物、植物根系等生命活动的影响，使其在不同程度上影响着大气圈的化学组成、水分与热量平衡，对全球大气变化有明显的影响。土壤从大气中吸收O，通过2生物、化学等作用过程释放CO、CH和NO等温室气体，已成为影242响全球气候变化和全球变暖的重点关注对象之一。
2.对水圈的作用
土壤环境的高度非均质性会影响降水在陆地环境和水体环境的重新分配，影响元素的生物地球化学行为以及水圈的水循环与水平衡，进而影响和改变地球各圈层的生物分布。
3.对岩石圈的作用
岩石作为土壤的母质来源，覆盖其上的土壤圈作为地球的“皮肤”，对岩石圈具有一定的保护作用，可减少各种外营力对其影响和作用。
4.对生物圈的作用
土壤是各种动植物、微生物以及人类生存的最基本的环境和重要的栖息场所。土壤环境含有生物生长所必需的各种的营养成分、水分与适宜的物理条件，支持和调节生物过程，形成适应各种土壤类型的植被与生物群落，对地球生态系统的分布与稳定具有重要的作用。四、土壤环境功能
土壤的功能主要体现在其对人类和环境的作用，重要的土壤功能包括以下几个方面（李发生，等，2009）：①作为生态系统的组成部分，控制物质循环和能量的流动；②动植物和人类生命的基础；③基因储存库；④农产品繁育的基础；⑤建筑物稳定的基础；⑥聚积大气和水污染物的载体；⑦接收沉降物质和承载孔隙水的载体；⑧防止水、污染物或其他因子进入地下水的缓冲器；⑨堆放废弃物质，如城市生活垃圾、工业固体废物、疏浚物质等的载体；历史遗留物和古生态遗物的储藏库。
此外，近年来，由于持续受到人类生产、生活等活动的影响，显著改变了土壤与外部环境的物质和能量交换过程与强度，引起土壤特征要素的改变，使土壤环境的物质组成、结构、性质和功能等体系要素在与外部环境的物质和能量交换过程中发生变化，产生各种土壤环境问题，进而对其他环境子系统产生巨大作用与影响。因此，土壤环境的自净能力和其维持表生生态环境稳定的功能愈发重要，而其受到的冲击、影响及其恢复也是广大环境工作者普遍关心的科学与技术问题。第二节 土壤质量及土壤环境问题
改革开放30多年以来，我国经济的快速发展，带来了社会的繁荣和进步，但同时由于经济发展的模式仍基本上遵循传统的工业化道路，资源耗损量大、生态破坏严重、污染物排放量大面广，从而导致生态、土壤和水环境形势日益严峻，区域或局部污染严重，土壤质量下降，成为制约社会经济可持续发展的重大资源与环境问题。一、土壤质量
土壤质量（soil quality）是与土壤利用和土壤功能有关的土壤内在属性，是衡量和反映土壤资源与环境特性、功能和变化状态的综合标志，它包含了土壤维持生产力、环境净化能力、对人类和动植物健康的保障能力，是指在由土壤所构成的天然或人为控制的生态系统中，土壤所具有的维持生态系统生产力和人与动植物健康而自身不发生退化及其他生态与环境问题的能力，是土壤特定或整体功能的总和（周健民，2003；李发生，等，2009）。土壤质量概念的内涵不仅包括作物生产力、土壤环境保护，还包括食品安全及人类和动、植物健康。土壤质量概念类似于环境评价中的环境质量综合指标，从整个生态系统中考察土壤的综合质量。这一概念超越了土壤肥力的概念，超越了通常的土壤环境质量概念，它不只是把食品安全作为土壤质量的最高标准，还关系到生态系统的稳定性，地球表层生态系统的可持续性，是与土壤形成因素及其动态变化有关的一种固有的土壤属性。许多环境与土壤领域的专家与学者普遍认同，土壤科学的研究除了应继续重视土壤肥力质量的研究外，还必须向土壤环境质量和土壤健康质量方面转移。
综上，土壤质量包括土壤肥力质量、土壤健康质量和土壤环境质量等多个方面，这几个方面相互影响、相互依存，共同决定了土壤质量。在环境土壤学相关研究领域中，更倾向于土壤环境质量的追踪、评估与控制。土壤环境质量是指在一定的时间和空间范围内，土壤自身性状对其持续利用以及对其他环境要素，特别是对人类或其他生物的生存、繁衍以及社会经济发展的“适宜性”，是土壤“优劣”的一种概念，是特定需要的“环境条件”的度量。它与土壤的健康或清洁状态，以及遭受污染的程度密切相关。一旦土壤环境质量遭到污染和破坏，我们必须对其进行适当的修复，以减少对其自身以及对大气、水和生物等其他环境子系统的污染和危害，即必须保持土壤环境适当的清洁和健康以维持合适的土壤环境质量水平。
土壤质量的研究是近年土壤学科与环境学科的重要研究领域，其评价和评估则成为研究土壤质量的重要依据和标准。理想的土壤质量评价指标体系应秉承下列原则：①公正、灵敏、有预测能力、有参考阈值；②其信息可转化、综合，并易于收集与交流。
由于土壤质量是土壤物理、化学和生物学等性质的综合，体系复杂，目前尚无统一的评估标准或指标体系。土壤质量评价指标体系应该从土壤系统组分、状态、结构、理化及生物学性质、功能以及时空等方面，加以综合考虑。土壤质量评价指标体系大致可分为两大类，一类是描述性指标，即定性指标；另一类是分析性定量指标，选择土壤的各种属性，进行定量分析，获取分析数据，然后确定数据指标的阈值和最适值。根据分析指标的性质，土壤质量的评价指标分为土壤物理指标、土壤化学指标和土壤生物学指标3个方面。（1）土壤质量物理指标 土壤物理状况对植物生长和环境质量有直接或间接的影响。土壤物理指标包括土壤质地及粒径分布、土层厚度与根系深度、土壤容重和紧实度、孔隙度及孔隙分布、土壤结构、土壤含水量、田间持水量、土壤持水特性、渗透率和导水率、土壤排水性、土壤通气、土壤温度、障碍层次深度、土壤侵蚀状况、氧扩散率、土壤耕性等。（2）土壤质量化学指标 土壤中各种养分和土壤污染物质等的存在形态和浓度，直接影响植物生长和动物及人类健康。土壤质量的化学指标包括土壤有机碳和全氮、矿化氮、磷和钾的全量和有效量、CEC（土壤阳离子交换量）、土壤pH值、电导率（全盐量）、盐基饱和度、碱化度、各种污染物存在形态和浓度等。（3）土壤质量生物学指标 土壤生物是土壤生态系统中具有生命力的部分，是各种生物体的总称，包括土壤微生物、土壤动物和高等植物根系，是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。目前，许多生态与环境领域的研究均利用土壤微生物群落、土壤植物和蚯蚓等对土壤受污染或退化后的质量进行评估。但需要注意的是，土壤中许多生物可以改善土壤质量状况，也有一些生物如线虫、病原菌等会降低土壤质量。二、土壤环境问题
土壤作为重要的生产资料和环境要素，在人类活动广泛影响的情况下，其功能和各种物理、化学及生物学过程产生了不同程度的改变，致使土壤肥力质量、健康质量及环境质量下降，引发各种土壤质量问题。
土壤环境质量下降即土壤环境问题广义上包括土壤荒漠化、盐渍化、土壤侵蚀等土壤质量退化和土壤污染问题。其中，土壤污染及其修复等相关问题是其中关注较多、危害较大的土壤环境问题，也是目前广泛研究的领域和方向。本书后续的土壤环境问题、特点、危害及其修复、治理等相关的研究内容亦是从土壤污染的角度开展的。
1.土壤荒漠化
土壤荒漠化（soil desertification）是指由于人为和自然因素的综合作用使土壤环境本身的自然循环状态受到影响和破坏，使得干旱、半干旱甚至半湿润地区自然环境退化（包括盐渍化、草场退化、水土流失、土壤沙化、狭义沙漠化、植被荒漠化、历史时期沙丘前移入侵等以某一环境因素为标志的具体的自然环境退化）的总过程。土壤荒漠化已成为世界范围的区域性土壤环境问题，由此引发了干旱、沙尘暴、河流断流、地下水位下降等一系列生态环境问题。有资料表明，过去一万年中15%的土地被人为诱发的土壤退化掠夺。
2.土壤盐渍化
土壤盐渍化（soil salinization）是指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程，也指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。由于漫灌和只灌不排，导致地下水位上升，土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中，当使土壤含盐量太高（超过0.3%）时，即形成盐碱灾害。我国盐渍土或盐碱土的分布范围广、面积大、类型多，总面积约1亿公顷，主要发生在干旱、半干旱和半湿润地区。
另外，现代农业中化肥的大量使用致使土壤板结，理化性质改变，甚至进一步演变成盐渍化，造成严重的土壤质量退化。
3.土壤侵蚀
土壤侵蚀（soil erosion）的本质是使土壤肥力下降，理化性质变劣，土壤利用率降低，生态环境恶化。除自然侵蚀之外，在人类改造利用自然、发展经济过程中，移动了大量土体，而不注意水土保持，直接或间接地加剧了侵蚀，增加了河流的输砂量。如矿山开采、毁坏树林、过度放牧、地下水过度开采、农用化学品过度施用等造成土壤质量下降，引发土壤侵蚀、水土流失等。我国是世界上土壤侵蚀最为严重的国家之一，研究土壤侵蚀机理，有效对其进行监控和治理已经成为全球关注的焦点。
4.土壤污染
土壤污染（soil pollution）是人类生产和生活造成的土壤严重的环境问题，随着现代人类社会的生产和生活节奏的加快，现代农业农药、化肥施用及污灌造成农业环境污染严重，约1/5的耕地受到污染；另一方面，城市交通、现代工业排放、生活源等各种类型和途径污染物的大量排放，致使土壤环境的污染加剧，已成为不可忽视的生态与环境问题。第三节 环境土壤学的发展与研究内容一、环境土壤学的产生与发展
环境科学是环境问题产生后发展起来的一门新兴的综合性交叉学科，其涉及地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会科学、经济学、法学等多种学科知识。而现代土壤科学的快速发展，尤其是20世纪80年代以来，现代土壤学的研究重点已从增产粮食为主转向以提高粮食品质、保护环境和可持续发展及促进人畜健康为主要目标的阶段，从而快速促进了环境科学与土壤学的相互渗透，体现了土壤学在环境科学中日益重要的特点，孕育了环境土壤学的创建与发展。
环境土壤学是环境问题出现和发展后在土壤学和环境科学中发展起来的一门综合交叉性学科，是环境科学和土壤学的重要组成部分，它起源于土壤环境保护的理论与实践。环境土壤学这一学科概念虽在20世纪80年代就已提出，但对其缺乏深入的研讨。近年来，随着研究工作的深化与发展，对环境土壤学的认识无论在理论上还是实践上都有所深入和拓展。环境土壤学是研究自然因素和人为条件下土壤环境质量的变化，影响及其调控的一门学科，它涉及土壤质量与生物品质，土壤与水和大气质量的关系，土壤元素丰缺与人类健康的关系，土壤与其他环境要素的交互作用，土壤质量的保护与改善等土壤环境科学的相关研究与土壤应用等。总体来说环境土壤学的产生和发展经历了以下几个阶段。（1）起步阶段（20世纪50～60年代末） 此阶段为环境土壤学萌生初期，主要引用传统土壤学的研究方法对出现的土壤环境问题寻求解决办法，如城市污水的农田灌溉、工业废渣的农业利用（研制钢渣磷肥、施用粉煤灰）、土壤污染物分析测试方法探索及局部土壤污染的治理等，这时的环境土壤学尚未形成完整而独立的科学体系。（2）发展阶段（20世纪70～80 年代末） 进入20世纪70 年代环境土壤学研究内容日趋丰富，从土壤环境背景值研究起步，分析元素由最初的几种主要有毒重金属元素，扩展到60 多种化学元素，研究区域从若干重点城市，到主要农业区，“七五”期间发展到全国除台湾省以外的30 个省市自治区，并注意了背景获取和实际应用相结合，同时开展对土壤环境容量、污染承载负荷、污水土地处理系统研究、土壤环境质量评价、土壤污染发生机制、各种污染物在土壤中的迁移转化行为与危害、控制土壤污染的工程技术与方法等方面的研究。（3）逐渐完善阶段（20世纪90 年代以后） 环境土壤学研究的深度和广度都有大的扩展，以土壤重金属污染研究为例，宏观上扩展到大范围、洲际的分布、迁移规律和动态变化，微观上研究重金属对生物的毒害机理从个体水平、组织水平、细胞水平发展到分子水平。在继续研究污染物在土壤—植物系统迁移转化和累积规律的同时，开始关注污染物累积所引起土壤环境质量的变化以及这一变化对生态系统结构、功能和人体健康的影响，多种元素多种污染物的交互作用和复合污染开始涉及，土壤环境与温室气体排放的关系研究取得进展，在污染物迁移化方面开始重视土壤胶体的影响和作用，包括土壤背景值的影响，对土壤负载容量的影响，对酸雨危害的影响，对污染物化学行为的影响等。
近年，随着基于人体健康风险和生态风险评估与控制基本模式的污染土壤环境管理快速发展与完善，在强化修复技术效果与机理研究的同时，随着绿色、可持续修复理念逐渐推广与深入，环境土壤学的研究与实践也进入新的时期，即污染土壤综合管理与风险控制阶段。二、环境土壤学的研究内容
人为活动复合自然因素变化对土壤环境质量产生了深入的影响，这种影响反过来又会对土壤—环境复合界面系统产生冲击、影响等反作用，二者的相互影响，尤其是人为影响下土壤环境质量的下降特别是土壤污染及其修复、对策是环境土壤学的核心研究内容。基于基础的土壤物理、化学与生物学过程，复合环境科学的基本理论体系，环境土壤学从土壤环境体系的组成、性质与基本特点出发，对典型土壤环境污染物的来源、危害等进行阐述，对污染物在土壤环境体系中的吸附、分散、迁移、转化与归宿过程进行探讨，并基于土壤环境修复技术体系，对土壤环境污染物的清除与治理，及土壤环境功能的恢复进行研究，同时，对土壤环境相关的法律、法规、标准及其评估、评价体系进行梳理，对土壤环境问题的研究及其修复具有理论与实践意义。（1）土壤环境背景值及土壤环境容量 土壤环境背景值及其环境容量是判别土壤环境是否受污染及其土壤缓冲性大小的重要依据，通过研究还可对土壤的使用功能、期限作出判断。通过土壤环境背景值和土壤环境容量研究，为土壤环境相关标准的制定和修订提供依据。据研究，由于人类活动排放的大量污染物尤其是区域化和全球性环境污染的产生和持续作用，导致许多人类聚集区如城市、交通干线等人类活动强度较大的地区其土壤环境背景值已相比以前大大提高，这对于判别污染和研究环境所致疾病有重要的意义。我国已启动全国污染源普查项目，对全国范围的典型污染源排放及其特点进行清查，对于我国的土壤环境背景值研究和土壤环境容量分析及其相关研究有重要的推动作用。（2）土壤环境质量评估与评价 土壤质量是土壤相关学科中均非常关注的内容，对于环境土壤学更为关注的土壤污染、土壤质量退化等内容，对其环境质量在影响土壤—植物—人体复合系统中的影响进行研究，对其土壤环境质量进行评估与评价，为其与人类健康和生态环境健康的关系打下基础，为其修复和治理提供依据。（3）化学物质在土壤环境体系中的迁移与转化 包括化学物质在该系统中的迁移、转化、毒性、归属及其影响因素的研究。土壤是重要的环境舱，高负载容量的土壤与低负载容量者相比，能够容纳更多的某一特定的污染物。土壤中毒性物质的生物有效性依赖于它们在环境中的反应行为和归宿。控制土壤中化学物质归宿的过程包括静电作用、吸附、解吸、沉淀、溶解、氧化、还原、络合、催化、水解、异构化、光化学反应和生物过程等，研究这些过程及其影响因素有助于加深对土壤环境（负载）容量研究的理解。在研究中应重视黏粒矿物的表面效应，土壤组分和性质与污染物迁移、转化、危害的关系，有机污染物的化学结构与降解的关系，污染物之间的交互作用反应动力学等。在综合研究的基础上确立土壤环境质量的指标体系和迁移、转化的数学模型。（4）人类活动对土壤环境的影响及其生态效应 主要研究土壤异常与地方病的关系，研究与人类和动物健康有关的疾病和营养问题的土壤因素，这些因素与土壤地球化学和矿物学有关。土壤中许多微量元素同动物营养、人类的健康密切相关。因此，从土壤生态系统的角度出发，量化人类活动对土壤环境的影响和危害，并明确其生态效应，对于目前许多水土病的成因和防治，环境“三致”物质的作用机理和防治有重要的意义。（5）土壤环境修复技术体系及实践 此部分主要研究土壤与温室效应和全球变暖的关系、经济开发与土壤生态环境的演变、工矿开发和重大工程对土壤环境质量的影响、污染对持续农业的潜在冲击、土壤环境质量监测、废水和固体废物的土地处理等，通过这些研究提出针对性防治措施，并构建土壤修复技术体系，开展大量的污染土壤修复工程实践，在我国土地资源紧张的大局势下，具有非常大的市场前景和应用潜能。（6）土壤环境管理及修复风险控制 随着土壤与地下水等风险评价的研究深入，污染场地的环境管理已经成为污染土壤修复的重要研究内容和土壤修复体系的重要组成部分。其主要内容包括筛选、登记、场地调查、风险评价、修复工程实施与管理、修复工程的后评价等。另外，污染土壤修复技术实施过程中的二次风险及其技术、管理等控制措施和方法体系也成为环境土壤学的重要研究领域。三、环境土壤学的研究热点与趋势
环境土壤学从起步开始，经过几十年的研究和探索，已在污染物迁移转化及修复技术体系等方面取得了一系列的成果，其目前关注的研究热点和发展方向、趋势主要包括以下几个方面：①土—水—植物系统中的元素循环与环境质量的关系；②土壤环境中污染物的生物有效性及其调控；③污染物在土壤—植物—动物—人类食物链的传递与危害机理；④土壤环境风险管理与评价；⑤都市土壤环境对城市生态环境及持续发展的影响；⑥新型土壤污染高效修复技术开发与集成。思考题
1.土壤质量与环境质量的关系如何？
2.土壤环境的主要特点和功能有哪些？
3.土壤质量主要指标有哪几类？
4.土壤环境问题主要有哪些？
5.环境土壤学的研究热点与发展趋势包括哪些方面？第二章 土壤组成与基本性质第一节 土壤生态系统的组成及其环境生态意义
生态系统是指在一定空间内共同栖居着的所有生物与环境之间通过不断的物质循环和能量流动过程而形成的统一整体（杨持，2008）。土壤环境体系是由生物—土壤—水—环境复合界面上不断进行的物质循环和能量流动，具备生态系统的主体特征。因此，可将土壤生态系统定义为土壤生物与其所在的土壤环境相互作用而形成的物质循环与能量流动的统一整体。由土壤介质供给微生物所需的食物与能量，这些物质与能量主要源于植物的光合作用与新陈代谢。因为植物根系吸取了土壤的矿质营养与水分，通过同化作用转化为自身的组成成分，其死后的残体亦可为土壤动物与微生物所粉碎、分解与消耗，将有机物储存的物质与能量部分地转化为有效养分与热能释放出来，一部分有机物则转化为腐殖质储存在土壤中，从而使土壤变得更肥沃。肥沃的土壤又为植物和微生物创造更好的生长与发育环境。如此循环发展，土壤与植物之间相互作用、相互促进、相互制约的紧密关系不断改善了土壤生态系统的功能，同时也改善了植物的生长条件，从而促进植物固定与利用更多的太阳辐射能，提高生态系统的初级生产力，微生物活性的提高则会加速生态系统分解作用。植物生物量增加，就为整个生物界的生存繁育提供了物质和能量基础。所以，土壤生态系统就是整个生态系统最基础、最关键的环节，对生物的生存起着决定性的作用。
土壤生态系统包括土壤生物、土壤矿物质、土壤有机质、土壤水溶液及土壤气体5个部分，其中土壤矿物质与有机质构成土壤的固相部分，与土壤水相及气相等粒间物质共同构成土壤的非均质各向异性的三相结构（图2.1）。在土壤生态系统中，土壤生物为土壤生态系统的核心，其他4部分则构成土壤生物所处的动态环境，同时土壤植物根系与微生物、植物根系与动物、土壤微生物之间又相互影响、互为环境，以上各部分共同作用，进行不间断的物质与能量的迁移与转化，构成动态的土壤生态系统，形成了土壤环境中各种生物化学过程及环境污染物在土壤环境体系中的迁移和转化。图2.1 土壤生态系统的构成一、土壤矿物质
土壤矿物质是土壤固相部分的主体，一般占到土壤固相总质量的95%左右，构成土壤的“骨骼”。其中粒径<2μm的矿质胶体作为土壤体系中最活跃的部分，对土壤环境中元素的迁移、转化和生物、化学过程起着重要的作用，影响土壤的物理、化学与生物学性质和过程。因此，研究土壤矿物质的组成及其分布对于鉴定土壤质地、分析土壤性质、考察土壤环境中物质的迁移转化有着重要的意义和作用，而且和土壤的污染与自净能力也密切相关。（一）元素组成
土壤的化学组成很复杂，几乎包括地壳中的所有元素（表2.1）。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、碳、钛10种元素占土壤矿物质总量的99%以上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含量最多，四者共占地壳中所有元素的88.7%以上[根据克拉克第（1924）、菲尔斯曼（1939）和泰勒（1964）的估计，地壳的化学元素组成与表2.1稍有不同，但总的趋势是一致的。]，但植物必需营养元素含量低且分布很不平衡。表2.1 地壳和土壤的平均化学组成（质量分数） 单位：%注：本表来源于维诺格拉多夫，1950，1962。（二）矿物组成
土壤矿物按岩石风化程度及来源可分为原生矿物和次生矿物。其中原生矿物是由岩石直接风化而来，未改变晶格结构和化学性质的部分；而原生矿物进一步风化、分解，则形成化学构成和性质均发生变化的次生矿物。原生矿物和次生矿物相互搭配，构成了土壤样品中不同粒径及组成的组分，共同决定了土壤的粒级、结构及基本性质。
1.原生矿物
在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物成为原生矿物。原生矿物以硅酸盐和铝酸盐为主，如石英、长石、云母、辉石、角闪石等，主要为土壤的砂粒和粉砂粒等粒径较大的组分，对土壤环境中污染物的吸附等迁移过程影响较小，其含量高低对土壤质地及因此决定的土壤修复技术的效果和适用性可能有不同程度的影响。
2.次生矿物
原生矿物经物理、化学风化作用，组成和化学性质发生变化，形成的新矿物称次生矿物。次生矿物以黏土矿物为主，同时也包括结晶层状硅酸盐矿物，此外还有Si、Al、Fe氧化物及其水合物，如方解石、高岭石等。其中，层状硅酸盐和含水氧化物类是构成土壤黏粒的主要成分，因此，土壤学上将此两类矿物称为次生黏粒矿物（对土壤而言简称黏粒矿物，对矿物而言简称黏土矿物），它是土壤矿物中最活跃的组分，其具有的荷电性和高吸附性使其成为土壤环境中污染物质的集中分布成分，亦可作为物理分离等修复技术按土壤组分分而治理的依据。
3.主要成土矿物及其性质（1）石英 一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩石中常呈不透明或半透明晶粒，烟灰色，油脂光泽。石英的伴生矿物是云母、长石。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤含盐极少，形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。（2）正长石 晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解离，硬度6.0。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。伴生矿物为石英、云母等。正长石易风化，风化后形成黏土矿物高岭石等，可为土壤提供大量钾养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9%。（3）斜长石 常呈板状晶体，白色或灰白色，玻璃光泽，完全解离，硬度6.0～6.5。伴生矿物主要是辉石和角闪石。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是黏土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。（4）云母 云母根据化学成分不同分为白云母和黑云母。
白云母，常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2.0～3.0。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等黏土矿物，对土壤中农药等污染物有较强的吸附性。
黑云母为深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母主要分布在花岗岩、片麻岩中，伴生矿物是石英、正长石等。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状，因此黑云母很少能看见。（5）角闪石 角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～6.0。角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中。在岩石中呈针状或纤维状。伴生矿物为正长石、斜长石和辉石，角闪石易风化，风化产物为黏土矿物。（6）辉石 呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5.5。辉石多呈晶粒状，伴生矿物为角闪石、斜长石、辉石等，较角闪石难风化，风化物为黏土矿物，富含Fe。（7）橄榄石 橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄榄石为超基性岩的主要组成矿物，伴生矿物为斜长石、辉石，不与石英共生，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。蛇纹石呈绿色，玻璃光泽或油脂光泽，断口上有时呈蜡状光泽，相对密度2.5，硬度2.0～4.0。（8）方解石 方解石为次生矿物，呈菱面体，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽，与稀盐酸反应生成CO气泡。方解石分布很广，是大理岩、石灰岩的主要矿2物，常为砂岩、砾岩的胶结物，也可在基性喷出岩气孔中出现。方解石的风化主要是受含CO的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，2石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。（9）绿泥石 绿泥石种类多，成分变化大，结晶体呈片状、板状，一般呈鳞片状存在。暗绿色至绿黑色。完全解理，玻璃光泽至珍珠光泽。绿泥石由黑云母、角闪石、辉石变质而成。存在于变质岩中，如绿泥片岩。绿泥石较难风化，风化物为细粒。（10）白云石 白云石呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在与石灰岩中。白云石风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。（11）磷灰石 磷灰石呈致密块状、土状等，灰白、黄绿、黄褐等色，不完全解理，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。磷灰石较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。（12）石膏 石膏呈板状、块状，无色或白色，玻璃光泽，硬度2.0，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作为土壤改良剂。
总之，矿物质作为构成土壤的基本物质，又是植物矿物营养的源泉，是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素。土壤中的矿物质来自岩石的风化物，而岩石又是由矿物质组成的，不同的矿物质构成不同的岩石。不同的岩石经过风化作用，形成土壤的矿物质，所以矿物能影响土壤的理化性质和土壤养分状况，同时，土壤矿物对体系中污染物的分布与迁移转化有重要的影响。（三）土壤矿物质的环境生态意义（1）提供植物、微生物等土壤生物体生命活动所需的营养元素 土壤矿物质按其含量的高低分为常量元素与微量元素，其含量和性质会决定土壤中生物体生命活动的强弱。（2）造成土壤元素背景值差别 矿物质含量高低是决定土壤元素背景值的内在因素，其决定的不同地区土壤环境中元素的丰缺可能会造成天然的水土病，属于环境健康领域的重要研究内容。另外，土壤原有矿物质含量与人为或自然源对土壤环境的输入相结合，共同影响土壤环境中各元素的含量高低，对土壤生态环境质量共同造成影响。（3）影响土壤修复技术的选择 土壤中铁、锰等作为固有的矿物质组分，不作为土壤污染物进行调控，同时还可影响土壤修复技术的选择，如选择化学氧化技术则高锰酸钾作氧化剂时其被还原产生的MnO不会成为土壤的二次污染物，同样含铁化合物可以作为芬顿氧2化体系的添加剂而不对土壤产生二次污染。二、土壤有机质
土壤有机质是土壤发育过程的重要标志，对土壤性质影响重大，是土壤固相的重要组成成分之一。广义上，土壤有机质是指各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质，包括土壤中的各种动、植物残体，微生物及其分解和合成的各种有机物质。狭义上，土壤有机质一般是指有机残体经微生物作用形成的一类特殊、复杂、性质比较稳定的高分子有机化合物（腐殖酸）。
土壤有机质是土壤固相的组成成分，一般占到土壤总重的5%左右。尽管有机质含量只占固相总量的很小一部分，但它对土壤的形成与发育、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要的意义。一方面，它含有植物生长需要的各种元素，也是土壤微生物活动的能量来源，对土壤物理、化学和生物学性质都有着深远的影响。另一方面，土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机污染物的行为都有显著的影响。而且土壤有机质对全球碳平衡起着重要的作用，被认为是影响全球温室效应的重要因素。（一）土壤有机质的来源
1.微生物
微生物是最早出现在母质中的有机质，虽然这部分来源相对较少，但微生物是最早的土壤有机质来源，也是土壤发育过程中的重要作用因素。
2.植物
地面植被残落物和根系是土壤有机质的主要来源，如树木、灌丛、草类及其残落物，每年都向土壤提供大量有机残体，对森林土壤尤为重要。森林土壤相对农业土壤而言具有大量的凋落物和庞大的树林根系等特点。我国林业土壤每年归还土壤的凋落物干物质量按气候植被带划分，从高到低依次为热带雨林、亚热带常绿阔叶林和落叶阔叶林、暖温带落叶阔叶林、温带针阔混交林、寒温带针叶林。热带雨林凋落2物干物质量可达16700kg/（km·a），而荒漠植物群落物干物质量仅2为530kg/（km·a）。
3.动物
蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体和分泌物，亦是土壤有机质的来源之一，这部分来源虽然很少，但对土壤有机质的转化也是非常重要的。
4.施入土壤的有机类物质
人为施入土壤中的各种有机肥料（厩肥、堆沤肥、腐殖酸肥料、污泥以及土杂肥等），工农业和生活废渣等土壤添加物或改良剂，还有各种微生物制品等，对土壤尤其是现代农业土壤中有机质的改变有重要的影响。
5.进入土壤的有机污染物
通过人为与自然途径进入土壤环境的有机污染物如石油烃类、氯代烃、POPs等也是土壤有机质来源的特殊种类。尤其对于污染严重的土壤样品，有机污染物可能是土壤有机质的主要来源。如有研究表明，我国油田开发造成的落地原油可使个别地区土壤中石油烃含量达到10%，由此带来土壤有机质含量达到15%以上。（二）土壤有机质的组成
1.物质组成
土壤有机质主要包括以下几个部分。（1）未分解的动植物残体 它们仍保留着原有的形态等特征。（2）分解的有机质 经微生物的分解，已使进入土壤中的动、植物残体失去了原有的形态等特征。有机质已部分或全部分解，并且相互缠结，呈褐色。包括有机质分解产物和新合成的简单有机化合物。（3）腐殖质 特殊性有机质，指有机质经微生物分解后再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质。与土壤矿物质土粒紧密结合，是土壤有机质存在的主要形态类型，占土壤有机质总量的85%～90%。
2.化学组成
各种动、植物残体的化学成分和含量因动植物种类、器官、年龄等不同而有很大的差异。一般情况下，动植物残体主要的有机化合物有碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等。（1）碳水化合物 碳水化合物是土壤有机质中最重要的有机化合物，碳水化合物的含量大约占有机质总量的15%～27%，包括糖类、纤维素、半纤维素、果胶质、甲壳质等。
糖类有葡萄糖、半乳糖、六碳糖、木糖、阿拉伯糖、氨基半乳糖等。虽然各土类间植被、气候条件等差异悬殊，但上述各糖的相对含量都很相近，在土壤剖面分布上，无论绝对含量或相对含量均随深度而降低。
纤维素和半纤维素为植物细胞壁的主要成分，木本植物残体含量较高，两者均不溶于水，也不易化学分解和微生物分解，是土壤有机质中性质较稳定的部分。（2）木质素 木质素是木质部的主要组成部分，是一种芳香性的聚合物，较纤维素含有更多的碳。木质素在林木中的含量约占30%，木质素的化学构造尚未完全清楚，关于木质素中是否含氮的问题目前尚未阐明。木质素作为土壤有机质中最稳定的组分，难被细菌分解，14但在土壤中可不断被真菌、放线菌所分解。C研究指出，有机物质的分解顺序为：葡萄糖>半纤维素>纤维素>木质素。（3）含氮化合物 动植物残体中主要含氮物质是蛋白质，它是构成原生质和细胞核的主要成分，在各植物器官中的含量变化很大，见表2.2。表2.2 不同植物、器官中蛋白质含量
蛋白质由各种氨基酸构成，其蛋白质的平均氮含量为10%，其主要组成元素除此之外为碳、氢、氧，某些蛋白质还含有硫（0.3%～2.4%）或磷（0.8%）。
一般含氮化合物易为微生物分解，生物体中常有一少部分比较简单的可溶性氨基酸可为微生物直接吸收，但大部分的含氮化合物需要经过微生物分解后才能被利用。（4）脂溶性物质 树脂、蜡质、脂肪等有机化合物均不溶于水。而溶于醇、醚及苯中，都是复杂的化合物。
脂溶性物质有很多种，主要都是多元酚的衍生物，易溶于水，易氧化，与蛋白质结合形成不溶性的，不易腐烂的稳定化合物。木本植物木材及树皮中富含脂溶性物质，而草本植物及低等生物中则含量很少。（三）土壤有机质的含量
土壤学中把耕层土壤有机质含量在20%以上土壤称有机质土壤，20%以下土壤则为矿质土壤。
土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关，如表2.3和表2.4所列，草甸土可高达20%或30%以上，但漠境土和砂质土壤不足0.5%。目前，我国土壤有机质含量普遍偏低，耕层有机质大多数在5%以下，东北土壤有机质较多，华北、西北大多在1%左右，个别1.5%～3.5%，旱地土壤有机质也较少。表2.3 中国某些自然土壤有机质含量表2.4 不同地区旱地和水田耕层土壤有机质含量（四）土壤腐殖质
除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。土壤腐殖质不是一种纯化合物，而是代表一类有着特殊化学和生物特性、构造复杂的高分子化合物。由此可知，腐殖质是土壤中有机物存在的一种特殊形式，是土壤有机质存在的主要形态。土壤腐殖质作为与土壤矿物质主体结合紧密的部分，其提取和分析难度较大，很难对其化学组分进行分析。因此，通常按其提取的难易进行人为操作定义上的划分，将土壤腐殖质物质分为胡敏酸、富啡酸和胡敏素3个组分。其相对分子质量常在几至几百万之间变动，一般情况下，土壤腐殖质中富啡酸平均相对分子质量最小，胡敏素平均相对分子质量最大，而胡敏酸则处于二者之间。
腐殖质作为土壤有机胶体的主体，对土壤的吸附性、稳定性等具有重要的影响。腐殖质吸水能力很强，对于保持土壤水分含量有一定作用；由于腐殖质中含有羧基、酚羟基、醚基、酮基等多种酸性、中性及碱性官能团，使其表现出多种性质，如离子交换、对金属离子的配位作用、氧化-还原性及生理活性等。可见，腐殖质不仅是土壤养分的主要来源，而且对土壤的物理、化学和生物学性质都有重要影响，是重要的土壤肥力指标。（五）土壤有机质的转化
土壤有机质在水分、空气和土壤生物的共同作用下，发生极其复杂的转化过程，这些过程综合起来可归结为两个对立的过程，即土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程。
1.矿质化过程
土壤有机质在生物作用下，分解为简单的无机化合物二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量的过程。
土壤有机质的矿化过程分为化学的转化过程、动物的转化过程和微生物的转化过程。有机化合物进入土壤后，一方面在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，同时释放出能量。这一过程为植物和土壤微生物提供了养分和活动能量，并直接或间接地影响着土壤性质，同时也为合成腐殖质提供了物质基础。（1）化学的转化过程 降水可将土壤有机质中可溶性的物质淋出。这些物质包括简单的糖、有机酸及其盐类、氨基酸、蛋白质无机盐等。约占5%～10%水溶性物质淋溶的程度决定于气候条件（主要是降水量）。淋溶出的物质可促进微生物生长增殖，从而促进其残余有机物的分解。此过程对森林土壤尤为重要，因森林常有下渗水流可将地表有机质（枯落物）中可溶性物质带进地下供林木根系吸收。（2）动物的转化过程 从原生动物到脊椎动物，大多数以植物及植物残体为食。在森林土壤中，生活着大量的各类动物，如温带针阔混交林下每公顷蚯蚓可达258万条，可见动物对有机质的转化起着极为重要的作用。
机械转化：动物将植物或残体碎解，或将植物残体进行机械的搬迁及与土粒混合，可促进有机物被微生物分解。
化学转化：经过动物吞食的有机物（植物残体）中未被动物吸收的部分，经过肠道，以排泄物或粪便的形式排到体外，此类分解或半分解过程促进了有机质的转化。（3）微生物的转化过程 土壤有机质的微生物的转化过程是土壤有机质转化的最重要、最积极的进程。
①微生物对不含氮有机物的转化。不含氮的有机物主要指碳水化合物，主要包括糖类、纤维素、半纤维素、脂肪、木质素等。其中，单糖简单易分解，而多糖类则较难分解；淀粉、半纤维素、纤维素、脂肪等分解缓慢，木质素最难分解，但在表性细菌的作用下可缓慢分解。
葡萄糖在好气条件下，在酵母菌和醋酸细菌等微生物作用下，生成简单的有机酸（醋酸、草酸等）、醇类、酮类。这些中间产物在空气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分解成二氧化碳和水，同时放出热量。
②微生物对含氮有机物的转化。土壤中含氮有机物可分为两种类型：一是蛋白质型，如各种类型的蛋白质；二是非蛋白质型，如几丁质、尿素和叶绿素等。土壤中含氮有机物在土壤微生物的作用下，最终分解为无机态氮（N-N和N-N）。
③微生物对含磷有机物的转化。土壤有机态的磷经微生物作用，分解为无机态可溶性物质后，才能被植物吸收利用。
土壤表层有26%～50%的磷是以有机磷状态存在的，主要有核蛋白、核酸、磷脂、核素等，这些物质在多种腐生性微生物作用下，分解的最终产物为正磷酸及其盐类，可供植物吸收利用。在嫌气条件下，很多嫌气性土壤微生物能引起磷酸还原作用，产生亚磷酸，并进一步还原成磷化氢。
④微生物对含硫有机物的转化。土壤中含硫的有机化合物如含硫蛋白质、胱氨酸等，经微生物的腐解作用产生硫化氢。硫化氢在通气良好的条件下，在硫细菌的作用下氧化成硫酸，并和土壤中的盐基离子生成硫酸盐，不仅消除硫化氢的毒害作用，而且能成为植物易吸收的硫养分。
在土壤通气不良条件下，已经形成的硫酸盐也可以还原成硫化氢，即发生反硫化作用，造成硫素散失，当硫化氢积累到了一定程度时，对植物根素有毒害作用，应尽量避免。
另外，土壤酶在有机质转化过程中亦具有重要的作用。土壤中的酶的来源有三个方面：一是植物根系分泌酶；二是微生物分泌酶；三是土壤动物区系分泌释放酶。土壤中已发现的酶有50～60种。研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶等。酶是有机体代谢的动力，因此，可以想象酶在土壤有机质转化过程中所起的巨大作用。
综上，进入土壤的有机质是由不同种类的有机化合物组成，即有一定生物构造的有机整体。其在土壤中的分解和转化过程不同于单一有机化合物，表现为整体性的动力学特点。植物残体中各类有机化合物的大致含量范围是：可溶性有机化合物（糖分、氨基酸）5%～10%，纤维素15%～60%，半纤维素10%～30%，蛋白质2%～15%，木质素5%～30%。它们的含量差异对植物残体的分解和转化有很大影响。
2.腐殖化过程
土壤腐殖质的形成过程称为腐殖化作用。腐殖化作用是一系列极其复杂过程的总称，其中主要是由微生物为主导的生化过程，但也可能有一些纯化学的反应。整个作用现在还很不清楚，近年的研究虽提供了一些新的论据，但均非定论。目前，一般的看法是，腐殖化作用可分为两个阶段。
第一阶段，产生腐殖质分子的各个组成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等有机物质。
第二阶段，由多元酚和含氮化合物缩合成腐殖质单体分子。此缩合过程，首先是多元酚在多酚氧化酶作用下氧化为醌；然后醌和含氮化合物（氨基酸）缩合，最后腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子。
土壤有机质转变为腐殖质的过程，可用腐殖化系数表示： （2.1）
矿化与腐殖化作为土壤环境中有机物在微生物作用下相反的两个变化方向，二者共同决定了有机物在土壤中的变化方向与最终产物。在土壤有机污染物的微生物降解过程中，更需要关注腐殖化对有机物的作用，尤其是腐殖化带来的转化中间产物的络合及相互作用，对土壤环境的毒理学特性可能产生重要的影响，对有机污染土壤生物修复技术的评估具有重要的意义，是有机污染土壤体系中物质迁移转化过程的重要因素。
3.影响土壤有机质转化的因素（1）土壤特性 气候和植被在较大范围内影响土壤有机质的分解和积累，而土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量。（2）土壤pH值 土壤pH值通过影响微生物的活性而影响有机质的降解。大多数细菌活动的最适pH在中性附近（pH=6.5～7.5），放线菌的最适pH略偏碱，真菌则最适于酸性条件下（pH=3～6）活动。pH值过低（<5.5）或过高（>8.5）对一般的微生物都不大适宜。（3）土壤温度 0℃以下，有机质分解速率很小；0～35℃ ，提高温度可促进有机质的分解，温度每升高10℃，土壤有机质最大分解速率提高2～3倍；一般土壤微生物最适宜的温度范围约为25～35℃，超过这一范围，微生物的活动会受到明显的抑制，从而使微生物主导下的有机质分解速率降低。（4）土壤水分和通气状况 土壤微生物的活动需要适宜的含水量，但过多水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机质的分解过程的产物。因此，适宜的土壤孔隙度及土壤质地是保证土壤具有综合较优的水分和通气状况的前提，从而有利于土壤中有机质的转化。（5）植物残体的特性 新鲜多汁的有机质较干枯秸秆易于分解；有机质的细碎程度影响其与外界因素的接触面，密实有机质的分解速率比疏松有机质缓慢；有机质C/N比对其分解速率影响很大，土壤中的有机质经过微生物的反复作用后，在一定条件下，C/N或迟或早会稳定在一定的数值；S、P等作为微生物活动必需的营养元素，当缺乏时也会抑制土壤有机质的分解。（六）土壤有机质的作用及其环境生态意义
1.土壤有机质的作用（1）植物营养的主要来源 有机质含有极为丰富的氮、磷、钾和微量元素，可为植物生长提供营养元素。有机质分解后产生的二氧化碳是供给植物光合作用的原料，是生态系统初级生产力的基础。-6（2）刺激根系的生长 腐殖质物质可在很稀的浓度（10～-310）下以分子态进入到植物体，可刺激根系的发育，促进植物对营养物质的吸收。（3）改善土壤的物理状况 促进土壤团粒结构的形成，是良好的土壤胶结剂。（4）具有高度保水、保肥能力 腐殖质是一种土壤胶体，有巨大的比表面积，有巨大的吸收代换能力。黏土颗粒的吸水率为50%～60%，而腐殖质的吸水率为500%～600%，是目前土壤改良中常用的
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