土壤污染及其防治8學(xué)時(shí)

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染與土壤自凈第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第1頁(yè)，共130頁(yè)。本章重點(diǎn)：

1、土壤環(huán)境特性；2、土壤背景值與土壤環(huán)境容量；3、土壤污染防治的策略與技術(shù)。主要知識(shí)點(diǎn)：

基本概念；土壤膠體特性；土壤污染與污染物；土壤凈化機(jī)制；土壤環(huán)境背景值及其應(yīng)用；土壤污染生物修復(fù)技術(shù)。

第2頁(yè)，共130頁(yè)。

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第3頁(yè)，共130頁(yè)。土壤是農(nóng)業(yè)最基本的生產(chǎn)資料土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分土壤是最珍貴的自然資源土壤資源是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)土壤的重要性第4頁(yè)，共130頁(yè)。地質(zhì)大循環(huán)生物小循環(huán)土壤土壤的形成巖石的風(fēng)化、風(fēng)化產(chǎn)物的淋溶與搬運(yùn)、堆積植物營(yíng)養(yǎng)元素在生物體與土壤之間的循環(huán)對(duì)立統(tǒng)一第5頁(yè)，共130頁(yè)。五大成土因素:

母質(zhì)-parentmaterial

氣候-climate

生物-biology

地形-topographty

時(shí)間-time第6頁(yè)，共130頁(yè)。第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第7頁(yè)，共130頁(yè)。一、土壤環(huán)境組成第8頁(yè)，共130頁(yè)。1、土壤礦物質(zhì)原生礦物：直接來源于巖石受到不同程度的物理風(fēng)化作用的碎屑，其化學(xué)成分和晶格構(gòu)造未有改變，包括硅酸鹽和鋁硅酸鹽類、氧化物類、硫化物和磷酸鹽類等。次生礦物：巖石風(fēng)化和成土過程中新生成的礦物，包括各種簡(jiǎn)單鹽類、次生氧化物和鋁硅酸鹽類礦物等。第9頁(yè)，共130頁(yè)。2、土壤有機(jī)質(zhì)腐殖質(zhì)：改進(jìn)土壤理化性質(zhì)、促進(jìn)養(yǎng)分交換、吸附等糖類：土壤微生物養(yǎng)料、改善土壤結(jié)構(gòu)脂肪、蠟質(zhì)、樹脂：穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，多數(shù)對(duì)植物有毒有機(jī)氮：提供土壤微生物和植物氮素養(yǎng)分磷化合物：提供土壤微生物和植物磷素養(yǎng)分灰分：提供植物礦質(zhì)養(yǎng)分第10頁(yè)，共130頁(yè)。Soilorganicmatter=Soilorganicmaterial？第11頁(yè)，共130頁(yè)。4、土壤空氣：CO2、O2、CH4…3、土壤溶液：養(yǎng)分離子、有機(jī)酸…5、土壤生物：微生物、動(dòng)物、植物第12頁(yè)，共130頁(yè)。二、土壤的物理化學(xué)性質(zhì)1、土壤的物理性質(zhì)土壤結(jié)構(gòu)：土壤顆粒的空間排列方式及其穩(wěn)定程度，孔隙的分布和結(jié)合狀況。土壤質(zhì)地：土壤的機(jī)械組成，是土壤中各級(jí)土粒含量的相對(duì)比例及其所表現(xiàn)的土壤沙粘性質(zhì)。土壤孔隙：毛管孔隙和非毛管孔隙。土壤容重：?jiǎn)挝惑w積原狀土的質(zhì)量。土壤剖面：土壤發(fā)育層結(jié)構(gòu)。第13頁(yè)，共130頁(yè)。2、土壤膠體與膠體特性土壤膠體:指土壤中粒徑小于0.2m、具有膠體性質(zhì)的微粒，占土壤重量的2%-50%。第14頁(yè)，共130頁(yè)。1）土壤膠體種類

(1)有機(jī)膠體：腐殖質(zhì)、高分子有機(jī)物。

(2)無機(jī)膠體：粘土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）及蛭石、海泡石和鐵、鋁、錳氧化物。

(3)有機(jī)－無機(jī)復(fù)合膠體：由礦物膠體和腐殖質(zhì)膠體通過金屬離子的橋鍵或水分子氫鍵結(jié)合形成。第15頁(yè)，共130頁(yè)。2）土壤膠體性質(zhì)(1)具有巨大的比表面和表面能表面能：膠體表面分子由于受到不均衡的分子引力而產(chǎn)生的剩余能量。第16頁(yè)，共130頁(yè)。(2)電荷性質(zhì)

80%以上土壤電荷集中在膠體部分。膠體所帶電荷性質(zhì)主要決定于膠體面固定離子的性質(zhì)。

等電點(diǎn)：土壤從酸性到堿性，膠體電荷由正變到負(fù)，在這一變化過程中，出現(xiàn)兩性膠體呈電中性，膠體失去電性，這時(shí)就稱為膠體的等電點(diǎn)。第17頁(yè)，共130頁(yè)。(3)凝聚性和分散性膠體微粒分散在水中成為膠體溶液稱為溶膠；膠體微粒相互凝聚呈無定形的凝膠體稱為凝膠。由溶膠凝聚成凝膠的作用稱凝聚作用。由凝膠分散成溶膠的作用稱為分散作用。第18頁(yè)，共130頁(yè)。

陽(yáng)離子對(duì)土壤負(fù)膠體的凝聚能力：

隨離子價(jià)數(shù)增高、半徑增大而增大。常見陽(yáng)離子凝聚能力大小順序?yàn)椋?/p>

Fe3+>Al3+>>Ca2+>Mg2+>>K+>NH4+>Na+凝聚點(diǎn)：電解質(zhì)引起膠體凝聚的濃度值，亦稱凝聚極限。二價(jià)陽(yáng)離子的凝聚能力比一價(jià)陽(yáng)離子大25倍；三價(jià)陽(yáng)離子又比二價(jià)陽(yáng)離子大10倍。第19頁(yè)，共130頁(yè)。3、土壤的吸附與交換性1）土壤吸附作用機(jī)械阻留物理吸附化學(xué)吸附物理化學(xué)吸附生物吸收2）離子交換作用陽(yáng)離子交換陰離子交換第20頁(yè)，共130頁(yè)。4、土壤酸堿性

反映土壤溶液中H+和土壤膠體上交換性H+/Al+3離子數(shù)量狀況的化學(xué)性質(zhì)。第21頁(yè)，共130頁(yè)。(1)活性酸：由土壤溶液游離H+所引起。土壤溶液pH隨鹽基度而變，鹽基飽和度高，pH值大。土壤酸度分級(jí)：強(qiáng)酸性（pH<5.0）、酸性（）、中性（pH6.5-7.5）、堿性（）、強(qiáng)堿性（pH>8.5）第22頁(yè)，共130頁(yè)。(2)潛在酸：由膠體吸附H+及Al3＋水解所產(chǎn)生的酸。(3)交換性酸：用過量的鹽類（KCl、NaCl或BaCl2）與土壤膠體發(fā)生交換，將H+及Al3＋交換轉(zhuǎn)入溶液所表現(xiàn)出來的酸度。(4)水解性酸：用弱酸強(qiáng)堿鹽（NaAc）溶液處理土壤時(shí)，交換的H+所表現(xiàn)出的酸性。第23頁(yè)，共130頁(yè)。土壤堿度：由碳酸鹽和重碳酸鹽導(dǎo)致土壤堿性的程度，以cmol/kg為單位。堿化度（鈉飽和度）：交換性鈉離子占陽(yáng)離子交換量（cmol/kg）的百分比值。輕度堿化土：鈉飽和度5%-10%；中度堿化土：鈉飽和度10%-15%；強(qiáng)堿化土：鈉飽和度15%-20%；堿土：鈉飽和度＞20%。第24頁(yè)，共130頁(yè)。5、土壤的氧化－還原性土壤中的主要氧化劑：氧氣、N03-、高價(jià)鐵、錳離子、硫、硝酸離子；土壤中的主要還原劑有：有機(jī)質(zhì)、低價(jià)金屬和氫離子等。土壤氧化還原電位(redoxpotential)：衡量土壤氧化還原能力大小的參數(shù)（Eh）。旱地Eh：400～700mV；水田Eh：300～-200mV。第25頁(yè)，共130頁(yè)。土壤氧化還原體系：

有機(jī)體系：有機(jī)酸、酚醛和糖類物質(zhì)等無機(jī)體系：氧、鐵、錳、硫等土壤氧化還原反應(yīng)的特點(diǎn)：

純化學(xué)反應(yīng)；生物化學(xué)反應(yīng)；可逆、半可逆與不可逆反應(yīng)第26頁(yè)，共130頁(yè)。6、礦化與腐殖化作用礦化作用（mineralization）：有機(jī)態(tài)化合物在化學(xué)或生物化學(xué)作用下轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)化合物的過程；腐殖化作用（humification）：動(dòng)植物殘?bào)w在微生物作用下轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)的過程第27頁(yè)，共130頁(yè)。是非判斷題：

1、等電點(diǎn)是指兩性膠體呈現(xiàn)電中性時(shí)的環(huán)境pH值。

2、等電點(diǎn)是指土壤中兩性膠體表面的電荷為零的狀況。

3、在一定范圍內(nèi)，土壤溶液pH與鹽基度之間呈正相關(guān)性，鹽基飽和度越高，pH值越大，酸性越強(qiáng)。

4、酸性是指pH值小于7.0的狀況。酸性強(qiáng)弱取決于介質(zhì)中H+的濃度，H+濃度越高，pH值就會(huì)越低，酸性則越強(qiáng)。第28頁(yè)，共130頁(yè)。復(fù)習(xí)思考題：

1、什么是土壤膠體？土壤膠體具有哪些基本特性？

2“SoilOrganicMatter”和“SoilOrganicMaterial”的中文含義是什么嗎？?jī)烧哂泻萎愅?？?9頁(yè)，共130頁(yè)。

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第30頁(yè)，共130頁(yè)。（一）土壤環(huán)境背景值的概念

指未受或少受人類活動(dòng)（特別是人為污染）影響的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。一、土壤環(huán)境背景值第31頁(yè)，共130頁(yè)。（二）土壤環(huán)境背景值的分異特性第32頁(yè)，共130頁(yè)。1、地質(zhì)地層空間分異:

母質(zhì)母巖的化學(xué)組成2、地帶性分異:

生物地球化學(xué)作用、巖石風(fēng)化強(qiáng)度、元素循環(huán)

3、土壤屬性的分異:土壤pH、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、地下水埋深及水位變化、土壤剖面構(gòu)型第33頁(yè)，共130頁(yè)。（三）土壤環(huán)境背景值的應(yīng)用1、作為制定土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)

第34頁(yè)，共130頁(yè)。2、在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用預(yù)測(cè)土壤有效態(tài)元素的含量土壤元素有效含量＝元素背景值×元素活性第35頁(yè)，共130頁(yè)。3、地方病防治

低硒背景：克山病、大骨節(jié)病、白肌?。▌?dòng)物）低碘背景：地方性甲狀腺肥大病低鋅背景：人體矮小病（埃及）高鉬背景：痛風(fēng)?。▉喢滥醽啠└呶尘埃贺氀?、泛力、脫甲、關(guān)節(jié)損害（日本、英國(guó)）高銅、鉻、鉛背景：高癌癥發(fā)病率（馬里蘭）第36頁(yè)，共130頁(yè)。4、找礦

一些吸附型稀土元素可在巖石風(fēng)化過程中逐漸富集，導(dǎo)致土壤化學(xué)元素背景值異常。異常背景值可以為區(qū)域找礦提供參考。第37頁(yè)，共130頁(yè)。（一）土壤環(huán)境容量的概念

土壤環(huán)境單元所能容許乘納污染物質(zhì)的最大數(shù)量或負(fù)荷量。土壤污染起始值與最大負(fù)荷值之間的差值。二、土壤環(huán)境容量第38頁(yè)，共130頁(yè)。土壤背景值土壤環(huán)境土壤環(huán)境容量

若以土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)作為土壤環(huán)境容量的最大允許值，則該土壤的環(huán)境容量的計(jì)算值便是土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值減去土壤背景值。土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)第39頁(yè)，共130頁(yè)。誰的環(huán)境容量大？水環(huán)境容量土壤環(huán)境容量Hg0.1μg/LHg0.5mg/kg第40頁(yè)，共130頁(yè)。（二）土壤環(huán)境容量的理論依據(jù)（自凈、緩沖）1、土壤的自凈功能污染物從土壤向大氣、水和生物環(huán)境輸出土壤內(nèi)部的物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化土壤生物和植物對(duì)污染物的吸收、降解、轉(zhuǎn)化物理化學(xué)、化學(xué)作用物理作用生物作用第41頁(yè)，共130頁(yè)。自凈：

在自然因素作用下，通過土壤自身的作用，使污染物在土壤環(huán)境中的數(shù)量、濃度和形態(tài)發(fā)生變化，活性和毒性降低的過程。第42頁(yè)，共130頁(yè)。2、土壤環(huán)境的緩沖功能定義：土壤因水分、溫度、時(shí)間等外界因素的變化，抵御其組分濃（活）度變化的性質(zhì)。土壤緩沖性的主要機(jī)理是土壤的吸附與解吸、沉淀與溶解。第43頁(yè)，共130頁(yè)。（三）土壤環(huán)境容量的確定確定土壤環(huán)境容量的因素1、土壤類型：類型或質(zhì)地相同的土壤具有相近的環(huán)境容量；2、污染元素與化合物的特性形態(tài)特征：污染物在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化特征吸附與解吸機(jī)制3、作物和土壤生物生態(tài)效應(yīng)4、環(huán)境效應(yīng)（對(duì)相鄰環(huán)境的影響）第44頁(yè)，共130頁(yè)。體系土壤－植物體系土壤－微生物體系土壤－水體系內(nèi)容農(nóng)產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量作物效應(yīng)生化指標(biāo)微生物計(jì)數(shù)環(huán)境效應(yīng)地下水地面水目的防止污染食物鏈，保證人體健康保持良好的生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益保持土壤生態(tài)處于良性循環(huán)不引起次生水環(huán)境污染標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家或部門頒發(fā)的糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生指標(biāo)或產(chǎn)量降低程度凡一種以上的生化指標(biāo)在7天以上出現(xiàn)的變化微生物計(jì)數(shù)指標(biāo)在7天以上出現(xiàn)的變化不導(dǎo)致地下水超標(biāo)不導(dǎo)致地面水超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別僅1種減產(chǎn)10％25％50％僅1種僅1種15％30％減產(chǎn)20％10－15％10－15％確定重金屬土壤臨界含量的依據(jù)第45頁(yè)，共130頁(yè)。（四）土壤環(huán)境容量的應(yīng)用1、制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)2、制定農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)和水量標(biāo)準(zhǔn)3、制定污泥施用量標(biāo)準(zhǔn)4、區(qū)域土壤污染物預(yù)測(cè)和土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)第46頁(yè)，共130頁(yè)。

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第47頁(yè)，共130頁(yè)。一、土壤污染的概念

土壤污染是指，人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物進(jìn)入土壤并積累到一定程度，引起土壤質(zhì)量惡化、功能降低的現(xiàn)象。第48頁(yè)，共130頁(yè)。二、土壤污染物質(zhì)1、有機(jī)物類：農(nóng)藥、除莠劑、酚、苯并芘、油類等。2、化學(xué)肥料：氮、磷、微量營(yíng)養(yǎng)元素。3、重金屬：鎘、汞、鉛、鎳、鉻、砷、銅、鋅。4、放射性物質(zhì)：銫-137、鍶-90等。5、致病微生物：腸細(xì)菌、腸寄生蟲、結(jié)核桿菌。第49頁(yè)，共130頁(yè)。三、土壤污染類型與來源1、土壤污染類型（1）水污染型：污灌污染（2）氣污染型：干濕沉降污染（3）固體廢棄物污染型：工礦業(yè)廢渣、垃圾、淤泥污染（4）農(nóng)業(yè)污染型：化肥農(nóng)藥污染第50頁(yè)，共130頁(yè)。2、土壤污染來源（1）工業(yè)污染源：工業(yè)“三廢”物質(zhì)排放。（2）農(nóng)業(yè)污染源：化肥、農(nóng)藥、畜禽糞便。（3）生活污染源：城鄉(xiāng)生活廢水、農(nóng)家肥等。（4）其它污染源：廢棄物焚燒等第51頁(yè)，共130頁(yè)。四、土壤污染的特點(diǎn)1、隱蔽性和滯后性2、累積性：持久性有機(jī)污染物（POPs）－多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和重金屬等3、不可逆性/持久性：難降解性污染物4、環(huán)境遷移與擴(kuò)散影響5、食物鏈污染第52頁(yè)，共130頁(yè)。五、土壤重金屬污染（一）土壤重金屬來源、分布與有效性第53頁(yè)，共130頁(yè)。

土壤重金屬污染是伴隨工業(yè)革命的產(chǎn)生而發(fā)生的環(huán)境問題。土壤重金屬的來源：大氣沉降、污水灌溉、工業(yè)廢渣、城市垃圾、農(nóng)用化學(xué)品……1、土壤重金屬污染來源第54頁(yè)，共130頁(yè)。1）工業(yè)污染源：工業(yè)“三廢”物質(zhì)排放。2）農(nóng)業(yè)污染源：化肥、農(nóng)藥、畜禽糞便。3）生活污染源：城鄉(xiāng)生活廢水、農(nóng)家肥等。4）其它污染源（廢棄物焚燒等）第55頁(yè)，共130頁(yè)。重金屬中的“五毒”元素:鎘、汞、鉛、鉻、砷鎘是五毒之首！第56頁(yè)，共130頁(yè)。

鎘進(jìn)入土壤后，優(yōu)先與碳酸鹽結(jié)合，具有較大的移動(dòng)性和植物有效性。As、Cr、Hg和Pb進(jìn)入土壤后，能被膠體強(qiáng)烈吸附，不易被植物吸收；

鎘從植物根部向作物可食部分的轉(zhuǎn)移效率顯著高于Pb、Cr等重金屬；

許多作物在鎘污染環(huán)境下不表現(xiàn)毒害癥狀，即使植物體累積的Cd達(dá)到了對(duì)人體和動(dòng)物食物鏈有毒的水平，因此，農(nóng)民通常不會(huì)對(duì)土壤和作物鎘污染有足夠和及時(shí)的警覺。第57頁(yè)，共130頁(yè)。是非判斷題：

1、土壤環(huán)境背景值是指未受或少受人類活動(dòng)影響的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量。因此，土壤環(huán)境背景值是一個(gè)恒定值，即無論哪種土壤，只要沒有受到污染，其環(huán)境背景值就是相同的。第58頁(yè)，共130頁(yè)。2、土壤環(huán)境容量是指土壤單元所能容許承納污染物質(zhì)的最大數(shù)量或負(fù)荷量。第59頁(yè)，共130頁(yè)。3、土壤環(huán)境緩沖功能是指土壤因水分、溫度、時(shí)間等外界因素的變化，抵御其組分濃（活）度變化的性質(zhì)。第60頁(yè)，共130頁(yè)。2、重金屬在土壤環(huán)境中的分布特征背景值的空間分異特征（母質(zhì)和成土過程影響）土壤剖面分布特征（化學(xué)和生物遷移轉(zhuǎn)化影響）與污染源的空間關(guān)系第61頁(yè)，共130頁(yè)。土壤Cu\Zn\Pb\Cd總量與污染源距離關(guān)系第62頁(yè)，共130頁(yè)。沿土壤剖面的Pb含量變化第63頁(yè)，共130頁(yè)。3、重金屬在土壤中的存在形態(tài)與有效性形態(tài)：結(jié)構(gòu)形態(tài)、結(jié)合形態(tài)有效性：化學(xué)活性、生物可利用性第64頁(yè)，共130頁(yè)。重金屬在土壤中的形態(tài)可溶態(tài)可交換態(tài)碳酸鹽結(jié)合態(tài)鐵錳態(tài)有機(jī)結(jié)合態(tài)殘?jiān)鼞B(tài)可用不同提取劑連續(xù)提取方法獲得生物有效性依次降低與土壤結(jié)合程度增加第65頁(yè)，共130頁(yè)。1、對(duì)土壤生物和酶活性的影響（1）土壤微生物生物量降低土壤微生物的數(shù)量和活性，改變土壤微生物群落特性，影響土壤呼吸速率。（二）重金屬污染危害第66頁(yè)，共130頁(yè)。（2）土壤酶活性

抑制土壤酶的活性，干擾土壤中正常的生物化學(xué)反應(yīng)過程，如土壤有機(jī)質(zhì)的分解礦化過程。

第67頁(yè)，共130頁(yè)。討論：

在某粉末冶金企業(yè)污染地區(qū)，調(diào)查測(cè)得方園3.5km范圍內(nèi)農(nóng)田耕作層土壤中Cd含量與該企業(yè)130m高架煙囪的距離的關(guān)系、土壤Cd含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系分別如圖1和圖2所示，請(qǐng)對(duì)該調(diào)查結(jié)果進(jìn)行科學(xué)解釋：圖1土壤Cd含量與高架煙囪距離的關(guān)系圖2土壤有機(jī)質(zhì)與土壤Cd含量的關(guān)系第68頁(yè)，共130頁(yè)。干擾植物體內(nèi)離子間的平衡，造成正常離子在吸收、運(yùn)輸、滲透和調(diào)節(jié)等方面的障礙，使代謝過程紊亂與核酸、蛋白質(zhì)和酶等大分子物質(zhì)結(jié)合，取代某些酶和蛋白質(zhì)在行使其功能時(shí)所必需的一些特定元素，使其變性或活性降低2、對(duì)植物的毒害效應(yīng)第69頁(yè)，共130頁(yè)。毒害反應(yīng)：

分子水平→亞細(xì)胞和細(xì)胞水平→組織器官水平→植株水平第70頁(yè)，共130頁(yè)。3、植物對(duì)重金屬的吸收、積累與食物鏈危害第71頁(yè)，共130頁(yè)。

鎘的生物半衰期為40天（血）－20年（肝、腎）積累在神經(jīng)組織和腎表層中，導(dǎo)致腎、肝組織中酶系統(tǒng)功能受損降，低機(jī)體的免疫功能，引起腎性高血壓；干擾微量元素的代謝；引起神經(jīng)和腎功能異常，尿蛋白增加，骨質(zhì)脫鈣，導(dǎo)致骨骼病變（山根靖弘，1981）

WHO（1972年）規(guī)定，每人每周鎘最大攝入量為400～500μg/kg鎘食物鏈污染危害問題第72頁(yè)，共130頁(yè)。

圖1為鎘污染土壤盆栽水稻試驗(yàn)結(jié)果。請(qǐng)簡(jiǎn)要闡述圖中所示結(jié)果，并對(duì)土壤鎘污染的危害特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)述。

注：實(shí)心點(diǎn)為稻米Cd含量（mg/kg）；空心點(diǎn)為稻米的相對(duì)產(chǎn)量（％）；我國(guó)稻米食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為Cd＜0.2mg/kg。第73頁(yè)，共130頁(yè)。六、土壤化學(xué)農(nóng)藥污染

第74頁(yè)，共130頁(yè)。1、化學(xué)農(nóng)藥種類殺蟲劑、殺螨劑、殺菌劑、除草劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑第75頁(yè)，共130頁(yè)。化學(xué)殺蟲劑（1）有機(jī)氯農(nóng)藥（DDT、六六六）：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，殘效期長(zhǎng)，抗分解，易溶于脂肪，食物鏈污染嚴(yán)重。（2）有機(jī)磷農(nóng)藥（1059、1605、敵敵畏、樂果、馬拉硫磷、殺蟲威）：水解性強(qiáng)，殘留性小。（3）氨基甲酸酯類農(nóng)藥（呋喃丹、代森鋅）：殘效短，選擇性強(qiáng)。（4）擬除蟲菊酯類農(nóng)藥：高效、低毒、低殘留、無污染第76頁(yè)，共130頁(yè)。2、化學(xué)農(nóng)藥的危害問題抗藥性問題藥害問題產(chǎn)品殘留問題人畜和野生動(dòng)物傷害問題天敵傷害問題環(huán)境污染問題第77頁(yè)，共130頁(yè)。

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第78頁(yè)，共130頁(yè)。一、重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化物理性遷移、化學(xué)溶解、生物富集、植物吸收第79頁(yè)，共130頁(yè)。1、氧化還原反應(yīng)與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化O2-H2O體系（脫水氧化、根圈氧化）S體系：S2-SO42-第80頁(yè)，共130頁(yè)。土壤利用類型發(fā)育層剖面(cm)Cd含量(mg/kg)稻田耕作層0～1818.6犁底層18～273.42粘粒淀積層27～470.449底土層470.748玉米（水改旱5年）耕作層0～209.20犁底層20～2823.6粘粒淀積層28～363.65Fe錳結(jié)核層36～482.25底土層481.45水型污染農(nóng)田土壤Cd的垂直分布特征第81頁(yè)，共130頁(yè)。2、酸堿反應(yīng)與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化土壤pH與重金屬鹽的溶解度（溶度積理論）直接相關(guān)，對(duì)于多數(shù)重金屬鹽類化合物而言，溶解度隨pH升高而降低。第82頁(yè)，共130頁(yè)。3、吸附反應(yīng)與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化物理吸附、化學(xué)吸附、交換吸附、同晶替代、微生物吸附、根系吸收等。第83頁(yè)，共130頁(yè)。4、絡(luò)合－螯合反應(yīng)與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化重金屬與有機(jī)配位體上的羥基、Cl-絡(luò)合；與氨基、亞氨基、酮基、羥基、羧基和巰基等基團(tuán)螯合。第84頁(yè)，共130頁(yè)。二、化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附作用多數(shù)人工合成的農(nóng)藥在土壤溶液中都能離解為有機(jī)陽(yáng)離子形式，或發(fā)生質(zhì)子化而轉(zhuǎn)化成帶正電荷的離子，被帶負(fù)電荷的土壤膠體吸附。第85頁(yè)，共130頁(yè)。土壤吸附能力影響因素：

土壤膠體、膠體的陽(yáng)離子組成、農(nóng)藥性質(zhì)、土壤pH

第86頁(yè)，共130頁(yè)。2、農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的降解（1）光化學(xué)降解：因受太陽(yáng)輻射能和紫外線能而引起的分解過程。（2）化學(xué)降解：包括催化和非催化兩種反應(yīng)過程。非催化反應(yīng)又包括水解、氧化、異構(gòu)化、離子化等作用。（3）微生物降解：土壤微生物利用有機(jī)農(nóng)藥為能源，在體內(nèi)酶和分泌酶的作用下，使農(nóng)藥降解為CO2等簡(jiǎn)單化合物的過程。包括脫鹵作用、氧化還原作用，脫烷基作用、水解作用、環(huán)裂解作用等。

第87頁(yè)，共130頁(yè)。3、農(nóng)藥在土壤中的遷移

農(nóng)藥在土壤中以蒸氣和非蒸氣的形式進(jìn)行遷移。通過揮發(fā)進(jìn)入大氣，隨水（土）遷移進(jìn)入水體，通過植物吸收進(jìn)入生物體，通過食物鏈濃縮導(dǎo)致人體和動(dòng)物危害。第88頁(yè)，共130頁(yè)。4、農(nóng)藥在土壤中的殘留

半衰期：施藥后附著于土壤的農(nóng)藥因降解等原因含量減少一半所需要的時(shí)間。殘留期：土壤中的農(nóng)藥因降解等原因含量減少75－100％所需要的時(shí)間。高殘留性農(nóng)藥（有機(jī)氯類）：殘留土壤數(shù)年到數(shù)十年穩(wěn)定性農(nóng)藥（三氮雜苯類、取代脲類和苯氧乙酸類）：殘留土壤數(shù)月至一年左右低殘留性農(nóng)藥（有機(jī)磷、氨基甲酸酯類）：在土壤中的殘留期只有數(shù)天或幾周第89頁(yè)，共130頁(yè)。各類農(nóng)藥在土壤中的半減期農(nóng)藥種類半減期（年）農(nóng)藥種類半減期（年）含鉛、銅、汞或砷等農(nóng)藥10～30有機(jī)磷農(nóng)藥0.02～0.2有機(jī)氯農(nóng)藥2～4氨基甲酸酯類農(nóng)藥0.02～0.1第90頁(yè)，共130頁(yè)。是非判斷題：

1、半衰期是指導(dǎo)致生物產(chǎn)量降低1/2時(shí)的環(huán)境污染物濃度。

2、土壤退化是指在人為因素影響下，土壤肥力下降的現(xiàn)象,由大風(fēng)和暴雨造成的風(fēng)蝕和水蝕過程不屬于土壤退化的范疇。

3、土壤酸化是土壤酸中和能力下降的過程。第91頁(yè)，共130頁(yè)。復(fù)習(xí)思考題：

1、土壤重金屬污染有哪些基本特征？

2、土壤自凈的機(jī)制是什么？

3、影響土壤環(huán)境緩沖性能的主要因素有哪些？第92頁(yè)，共130頁(yè)。

第九章土壤污染與防治第一節(jié)土壤形成與作用第二節(jié)土壤組成與性質(zhì)第三節(jié)土壤背景值和土壤環(huán)境容量第四節(jié)土壤污染第五節(jié)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化第六節(jié)土壤污染治理第93頁(yè)，共130頁(yè)。一、土壤污染防治的一般原則1、切斷污染源：控制和消除工業(yè)“三廢”排放，推廣閉路循環(huán)和無毒工藝2、加強(qiáng)土壤污染區(qū)的監(jiān)測(cè)和管理，防止二次污染和食物鏈危害3、增加土壤環(huán)境容量，提高土壤自凈能力4、改進(jìn)農(nóng)藥施用技術(shù)第94頁(yè)，共130頁(yè)。二、土壤農(nóng)藥污染的治理1、生物修復(fù)：利用土壤中的各種生物（尤其是微生物）的吸收、結(jié)合、轉(zhuǎn)化作用，將土壤中的有機(jī)農(nóng)藥降解為無機(jī)物（CO2和H2O）的過程。2、農(nóng)藝措施：翻耕、施肥、灌溉、調(diào)節(jié)土壤pH值第95頁(yè)，共130頁(yè)。三、土壤重金屬污染的治理（一）土壤重金屬污染治理策略

1、凈化策略Purification2、鈍化策略Inactivation3、穩(wěn)定化策略Stabilization4、避害策略harmavoidance第96頁(yè)，共130頁(yè)。

凈化策略:

清除土壤中的重金屬，使土壤恢復(fù)清潔。

技術(shù)措施:

清除表土、化學(xué)淋洗、電化學(xué)分離、生物修復(fù)、

……第97頁(yè)，共130頁(yè)。重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)

廣義：利用植物、動(dòng)物和特異微生物消除土壤、水體或空氣中重金屬及有機(jī)污染物危害的技術(shù)，包括植物萃取、根際過濾、植物微生物揮發(fā)、植物和微生物固定等。第98頁(yè)，共130頁(yè)。

狹義：利用超積累植物將重金屬富集到地上部莖葉組織中，通過收割這些植物來降低土壤重金屬含量，最終達(dá)到凈化污染土壤的目的（植物萃?。?。重金屬污染生物修復(fù)技術(shù)第99頁(yè)，共130頁(yè)。

超富積植物

植物葉片或地上部分金屬含量（干重）：

100mg/kg：Cd

1000mg/kg：NiCoCuPb

10000mg/kg：ZnMn第100頁(yè)，共130頁(yè)。

在自然界的400多種重金屬超積累植物中，73%為鎳（Ni）超積累植物；生物量小、適應(yīng)性差、萃取效率低、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。生物萃取的限制第101頁(yè)，共130頁(yè)。植物萃取修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)化吸收基因改良常規(guī)植物萃取修復(fù)第102頁(yè)，共130頁(yè)。

鈍化策略:

降低土壤重金屬溶解性、移動(dòng)性及其植物有效性。

技術(shù)措施:玻璃化、土壤改性劑（石灰、有機(jī)肥、海泡石、堿性爐渣、……）

主要限制:燒結(jié)破壞土壤自然屬性、改性劑效果不穩(wěn)定、維持時(shí)間短

適應(yīng)性:特殊污染場(chǎng)地、輕度污染農(nóng)田土壤第103頁(yè)，共130頁(yè)。

穩(wěn)定化策略:

控制重金屬向地下水和周邊環(huán)境遷移擴(kuò)散

技術(shù)措施:工程阻隔、植被穩(wěn)定

主要限制：工程材料老化、植被自然演替

適應(yīng)性:礦山生態(tài)恢復(fù)、尾礦池（山）的穩(wěn)定化第104頁(yè)，共130頁(yè)。

避害策略:

避免食物鏈危害和土壤經(jīng)營(yíng)效益損害

技術(shù)措施:生態(tài)工程與農(nóng)藝技術(shù)、客土隔離第105頁(yè)，共130頁(yè)。1、石灰改良技術(shù)（鈍化策略）土壤重金屬生物有效性與溶液中金屬離子濃度密切相關(guān)，而溶液中金屬離子濃度又主要決定于土壤的pH環(huán)境。（二）幾種適用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)第106頁(yè)，共130頁(yè)。施石灰改良土壤重金屬污染的機(jī)理（1）增加可變電荷土壤表面負(fù)電性（CEC）；（2）促進(jìn)形成強(qiáng)結(jié)合態(tài)金屬羥基絡(luò)合物；（3）促進(jìn)形成金屬氫氧化物沉淀；（4）促進(jìn)微生物的生物固定。第107頁(yè)，共130頁(yè)。2、有機(jī)肥改良技術(shù)（鈍化策略）

通過鰲合（絡(luò)合）作用，降低溶液中金屬離子濃度；通過提高土壤pH降低金屬污染物活性。分解產(chǎn)生有機(jī)酸，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收。第108頁(yè)，共130頁(yè)。林木生產(chǎn)+土壤凈化+生物固定生態(tài)效益+++

經(jīng)濟(jì)效益+

適用性？3、林業(yè)生態(tài)工程技術(shù)（穩(wěn)定化策略）第109頁(yè)，共130頁(yè)。4、農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)（避害策略）

在避免污染物進(jìn)入食物鏈危害人體健康的前提下，保持污染土壤的農(nóng)業(yè)利用屬性，實(shí)現(xiàn)安全和高效的利用目標(biāo)。第110頁(yè)，共130頁(yè)。提出依據(jù)：（1）將污染土壤中的重金屬Cd徹底凈化存在實(shí)際上的不可行性；

（2）在自然界中，植物種間對(duì)污染逆境的耐受能力具有可辨識(shí)性，也是可以利用的；

（3）在能控制食物鏈污染危害的情況下，沒有必要徹底改變污染耕地的利用屬性。第111頁(yè)，共130頁(yè)。

選擇低積累栽培植物是應(yīng)對(duì)我國(guó)量大面廣的農(nóng)田土壤污染問題、降低食物鏈污染毒害風(fēng)險(xiǎn)的一種現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù)選擇（王凱榮1997）。第112頁(yè)，共130頁(yè)。科學(xué)內(nèi)涵：（1）以抗污染的經(jīng)濟(jì)植物為基礎(chǔ)，建立新的農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)模式，以保持土地的農(nóng)業(yè)利用屬性；

（2）采用土壤微域處理技術(shù)和配套的農(nóng)藝措施，提高Cd毒害閥值，使污染土地的經(jīng)營(yíng)效益得到恢復(fù)和提高，退化農(nóng)田生態(tài)景觀得到修復(fù)，食物鏈污染危害得以消除，實(shí)現(xiàn)污染土壤的安全與高效利用目標(biāo)。第113頁(yè)，共130頁(yè)。技術(shù)特點(diǎn)：維持土壤農(nóng)業(yè)資源屬性；注重生物適應(yīng)性；避害與經(jīng)營(yíng)效益；適度的土壤處理與農(nóng)藝措施。第114頁(yè)，共130頁(yè)。

（1）替代作物在生理上具有較強(qiáng)的抗（耐）鎘毒能力—經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量水平；遵循原則：

（2）產(chǎn)品具有安全適用性—衛(wèi)生品質(zhì)與工藝性狀；

（3）土地經(jīng)營(yíng)的高效性—初級(jí)產(chǎn)品價(jià)格與農(nóng)民收益；第115頁(yè)，共130頁(yè)。

（4）生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)的開放性—非封閉生產(chǎn)；

（5）可持續(xù)發(fā)展性—產(chǎn)業(yè)構(gòu)建融合于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃之中。

第116頁(yè)，共130頁(yè)。

培育利用污染安全型作物品種作為控制作物重金屬含量的應(yīng)用技術(shù)受到了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，可望在不久的將成為農(nóng)業(yè)污染控制領(lǐng)域的一種真正能被廣大農(nóng)民接受并且行之有效的新型實(shí)用技術(shù)。5、安全型作物品種（PSC）選育計(jì)劃第117頁(yè)，共130頁(yè)。

受國(guó)際市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)，鎘安全品種選育在低鎘硬粒小麥、向日葵、水稻和大豆等品種的選育和生產(chǎn)方面，受到研究者的高度重視（Grant2008），并且在向日葵和硬粒小麥鎘安全品種選育方面已取得重大進(jìn)展（Li1997;Penner1995）。國(guó)內(nèi)在鎘安全型蔬菜作物及大麥的鑒定篩選方面也都取得了重要成果。第118頁(yè)，共130頁(yè)。

污染安全品種選育的理論依據(jù)是，同一作物種不同品種間對(duì)生長(zhǎng)介質(zhì)中污染物的吸收及其在體內(nèi)的遷移分配特性，尤其是向可食產(chǎn)品部位的累積效率存在由基因控制的遺傳變異（Grant2008）。第119頁(yè)，共130頁(yè)。

作物對(duì)重金屬的吸收與遷移特性，不僅決定于基因，也受其生長(zhǎng)的環(huán)境條件，特別是土壤性質(zhì)和農(nóng)藝措施的影響，而且基因與環(huán)境（和/或農(nóng)藝措施）之間往往存在顯著的交互作用效應(yīng)。對(duì)于一些物種和品種，環(huán)境因子和農(nóng)藝管理措施的影響有時(shí)甚至?xí)龌虻男?yīng)。PSC選育計(jì)劃存在的某些挑戰(zhàn)第120頁(yè)，共130頁(yè)。

遺傳因子和環(huán)境因子，以及基因與環(huán)境之間的交互作用對(duì)水稻（Norton2009）和蔬菜（Liu2010）作物品種鎘的吸收有影響作用都非常大，而大麥對(duì)鎘吸收的基因效應(yīng)受環(huán)境影響相對(duì)較小（Chen2007）。第121頁(yè)，共130頁(yè)。

同一土壤環(huán)境下13個(gè)花生品種籽粒Cd含量的年際間變異情況不同基因型品種籽粒Cd含量與植株Cd吸收總量之間的關(guān)系第122頁(yè)，共130頁(yè)。

環(huán)境因子和管理措施的作用，一方面是通過影響重金屬的化學(xué)形態(tài)、吸附-解吸特性、移動(dòng)性和生物有效性，使能夠被作物在生長(zhǎng)期間內(nèi)吸收的“有效態(tài)”重金屬的數(shù)量發(fā)生變化；另一方