第四章土壤污染及其防治

第七章

土壤污染及防治

第一節(jié)

土壤的組成及性質(zhì)一、土壤的組成

土壤是指位于陸地表面具有肥力的疏松層次，它具有獨特的組成成分、結(jié)構(gòu)和功能。土壤由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、空氣和土壤生物五種成分組成，是固體、液體、氣體三相共存的多相體系。其相對含量因時因地而異，大體上固體部分占50％，土壤空氣占20％，土壤水分占30％。土壤的組成

（一）、土壤礦物質(zhì)

土壤礦物質(zhì)是地殼的巖石、礦物經(jīng)過風(fēng)化和成土過程作用形成的產(chǎn)物按成因類型可將土壤礦物分為兩類：原生礦物和次生礦物.在土壤形成過程中，原生礦物以不同的數(shù)量與土壤中的次生礦物混合存在，成為土壤礦物質(zhì)。（二）、土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)物的總稱，主要累積在土壤地表和上層土層，包括土壤中各種動、植物殘體、微生物及其分解和合成的有機(jī)物質(zhì)，一般占固相總重量的10％以下，但卻是土壤的重要組成部分，對土壤的性質(zhì)有很大的影響。

土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于動植物和微生物殘體，包括：（1）非特殊性的土壤有機(jī)質(zhì)，包括動植物殘體的組成部分以及有機(jī)質(zhì)分解的中間產(chǎn)物，例如蛋白質(zhì)、樹脂、糖類、有機(jī)酸等，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的10~15%。(2)土壤腐殖質(zhì)，是土壤特有的有機(jī)物質(zhì)，占土壤有機(jī)質(zhì)總量的85~90%，主要是動植物殘體通過微生物作用，發(fā)生復(fù)雜轉(zhuǎn)化而成。包括腐殖酸、富里酸、腐黑物等。（三）、土壤溶液

土壤的水分是土壤三相(固、液、氣)中的要素。它把土壤、大氣中的植物養(yǎng)分溶解，組成營養(yǎng)溶液，輸送到植物根部。因此土壤水是植物吸收養(yǎng)料的主要媒介。當(dāng)土壤受到污染時，各種污染物也可能溶解到土壤溶液中。（四）、土壤中的空氣

土壤孔隙中所存在的各種氣體的混合物稱為土壤空氣。土壤空氣組成與大氣基本相似，主要以N2

、O2

、CO2及水汽等為主要成分;其次還有少量土壤進(jìn)行生物化學(xué)作用產(chǎn)生的還原性氣體，如H2S、NH3、CH4、CO等.

如果是被污染的土壤，其空氣中還可能存在污染物。與大氣組成的差異1、土壤空氣存在于相互隔離的土壤空隙中，是一個不連續(xù)的體系；2、土壤空氣中，O2和CO2含量上有很大差異；3、土壤空氣中水蒸氣的含量比大氣中高得多。（五）土壤生物

1、土壤生物可分為兩大類

土壤微生物

土壤動物二、土壤的性質(zhì)土壤質(zhì)地土壤中的膠體土壤酸度和土壤的緩沖性土壤的氧化還原性1.2土壤的特性酸堿性◎我國土壤的pH大多在4.5－8.5范圍內(nèi)，并有由南向北pH值遞增的規(guī)律性。

土壤的酸堿性首先決定于土壤的組成：我國長江（北緯330）以南的土壤，Si,Al,Fe含量較高，三者占土壤總量的95%以上，土壤多為酸性和強(qiáng)酸性，如華南、西南地區(qū)廣泛分布的紅壤、黃壤，pH值大多在4.5－5.5之間，有少數(shù)低至3.6－3.8；華中華東地區(qū)的紅壤，pH值在5.5－6.5之間；長江以北的土壤（如華北、西北的土壤）大多含

CaCO3，多為中性或堿性，pH值一般在

7.5－8.5之間，少數(shù)強(qiáng)堿性土壤的

pH高達(dá)10.5。

土壤酸化的原因：化學(xué)原因——主要是礦物的風(fēng)化過程產(chǎn)生的無機(jī)酸或大量二氧化碳；土壤弱酸鹽的水解；無機(jī)肥料殘留的酸根；重金屬和有機(jī)物對土壤的污染；酸雨的影響；土壤膠體吸附的H+、Al3+等被其它陽離子交換：

土壤酸化的第二個原因是微生物對有機(jī)物降解。

土壤的堿化土壤溶液中OH-離子的主要來源是

CO32-和

HCO3-的堿金屬（Na、K）及堿土金屬（Ca、Mg）的鹽類。交換性陽離子的水解：

吸附性土壤膠體的性質(zhì)：具有巨大的比表面和表面能；電性；凝聚性和分散性；土壤膠體的離子交換吸附

陽離子交換吸附

陰離子交換吸附

氧化還原性

氧化還原體系體系

氧化態(tài)

還原態(tài)鐵體系

Fe(III)Fe（II）

錳體系

Mn（IV）

Mn（II）

硫體系

SO42-H2S

氮體系

NO3-NO2-NO3-N2NO3-NH4+

有機(jī)碳體系

CO2CH4土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位（Eh）來衡量

2土壤環(huán)境污染與防治2.1基本概念土壤環(huán)境背景值：土壤的環(huán)境要素在未受到明顯污染時，其化學(xué)元素的正常含量，以及環(huán)境中能量分布的正常值為環(huán)境背景值，又稱作環(huán)境本底值。

土壤環(huán)境容量是在人類生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，土壤壤環(huán)境所能容納的污染物的最大負(fù)荷量。

由于人類活動使土壤性狀發(fā)生了不利于人類的改變，叫土壤污染

第二節(jié)土壤污染和自凈一、土壤污染的概念土壤污染是指人類活動產(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，并影響到植物的生長發(fā)育以及產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，這種現(xiàn)象叫土壤污染。

二、土壤污染的特點

1、隱蔽性和潛伏性

2、不可逆性和持久性

3、危害的嚴(yán)重性三、土壤污染類型和主要污染物（一）土壤污染類型（根據(jù)土壤污染發(fā)生的途徑）水體污染型大氣污染型農(nóng)業(yè)污染型固體廢棄物污染型（二）土壤污染的主要污染物1、有機(jī)物類主要是化學(xué)農(nóng)藥、除草劑等，化學(xué)農(nóng)藥的種類繁多，主要為有機(jī)氯和有機(jī)磷兩大類工業(yè)“三廢”中的有機(jī)污染物，較常見的有酚、油類、多氯聯(lián)苯、苯并芘等。這些污染物進(jìn)入土壤后，因其較穩(wěn)定，不易分解而在土壤中積累，造成土壤污染。2、重金屬污染物，如如砷、鎘、汞、鉻、銅、鋅、鉛等3、放射性污染物，如元素銫、鍶等4、化肥5、病原微生物，如腸細(xì)菌、炭疽桿菌、破傷風(fēng)桿菌、腸寄生蟲(蠕蟲)、霍亂弧菌、結(jié)核桿菌等四、土壤凈化土壤凈化是指土壤本身通過吸附、分解、氧化—還原、絡(luò)合－螯合作用及化學(xué)沉淀等作用而使進(jìn)入土壤的污染物的濃度降低，形態(tài)改變，難以被植物所吸收而暫時退出生物小循環(huán)，脫離食物鏈或被排出土壤之外的過程。污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化過程物理過程化學(xué)過程物理化學(xué)過程生物過程第三節(jié)土壤中有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化

一、有機(jī)農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

1、土壤膠體對農(nóng)藥的吸附作用

2、化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)和擴(kuò)散

3、農(nóng)藥在土壤中的降解

4、農(nóng)藥在土壤中的殘留

5、植物對農(nóng)藥的吸收與代謝（1）、光化學(xué)降解許多農(nóng)藥在太陽紫外線的作用下發(fā)生光分解、光氧化、光水解或光異構(gòu)化，使其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，毒性降低或消失。（2）、化學(xué)降解化學(xué)降解以水解和氧化最為重要。（3）、微生物降解土壤中的微生物對有機(jī)農(nóng)藥的降解也起著十分重要的作用，也是土壤中農(nóng)藥降解的主要途徑。二、典型農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化（一）、有機(jī)氯農(nóng)藥有機(jī)氯農(nóng)藥大部分是含有一個或幾個苯環(huán)的氯的衍生物，其特點是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，殘留期長，高脂溶性并能在其中積累。主要產(chǎn)品有：DDT、六六六、氯丹、毒殺芬等由于有機(jī)氯農(nóng)藥對環(huán)境造成的污染較大，目前不少國家已停止使用。

有機(jī)氯農(nóng)藥結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，生物體內(nèi)酶難于降解，所以積存在動、植物體內(nèi)的有機(jī)氯農(nóng)藥分子消失緩慢。由于這一特性，它通過生物富集和食物鏈的作用，環(huán)境中的殘留農(nóng)藥會進(jìn)一步得到農(nóng)集和擴(kuò)散。通過食物鏈進(jìn)入人體的有機(jī)氯農(nóng)藥能在肝、腎、心臟等組織中蓄積，特別是由于這類農(nóng)藥脂溶性大，所以在體內(nèi)脂肪中的積極因素貯更突出。蓄積的殘留農(nóng)藥也能通過母乳排出，或轉(zhuǎn)入卵蛋等組織，影響后代。（二）有機(jī)磷農(nóng)藥有機(jī)磷農(nóng)藥大部分視磷酸的酯類或酰胺類化合物，按結(jié)構(gòu)可分為：

1、磷酸酯，如敵敵畏、二溴磷等

2、硫代磷酸酯，如樂果、對硫磷、馬拉硫磷等

3、膦酸酯和硫代膦酸酯，如敵百蟲等

4、磷酰胺和硫代磷酰胺類，如甲胺磷等有機(jī)磷農(nóng)藥多數(shù)為液體，除少數(shù)品種外，一般都難溶于水而易溶于有機(jī)溶劑。

有機(jī)磷農(nóng)藥是為取代有機(jī)氯農(nóng)藥而發(fā)展起來的，它容易降解，故對環(huán)境的污染和對生態(tài)系統(tǒng)的危害都沒有有機(jī)氯農(nóng)藥普遍和突出。但有機(jī)磷農(nóng)藥毒性較大，是一種神經(jīng)毒劑，它能抑制體內(nèi)膽堿酯酶，造成乙酰膽堿聚積，導(dǎo)致神經(jīng)功能紊亂等。急性中毒表現(xiàn)癥狀有：惡心、嘔吐、呼吸困難、瞳孔縮小、肌肉痙攣、神志不清等。慢性中毒主要癥狀有：頭痛、頭暈、乏力、食欲不振、惡心、氣短、胸悶等。1、有機(jī)磷農(nóng)藥的非生物降解（1）吸附催化水解：是土壤中有機(jī)磷農(nóng)藥的主要降解途徑；（2）光降解2、有機(jī)磷農(nóng)藥的生物降解：這是土壤中有機(jī)磷農(nóng)藥轉(zhuǎn)化的又一重要途徑。氨基甲酸酯類農(nóng)藥（低毒低殘留）除草劑類三、塑料制品對土壤的影響近年來城市垃圾中塑料制品的比例不斷增加，如果這部分廢塑料未加分揀、回收，讓它與其它成分一起運往農(nóng)村作為肥料，將對土壤產(chǎn)生不良影響。另外，各類農(nóng)用塑料的大量使用，也使得大量殘膜廢片散落田間，造成了“白色污染”。由于塑料性質(zhì)穩(wěn)定，能耐酸堿，不易被微生物所分解，因此廢塑料進(jìn)入土壤后，會使土壤物理性質(zhì)變劣，不利于植物的生長。

第四節(jié)重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化一、重金屬元素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

1、土壤膠體的吸附作用

2、土壤中重金屬的絡(luò)合—螯合作用

3、重金屬的化學(xué)沉淀

4、土壤氧化還原條件與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化1、土壤膠體的吸附作用

金屬離子被土壤膠體所吸附，是它從液相轉(zhuǎn)入固相的重要途徑。膠體的吸附，特別是有機(jī)膠體的吸附，在很大程度上決定著土壤中重金屬的分布和富集。2、土壤中重金屬的絡(luò)合—螯合作用

某些重金屬在土壤溶液中往往不是以簡單的離子形式存在，而主要是以絡(luò)離子的形式存在。對幾種重金屬離子的研究表明（1）羥基與重金屬絡(luò)合作用可大大提高重金屬氫氧化物的溶解度；（2）氯絡(luò)合作用可提高難溶重金屬化合物的溶解度，同時可減弱土壤膠體對重金屬的吸附；（3）有機(jī)螯合物對金屬遷移的影響取決于所形成的螯合物是難溶的還是易溶的。腐殖質(zhì)中的胡敏酸與重金屬形成的鹽是難溶的；富里酸與金屬形成的螯合物則是易溶的

在土壤中，腐殖質(zhì)對金屬離子的螯合作用和吸附作用是同時進(jìn)行的；一般來說，當(dāng)金屬離子濃度高時以吸附為主；而在低濃度時以絡(luò)合-螯合為主。3、重金屬的化學(xué)沉淀

很多有毒重金屬在土壤中是可以形成難溶性化學(xué)沉淀的，這與土壤的pH和Eh有關(guān)。土壤的pH值通常在5-8之間，在pH值較高時，許多重金屬離子可能形成難溶的氫氧化物。在還原性條件下，不少重金屬離子以難溶的硫化物形式存在于土壤中。二、幾種主要重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化（一）汞的遷移轉(zhuǎn)化1、汞的氧化還原特征：土壤中有三種價態(tài)的汞，0、+1、+2；在正常的土壤Eh和pH條件下，汞能以單質(zhì)的形式存在于土壤中，這是土壤中汞的重要特點在還原條件下Hg2+可被還原成Hg0；但在好氣條件下又可被氧化成Hg2+Hg2+在含有硫化氫的還原條件下，將生成難溶的HgS;當(dāng)氧充足時它又可被氧化成亞硫酸鹽或硫酸鹽，使HgS轉(zhuǎn)化成Hg2+2、汞的吸附特征土壤中汞的形態(tài)分布，絕大部分為固定態(tài)。這主要是由于土壤對汞有強(qiáng)烈的吸附作用。Hg2+、Hg22+可被帶負(fù)電的土壤膠體吸附，HgCI3-等可被帶正電的膠體所吸附，而土壤中有機(jī)膠體對汞的吸附比粘土礦物、氧化物高的多。土壤對汞的吸附還受到pH值的影響，在pH值在1～8范圍內(nèi)，吸附量隨pH值增高而增大3、汞的甲基化在嫌氣條件下，無機(jī)汞在某些微生物的作用下可甲基化轉(zhuǎn)化成為劇毒的可溶性有機(jī)汞－甲基汞（CH3Hg+)和二甲基汞[（CH3)2Hg]汞污染的危害

金屬汞中毒常以汞蒸氣的形式引起。由于汞蒸氣具有高度的擴(kuò)散性和較大的脂溶性，通過呼吸道進(jìn)入肺泡，經(jīng)血液循環(huán)運至全身。血液中的金屬汞進(jìn)入腦組織后，被氧化成汞離子，逐漸在腦組織中積累，達(dá)到一定的量時，就會對腦組織造成損害。另外一部分汞離子轉(zhuǎn)移到腎臟。因此，慢性汞中毒臨床表現(xiàn)主要是神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，如頭痛、頭暈、肢體麻木和疼痛、肌肉震顫、運動失調(diào)等。