环境学概论第四章

1、环境学概论环境学概论6/21/20212 本章主要介绍土壤中各种污染物对土壤环境造成的污染问题及其防治。 6/21/20213土壤土壤是环境中特有的组成部分，是是环境中特有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布，具有肥力位于陆地表面呈连续分布，具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的物质体系。杂的物质体系。按容积计：较理想的土壤中矿物质按容积计：较理想的土壤中矿物质38-4538-45；按重量计：可；按重量计：可占固相部分的占固相部分的90-9590-95以上。（原生矿物、次生矿物）以上。（原生矿物、次生矿物）由动植物残体分解转化逐渐形成，与矿物质一起共同构由

2、动植物残体分解转化逐渐形成，与矿物质一起共同构成了土壤的固相部分。成了土壤的固相部分。 土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机磷及灰分等磷及灰分等。 土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的的50-6550-65。腐殖质不是单一的有机质，是一系列高分子有。腐殖质不是单一的有机质，是一系列高分子有机化合物，其中主要包括胡敏酸、富里酸等。机化合物，其中主要包括胡敏酸、富里酸等。因扩散作

3、用土壤空气的主要成分同大气一样，为因扩散作用土壤空气的主要成分同大气一样，为N N2 2、O O2 2、COCO2 2及水汽等。土壤空气中还含有甲烷（及水汽等。土壤空气中还含有甲烷（CHCH4 4）、硫化氢）、硫化氢（H H2 2S S）、氢（）、氢（H H2 2）、磷化氢（）、磷化氢（PHPH3 3）、二硫化碳（）、二硫化碳（CSCS2 2）、）、乙烷（乙烷（C C2 2H H6 6）、丙烷（）、丙烷（C C3 3H H8 8）、乙烯（）、乙烯（C C2 2H H4 4）、丙烯）、丙烯（C C3 3H H6 6）、乙炔（）、乙炔（C C2 2H H2 2）、氩（）、氩（ArAr）、氖（）、氖

4、（NeNe）、氡（）、氡（RnRn）和各种氮氧化物等二十多种气体。和各种氮氧化物等二十多种气体。 土壤水是植物吸收养料的主要媒介。土壤溶液中多含有土壤水是植物吸收养料的主要媒介。土壤溶液中多含有N Na+a+、K K+ +、MgMg2+2+、CaCa2+2+、ClCl- -等离子及有机物。由于土壤溶液参加水等离子及有机物。由于土壤溶液参加水的循环，所以土壤溶液的组成是经常变动的的循环，所以土壤溶液的组成是经常变动的 。包括：土壤结构和土壤孔隙。土壤质地、结构性能、有机包括：土壤结构和土壤孔隙。土壤质地、结构性能、有机质含量都对土壤孔隙状况产生重要的影响，从而决定土壤质含量都对土壤孔隙状况产生重

5、要的影响，从而决定土壤的可耕性。的可耕性。 土壤的形成过程中，由于物质在土壤中的垂直迁移和土壤的形成过程中，由于物质在土壤中的垂直迁移和累积的结果，促使土壤中物质发生淋溶和聚集，因而累积的结果，促使土壤中物质发生淋溶和聚集，因而在土壤层次中发生垂直分化，天然土壤自上而下可分在土壤层次中发生垂直分化，天然土壤自上而下可分为覆盖层（为覆盖层（A A0 0），淋溶层（），淋溶层（A A）、淀积层（）、淀积层（B B）、母质层）、母质层（C C）和风化层（）和风化层（D D）。）。 土壤胶体是指土壤中颗粒直径小于土壤胶体是指土壤中颗粒直径小于2m2m或小于或小于1m1m，具有，具有胶体性质的微粒。一般

6、土壤中的粘土矿物和腐殖质都具有胶体性质的微粒。一般土壤中的粘土矿物和腐殖质都具有胶体性质。直径小于胶体性质。直径小于2m2m的土壤胶粒带有大量的负电荷的土壤胶粒带有大量的负电荷（8080），而大于），而大于2m2m的土粒只带有少量的负电荷。的土粒只带有少量的负电荷。 影响土壤氧化影响土壤氧化- -还原作用因素为：还原作用因素为：土壤通气状况，通土壤通气状况，通气良好，电位升高；通气不良，电位下降。受氧支配的气良好，电位升高；通气不良，电位下降。受氧支配的体系其体系其EhEh值随值随pHpH而变化，而变化，pHpH值越低，值越低，EhEh值越高；值越高；土壤土壤有机质状况，土壤有机质在嫌气条件下

7、分解，形成大量有机质状况，土壤有机质在嫌气条件下分解，形成大量还原性物质，在浸水条件下还原性物质，在浸水条件下EhEh下降；下降；土壤无机物状况，土壤无机物状况，一般还原性无机物多，还原作用强，氧化性无机物多，一般还原性无机物多，还原作用强，氧化性无机物多，氧化作用强。土壤中氧化铁和硝酸盐含量高，可减弱还氧化作用强。土壤中氧化铁和硝酸盐含量高，可减弱还原作用，缓冲原作用，缓冲EhEh值的下降。值的下降。 6/21/202141）碳循环）碳循环 陆地系统陆地系统陆地生物系统陆地生物系统河流迁移过程河流迁移过程海洋系统海洋系统海洋生物系统海洋生物系统吸吸收收过过程程沉沉淀淀过过程程吸吸收收过过程程

8、死死亡亡过过程程溶溶解解过过程程沉沉淀淀过过程程火火山山活活动、动、分解表面岩石系统大气系统大气系统（CO2）光合过程光合过程呼吸过程呼吸过程呼吸过程呼吸过程光合过程光合过程6/21/20215（一）土壤污染土壤污染： 土壤污染特点土壤污染特点：（二）土壤净化（二）土壤净化：土壤本身通过吸附、分解、迁移、：土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化，而使土壤污染的浓度降低而消失的过程。转化，而使土壤污染的浓度降低而消失的过程。 净化途径：净化途径：1由于土壤中含有各种各样的微生物和土壤动物，由于土壤中含有各种各样的微生物和土壤动物，对外界进入土壤中的各种物质都能被分解转化。对外界进入土壤中的各种物质都

9、能被分解转化。2由于土壤中存在有复杂的有机和无机胶体体系，由于土壤中存在有复杂的有机和无机胶体体系，通过吸附、解吸、代换等过程，对外界进入土壤中的各通过吸附、解吸、代换等过程，对外界进入土壤中的各种物质起着种物质起着“蓄积作用蓄积作用”，使污染物发生形态变化。，使污染物发生形态变化。3土壤是绿色植物生长的基地，通过植物的吸收作土壤是绿色植物生长的基地，通过植物的吸收作用，土壤中的污染物质起着转化和转移的作用。用，土壤中的污染物质起着转化和转移的作用。自然污染源：如火山喷发，含有重金属或放射性元素的矿自然污染源：如火山喷发，含有重金属或放射性元素的矿床附近地区的土壤。床附近地区的土壤。人为污染源

10、：人为污染源：（一）工业污染源：浓度较高，短时间内即可引起土壤、（一）工业污染源：浓度较高，短时间内即可引起土壤、作物危害。（废渣作为肥料施入农田、污水灌溉）作物危害。（废渣作为肥料施入农田、污水灌溉）（二）农业污染：化学农药、除草剂、牲畜废物等。（二）农业污染：化学农药、除草剂、牲畜废物等。（三）生物污染源：人粪尿、生活污水等。（三）生物污染源：人粪尿、生活污水等。工矿企业废水和城市生活污水的直接排放；工矿企业废水和城市生活污水的直接排放；污水灌溉，使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原污水灌溉，使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染。水污染型的体的污染。水污染型的污染特点污染特点是

11、沿河流或干支渠呈枝是沿河流或干支渠呈枝形片状分布。形片状分布。沉降和降水而降落地面。污染物（二氧化硫、氮氧化物和沉降和降水而降落地面。污染物（二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等）集中在土壤表层，引起土壤酸化等多种污染。颗粒物等）集中在土壤表层，引起土壤酸化等多种污染。特点特点是以大气污染源为中心呈环状或带状分布，长轴沿主是以大气污染源为中心呈环状或带状分布，长轴沿主风向伸长。其污染的面积、程度和扩散的距离，取决于污风向伸长。其污染的面积、程度和扩散的距离，取决于污染物质的种类、性质、排放量、排放形式及风力大小等。染物质的种类、性质、排放量、排放形式及风力大小等。6/21/20216土壤的污染土壤的污

12、染6/21/20217土壤污染物土壤污染物：土壤污染物质指的是进入土土壤污染物质指的是进入土壤中并影响土壤正常作用的物质，即会改变土壤壤中并影响土壤正常作用的物质，即会改变土壤的成分、降低农作物的数量或质量，有害于人体的成分、降低农作物的数量或质量，有害于人体健康的那些物质。健康的那些物质。 污染土壤的有机物，主要是污染土壤的有机物，主要是等。例等。例如有机氯类，包括六六六、如有机氯类，包括六六六、DDTDDT、艾氏剂、狄氏剂等；有机、艾氏剂、狄氏剂等；有机磷类，包括马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等；氨基甲酸酯类，磷类，包括马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等；氨基甲酸酯类，有的为杀虫剂，有的为除草剂；苯氧羧

13、酸类，如有的为杀虫剂，有的为除草剂；苯氧羧酸类，如2 2，4 4D D、2 2，4 4，5 5T T等除草剂。等除草剂。工业工业“三废三废”中的有机污染物，较常见的有酚、油类、中的有机污染物，较常见的有酚、油类、多氯联苯、苯并芘等有机化合物。多氯联苯、苯并芘等有机化合物。这类合成有机污染物通过不同途径进入土壤后，除一这类合成有机污染物通过不同途径进入土壤后，除一部分发挥作用之外，另一部分因其较稳定不易分解而在土部分发挥作用之外，另一部分因其较稳定不易分解而在土壤中累积，造成土壤污染。壤中累积，造成土壤污染。重金属进入土壤的途径：重金属进入土壤的途径： 由于使用含重金属的废水进行灌溉；由于使用含

14、重金属的废水进行灌溉； 随着含重金属的粉尘落入土壤中；使用含重金属的废渣随着含重金属的粉尘落入土壤中；使用含重金属的废渣 作为肥料；作为肥料； 使用含重金属的农药制剂等。使用含重金属的农药制剂等。常见的一些重金属污染物包括汞、镉、铅、铜、锌、镍、常见的一些重金属污染物包括汞、镉、铅、铜、锌、镍、砷等。因为重金属不能为土壤微生物所分解，而且可为生砷等。因为重金属不能为土壤微生物所分解，而且可为生物所富集。因此土壤一旦被重金属污染，是较难予彻底消物所富集。因此土壤一旦被重金属污染，是较难予彻底消除的，可对环境形成潜在的威胁。除的，可对环境形成潜在的威胁。主要是由于大气核爆炸降落的污染物，以及原子能

15、和平利主要是由于大气核爆炸降落的污染物，以及原子能和平利用所排出的液体和固体的放射性废弃物，最终不可避免地用所排出的液体和固体的放射性废弃物，最终不可避免地随同自然沉降，雨水冲刷和废弃物的堆放而污染土壤。随同自然沉降，雨水冲刷和废弃物的堆放而污染土壤。含氮和含磷的化学肥料使用不当而造成这类物质从土壤中含氮和含磷的化学肥料使用不当而造成这类物质从土壤中流失污染环境，特别是水体富营养化问题与此有关。流失污染环境，特别是水体富营养化问题与此有关。土壤中的病原微生物，主要来源于人畜的粪便及用于灌溉土壤中的病原微生物，主要来源于人畜的粪便及用于灌溉的污水（未经处理的生活污水及医院污水），当人与污染的污水

16、（未经处理的生活污水及医院污水），当人与污染的土壤接触时可传染各种细菌及病毒，若食用被土壤污染的土壤接触时可传染各种细菌及病毒，若食用被土壤污染的蔬菜、瓜果等会威胁人体健康。这些被污染的土壤经过的蔬菜、瓜果等会威胁人体健康。这些被污染的土壤经过雨水冲刷，又可能污染水体。雨水冲刷，又可能污染水体。 6/21/202186/21/20219 土地盐碱化使植被枯死土地盐碱化使植被枯死6/21/202110原生岩石原生岩石：主要来源。主要来源。人为因素：修建道路、建筑工程；金属矿物加工、尾矿；人为因素：修建道路、建筑工程；金属矿物加工、尾矿；施用肥料。施用肥料。 土壤环境中土壤环境中重金属元素背景值重

17、金属元素背景值是指一定区域内自然状态是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量。下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量。 土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的一项基础土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的一项基础工作，它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属工作，它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属在土壤中的迁移转化规律的研究提供科学依据。在土壤中的迁移转化规律的研究提供科学依据。 6/21/202111土壤中镉的存在形态分为水溶性和非水溶性镉。离子态土壤中镉的存在形态分为水溶性和非水溶性镉。离子态CdClCdCl2 2、CdCd（NONO2

18、 2）2 2、CdCOCdCO3 3和络合态的如和络合态的如CdCd（OHOH）2 2呈水溶呈水溶性的，易迁移，可被植物吸收，而难溶性镉的化合物如镉性的，易迁移，可被植物吸收，而难溶性镉的化合物如镉沉淀物、胶体吸附态镉等为难溶性镉，不易迁移和为植物沉淀物、胶体吸附态镉等为难溶性镉，不易迁移和为植物吸收。但两种形态在一定条件下可相互转化。吸收。但两种形态在一定条件下可相互转化。作物对镉的吸收，随土壤作物对镉的吸收，随土壤pHpH值的增高而降低值的增高而降低有机质与镉螯合能降低镉的有效性有机质与镉螯合能降低镉的有效性EhEh低或淹水等，有利于形成难溶性的低或淹水等，有利于形成难溶性的CdSCdS当

19、水田落干时，非溶性当水田落干时，非溶性CdSCdS则会氧化成则会氧化成CdSO4CdSO4，增加其溶性，增加其溶性因因CdCd和和ZnZn、PbPb、CuCu等伴生离子的含量存在正相关等伴生离子的含量存在正相关2 23 36/21/202112化学农药化学农药是指能防治植物病虫害、消灭杂草和调节是指能防治植物病虫害、消灭杂草和调节植物生长的化学药剂。目前世界生产的农药品种达植物生长的化学药剂。目前世界生产的农药品种达 13001300 余种余种 , ,农业上常用的有农业上常用的有 250 250 种以上。种以上。（1 1）有机氯农药不仅对害虫有杀伤毒害作用，同时对害虫）有机氯农药不仅对害虫有杀

20、伤毒害作用，同时对害虫的的“天敌天敌”及传粉昆虫及传粉昆虫等益虫益鸟也有杀伤作用，因而破等益虫益鸟也有杀伤作用，因而破坏了自然界的生态平衡；坏了自然界的生态平衡；（2 2）长期使用同类型农药，使害虫产生了）长期使用同类型农药，使害虫产生了抗药性抗药性，因而增，因而增加了农药的用量和防治次数，也大大增加了防治费用和成加了农药的用量和防治次数，也大大增加了防治费用和成本；本；（3 3）长期大量使用农药，使农药在环境中逐渐）长期大量使用农药，使农药在环境中逐渐积累积累，尤其，尤其是在土壤环境中，产生了农药污染环境问题。是在土壤环境中，产生了农药污染环境问题。 除草剂具有选择性，只能杀伤杂草，而不伤害作物。最常用的除草剂有2，4D（2，4-二氯苯氧基醋酸）和2，4，5T（2，4，5-三氯