中國地圖課標(biāo)實驗版八年級下冊第十七章人類只有一個地球世界的資源問題全市一等獎

土壤與污染土壤環(huán)境位于地球陸地表面的疏松土壤圈，其上界面直接與大氣和生物圈相接，下界面則主要與巖石圈及地下水相連，生物圈的主要組成部分植物則植根于土壤環(huán)境中。土壤環(huán)境在整個地球環(huán)境系統(tǒng)中占據(jù)著特殊的空間地位，處于大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈的交接地帶，是聯(lián)接無機(jī)環(huán)境和有機(jī)環(huán)境的紐帶，它介于生物界與非生物界之間，是一切生物賴以生存的基礎(chǔ)。土壤環(huán)境有較強(qiáng)的自凈能力、較高的環(huán)境容量，因而它在大氣環(huán)境系統(tǒng)的污染凈化過程中起著極為重要的作用，但土壤環(huán)境的這種穩(wěn)定和緩沖作用是有限的，若進(jìn)入土壤環(huán)境的污染物質(zhì)的數(shù)量和速度超過了土壤的白凈能力，或超過了土壤環(huán)境的容納能力，不但會使土壤環(huán)境遭受污染，導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞，而且可通過各種遷移途徑，使大氣、水和生物環(huán)境發(fā)生“次生污染”。人類通過生產(chǎn)活動從自然界取得生活必需的資源和能源，而在生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的廢物，直接或間接通過大氣、水體和生物排入土壤，使土壤造成污染。這些污染物質(zhì)一旦通過土壤，就成為影響一切生物循環(huán)的一部分。它們或者通過作物吸收，使作物生長發(fā)育不良造成減產(chǎn)；或者被作物吸收累積在可食部分，污染食物或飼料，通過食物鏈危害人類的健康。土壤的形成土壤是指陸地地表具有肥力并能生長植物的疏松表層物質(zhì)。它是在地球表面巖石的風(fēng)化過程和土壤母質(zhì)的成土過程兩者綜合作用下形成的。地殼中各類巖石在長期風(fēng)化過程中逐漸形成礦物碎屑（即土壤母質(zhì)），并產(chǎn)生某些特性，如透水性、保水性、通氣性，并含有少量可溶性礦物元素等，這些特性是巖石所不具備的，這時所形成的土壤母質(zhì)，因不含氮素，不具備綠色植物生長所必需的肥力條件，所以土壤母質(zhì)并不等于土壤。但在土壤母質(zhì)中，某些微生物特別是固氮微生物可以繁殖，為土壤母質(zhì)積累一定的氮素養(yǎng)料，繼而開始出現(xiàn)綠色植物。在綠色植物生命活動過程中，從土壤母質(zhì)中選擇吸收大量的營養(yǎng)元素組成自己的軀體，死亡后其殘骸留于土壤母質(zhì)中，經(jīng)微生物活動，一部分形成高分子腐殖質(zhì)，一部分分解為簡單的可溶性養(yǎng)分元素，供下一代植物生長所需，這一過程使土壤母質(zhì)不斷增加和積累有機(jī)體的分解產(chǎn)物及營養(yǎng)元素，使土壤母質(zhì)逐漸具備肥力。這樣土壤母質(zhì)才逐步變?yōu)橥寥?。土壤由固、液、氣三相組成固相：士壤礦物質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)占土壤重量的90～95%包括數(shù)量眾多的細(xì)菌和微生物，作為土壤有機(jī)物的一部分。液相：指土壤水分及其中所含的可溶物質(zhì)，稱為土壤溶液。氣相：指土壤空氣。土壤是一個以固相為主的三相并存的多相體系，三相物質(zhì)互相聯(lián)系、制約，構(gòu)成一個有機(jī)整體。壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)是由巖石風(fēng)化形成的。巖石風(fēng)化包括物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化，物理風(fēng)化是指堅硬的巖石由大塊變成細(xì)小顆粒的過程；化學(xué)風(fēng)化是指巖石的成分和性質(zhì)發(fā)生變化的過程。土壤礦物質(zhì)由原生礦物和次生礦物組成。二．土壤溶液土壤中水分的主要來源是降雨、降雪和灌溉。在地下水位接近于地面（2～3m）的情況下，地下水也是上層土壤水分的重要來源。水分進(jìn)入土壤以后，由于土壤表面的吸附力和微細(xì)空隙的毛細(xì)管力，而把水保持住。土壤固體保持水分的牢固程度，在相當(dāng)程度上決定了土壤中的水分運動和植物對水分的利用。土壤中的水分并不純凈。當(dāng)水分進(jìn)入土壤后，即和土壤其他組成物質(zhì)發(fā)生作用，土壤中的一些可溶性物質(zhì)，如鹽類和空氣都將溶解在水里。還種溶有鹽類和空氣的水，稱為土壤溶液。三．土壤空氣土壤是一個多孔體系。在水分不飽和的情況下，空隙中總是有空氣的。土壤中空氣的來源：1．從大氣透進(jìn)來的；2．土壤中進(jìn)行的生物化學(xué)過程所產(chǎn)生的。土壤空氣不同于大氣1．土壤空氣是不連續(xù)的，而是存在于被土壤固體隔開的土壤空隙中。這一情況使土壤空氣的組成在不同空隙中并不相同，在局部土葉穴中，涉及氣體的反應(yīng)能夠大大改變土壤空氣的組成。2．土壤空氣一般比大氣有較高的含水量。在土壤含水量適宜時，土壤相對濕度接近100％。3．土壤空氣的二氧化碳含量遠(yuǎn)比大氣的含量高，氧氣的含量則低于大氣。其二氧化碳的濃度往往是大氣中濃度的幾百倍，氧氣的濃度則相應(yīng)的下降，在極端情況下也不會超過10～12%。造成這種差別的原因，是土壤中各種生物，如植物根系和動物、微生物的呼吸作用，以及有機(jī)質(zhì)的分解，都消耗了大量氧氣而產(chǎn)生大量的二氧化碳。土壤空氣含量和組成在很大程度上取決于土——水關(guān)系。作為氣體混合物的土壤空氣，只進(jìn)入未被水分占據(jù)的那些土壤空隙。雨后，大空隙中的水分首先騰空，接著由于蒸發(fā)和植物吸收，中孔隙中的水分也騰空。因此，土壤空氣通常先占據(jù)大孔隙，隨著土壤變干，再占據(jù)那些中等孔隙。這說明了細(xì)孔隙比例大的土壤，通氣條件是差的。在這些土壤中，水分占優(yōu)勢，土壤空氣的含量和組成不適宜植物的最佳生長。土壤的性質(zhì)土壤是一個復(fù)雜的物理體系，其中生存著各種生命有機(jī)體和微生物，如植物的根系、真菌、細(xì)菌、昆蟲及各種小動物，以及形形色色的無機(jī)物，在這些物質(zhì)的各相界面上進(jìn)行著多種多樣的物理的、化學(xué)的、生物化學(xué)的變化。因此，土壤是組成環(huán)境的各個部分（大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈）相互作用的地方，是環(huán)境中物質(zhì)和能量不斷進(jìn)行循環(huán)和交換的區(qū)域，是一個活躍的、開放的體系，土壤在生態(tài)環(huán)境中發(fā)揮著重大的作用。一．土壤的物理性質(zhì)土壤為固、液、氣三相共存的多相體系，因此具有各種類型的界面，同時存在許多孔隙。因其疏松多孔，一些污染物揮發(fā)或呈氣體狀態(tài)。另一些污染物溶解于水中或被吸附于固體顆粒上，它們在土壤空隙中隨土壤空氣和水分的運動而揮發(fā)、擴(kuò)散、稀釋和濃集，以至遷移出土壤之外。這一過程與土壤溫度和含水量的變化以及土壤孔隙的大小、數(shù)量和分布情況有關(guān)。土壤顆粒大小不同反映顆粒的表面活性。土壤固體的分散程度越高，直徑越小，它的總表面積就越大。比表面積大的物質(zhì)具有較高的表面能，表現(xiàn)出膠結(jié)、吸附等物理和物理化學(xué)性質(zhì)。如細(xì)顆粒土壤具有特別大的膠結(jié)性和吸附能力。一般把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)合的狀況稱為土壤的結(jié)構(gòu)。土壤結(jié)構(gòu)良好有利于植物根系活動，有利于保氣、保水、保肥。為了土壤結(jié)構(gòu)良好，通常要求土壤顆粒小、土粒細(xì)、粘結(jié)力強(qiáng)。作為膠粒的土壤需要有引起土壤聚和的因素如Ca2＋、Fe3＋等多價陽離子，促進(jìn)膠體凝聚、膠拉脫水、肢體老化，需要豐富的有機(jī)物、腐殖質(zhì)作為膠結(jié)劑，參與土壤顆粒的團(tuán)聚。再加上植物根系對土壤的穿插、擠壓或微生物活動，土壤的干濕交替和凍融交替都有利于土壤良好結(jié)構(gòu)的形成。在以上性質(zhì)的基礎(chǔ)上，決定了土壤的密度、土壤的粘結(jié)性、黏著性和結(jié)特性等土壤的物理性質(zhì)。二．土壤的肢體性質(zhì)土壤中含有無機(jī)膠體和有機(jī)肢體以及有機(jī)與無機(jī)的復(fù)合膠體。無機(jī)肢體包括粘土礦物和各種水合氧化物，有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)。土壤膠體因其顆粒微細(xì)而具有很大的表面積。無機(jī)膠體中以蒙脫石類表面積最大（600～800m2/g），不僅有外表面，而且有巨大的內(nèi)表面，伊利石次之，高嶺石最?。?～30m2/g）。有機(jī)膠體具有巨大的外表面（～700m2/g，與蒙脫石相當(dāng)）。土壤膠體通常帶有負(fù)電荷。粘土礦物所帶的負(fù)電荷部分是由晶體中同晶替代作用產(chǎn)生，是永久負(fù)電荷（與介質(zhì)pH值無關(guān)）：部分是由晶格表面羥基解離出H＋后產(chǎn)生之可變負(fù)電H荷，它隨介質(zhì)pH值而改變，亦稱pH依變電荷。有機(jī)膠體所帶的負(fù)電荷則是由腐殖質(zhì)分子中羧基或羥基的H＋解離產(chǎn)生。它也是可變電荷，其負(fù)電量高于粘土礦物膠體。在黏土礦物的形成過程中，常常發(fā)生半徑相近的離子取代一部分鋁（Ⅲ）或硅（Ⅳ）的現(xiàn)象。這種取代作用稱為同晶取代作用。一般是半徑相近的較低價正離子的取代，如Mg2＋、Fe2＋等離子取代鋁（Ⅲ），Al3＋取代硅（Ⅳ）。同晶取代的結(jié)果，使粘土礦物微粒具有過剩的負(fù)電H荷。此負(fù)電荷由處于層狀結(jié)構(gòu)外部的正離子鉀、鈉等平衡。土壤肢體因其高度分散性，并帶有電荷，因此具有從土壤溶液中吸附和交換離子的特殊能力。其吸附交換量既與膠體的比表面積大小有關(guān)，也與膠體所帶電荷量的大小有關(guān)。因此，土壤膠體的種類和數(shù)量以及介質(zhì)的pH值影響其吸附交換量的大小。三．土壤的酸堿性土壤微生物的活動、有機(jī)物的分解、營養(yǎng)元素的釋放和土壤中元素的遷移都與土壤溶液的酸堿性有關(guān)。各種植物都有各自適合的酸堿范圍。土壤的酸堿性取決于土壤溶液中氫離子的濃度。這部分H＋來源于土壤中CO2溶解于水生成的碳酸、有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸、土壤中的各種無機(jī)酸以及施肥時加入的酸性物質(zhì)等，統(tǒng)稱為活性酸。土壤的酸堿性還取決于吸附在膠體表面上的正離子的種類。這種酸度是由膠體吸附的氫離子（或鋁離子）在被土壤的鹽溶液中的陽離子所代換時才表現(xiàn)出來的，所以又稱代換性酸或潛在酸潛在酸在決定土壤性質(zhì)上有很大作用，因為膠體吸附的H＋及Al3＋在溶液濃度改變時，會轉(zhuǎn)入溶液而引起酸堿性變化，影響土壤性質(zhì)、養(yǎng)分的供給和生物的活動。一般土壤活性酸的[H＋]很少，而潛在的[H＋]較大，因而土壤的酸堿性主要決定于潛在酸度。由于潛在酸和活性酸共存于一個平衡系統(tǒng)中，活性酸可以被膠體吸附成為潛在酸，而潛在酸也可被交換，生成活性酸。土壤的酸化主要發(fā)生在多雨的條件下，土壤中鹽類離子淋溶于水體，而H＋取代膠體上的金屬離子被土壤吸附。此外，施肥所殘留的酸根、有機(jī)酸及生物分泌物都將加強(qiáng)土壤的酸化作用。正常土壤的pH值在5～8之間，酸性土壤的pH值可能小于4，堿性土壤的pH值則可達(dá)11。土壤酸堿度直接或間接地影響污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化，因此pH值也是土壤的重要指標(biāo)之一。四．土壤的生物學(xué)性質(zhì)土壤中存在由土壤動物、原生動物和微生物組成的生物群體。特別是在土壤表層即腐殖質(zhì)層中，每克土壤含有數(shù)以十億記的細(xì)菌、真菌，放線菌和酵母等微生物。它們能產(chǎn)生各種專性酶，因而在土壤有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用。土壤之所以對有機(jī)污染物質(zhì)具有強(qiáng)大的自凈能力，即生物降解作用，就是由于微生物和其它生物共同作用的結(jié)果。五．土壤的自凈作用在土壤中有空氣中的氧作氧化劑，有水作溶劑，有大量的體表面，能吸附各種物質(zhì)并降低它們的反應(yīng)活化能。此外，還有各種各樣的微生物，它們產(chǎn)生的酶對各種結(jié)構(gòu)的分子分別起到特有的降解作用。這些條件加在一起，使得土壤具有優(yōu)越的自身更新能力。土壤的這種自身更新能力，稱為土壤的自凈作用。當(dāng)污染物進(jìn)入土壤后，就能經(jīng)生物和化學(xué)降解變?yōu)闊o毒害物質(zhì)；或通過化學(xué)沉淀、配合和螯合作用、氧化還原作用變?yōu)椴蝗苄曰衔?；或是被土壤膠體吸附較牢固，植物較難加以利用，而暫時造出生物小循環(huán)，脫離食物鏈或被排至土壤之外。土壤的自凈能力決定于土壤的物質(zhì)組成和其他特性，也和污染物的種類與性質(zhì)有關(guān)。不同土壤的自凈能力（即對污染物的負(fù)荷量或容納污染物質(zhì)的容量）是不同的．土壤對不同污染物質(zhì)的凈化能力也是不同的。一般來說，土壤自凈的速度是比較緩慢的。土壤污染源人為污染源：l．過量使用農(nóng)藥、化肥及污水灌溉等。2．城市固體廢棄物、陰溝污泥、工礦業(yè)廢渣等任易堆積、排放。3．大氣、水體中的污染物遷移入土壤。自然污染源：在某些礦床或元素和化合物的富集中心周圍，由于礦物的自然分解與風(fēng)化，往往形成自然擴(kuò)散帶，使附近土壤中某元素的含量超出