第五章 土壤污染與防治

第五章土壤污染與防治

＊概念：土壤是在母質(zhì)、氣候、生物、地形和時間五大因子(五大成土因素)綜合作用下形成的自然體，能夠生產(chǎn)植物收獲的陸地疏松表層。第一部分土壤的組成和基本性質(zhì)一、土壤的組成礦物質(zhì)固相物質(zhì)

有機質(zhì)：動植物殘體，微生物分解和合成的有機物質(zhì)

氣相粒間物質(zhì)

土壤液相

土壤動物（各類昆蟲、線蟲、節(jié)肢動物）

生物體土壤微生物二、土壤的結(jié)構(gòu)是指土壤結(jié)構(gòu)體的類型、數(shù)量、排列方式、孔隙狀況及穩(wěn)定性的綜合特性。土粒：是形成土壤結(jié)構(gòu)的基礎骨架（粒徑大小）

砂粒、礫石

空隙（使土壤具有通透性）這種土粒的結(jié)構(gòu)優(yōu)點是：為空氣和水分的進入提供了便利的通道，通過水分給土壤帶來熱量。缺點是：保水保熱能力差，特別容易受到污染的危害。

粉粒：能保持一定的水分和由水帶來的熱量。

粘粒：吸水膨脹；失水收縮。三、土壤環(huán)境的基本性質(zhì)

（一）土壤環(huán)境的物理學性質(zhì)對環(huán)境的影響

1、土壤孔性土壤孔性：是指土壤孔隙數(shù)量大小的分配和比例特征。

無效孔隙：粘土中較多，砂質(zhì)土壤少

毛管孔隙：毛細管孔隙（能保持對植物有效的毛細管水，對土壤供水、供肥具有重要意義。土壤孔隙

通氣孔隙：空氣和水分的通道，是土壤通氣和透水的重要指標。

土壤孔隙的作用：①調(diào)節(jié)水、氣、熱②凈化污染物質(zhì)（通過過濾截留、物理化學吸附、化學分解、微生物降解）２、土壤質(zhì)地就是指土壤的結(jié)構(gòu)性質(zhì)（砂土、粘土）影響進入環(huán)境污染物質(zhì)的截留、遷移和轉(zhuǎn)化。粘土：比表面大，800-1000m2/g，吸附力強，污染物不易遷移。砂土：比表面小，土壤孔隙大，通透性好，吸附能力弱，污染物易遷移。第二部分土壤污染及防治

我國遭受不同程度污染的農(nóng)田已達1000萬hm2.糧食減產(chǎn)達1.3×1010kg;

我國單位耕地面積化肥用量為世界平均用量的2.9倍.

在我國北方地區(qū),14個縣市的69個點位的調(diào)查表明,37個點位的地下水ＮＯ3-N含量已高達50ｍｇ/Ｌ。

1994年,我國農(nóng)藥的施用量已超過2.2×105ｔ,占世界農(nóng)藥總產(chǎn)量的十分之一。據(jù)估計,我國受農(nóng)藥污染的土地已達到1.3×108hm2.引言

我國在人口劇增和農(nóng)業(yè)低投入雙重作用下，土地退化和生態(tài)平衡失調(diào)問題尤為突出,主要形式如下：水土流失土地荒漠化土壤鹽堿化土壤退化水土污染（1）土壤流失這就是李自成的家鄉(xiāng)—

米脂（2）荒漠化（3）土壤次生鹽漬化指由于不合理的耕作灌溉而引起的土壤鹽漬化過程。主要發(fā)生在干旱或半干旱地區(qū)地下水位較高、地下徑流不暢、地下水中含有較多可溶性鹽的沖積平原，

（4）土壤退化食用含過量重金屬砷的蔬菜，導致人患皮膚病。土壤健康對人類至關重要（5）土壤污染砷污染對人體造成的危害

氟污染造成的危害氟中毒氟中毒是一種慢性全身性疾病，早期表現(xiàn)為疲乏無力、食欲不振、頭暈、頭痛、記憶力減退等癥狀。過量的氟進入人體后，主要沉積在牙齒和骨骼上，形成氟斑牙和氟骨癥。氟斑牙在牙齒表面出現(xiàn)白色不透明的斑點，斑點擴大后牙齒失去光澤，明顯時呈黃色、黃褐色或黑褐色斑紋。嚴重者牙面出現(xiàn)淺窩或花樣缺損，牙齒外形不完整，往往早期脫落。氟骨癥表現(xiàn)為腰腿痛、關節(jié)僵硬、骨骼變形、下肢彎曲、駝背，甚至癱瘓。

硒中毒造成的危害

土壤污染一、土壤背景值*土壤背景值:理論上是土壤在自然成土過程中，構(gòu)成土壤自身的化學元素的組成和含量。（未受人類活動影響的土壤本身的化學元素組成和含量）

是否還有不受污染的凈土？

土壤背景值的用途：

1、農(nóng)田施肥；

2、土壤污染評價

3、計算土壤環(huán)境容量；

4、應用于醫(yī)療衛(wèi)生；二、土壤自凈作用

土壤自凈：進入土壤的污染物，在土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)和土壤微生物的作用下，經(jīng)過一系列的物理、化學及生物化學反應過程，降低其濃度或改變其形態(tài)，從而消除污染物毒性的現(xiàn)象。

物理自凈化學和物理化學自凈生物化學自凈三、土壤環(huán)境容量

環(huán)境容量：在一定條件下環(huán)境對污染物最大容納量。*土壤環(huán)境容量：土壤環(huán)境單元一定時間內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標準，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學質(zhì)量，同時也不使環(huán)境污染時，土壤所能允許承納的污染物的最大數(shù)量或負荷量。

元素我國主要土壤重金屬臨界含量（mg/kg）土壤CdPbAsCa黑土1.4253042298黑鈣土2.3030025110黃棕壤0.305865199磚紅壤0.632434580赤紅壤0.462873845紅壤0.5634547104潮土0.6436635104紫色土（中性）0.7443011110四、土壤污染的概念土壤污染直接的影響是土地生產(chǎn)力的下降；通過土壤-植物-動物-人體食物鏈的污染，危害人體健康、威脅人類生存；土壤污染還危害其他環(huán)境要素如水體，大氣等。土壤污染:進入土壤中的有害、有毒物質(zhì)超出土壤的自凈能力，導致土壤的物理、化學和生物學性質(zhì)發(fā)生改變，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并危害人體健康的現(xiàn)象。中國重金屬污染耕地總計：2000萬公頃中國有機物污染農(nóng)田總計：6000萬公頃據(jù)報道人類活動向土壤施加有害物質(zhì)，是加速土壤污染，引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化加劇的主要原因。五、土壤污染的原因*導致土壤污染人類活動：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活廢棄物排放，如開礦、冶煉、化工生產(chǎn)、施肥等。土壤發(fā)生污染是由于進入土壤的污染物凈積累。六、土壤污染的定量化如何判斷土壤受到了污染？污染嚴重程度多少？方法：1.定量方法生物--土壤系統(tǒng)法化學法背景值法土壤污染指數(shù)法生物－土壤系統(tǒng)法：以植物從土壤中吸收污染物后，其可食部分污染物含量達到食品衛(wèi)生標準，或產(chǎn)量因污染而減少10％時的土壤污染物濃度為土壤污染臨界值，超過該值為污染；化學法：是在生物--土壤系統(tǒng)法的基礎上建立起來的。利用“土壤污染臨界值”的概念，直接取其“臨界值”的測定方法與指標（土壤全量或有效量），判斷土壤是否受污染，或進行污染等級的劃分；背景值法：建立在環(huán)境背景值的統(tǒng)計基礎上，能反映出環(huán)境變異的數(shù)量特征（以土壤背景值加二倍標準差為臨界值）。在實踐中使用較多。但不能反映出生物適應能力因環(huán)境和自身長勢而變異的影響；土壤污染指數(shù)法：按污染物的污染指數(shù)（土壤中污染物的實測濃度與其污染臨界濃度的比值）來劃分污染程度。上述四種方法中，最基本的依據(jù)是土壤污染臨界值和背景值，而土壤污染臨界值至今只有極少數(shù)的標準，亟待研究。即當加入土壤的污染物超過土壤的自凈能力，或污染物在土壤中積累量超過土壤基準量，而給生態(tài)系統(tǒng)造成了危害，此時才能被稱為污染。土壤污染“定量化”概念：*根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量的功能和保護目的，將我國土壤劃分為三類：2.土壤（環(huán)境）質(zhì)量標準Ⅰ類，主要適用于國家規(guī)定的自然保護區(qū)、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其它保護地區(qū)的土壤，土壤質(zhì)量基本上保持自然背景值；Ⅱ類，主要適用于一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤質(zhì)量基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染；Ⅲ類，主要適用于林地土壤及污染物容量較大地高背景值土壤和礦產(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤(蔬菜地除外)，土壤質(zhì)量基本上對植物和環(huán)境不造成危害和污染。將土壤質(zhì)量標準分為三級：一級標準為保護區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景的土壤環(huán)境質(zhì)量的限制值；二級標準為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護人體健康的土壤限制值；三級標準為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長地土壤臨界值。

執(zhí)行：I類土壤環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行一級標準；II類土壤環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行二級標準；III類土壤環(huán)境質(zhì)量執(zhí)行三級標準。土壤環(huán)境質(zhì)量標準(GB15618-1995)(mg/kg)

級別123土壤pH自然背景<6.56.5-7.5>7.5>6.5Cd0.200.300.300.601.0Hg0.150.300.501.01.5As水田1530252030As旱地1540302540Cu農(nóng)田等3550100100400Cu果園-150200200400Pb35250300350500Cr水田90250300350400Cr旱地90150200250300Zn100200250300500Ni40405060200寧波市江東等五個蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：陸針松等，土壤環(huán)境、施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關系溫州市城郊興通橋等六個蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：王亮等，溫州市城郊污灌對土壤和蔬菜品質(zhì)的影響杭州市城郊轉(zhuǎn)塘等十一個蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：謝正苗等，杭州市郊菜園土部分重金屬污染狀況的調(diào)查研究土壤污染物的來源及危害工業(yè)污染源：交通運輸污染源：農(nóng)業(yè)污染源：生活污染源：

土壤中污染物的來源具有多源性，主要是工業(yè)“三廢”，化肥農(nóng)藥、城市污泥、垃圾等。1.土壤中污染物的來源*土壤污染源工業(yè)區(qū)周圍工業(yè)“三廢”、污水灌溉等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身產(chǎn)生的，農(nóng)藥和化肥，動物廢棄物等尾氣等生活垃圾、廢水等廢棄物無機污染物:有機污染物:有害微生物：*三大類土壤污染物：2.土壤污染物的種類進入土壤中并影響土壤正常功能的物質(zhì)，即會改變土壤的成分，降低農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量，有害人體健康的物質(zhì)，統(tǒng)稱土壤污染物質(zhì)*。重金屬、非金屬、放射元素、無機酸堿等有機農(nóng)藥、石油、酚類等污染病蟲害等重金屬土壤環(huán)境污染的重金屬，主要有汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅，以及類金屬砷和非金屬氟。*重金屬元素對土壤的污染特點：不移動、不微生物分解,通過食物鏈積累。重金屬主要通過采礦、冶煉、污灌、污泥、施肥、大氣沉降等流失到土壤中。城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標準值總鎘，3mg/kg總汞，5mg/kg總鉛，100mg/kg總鉻，300mg/kg總砷，30mg/kg總氮(N)0.5%總磷（P2O5)0.3%總鉀(K2O)1.0%農(nóng)用污泥污染物控制標準值

(mg/kg干污泥）

pH6.5pH≥6.5Cd520Hg515Pb3001000Cr6001000As7575Cu250500Zn5001000Ni100200我國無公害蔬菜衛(wèi)生指標(重金屬)寧波市部分蔬菜基地蔬菜重金屬污染情況調(diào)查

（陸正松等，2000年，內(nèi)部資料）溫州市部分蔬菜基地蔬菜重金屬污染情況調(diào)查

（王亮等，2000年，內(nèi)部資料）上海市蔬菜地土壤重金屬累積情況(2003-2004年調(diào)查結(jié)果)上海市蔬菜地土壤Hg累計分布情況(2003-2004年調(diào)查結(jié)果)上海市蔬菜地土壤Cd累計分布情況(2003-2004年調(diào)查結(jié)果)上海市蔬菜地土壤Zn累計分布情況(2003-2004年調(diào)查結(jié)果)農(nóng)藥農(nóng)藥是指用于防治、消滅或者控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草和其他有害生物以及有目的地調(diào)節(jié)植物、昆蟲生長的化學合成的或者來源于生物、其他天然物質(zhì)的一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)的混合物及其制劑。有機氯農(nóng)藥、重金屬制劑、有機磷農(nóng)藥、氨基甲酸脂類殺蟲劑、除草劑等在土壤中積累，引起土壤污染。進入土壤中的農(nóng)藥通過吸附與解吸、徑流與淋溶、揮發(fā)與擴散等過程，可從土壤中轉(zhuǎn)移和消失，但往往會造成生態(tài)環(huán)境的二次污染?；式▏醯?005年，化肥用量從1.3萬噸增加到4146.4萬噸,增長了3000多倍.2005年化肥用量中,氮肥2126.5萬噸,磷肥690.5萬噸,.農(nóng)業(yè)高強度投入浙江省化肥用量持續(xù)超過90萬噸(純養(yǎng)分),每公頃耕地用量達到了570多公斤，遠遠超出了國際上認可的維持土壤持續(xù)利用所允許化肥用量臨界值（225公斤/公頃）,氮肥利用率僅35%左右，與發(fā)達國家的50%-60%相比差距很大,每公斤氮素的水稻生產(chǎn)力不及產(chǎn)量水平相當?shù)娜毡竞晚n國的1/2。

年浙江省肥料消費量（2006，萬噸）總量（純養(yǎng)分）：93.98氮肥（N）：55.41磷肥（P2O5）：12.19鉀肥（K2O）：7.74復合肥：18.63浙江省農(nóng)作物播種面積變化動態(tài)浙江省每公頃播種面積化肥用量變化動態(tài)浙江省單位面積化肥用量與

國內(nèi)若干省份比較2006年浙江省耕地面積2390萬畝,作物播種面積4272.6萬畝浙江省單位耕地面積化肥用量與

世界若干地區(qū)比較（1997）浙江省單位耕地面積化肥用量與

世界若干國家比較（2005）部分肥料中的重金屬含量固體廢物城市生活垃圾有害有毒固體廢物（即危險廢物，包括醫(yī)院垃圾、廢樹脂、藥渣、含重金屬污泥、酸和堿廢物等）無毒無害固體廢物（不含放射性物質(zhì)的粉煤灰、建筑垃圾等）。固體廢物是固態(tài)或半固態(tài)廢棄物的總稱。三大類：其中前兩類固體廢物的任意排放會嚴重污染和破壞環(huán)境。3.土壤污染的危害*造成減產(chǎn)、導致嚴重的直接經(jīng)濟損失導致食物品質(zhì)下降通過食物鏈危害人體健康導致其他環(huán)境（大氣、地表水、地下水污染，生態(tài)系統(tǒng)退化等）問題土壤組成和性質(zhì)對污染物毒性的影響土壤的組成和性質(zhì)決定土壤具有一定的凈化能力。土壤的凈化能力是有限的，當進入土壤的污染物質(zhì)數(shù)量和速度超過了土壤的凈化能力時，污染物在土壤中積累，危害作物的正常生長發(fā)育，通過食物鏈會直接影響人類健康。土壤的凈化能力是指污染物進入土壤后，經(jīng)生物和化學降解成為無毒物質(zhì)；通過化學沉淀、絡合和螯合、氧化還原等作用轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)，被土壤牢固吸附，不被植物利用。一、土壤組成對污染物毒性的影響一般認為，土壤中某污染物的水溶態(tài)或交換態(tài)有效濃度越大，其對生物的毒性較大，而專性吸附態(tài)、氧化物態(tài)或礦物固定態(tài)含量越高，則其毒性越小。粘粒礦物有機質(zhì)土壤生物吸附作用靜電吸附和絡合(螯合)作用土壤組成降低、消除土壤污染物的主要機制（對有機污染物的）降解、轉(zhuǎn)化作用二、土壤性質(zhì)對污染物毒性的影響1、通過影響土壤組分和污染物的電荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和絡合解絡平衡來改變污染物的毒性；2、通過土壤微生物的活性來改變污染物的毒性。土壤酸堿性土壤氧化還原性質(zhì)土壤氧化還原狀況主要影響沉淀溶解、變價元素。土壤污染的防治一、土壤污染的特點*隱蔽性和滯后性：土壤污染從產(chǎn)生污染到出現(xiàn)問題通常會滯后較長的時間。日本的“骨痛病”累積性：污染物在土壤中不斷積累，同時也使土壤污染具有很強的地域性。不可逆轉(zhuǎn)性：土壤重金屬污染基本上是一個不可逆轉(zhuǎn)的過程，許多有機化學物質(zhì)的污染也需要較長的時間才能降解。土壤污染治理難度大：土壤中的難降解污染物很難靠稀釋作用和自凈作用來消除。土壤污染一旦發(fā)生，僅僅依靠切斷污染源的方法則往往很難恢復。治理污染土壤通常成本較高、治理周期較長?？刂坪拖寥牢廴驹矗涸黾油寥廊萘浚岣咄寥纼艋芰Α邦A防為主，防治結(jié)合”二、土壤污染的防治原則實行污染總量控制，嚴格控制工業(yè)“三廢”的排放量和排放濃度，合理施用肥料和使用農(nóng)藥等。污染土壤的治理對已污染的土壤，采取措施防治土壤中污染物的遷移轉(zhuǎn)化，進入食物鏈。三污染土壤修復技術及原理1.1污染土壤修復技術體系1.2典型修復技術及原理3.1

污染土壤修復技術體系3.1.1按修復場地分類（1）原位（insitu）修復：污染土壤氣體提取法(SVE)；

井中汽提法（In-wellVaporStripping）；

生物通氣；空氣攪動法（AirSparging）

原位沖洗、淋洗；加熱方法；處理墻方法；原位穩(wěn)定—固化方法；電動力學方法；原位微生物修復方法；植物－微生物聯(lián)合修復方法等。3.1

污染土壤修復技術體系3.1.1按修復場地分類（2）異位（exsitu）修復：氣提法；泥漿反應器修復；土壤耕作法；土壤堆腐；焚燒法；客土法；預制床；淋洗/萃??；淋洗－生物反應器聯(lián)合修復；3.1

污染土壤修復技術體系3.1.2按照技術類別分類（1）物理化學修復：加熱方法；穩(wěn)定固化法；淋洗；萃??；電動力學等（2）生物修復：微生物修復；生物通氣、泥漿反應器、預制床等植物修復；濕地修復；菌根修復等；植物－微生物聯(lián)合修復；菌根菌劑聯(lián)合修復等；（3）物理化學－生物聯(lián)合修復：淋洗－反應器聯(lián)合修復等。污染土壤修復工作流程可處理計劃系統(tǒng)分析應急對策長期對策凈化處理