模塊四-土壤環(huán)境化學(xué)

環(huán)境化學(xué)

新世紀(jì)高職高專教材編審委員會組編

主編展惠英“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經(jīng)全國職業(yè)教育教材審定委員會審定目錄模塊一緒論模塊二大氣環(huán)境化學(xué)模塊三水環(huán)境化學(xué)模塊四土壤環(huán)境化學(xué)模塊五生物環(huán)境化學(xué)模塊六環(huán)境化學(xué)研究方法與實驗?zāi)K四土壤環(huán)境化學(xué)教學(xué)目標(biāo)1.知道土壤的組成與性質(zhì)；2.理解重金屬等污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化；3.理解土壤中有機污染物的變化過程；4.學(xué)會土壤分析的方法；5.學(xué)會分析現(xiàn)實出現(xiàn)的土壤污染的原因及控制方法。模塊四土壤環(huán)境化學(xué)環(huán)境案例1、我國土壤現(xiàn)狀2、甘肅徽縣血鉛事件3、毒大米毒蔬菜事件4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（一）土壤的形成4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（一）土壤的形成4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（一）土壤的形成

圖4-2直接發(fā)育于基巖之上的基本的綜合土壤剖面圖4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（二）土壤的組成4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（二）土壤的組成1、土壤礦物質(zhì)

（1）原生礦物（2）次生礦物

2、土壤有機質(zhì)

3、土壤生物

4、土壤溶液

5、土壤空氣4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（三）土壤的基本性能1.土壤吸附性土壤具有吸附并保持固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)的能力，稱為土壤的吸附性能。（1）土壤膠體的性質(zhì)

①具有巨大的比表面積與表面能

②膠體粒子具有表面電荷

③土壤膠體的凝聚性和分散性（2）土壤膠體的離子交換吸附

①土壤膠體的陽離子交換吸附

②土壤膠體的陰離子交換吸附4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識2、土壤的酸堿性（1）土壤酸度①活性酸度：H+的濃度②潛在酸度4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（2）土壤堿度土壤溶液中OH-離子的主要來源，是CO32-和HCO3-的堿金屬（Na+、K+）及堿土金屬（Ca2+、Mg2+）的鹽類。

（3）土壤的緩沖能力①土壤溶液的緩沖作用②土壤膠體的緩沖作用4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識3.土壤的氧化還原性土壤中的主要氧化劑有土壤中的氧氣、NO3-離子和高價金屬離子。土壤中的主要還原劑有有機質(zhì)和低價金屬離子。4.1土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)知識（四）土壤是復(fù)雜的綜合體（1）培育植物（2）推動物質(zhì)循環(huán)（3）保存水資源（4）防止災(zāi)害（5）自凈能力4.2土壤環(huán)境污染1.土壤污染的概念土壤污染是指由于人類活動所產(chǎn)生的物質(zhì)(污染物)，通過多種途徑進入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質(zhì)、組成及性狀等發(fā)生變化，使污染物的積累過程逐漸占優(yōu)勢，破壞了土壤的自然動態(tài)平衡，從而導(dǎo)致土壤自然功能失調(diào)、土壤質(zhì)量惡化、影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)(水體或大氣發(fā)生次生污染)，并可通過食物鏈對生物和人類構(gòu)成危害。4.2土壤環(huán)境污染2.土壤污染源和污染物土壤污染源：①化肥和農(nóng)藥；②廢物（廢渣、污水和垃圾等）的處理場所；③大氣或水體中的污染物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化；④某些元素的富集中心或礦床周圍。

土壤污染物：①有機物質(zhì)；②氮素和磷素化學(xué)肥料；③重金屬；④放射性元素；⑤有害微生物類。4.2土壤環(huán)境污染3、土壤的自凈作用和污染防治方法土壤的自凈能力主要來自于土壤顆粒物層對污染物有過濾、吸附等作用，土壤微生物有強大生物降解的能力，土壤本身對酸堿度改變具有緩沖能力以及大量的土壤膠體表面能降低反應(yīng)的活化能，成為很多污染物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的良好催化劑。此外，土壤空氣中的氧可作為氧化劑，土壤水分可作為溶劑，這些也都是土壤的自凈因素。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（一）土壤的重金屬污染及危害（1）影響植物生長（2）影響土壤生物群的變化及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化（3）影響人體健康

①通過揮發(fā)作用進入大氣。②受水特別是酸雨的淋溶或地表徑流作用。③植物吸收并積累土壤中的重金屬，通過食物鏈進入人體。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（二）重金屬在土壤中的存在形態(tài)重金屬進入土壤后，可以可溶性自由態(tài)或絡(luò)離子的形式存在于土壤溶液中；被土壤膠體所吸附，或以各種難溶化合物的形態(tài)存在。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（三）重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

1.土壤中重金屬的物理遷移

2.土壤膠體對重金屬的吸附（1）重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態(tài)。（2）土壤中存在的有機和無機膠體對金屬離子的吸附固定。

土壤膠體對重金屬的吸附作用通常分為非專性吸附和專性吸附。

非專性吸附：

專性吸附：4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化3.重金屬離子的配位作用土壤重金屬可與土壤中的各種無機配位體和有機配位體發(fā)生配位作用。4.土壤中重金屬的沉淀和溶解在高氧化環(huán)境中，Eh較高，釩、鉻呈氧化態(tài)，形成可溶性釩酸鹽、鉻酸鹽等，具有極強的遷移能力，而鐵、錳則相反，形成高價難溶性化合物沉淀，遷移能力很低。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化5.土壤微生物的固定和活化（1）胞外絡(luò)合作用（2）胞外沉淀作用（3）金屬的微生物轉(zhuǎn)化4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化6.土壤根際的富集和降毒（1）根際氧化還原屏障形成（2）根際pH屏障形成（3）根系分泌物的絡(luò)合作用4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化（四）土壤中有毒的重金屬

重金屬中毒機理生物機體中含巰基（-SH）的酶與外來重金屬的反應(yīng)：4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化1、汞汞在土壤中可能以多種不同的形態(tài)存在，如無機汞有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO3，HgSO4，HgCl2等。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化2．鎘鎘在土壤中只能以二價簡單離子或簡單配離子的形式存在于土壤溶液中，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，CdHCO3+等。Cd2+與有機配體形成配合物的能力很弱，故土壤中有機結(jié)合態(tài)的鎘較少。鎘還以CdCO3、Cd3(PO4)2、Cd(OH)2、CdS等難溶的形態(tài)存在于土壤中。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化3.鉻在低氧化還原電位的條件下，鉻以三價形態(tài)存在，在低pH時為Cr3+，高pH時為CrO2-；在高氧化還原電位條件下，鉻以六價形態(tài)存在，在低pH時為Cr2O72-，在高pH時為CrO42-。4.3土壤中重金屬遷移轉(zhuǎn)化4、鉛在正常的上壤環(huán)境條件下，Pb(Ⅱ)是僅有的穩(wěn)定狀態(tài)，土壤中鉛主要是Pb(OH)2、PbCO3、Pb3(CO3)2(OH)2、Pb3(PO4)2、PbS等難溶化合物。5．砷土壤中砷主要以含氧酸鹽的形式存在，有砷酸根和亞砷酸根。4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑以及其他如殺螨劑、殺鼠劑、引誘劑、忌避劑、植物生長調(diào)節(jié)劑和配制農(nóng)藥的助劑等。

4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（一）農(nóng)藥的分類4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（一）農(nóng)藥的分類4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（二）農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1.土壤對農(nóng)藥的吸附作用（1）異性電荷相吸指帶負電土壤組分與呈正離子狀態(tài)的農(nóng)藥通過靜電引力相吸引；（2）非專一的物理性鍵合。這是范德華引力起作用，這種作用力發(fā)生在被吸附的非離子型分子之間，而不是發(fā)生在分子和土壤組分之間。所以在這種情況下，范德華引力以與其他鍵力加合的形式發(fā)生作用；（3）氫鍵力。例如含—NH基的農(nóng)藥分子可通過生成氫鍵與粘土表面的氧原子及土壤有機物分子內(nèi)的羰基氧原子結(jié)成一體；（4）配位鍵指農(nóng)藥分子與土壤組分分子通過未共享電子對所發(fā)生的結(jié)合。4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化2.揮發(fā)和擴散大量資料證明，不僅非常易揮發(fā)的農(nóng)藥，而且不易揮發(fā)的農(nóng)藥（如有機氯），都可以從土壤、水及植物表面大量揮發(fā)。對于低水溶性和持久性的化學(xué)農(nóng)藥來說，揮發(fā)是農(nóng)藥進入大氣中的重要途徑。4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化3.降解農(nóng)藥在土壤中的降解，包括光化學(xué)降解、化學(xué)降解和微生物降解等。

(1)非生物降解①光化學(xué)降解②化學(xué)降解

(2)土壤微生物對農(nóng)藥的降解①有機氯農(nóng)藥的降解②有機磷類農(nóng)藥的降解③氨基甲酸酯類農(nóng)藥的降解4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化(3)微生物在農(nóng)藥轉(zhuǎn)化中的作用①礦化作用②共代謝作用4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化4.殘留性和危害性（1）殘留性①化學(xué)農(nóng)藥性質(zhì)的影響②土壤性質(zhì)的影響4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（2）危害性①土壤中農(nóng)藥可通過如下途徑進入各類生物體內(nèi)。②土壤→陸生植物→食草動物③土壤→土壤中無脊椎動物→脊椎動物→食肉動物④土壤→水中浮游生物→魚和水生生物→食魚動物4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（三）農(nóng)藥殘留的處理方法，采取的措施及目前的情況目前我國雖然已公布了農(nóng)藥管理條例，制定了農(nóng)藥安全使用標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)藥合理使用準(zhǔn)則和農(nóng)藥殘留檢測方法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一系列法規(guī)、條例和標(biāo)準(zhǔn)，但推薦性條例多，強制性法規(guī)少，更缺少處罰條款。4.4土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化（四）持久性有機污染物（毒物）1、POPs的種類我國在20世紀(jì)60－80年代，以有機氯農(nóng)藥為主，大量生產(chǎn)使用過滴滴涕、毒殺芬、六氯代苯、氯丹和七氯等5種POPS農(nóng)藥，現(xiàn)僅保留滴滴涕和六氯代苯二種生產(chǎn)，但已分別禁止和限制他們作為農(nóng)藥使用。2.POPs的基本特性

（1）持久性（2）生物累積性（3）半揮發(fā)性（4）高毒性4.5土壤污染的治理及生物修復(fù)1.控制和消除土壤污染源①控