第五章-土壤污染與防治

第五章土壤污染與防治EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》

我國土地資源概況1.土壤的性質(zhì)2.土壤污染、污染源和污染物3.土壤污染物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律4.土壤污染的防治5.思考與討論本章重點(diǎn)內(nèi)容EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》

我國的土地資源概況?中國的土地資源量中國的土地總面積居于世界第三位，但人均土地面積僅為0.777公頃，是世界人均土地資源量的1/3。

《2000年中國環(huán)境狀況公報(bào)》指出：2000年中國耕地總面積為1.282億公頃，人均耕地面積為0.101公頃，不足世界人均耕地的一半。由于基本建設(shè)等對耕地的占用，目前全國的耕地面積以每年平均數(shù)十萬公頃的速度遞減。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》?中國的耕地質(zhì)量中國耕地的土壤質(zhì)量呈下降趨勢。全國耕地有機(jī)質(zhì)含量平均已降到1％，明顯低于歐美國家2.5%~4%的水平。東北黑土地帶土壤有機(jī)質(zhì)含量由剛開墾時(shí)的8％~10％已降為目前的1％~5％；中國缺鉀耕地面積已占耕地總面積的56%，約50%以上的耕地微量元素缺乏，70~80%的耕地養(yǎng)分不足，20~30%的耕地氮養(yǎng)分過量。由于有機(jī)肥投入不足，化肥使用不平衡，造成耕地退化，保水保肥的能力下降。2000年，西北、華北地區(qū)大面積頻繁出現(xiàn)沙塵暴與耕地的理化性狀惡化，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞有很大關(guān)系。EnvironmentandGeographyDepartment

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《環(huán)境學(xué)概論》?中國耕地的水土流失

中國約有1/3的耕地受到水土流失的危害。每年流失的土壤總量達(dá)50多億噸，相當(dāng)于在全國的耕地上刮去1厘米厚的地表土（50年來，水土流失毀掉的耕地達(dá)4000萬畝），所流失的土壤養(yǎng)分相當(dāng)于4000萬噸標(biāo)準(zhǔn)化肥，即全國一年生產(chǎn)的化肥中氮、磷、鉀的含量。造成水土流失的主要原因是不合理的耕作方式和植被破壞。?中國耕地目前面臨的污染

2000年對30萬公頃基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)土壤有害重金屬抽樣監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，其中有3.6萬公頃土壤重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)12.1%。環(huán)境污染事故對中國耕地資源的破壞時(shí)有發(fā)生，2000年發(fā)生的891起污染事件共污染農(nóng)田4萬公頃，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.2億元。中國每年對農(nóng)藥的使用量約2億3千萬公斤，其中除草劑占17%，殺菌劑占21%，殺蟲殺螨劑占62%，而在殺蟲劑中，具高毒性的有機(jī)磷農(nóng)藥占70%。返回EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》第一節(jié).土壤的組成和性質(zhì)

一、土壤的定義

土壤是由大小不等的土壤顆粒組成的，指地球表面能夠生長綠色植物的疏松層。二、土壤的結(jié)構(gòu)1、表土腐殖質(zhì)層2、底土淀積層3、母質(zhì)層、風(fēng)化層EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》三、土壤的組成由固相、液相和氣相物質(zhì)組成的一個(gè)復(fù)雜體系。礦物質(zhì)有機(jī)物原生礦物次生礦物有機(jī)質(zhì)：活性有機(jī)體：腐殖質(zhì)土壤微生物土壤液相包括N2、O2、CO2、水汽等土壤土壤固相土壤氣相土壤溶液水溶解物EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》四、土壤的性質(zhì)●具有提供和協(xié)調(diào)植物生長所需的營養(yǎng)條件（水分與養(yǎng)分）和環(huán)境條件（溫度和空氣）的能力；?土壤的肥力●具有同化和代謝外界輸入物質(zhì)的能力?土壤的凈化能力五、土壤環(huán)境元素背景值和土壤環(huán)境容量

●土壤環(huán)境背景值是指未受或很少受人類活動特別是人為污染影響的土壤化學(xué)元素的自然含量?！裢寥拉h(huán)境容量是在人類生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，土壤環(huán)境所能容納的污染物的最大負(fù)荷量。返回EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》第二節(jié).土壤污染、污染源和污染物一、污染污染的概念土壤污染是指由于人為活動或自然因素，有意或無意地將對人類和其它生物有害的物質(zhì)施加到土壤中，其數(shù)量超過土壤的凈化能力，從而在土壤中逐漸積累，致使這些成分明顯高于原有含量，引起土壤質(zhì)量惡化，正常功能失調(diào)，甚至某些功能喪失的現(xiàn)象。二、土壤污染的特點(diǎn)1、隱蔽性或潛伏性2、不可逆性和長期性3、間接危害性4、土壤污染的難治理性EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》三、土壤污染物的種類和來源

土壤主要污染物的種類：1．有機(jī)污染物

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農(nóng)藥，如DDT、六六六、狄氏劑（有機(jī)氯類）和馬拉硫磷、對硫磷、敵敵畏（有機(jī)磷類）等，這些直接進(jìn)入土壤的農(nóng)藥，大部分被植物吸附。

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石油、化工、制藥、油漆、染料等工業(yè)排出的三廢中的石油、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、酚等，也是常見的有機(jī)污染物。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》2．無機(jī)污染物

硝酸鹽、硫酸鹽氯化物、可溶性碳酸鹽等是常見的且大量存在的無機(jī)污染物。這些無機(jī)污染物會使土壤板結(jié)，改變土壤結(jié)構(gòu)，土壤鹽漬化和影響水質(zhì)等危害。主要來自進(jìn)入土壤中的工業(yè)廢水和固體廢物。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》3．重金屬污染物汞、鎘、鉛、砷、鉻、鋅等重金屬會引起土壤污染。這些重金屬污染物主要來自冶煉廠、礦山、化工廠等工業(yè)廢水滲入和汽車廢氣沉降。公路兩側(cè)易會被鉛污染，砷被大量用作殺蟲劑和除草劑，磷肥中含有鎘。小資料：骨痛病事件

1955～1972年日本富山縣神通川流域煉鋅廠排放的廢水污染了神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農(nóng)田，使稻米和飲用水含鎘而中毒，中毒者患病初期腰、背、膝關(guān)節(jié)疼痛，隨后全身疼痛難忍，骨頭變酥，極易折斷。有一位患者骨折達(dá)70多處，身長縮短30厘米。1963年至1979年3月共有患者共有130人，其中死亡81人。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》4．固體廢物主要指城市垃圾和礦渣、煤渣、煤矸石和粉煤灰等工業(yè)廢渣。固體廢物的堆放占用大量土地而且廢物中含有大量的污染物，污染土壤，惡化環(huán)境。

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關(guān)注“白色污染”EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》5．病源微生物生活和醫(yī)院污水、生物制品、制革與屠宰的工業(yè)廢水、人畜的糞便等是土壤中病原微生物的主要來源。

6．放射性污染物●核試驗(yàn)；●原子能工業(yè)中所排出的三廢。由于自然沉降、雨水沖刷和廢棄物堆積而污染土壤。土壤受到放射性污染是難以排除的，只能靠自然衰變達(dá)到穩(wěn)定元素時(shí)才結(jié)束。醫(yī)用廢棄物混在垃圾中

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《環(huán)境學(xué)概論》四．土壤污染的主要發(fā)生途徑⑴水體污染型

工業(yè)廢水和城市生活污水未經(jīng)處理或不實(shí)行清污分流，直接排放造成的。特點(diǎn)：污染物質(zhì)一般集中于土壤表層，但隨時(shí)間的延長，污染物質(zhì)也可由上向下擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，可達(dá)地下水深度。⑵大氣污染型

來源于被污染的大氣，主要污染物為二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等；

特點(diǎn)：污染物質(zhì)主要集中在土壤表層，以大氣污染源為中心呈環(huán)狀或帶狀分布。⑶農(nóng)業(yè)污染型

污染物主要來自施入土壤的化學(xué)農(nóng)藥和化肥；特點(diǎn)：污染程度與化肥、農(nóng)藥的數(shù)量、種類、施用方式等有關(guān)。一般在根層以下積累或轉(zhuǎn)入地下水，成為潛在的污染物。⑷固體廢物污染型

污染物為工礦企業(yè)排出的尾礦廢渣、污泥和城市垃圾；特點(diǎn)：污染物在地表堆放或處置過程中通過擴(kuò)散、降水淋濾等直接或間接地影響土壤與地下水。五、土壤污染程度的量化指標(biāo)一般認(rèn)為，土壤中污染物累積總量達(dá)到土壤環(huán)境背景值的2倍或3倍標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，就說明土壤中該污染元素或化合物含量已屬異?，F(xiàn)象，它是土壤污染的起始值，此時(shí)土壤屬輕度污染；當(dāng)土壤污染物含量達(dá)到或超過土壤環(huán)境基準(zhǔn)或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說明該污染物的輸入和富集速度及強(qiáng)度已超過土壤環(huán)境的凈化能力和緩沖能力，應(yīng)屬重度土壤污染。

六、土壤污染與凈化（自凈能力）

1、土壤自凈作用的概念土壤的自凈作用是土壤所具有的自身更新的能力。它是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化學(xué)和生物化學(xué)等作用，在一定時(shí)間后各種有機(jī)物、病原微生物、寄生蟲卵和有毒物質(zhì)等逐漸分解、吸收、轉(zhuǎn)化、積沉，最終達(dá)到無害化的能力。

2、土壤污染的自凈作用

☆物理作用：日光、土壤溫度、風(fēng)力等因素；土壤顆粒上的膠體表面具有很強(qiáng)的吸附能力；

☆化學(xué)作用：金屬離子與進(jìn)入土壤中的污染物發(fā)生中和、氧化、還原、沉淀和水解等反應(yīng)；

☆生物作用：有機(jī)污染物在土壤微生物（如細(xì)菌、真菌、放線菌等）作用下，將復(fù)雜的有機(jī)物降解為無機(jī)物或腐殖質(zhì)?！锵嚓P(guān)鏈接：

蝸牛具有探測土壤污染的程度EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》返回★蝸牛具有探測土壤污染的程度法國弗朗什孔泰大學(xué)的科研人員研究發(fā)現(xiàn)，蝸牛消化腺中的金屬污染物含量是反映土壤污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)，通過檢驗(yàn)這一指標(biāo)，可及時(shí)通報(bào)和預(yù)防土壤和環(huán)境污染。蝸牛是肺螺亞綱食草動物，在生活和攝食過程中直接與土壤和植物接觸，能直接吸收大氣、土壤及植物中的金屬污染物。但由于蝸牛身體中含有一種可以減輕金屬毒性的特殊蛋白質(zhì)，即便吸食了大量金屬污染物，它的身體也不會受到嚴(yán)重傷害。基于蝸牛的這種生物特性，研究人員進(jìn)行了用蝸牛監(jiān)測土壤金屬污染的嘗試。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》研究人員在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，一種別名為“小灰”的蝸?？胺Q“監(jiān)測土壤污染的最佳助手”。他們讓這種蝸牛生活在含有鎘、鋅、鉛、銅等金屬的試驗(yàn)土上，然后對其身體中所含污染物含量進(jìn)行化驗(yàn)。結(jié)果證實(shí)，這種方法對測量某一地區(qū)土壤或某種垃圾中金屬污染物的含量有很大幫助，是一種監(jiān)測土壤污染和預(yù)防垃圾污染環(huán)境的好方法。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》返回第三節(jié).土壤污染物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律一．重金屬元素在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化二．農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化返回（一）土壤的重金屬污染（二）重金屬元素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1、重金屬在土壤中的行為特征2、重金屬在土壤中的一般遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

①土壤膠體對重金屬的吸附②重金屬的配位作用③土壤中重金屬的沉淀和溶解3、主要重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

①鎘的遷移轉(zhuǎn)化②汞的遷移轉(zhuǎn)化③砷的遷移轉(zhuǎn)化④鉻的遷移轉(zhuǎn)化

⑤鉛的遷移轉(zhuǎn)化一．重金屬元素在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化（一）土壤的重金屬污染只有當(dāng)進(jìn)入土壤的重金屬元素積累的濃度超過了作物需要和可忍受程度，而表現(xiàn)出受毒害的癥狀或作物生長尚未受害，但產(chǎn)品中某種重金屬含量超過標(biāo)準(zhǔn)，造成對人畜的危害時(shí)，才能認(rèn)為土壤被重金屬污染.土壤污染物中的重金屬元素主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著元素及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。它們主要來自農(nóng)藥廢水/污泥和大氣降塵等.重金屬是對人類潛在威脅較大的污染物，應(yīng)特別注意防止重金屬對土壤的污染.研究重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化，評價(jià)土壤質(zhì)量，預(yù)測其在土壤中的歸趨和控制重金屬污染具有重要意義。返回1、重金屬在土壤中的行為特征從土壤環(huán)境化學(xué)角度看，土壤種類/土壤利用方式和土壤理化性狀都能引起土壤中重金屬動態(tài)的差異，從而影響重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和作物對重金屬的吸收。從化學(xué)性質(zhì)看,重金屬大多屬于周期表中過渡性元素，其原子具有特有的電子構(gòu)型，在土壤中重金屬的價(jià)態(tài)變化和反應(yīng)深受土壤氧化還原電位的影響。土壤具有吸附和解吸的特性，能吸附和固定重金屬，其吸附率的高低由該種土壤吸附容量的大小所決定.土壤中存在著多種多樣的無機(jī)和有機(jī)配位體，它們能與重金屬生成穩(wěn)定絡(luò)合物和螯合物，對重金屬在土壤中的遷移有很大的影響。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》返回2、重金屬在土壤中的一般遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律①土壤膠體對重金屬的吸附

土壤膠體對金屬離子的吸附能力與金屬離子的性質(zhì)及膠體種類有關(guān)。同一類型的土壤膠體對陽離子的吸附與陽離子的價(jià)態(tài)有關(guān).陽離子的價(jià)態(tài)愈高,電荷愈多,土壤膠體與陽離子之間的靜電作用力也就愈強(qiáng),吸引力也愈大,因此結(jié)合強(qiáng)度也大。而具有相同價(jià)態(tài)的陽離子,則主要決定于離子的水合半徑,即離子半徑較大者,其水合半徑相對較小,在膠體表面引力作用下,較易被土壤膠體表面所吸附.此外土壤膠體的結(jié)構(gòu)及其電荷密度分布均對陽離子吸附作用產(chǎn)生影響。EnvironmentandGeographyDepartment

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②重金屬的配位(合)作用

土壤中的重金屬可與土壤中的各種無機(jī)配位體和有機(jī)配位體發(fā)生配位作用。EnvironmentandGeographyDepartment

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③土壤中重金屬的沉淀和溶解重金屬的沉淀和溶解作用是土壤中重金屬遷移的重要形式。PH值更是影響土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要因素。亦可用同法獲得其他金屬離子濃度與PH的類似關(guān)系式并分析其溶解狀況及可能造成的危害。返回3、主要重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律①鎘的遷移轉(zhuǎn)化鎘進(jìn)入土壤會長時(shí)間滯留在耕作層中,一般在0-15cm的土壤層中。由于它移動緩慢,故一般不會對地下水產(chǎn)生污染。存在形態(tài)分為水溶性鎘和非水溶性鎘兩大類。作物對鎘的吸收,隨土壤PH值的增高而降低,隨PH值的降低而增加。土壤中的有機(jī)質(zhì)能與鎘螯合或絡(luò)合,從而降低鎘的有效性；其次氧化還原電位也影響作物對鎘的吸收,Eh低或Eh降為零,則有利于形成難溶性的磷酸鎘和硫化鎘。據(jù)研究,Cd和Zn、Pb、Cu的含量存在一定的關(guān)系。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》②汞的遷移轉(zhuǎn)化

土壤中有金屬汞/無機(jī)汞和有機(jī)汞;按其存在形態(tài)有離子吸附和共價(jià)吸附的汞/可溶性汞、難溶性汞。影響汞遷移轉(zhuǎn)化的原因主要有:A.吸附劑的種類B.氧化還原狀況C.植物對汞的吸收和積累與土壤汞的含量有關(guān)：”米汞”和”土汞”之間生物富集系數(shù)為0.01,土壤中汞及其化合物可以通過離子交換與植物的根蛋白進(jìn)行結(jié)合,發(fā)生凝固反應(yīng)。汞在作物不同部位的累積順序?yàn)?根＞葉＞莖＞種子.這種趨勢是由于汞被植物吸收后,常與根中的蛋白質(zhì)反應(yīng)沉積于根部,阻礙了向地上部分的運(yùn)輸.不同作物對汞的吸收和積累能力是不同的.EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》③砷的遷移轉(zhuǎn)化土壤中砷的形態(tài)可分為三種交換態(tài)、難溶性和水溶性，前兩種為主.影響土壤砷含量的原因是母巖、氣候條件和土壤的理化性質(zhì)。不同巖石中含砷量不同.土壤中的砷大部分為膠體所吸附,或與有機(jī)物絡(luò)合、螯合,或與土壤中的鐵、鋁、鈣等結(jié)合形成難溶性化合物,或與鐵、鋁等氫氧化物形成共沉淀。土壤中各種形態(tài)的砷并不是固定不變的,它們在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化土壤中的砷,特別是排污進(jìn)入土壤的砷,主要累積于表層,難于向下移動。砷為動植物所不需要的元素,但砷屬于生物累積元素,在作物體中砷的累積系數(shù)高于汞的累積系數(shù)。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》④鉻的遷移轉(zhuǎn)化鉻是人類和動物的必需元素,但高濃度時(shí)對生物有害。鉻在土壤中主要以不溶性的三價(jià)鉻氧化物形態(tài)存在,其次為六價(jià)鉻,它們之間互相轉(zhuǎn)化。這兩種價(jià)態(tài)的鉻在土壤中的行為很不相同。土壤中的鉻遷移轉(zhuǎn)化受PH及Eh的影響較大。土壤中鉻的可給性較低,其原因一方面是因?yàn)殂t多屬不溶性的氧化物,另一方面是因?yàn)橥寥滥z體對鉻的強(qiáng)烈吸附作用。鉻對作物的危害不像鎘、汞等重金屬那樣嚴(yán)重,這和它的移動性小有關(guān)。EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》④鉛的遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)入土壤中的鉛在土壤中易與有機(jī)物結(jié)合，極不易溶解，土壤鉛大多發(fā)現(xiàn)在表土層，表土鉛在土壤中幾乎不向下移動。鉛對植物的危害表現(xiàn)為葉綠素下降，阻礙植物的呼吸及光合作用。鉛對動物的危害則是累積中毒。

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《環(huán)境學(xué)概論》返回(一)農(nóng)藥的主要類型(二)農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的吸附和降解二．農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化EnvironmentandGeographyDepartment

《環(huán)境學(xué)概論》返回(一)農(nóng)藥的主要類型農(nóng)藥有機(jī)磷農(nóng)藥有機(jī)砷農(nóng)藥有機(jī)汞農(nóng)藥有機(jī)氯農(nóng)藥氨基甲酸酯粉狀可溶性液體揮發(fā)性液體胃毒觸殺熏蒸按化學(xué)組成分按物理狀態(tài)分

按作用方式分返回(二)農(nóng)藥在土壤環(huán)境中的吸附和降解1.影響農(nóng)藥在土壤中行為的因素

現(xiàn)將影響農(nóng)藥在土壤中行為的因素和土壤中農(nóng)藥的變化類型見圖。2.農(nóng)藥的水、氣遷移作用.

可以通過揮發(fā)、移動、擴(kuò)散等途徑在土壤中運(yùn)行，或排出土體，同時(shí)也可被作物吸收。3.土壤對農(nóng)藥的吸附作用.4.農(nóng)藥在土壤中的降解作用.

（1）光化學(xué)降解（2）化學(xué)降解（3）微生物降解

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表農(nóng)藥在土壤中行為的影響因素表農(nóng)藥在土壤中的物理化學(xué)變化返回5.土壤污染的防治

一、控制和消除土壤污染源

1．控制和消除工業(yè)“三廢”排放

2．加強(qiáng)灌區(qū)的監(jiān)測和管理

3．合理使用農(nóng)藥與化肥EnvironmentandGeograp