江理工污染生態(tài)學(xué)課件09土壤污染及其生物防治

第九章土壤污染及其生物防治我國(guó)土地面臨的問題：

1、土地資源匱乏。

1/5人口，7％的土地;20億畝，國(guó)土面積的13％，人均1.63畝，世界人均0.37畝，我國(guó)0.1hm2。人均耕地警戒線是0.795畝。人均耕地是中國(guó)的2倍；人均耕地是中國(guó)的9倍。

2、土地資源不斷減少。城市化，工礦、交通用地。十年減少上億畝。僅2003年，全國(guó)凈減少耕地253.74萬公頃，人均耕地已由2002年的0.098公頃降為0.095公頃。

3、環(huán)境惡化的威脅。沙漠化、水土流失。我國(guó)土地沙漠化的發(fā)展速度驚人，上世紀(jì)50年代至70年代，年增1500平方公里，80年代達(dá)2100平方公里，90年代末達(dá)到3460平方公里，目前總面積已達(dá)267.4萬平方公里。

4、環(huán)境污染

2.0×107hm2（耕地面積的1/5）

一、概念

指由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的有害、有毒物質(zhì)進(jìn)入土壤，積累到一定程度，超過土壤本身的自凈能力，導(dǎo)致土壤性狀和質(zhì)量變化，構(gòu)成對(duì)農(nóng)作物和人體的影響和危害的現(xiàn)象稱為土壤污染第一節(jié)土壤污染概述二、污染來源和污染物類型：

(一)土壤污染的來源

土壤污染的來源很多，大致可以分為：1．生活污染，包括生活垃圾、人畜糞便和生活污水等。2．工業(yè)廢水、廢氣、廢渣以及汽車廢氣污染。3．大氣中污染物（如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等）通過沉降和降水落到地面的沉降物、4．農(nóng)業(yè)污染，主要是農(nóng)藥和化肥污染土壤。5。戰(zhàn)爭(zhēng)污染，在使用核化生武器時(shí)，可造成土壤污染。

土壤污染按污染來源和性質(zhì)可分：

1.水型污染

污染來源主要是以未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水或醫(yī)院污水灌溉農(nóng)田，或利用滲水坑來處理污水而使土壤受到重金屬、有機(jī)物或病原體污染，例如土壤中鎘多不超過0.5mg/kg，而為鉛鋅礦廢水污染的農(nóng)田土壤中含鎘高達(dá)10～136mg/kg。又如保定污水灌溉的稻田表土含鉛比對(duì)照高64倍。2.氣型污染工企業(yè)排出的污染物如二氧化硫、氮氧化合物、鉛、鎘、汞、氟等，經(jīng)過自然沉降或降雨而污染土壤，如電解鋁廠、磷肥廠、細(xì)鐵廠排出的廢氣中含有高濃度的氟，據(jù)某鋁廠調(diào)查，廠內(nèi)土壤氟濃度為2200mg/kg，廠外為490mg/kg，對(duì)照為330mg/kg。3.固體廢棄物型污染

工業(yè)固體棄廢物或生活垃圾在土壤上堆放和填埋，或作農(nóng)田基肥，由于淋浴、滲透，可使其中的有害物質(zhì)有機(jī)物、病原體進(jìn)入土壤中，如武漢市生活垃圾含汞9.5mg/kg、鉛13.8mg/kg、大腸菌值10-2～10-9，特別是有毒的工業(yè)固體廢棄物更可嚴(yán)重污染土壤，并通過土壤污染地下水。4.農(nóng)藥型污染目前我國(guó)大量使用農(nóng)藥與化肥，我國(guó)目前生產(chǎn)的農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、氮化肥增效劑等有100多種，我國(guó)化肥用量全年約1億噸。但由于使用不合理，農(nóng)藥的利用率只有10％，化肥利用率也只30～40％，其余均進(jìn)入環(huán)境主要是土壤之中。殘留在土壤中的農(nóng)藥、化肥可以通過食物鏈危害人體鍵康。主要污染物質(zhì)1、重金屬污染重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻、銅、鋅。類金屬砷和非金屬氟也包括其中。我國(guó)受重金屬污染的土壤面積達(dá)2000萬公頃，占總耕地面積的1／6，因工業(yè)“三廢”污染的農(nóng)田近700萬公頃，使糧食每年減產(chǎn)100億公斤。有資料顯示，華南地區(qū)有的城市有50%的耕地遭受鎘、砷、汞等有毒重金屬和石油類的污染；長(zhǎng)江三角洲地區(qū)有的城市連片農(nóng)田受鎘、鉛、砷、銅、鋅等多種重金屬污染，致使10%的土壤基本喪失生產(chǎn)力。2、農(nóng)藥殘留農(nóng)藥污染觸目驚心

我國(guó)農(nóng)藥總施用量達(dá)130余萬噸（成藥），平均每畝施用接近1公斤，比發(fā)達(dá)國(guó)家高出一倍。農(nóng)藥施用后在土壤中的殘留量一般為50%～60%，已經(jīng)長(zhǎng)期停用的“滴滴涕”等農(nóng)藥目前在土壤中的檢出率仍然很高。3、化肥污染化肥污染令人震驚

上世紀(jì)90年代，全世界氮肥使用量為8000萬噸（純氮），其中我國(guó)用量達(dá)1726萬噸（純氮），占世界總用量的21.6％。我國(guó)耕地平均施用化肥氮量為224.8公斤／公頃，其中有17個(gè)省的平均施用量超過了國(guó)際公認(rèn)的上限225公斤／公頃。據(jù)31個(gè)省、市、自治區(qū)的調(diào)查，目前蔬菜、瓜果地里，單季作物化肥用量通常很高。（1）、我國(guó)化肥生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀

2003年全國(guó)化肥需求量為3990萬噸，其中氮肥2670萬噸，磷肥920萬噸，鉀肥400萬噸。初步安排國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量3600萬噸，其中氮肥2750萬噸，磷肥790萬噸，鉀肥60萬噸。

2005年1～12月,全國(guó)化肥生產(chǎn)量(折純)為3665.67萬噸,同比增長(zhǎng)12.06%。其中,氮肥

2742.6萬噸,磷肥776.05萬噸,鉀肥147.07萬噸,全年化肥消費(fèi)量為4441.88萬噸,同比增長(zhǎng)18.93%。

（2）我國(guó)化肥使用中的問題①、使用量大、效率低②、“三要素”比例失調(diào)③、營(yíng)養(yǎng)元素?fù)p失量大這是因?yàn)?我國(guó)化肥當(dāng)季利用率很低,其中氮為25%-30%、磷為10%-25%、鉀為35%-50%。這種化肥有效成分的流失,特別是氮肥的流失,每年造成的損失就達(dá)1000多億,相當(dāng)于全國(guó)1000多家化肥企業(yè)的產(chǎn)量白白倒掉。僅黃土高原每年因水土流失帶走的氮、磷、鉀養(yǎng)分就達(dá)3800萬噸,就相當(dāng)于全國(guó)每年生產(chǎn)的化肥總量。這些化肥氮素的50%-60%會(huì)...

4、有機(jī)礦物油

石油、多環(huán)芳烴類（PAHs）、各類烷烴、芳烴的混合物，如萘、菲、芘、苯并芘、苯并嗯。5、放射性天然放射性：宇宙射線、天然放射物人為放射性：核爆炸、放射性物質(zhì)排放6、致病微生物

細(xì)菌、病毒、寄生蟲、傳染性疾病病原體等7、酸性大氣和固體沉降物

酸雨、重金屬、有機(jī)污染物土壤污染特性

（1）土壤污染的隱蔽性（2）土壤污染的持久性（3）土壤污染的間接有害性第二節(jié)土壤污染物對(duì)土壤的危害1.環(huán)境容量

指在一定條件下環(huán)境對(duì)污染物最大容納量。2.土壤環(huán)境容量指土壤環(huán)境單元一定時(shí)限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也不使環(huán)境污染時(shí)，土壤所能允許承納的污染物的最大數(shù)量或負(fù)荷量(Carryingcapacity)。土壤環(huán)境容量實(shí)際上是土壤污染物的起始值和最大負(fù)荷量之差。3.土壤背景值的概念嚴(yán)格按照土壤背景值研究方法所獲得的盡可能不受或少受人類活動(dòng)影響的土壤化學(xué)元素的原始含量。土壤背景值只能代表土壤某一發(fā)展、演變階段的一個(gè)相對(duì)意義上的數(shù)值，一、重金屬及其他有毒物質(zhì)對(duì)土壤危害土壤重金屬污染物(heavymetalpollutant)主要有銅、鉻、鎘、砷、汞等。它們?cè)谕寥乐械幕钚孕。子诜e累，土壤一旦被其污染則極難消除。其中鎘和砷是極毒的；汞、鉛、鎳是中等毒性；硼、銅、錳、鋅的毒性較低。

（一）土壤重金屬背景值

表9－1

表9－2

不同土壤類型背景值不一樣不同地區(qū)土壤背景值不一樣

（二）對(duì)土壤影響

1、對(duì)土壤代謝影響

1）微生物群落影響

減少微生物種群的數(shù)量，如鎘使微生物數(shù)量減少50倍。抑制有益菌類的活性：如固氮菌、解磷菌、枯草桿菌、纖維分解菌等。土壤微生物反過來也對(duì)重金屬和有害金屬代謝，改變其毒性、2、對(duì)土壤酶活性影響破壞酶類活性基團(tuán)和看見結(jié)構(gòu)。

抑制微生物生長(zhǎng)

如氧化還原酶、堿基磷酸酶、多酚氧化酶等3、生化過程的影響

有機(jī)質(zhì)降解土壤呼吸土壤氨化和硝化作用抑制

二、農(nóng)藥一）農(nóng)藥種類

1、殺蟲劑：無機(jī)、有機(jī)、微生物殺蟲劑

2、殺菌劑：有機(jī)、無機(jī)、抗生素、植物

3、殺螨劑：

4、殺線蟲劑

5、除草劑

6、殺鼠劑

7、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

8、殺軟體動(dòng)物

二）、對(duì)土壤環(huán)境的危害

1、對(duì)微生物群落使群落發(fā)生變化，減少活增加

2、硝化和氨化影響有的細(xì)菌有抑制作用，有些沒有影響。對(duì)氨化和硝化的影響也不同⑴．氨化作用：

土壤中含氮的有機(jī)物如蛋白質(zhì)、氨基酸、硫氨、尿素等分解為氨或銨鹽，稱氨化階段，參與氨化的細(xì)菌稱為氨化微生物。由氨基酸分解產(chǎn)生氨以及有機(jī)酸、醇類、碳?xì)浠锏姆磻?yīng)式如下⑵．硝化作用

含氮有機(jī)物由氨化作用產(chǎn)生的氨經(jīng)硝化菌的作用轉(zhuǎn)化成硝酸的過程稱為硝化作用。可以分為以下兩步。由氨生成亞硝酸。反應(yīng)式如下：由亞硝酸轉(zhuǎn)化成硝酸。反應(yīng)式如下：

在厭氧的條件下，氨化過程中還可產(chǎn)生硫化氫、硫醇等惡臭物質(zhì)，而硝酸鹽也可通過反硝化細(xì)菌如脫氮色桿菌、螢光極毛桿菌還原為亞硝酸鹽與氨或分子態(tài)氮。3、對(duì)呼吸作用的影響

三、化肥使用

1、對(duì)理化性質(zhì)的影響土壤酸化有些微量元素增加元素有效磷降低上層水穩(wěn)性團(tuán)聚體直徑增加、下層減少土壤板結(jié)：Ca2＋減少

2、污染土壤過多的F－、CI－、NO2－、NO3-

3、重金屬污染

4、對(duì)土壤微生物影響四、放射性表9－13五、礦物油和多環(huán)芳烴的影響

1、微生物群落

2、酶活性影響

六、致病生物體的影響

病原菌傳染人畜的媒介。三種途徑

1、人－土壤－人

2、動(dòng)物－土壤－人

3、土壤－人第三節(jié)土壤污染監(jiān)測(cè)一、監(jiān)測(cè)的目的和特點(diǎn)目的：特點(diǎn):

痕量性混合性代表性二）、土壤監(jiān)測(cè)分類

目的對(duì)象監(jiān)測(cè)方式二、土壤樣品采集和制備

1、采樣點(diǎn)

對(duì)角線棋盤法蛇形法

2、深度、時(shí)間、取樣量

3、樣品制備

三、土壤污染的監(jiān)測(cè)方法一）物理化學(xué)法二）生物法第四節(jié)污染土壤的治理措施1.重金屬污染土壤的治理措施

土壤中重金屬的顯著化學(xué)行為是不移動(dòng)性、累積性，具有不可逆性的特點(diǎn)。因此，對(duì)受重金屬污染土壤的治理要根據(jù)污染程度的輕重進(jìn)行改良。從降低重金屬的活性，減小它的生物有效性入手，加強(qiáng)土、水管理。（1）通過農(nóng)田的水分調(diào)控，調(diào)節(jié)水田土壤Eh值來控制土壤重金屬的毒性（2）施用石灰、有機(jī)物質(zhì)等改良劑重金屬的毒性與土壤pH關(guān)系密切。（3）客土、換土法對(duì)于嚴(yán)重污染土壤采用客土或換土是一種切實(shí)有效的方法。但此法的代價(jià)較高，對(duì)大面積治理難以推廣。（4）生物修復(fù)

對(duì)污染嚴(yán)重的土壤，尤其是那些礦山土壤的治理，在復(fù)墾前，采用超積累植物的生物修復(fù)技術(shù)是一個(gè)可取的方法。三、有機(jī)物（農(nóng)藥）污染土壤的防治對(duì)于有機(jī)物、農(nóng)藥污染的土壤，除合理施用農(nóng)藥、采用病蟲害綜合防治，改進(jìn)農(nóng)藥劑型等以預(yù)防為主的系列技術(shù)措施外，對(duì)污染土壤的治理應(yīng)從加速土壤中農(nóng)藥的降解入手。其中采取以下措施：（1）增施有機(jī)肥料，提高土壤對(duì)農(nóng)藥的吸附量，減輕農(nóng)藥對(duì)土壤的污染。（2）調(diào)控土壤pH和Eh,加速農(nóng)藥的降解。

三、防止土壤污染，可采取以下措施：（１）加強(qiáng)對(duì)于工業(yè)廢氣、廢水、廢渣等的治理和綜合利用，防止向土壤任意排放含各種污染物質(zhì)的廢物；（２）合理施用農(nóng)藥和化肥，積極發(fā)展高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥；（３）對(duì)糞便、垃圾和生活污水進(jìn)行無害化處理；（４）慎重推廣污水灌溉，對(duì)灌溉農(nóng)田的污水要嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，最好使用處理后的污水灌田。

土壤污染事件

1992年10月和1993年5月，在未經(jīng)有關(guān)部門同意的情況下，發(fā)生了遼寧省沈陽(yáng)冶煉廠兩次非法向黑龍江省雞西市梨樹區(qū)轉(zhuǎn)移有毒化工廢渣造成重大環(huán)境污染的案件。轉(zhuǎn)移的廢渣中含有三氧化二砷（俗稱砒霜）等10多種有毒物質(zhì)332噸。這些有毒物質(zhì)使穆棱河下游約20平方千米范圍內(nèi)的土壤、植物和地下水環(huán)境造成不同程度的污染。其中以土壤和植被受到的污染和破壞最為嚴(yán)重，殘留在廢渣堆放地及周圍的砷、銅、鉛、鋼等重金屬污染平均超標(biāo)為75倍，其中砷的超標(biāo)指數(shù)最高，是103倍。廢渣傾倒現(xiàn)場(chǎng)寸草不長(zhǎng)，26棵20厘米直徑樹木枯死，地表裸露面積達(dá)500平方米，大約7公頃地表植物受到較嚴(yán)重污染，污染深度0－140厘米。經(jīng)預(yù)測(cè)，在自然狀況下，要想將土壤恢復(fù)到原有水平，大概需要幾百年，甚至幾千年以上。土壤污染的自凈

土壤的自凈作用是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化學(xué)和生物化學(xué)等的作用，在一定時(shí)間后，各種病原微生物、寄生蟲卵、有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)等，逐漸達(dá)到無害化的程度。土壤的自凈過程很復(fù)雜，主要有以下幾個(gè)方面：(一)物理作用主要是日光、土壤溫度、風(fēng)力等因素的作用。日光可使土壤表層溫度升高，再加上風(fēng)的作用，可使某些污染物揮發(fā)，能減少其在土壤中的含量。例如，六六六在旱田施用后，主要靠揮發(fā)散失；氯苯靈等除草劑在高溫條件下極易揮發(fā)，可迅速失去其活性。(二)土壤的過濾作用和吸附作用

污染物通過土壤時(shí)，比孔隙大的固體顆粒被阻溜。土壤顆粒表面還具有很大的吸附作用，能吸附溶于水中的氣體、膠體微粒及其他物質(zhì)，并將它們聚積或濃縮在土壤顆粒表面，逐漸形成一層膠質(zhì)薄膜(生物膜)，增強(qiáng)了土壤的吸附作用。(三)化學(xué)作用

土壤中某些金屬離子，可與進(jìn)入土壤的污染物發(fā)生中和、氧化、還原、水解等反應(yīng)，改變污染物的化學(xué)性質(zhì)而降低其毒性。例如酸、堿可被中和，銅在堿性土壤中可生成難溶性的氫氧化銅，使銅的生物活性下降。(四)生物化學(xué)作用

有機(jī)污染物在各種土壤微生物(包括細(xì)菌、真菌、放線菌)的作用下，將復(fù)雜的有機(jī)物逐步無機(jī)化或腐殖質(zhì)化而達(dá)到自凈。1．有機(jī)物的無機(jī)化(1)含氮有機(jī)化合物的無機(jī)化：含氮有機(jī)物(蛋白質(zhì)、氨基酸、硫氨、尿素等)在微生物的作用下首先分解成氨或銨鹽，稱為氨化階段。在氧氣充足條件下，氨(銨鹽)在亞硝酸菌作用下，被氧化成亞硝酸鹽，并進(jìn)一步在硝酸菌作用下氧化成硝酸鹽，稱為硝化階段。硝酸鹽是蛋白質(zhì)無機(jī)化的最終產(chǎn)物，表示土壤已達(dá)自凈。在土壤微生物作用下，蛋白質(zhì)中的硫和磷也轉(zhuǎn)化成硫醇、硫化氫及磷化氫，最終形成硫酸鹽及磷酸鹽供植物吸收利用。(2)含硫和磷有機(jī)物的無機(jī)化：

在氧氣充足的條件下，它們分解迅速而徹底，最終轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或磷酸鹽而達(dá)到無機(jī)化。但在厭氧條件下，產(chǎn)生疏醇、硫化氫或磷化氫等。脂肪在水解能力很強(qiáng)的細(xì)菌、真菌及放線菌作用下分解為甘油和脂肪酸，再分解為水和二氧化碳。有機(jī)物的無機(jī)化可在需氧和厭氧兩種條件下進(jìn)行。在需氧條件下自凈過程迅速，氧化完全，不產(chǎn)生惡臭物質(zhì)。在厭氧條件下的腐敗發(fā)酵過程時(shí)間長(zhǎng)，并產(chǎn)生許多還原性產(chǎn)物，如各種有機(jī)酸、氨、硫化氫、沼氣等，大都有惡臭。有機(jī)酸在土壤中積聚過多，常抑制土壤微生物的生長(zhǎng)，減弱土壤的自凈能力。2．有機(jī)物的腐殖質(zhì)化

有機(jī)物的腐殖質(zhì)化過程是有機(jī)物在土壤微生物作用下，不斷分解又不斷合成的過程，參與這一過程的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌等。腐殖質(zhì)化的最終產(chǎn)物是腐殖質(zhì)，它是一種疏松的褐色物質(zhì)，含有多種有機(jī)化合物，其中主要的是腐殖酸，即胡敏酸(腐土酸)、烏敏酸(腐木質(zhì)酸)、克連酸(礦泉酸)等。另外，尚有木質(zhì)素、纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪酸等多種物質(zhì)。腐殖質(zhì)的性質(zhì)較穩(wěn)定，不再繼續(xù)腐敗和產(chǎn)生臭氣，也不招引蒼蠅。、隨著有機(jī)物的腐殖化，病原菌(芽胞菌除外)及寄生蟲卵逐漸死滅，因此在衛(wèi)生上也是安全的。土壤中的有機(jī)物達(dá)到腐殖質(zhì)階段便達(dá)到了無害化要求，腐殖質(zhì)還具有持續(xù)提供植物的養(yǎng)料、促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育、改善土壤的物理性質(zhì)、提高土壤的蓄水和緩沖能力以及促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)的作用。(五)病原體在土壤中的死滅

有機(jī)物的無機(jī)化過程和腐殖質(zhì)化過程是促使病原微生物和蠕蟲卵死亡的重要條件。還由于日光的照射、土壤中溫度的改變、微生物生長(zhǎng)繁殖條件的不適宜、土壤微生物的拮抗作用和噬菌作用、一些植物根系所分泌的植物殺菌素對(duì)某些真菌類的余滅作用等，都影響病原微生物和蠕蟲卵的生存。例如，日光中的紫外線能殺滅土壤中的蛔蟲卵，末成熟的蛔蟲卵更為敏感。對(duì)于干燥的土壤日光作用更強(qiáng)。在通常情況下，土壤中的蛔蟲卵要1年左右才死亡，但在50℃以上數(shù)天后可被殺滅。土壤中的蚯蚓、昆蟲及其幼蟲也能吞食蠕蟲卵，故對(duì)土壤中蠕蟲卵的死滅也有一定的意義。

由于上述自凈作用的結(jié)果，使進(jìn)入土壤中的各種污染物質(zhì)包括一些有機(jī)物、化學(xué)毒物的有害作用降低或消失。但土壤的自凈作用有一定限度，超過了限度就會(huì)造成危害。某些重金屬和農(nóng)藥等污染物質(zhì)，在土壤中盡管也可以發(fā)生一定的遷移、轉(zhuǎn)化，但最終并不能完全降解、消失而仍蓄積在土壤中。對(duì)這些污染物質(zhì)就更應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防措施，以減少污染和危