滨州学院城市与环境教案-《土壤学》(12土壤污染与修复)2012

1、滨州学院城市与环境系土壤学课程（共32课时）教 案课程编号： 1414001 教师姓名： 黄宝圣 适用专业： 生态学 执教班级： 2012级1班 2013-2014学年第1学期 教案设计（编写）规范1.一门课程的教案包括三个层面设计（1）课程内容、教学基本要求、教学手段、教学方法设计等，主要解决本门课教什么、怎么教的问题；（2）各章节内容、教学方法、要求与设计等，主要解决各章节教什么，怎么教；（3）一次课教学内容、教学方法、要求与设计等，主要解决一次课教什么、怎么教。2.一次课的教案内容，主要包括本次课的教学目的、教材分析、教学过程、教后札记等方面。其中教学目的是课堂教学活动围绕的中心和力求达

2、到的目标；教材分析则要找出本次课的重、难点及关键，并确立突出重点、克服难点、抓住关键的方案；教学过程是教案的主体，要按引入新课、讲授、总结巩固三方面详细设计；教后札记是教案执行情况的经验总结，目的在于改进和调整教案，为下一轮课的讲授设计更加完善的教学方案。13章§12 土壤污染与修复全章课时数2全章教学目标掌握土壤污染、土壤背景值、土壤环境容量等基本概念和土壤污染物的来源及危害，以及土壤组成和性质对污染物毒性的影响；了解土壤污染的预防措施，以及污染土壤的修复技术和污染土壤的修复标准。节§12-1 土壤污染的概念§12-2 土壤污染物的来源及危害 §12-

3、3 土壤组成和性质对污染物毒性的影响§12-4 污染土壤的修复 （第13次课）教学目的通过本次课教学，使学生掌握土壤污染、土壤背景值、土壤环境容量等基本概念和土壤污染物的来源及危害，以及土壤组成和性质对污染物毒性的影响；了解土壤污染的预防措施，以及污染土壤的修复技术和污染土壤的修复标准。教学重点土壤污染的概念；土壤污染物的来源及危害；土壤组成和性质对污染物毒性的影响教学方法教学难点土壤氧化还原状况对污染物毒性的影响 讲授 启发 多媒体授课时间/地点2013.12.06（星期五）10:00-10:45; 10:55-11:40教学楼8#511相关素材（参考资料、指导学生阅读文献等）1龚

4、子同中国土壤系统分类北京：科学出版杜，19992朱祖样土壤学北京：农业出版社，19853熊顺贵基础土壤学北京：中国农业大学出版杜，200l4黄昌勇，徐建明土壤学北京：中国农业出版社，20135 教学过程组织教学、讲授、设问、解疑、信息反馈与处理、总结巩固、布置作业等环节I 组织教学II 导入III 新授 §12 土壤污染与修复 l 2011.10 农业部进行的全国污水灌溉区域调查统计显示，140万公顷污染灌溉区中，遭受重金属污染土地面积占农田灌溉区面积的64.8%，每年被重金属污染粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿元！l 2011.06 我国耕地肥力出现了明显下降，全国

5、土壤有机质平均不到1%。我国化肥用量及其增长速度也令人吃惊。国际公认的化肥施用安全上限是225千克公顷，但目前我国农用化肥单位面积平均施用量达到434.3千克公顷，是安全上限的1.93倍。上世纪50年代中国一公顷土地施用化肥8斤多，而现在是868斤，以百倍速度增加。但这些化肥的利用率仅为40%左右，没用完，都变成了污染。l 2011.10.28 环境保护部全国地下水污染防治规划（20112020年）我国单位耕地面积化肥及农药用量分别为世界平均水平的2.8倍和3倍，大量化肥和农药通过土壤渗透等方式污染地下水；部分地区长期利用污水灌溉，对农田及地下水环境构成危害，农业区地下水氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸

6、盐氮超标和有机污染日益严重。在我国北方地区,14个县市的69个点位的调查表明, 37个点位的地下水NO3- 含量已高达50g/(饮用水标准:NO3-含量10g/)。研究发现 : 施用的农药有 20%-70%长期残留在土壤中。残留农药对土壤中的硝化细菌、根瘤菌和根际微生物影响较大。其他如： 由于高交通量造成的道路两旁土壤环境的多环芳烃及铅污染； 城市污水的农业利用及城市垃圾、有毒废弃物的堆放、处置带来的重金属及其他有毒物污染。 我国的土壤污染形势 局部地区有所改善，但总体形势比较严峻。 防治土壤污染，保护土壤资源， 维持生态平衡，保护人类健康。 实际上已成为突出的全球问题。§12-1

7、土壤污染的概念一、土壤背景值 土壤背景值：理论上是指土壤在自然成土过程中，构成土壤自身的化学元素的组成和含量。即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。 -即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。 (一)土壤背景值的获得     要获得一个尽可能接近自然土壤化学元素含量的真值是相当困难的。通常,土壤背景值的研究应建立包括情报检索、野外采样、样品处理和保存、实验室分析质量控制、分析数据统计检验、制图技术等构成的工作系统。 (二)土壤背景值的应用    农田施肥

8、：土壤背景值反映了土壤的化学元素的丰度，在研究化学元素特别是微量元素的生物有效性时，土壤背景值是预测元素丰缺程度，制订施肥规划、方案的基础数据。 土壤污染评价：土壤质量评价，划分质量等级和进行污染评价，划分污染等级，均必须以土壤背景值作为基础参数和标准，进而对土壤质量进行预测和调控及制定土壤污染防治措施等。 土壤环境容量：土壤背景值是研究和确定土壤环境容量，制订土壤环境标准不可缺少的数据。 环境医学和食品卫生：土壤背景值反映了区域土壤生物地球化学元素的组成和含量。通过对元素背景值的分析，可以找到土壤、植物、动物和人群之间某些异常元素的相互关系。 二、土壤自净作用   

9、60; 土壤自净:进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除污染物毒性的现象。土壤自净作用类型: 1.物理自净作用 土壤是多孔介质，进入土壤的污染物可以随土壤水迁移，通过渗滤作用排出土体；某些有机污染物亦可通过挥发、扩散方式进入大气。 2.化学和物理化学自净作用 土壤中污染物经过吸附、配合、沉淀、氧化还原作用使其浓度降低的过程，称为化学和物理化学自净。 主要载体:土壤粘粒、有机质(具有巨大的表面积和表面能，有较强的吸附能力) 3.生物化学净化作用 有机污染物在微生物及其酶作用下，通过生物降解，

10、被分解为简单的无机物而消散的过程(生物化学自净是真正的净化)。三、土壤环境容量 (一)环境容量     环境容量指的是在一定条件下环境对污染物最大容纳量。(二)土壤环境容量土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量、同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量 -土壤环境容量。当土壤环境容量标准确定后，土壤的静容量： Cso=M(Ci-Cbi) 衡量土壤允许量时需要有一个基准含量水平，这个水平所获得的容量称为土壤静容量，即土壤标准容量。 M-耕层土重（2250t/hm2）；Ci-i元素的土壤环境标准(mg/k

11、g)；Cbi-i元素的土壤背景值(mg/kg)土壤的净容量(Cso)是以一种静态观点表征土壤容纳污染物的能力,不是实际的土壤容量。土壤变动容量：因元素在土壤中处于一种动态平衡状态,故土壤所容纳的量是一种变动的量值，即土壤变动容量。 以土壤重金属为例，根据其输入和输出的量，用物质平衡方程说明： Q1Qo+Q-Y1-Y2-Y3 Ql为第一年后土壤含量；Qo为土壤起始含量；Q为每年输入量；Y1、Y2、Y3分别为作物吸收输出量、地表径流输出量、淋溶输出量。 在一定年限内土壤容许输入的总量为： Q总=n·Q四、土壤污染的概念土壤污染：当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中积累量

12、超过土壤基准量，而给生态系统造成了危害，叫做土壤污染。1.土壤污染的直接表现 土壤生产力的下降； 使某些微量和超微量的有害污染物在农产品中富集。2.土壤污染危害其他环境要素 土壤中可溶性污染物使地下水污染； 悬浮物及其所吸持的污染物，造成地表水的污染； 污染土壤被风吹扬到远离污染源的地方，扩大污染面。3.土壤既是污染物载体，又是污染物的天然净化场所 当污染物进入量超过土壤的这种天然净化能力时，则导致土壤的污染，有时甚至达到极为严重的程度。§12-2 土壤污染物的来源及危害土壤污染物的来源之一：工业“三废” 一、重金属污染物(一)镉（Cd） 含量：土壤中 0.010.70 mg/kg，

13、平均 0.097mg/kg. 来源：冶炼厂 电镀厂 电池 、磷肥等 毒性：积蓄性，潜伏10-30年，影响植物对磷钾的吸收。 污染实例：日本的镉米事件。 病症：痛病。(二)铬（Cr） 含量：我国土壤小于80 mg/kg. 一般为5060 mg/kg。 污染源：炼钢厂、铬矿、电镀、鞣革、颜料、合金、油漆、印染、胶印。 毒性：腐蚀皮肤、造血障碍等 污染实例：河北省文安县电镀村儿童发铬的含量明显高于对照村，其体内免疫蛋白的水平明显降低。(三)汞(Hg) 含量：土壤中0.065mg/kg 污染源：金矿炼金，生产含汞制品的工厂，包括：日光灯、体温 计，血压表、气压计、整流器等，其他如升汞、中药中的轻粉、红

14、粉、制造雷管的雷汞等 毒性：在心、脑中蓄积，导致神经损伤。 污染案例：闻名世界的“水俣病”。在日本九洲熊本县水俣湾，曾发生“海藻枯萎、鸟死猫疯，人群耳聋，手指颤抖，精神错乱，瘫痪致死”医生束手无策的怪病，后经多年调查，才找到元凶汞中毒。20年间，水俣湾3000余人染病，200多人丧命。(四)铜(Cu) 含量：2100mg/kg, 平均 20-30mg/kg。 污染源：铜矿，煤的燃烧、城市污泥。含铜农药。印刷电路板厂。 毒性：影响光合作用，引起缺铁；在人的肝脏积累。 污染实例：计算机主板厂。(五)铅(Pb) 含量：2200mg/kg，一般为1342mg/kg。背景值16ppm.污染源：铅锌矿开采

15、、含铅汽油、蓄电池、青铜冶炼颜料、釉彩、涂料、医药、化学试剂等 毒性：影响光合作用，抑制养分吸收；贫血、高血压、智力衰退等 污染实例：我国曾有用含铅的容器盛放食品和饮用水而引起中毒的的事故。一些专家认为，用铅容器盛放食品和饮用水使古罗马统治阶级中毒，加速了他们的灭亡。(六)锌(Zn) 含量：土壤中10-300mg/kg。平均100mg/kg。 污染源：电池、农业污泥、垃圾、农药、铅锌矿、煤等 毒性：>50mg/kg时植物中毒。抑制光合作用，失绿症。 污染实例：某电镀厂(七)砷(As) 含量：0-195mg/kg, 平均9.36mg/kg. 污染源：有色金属开采和冶炼、炼砷、含砷农药、磷肥

16、、煤。 毒性：低浓度有刺激作用；高浓度茎叶受害；皮肤癌。 污染实例：砷污染饮水引起砷中毒报告. 某工厂生产磷肥和硫酸，由于将高砷磷矿石放置在距水井(120m)附近(7m)，导致饮用水源污染，致使1052人中毒。(八)氟(F) 含量：50-3467mg/kg，平均 478mg/kg。 污染源：炼铝、炼钢、磷肥、含氟塑料等 毒性：使人、畜、植物中毒。氟斑牙、大骨病等。 污染实例：我国报头地区曾发生国近10万头羊氟中毒，造成严重的经济损失。家蚕也对氟比较敏感。二、有机污染物(一)农药农药污染土壤的主要途径有： 将农药直接施入土壤或以拌种、浸种和毒谷等形式施入土壤； 向作物喷洒农药时，农药直接落到地面

17、上或附着在作物上，经风吹雨淋落入土壤中； 大气中悬浮的农药以气态形式或经雨水溶解和淋洗，落到地面； 随死亡动植物或污水灌溉将药带入土壤。农药在土壤中的消失途径：吸收，迁移，蒸发，在日光、空气、水、黏土矿物和微生物作用下分解、转化。 温度、土壤质地、水分含量、有机质含量及耕作制度等对农药残留有不同程度的影响。(二)持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，简称POPs) 持久性有机污染物(POPs): 通过各种环境介质(大气、水、生物体等)能够长距离迁移并长期存在于环境，具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，对人类健康和环境具有严重危害的天然或人工合成

18、的有机污染物质。POPs有四大特性：1.高毒性POPs物质在低浓度时也会对生物体造成伤害。 例如,二噁英类物质中最毒者的毒性相当于氰化钾的1000倍以上,号称是世界上最毒的化合物之一。二恶英中的2,3,7,8-TCDD只需30-40Pg(1Pg=10-12g)就足以使豚鼠毙命。2,3,7,8-TCDD 2,3,7,8-四氯二并-对-二噁英2.持久性POPs物质具有抗光解性、化学分解和生物降解性, 例如, 二恶英系列物质其在气相中的半衰期为8400天, 水相中为166天到2119年, 在土壤和沉积物中约17年到273 年。3.积聚性POPs具有高亲油性和高憎水性, 其能在活的生物体的脂肪组织中进

19、行生物积累, 可通过食物链危害人类健康。4.流动性大POPs可以通过风和水流传播到很远的距离。POPs在室温下就能挥发进入大气层。容易从比较暖和的地方迁移到比较冷的地方。象北极圈这种远离污染源的地方都发现了POPs污染。 (三)油类污染物油类污染物对土壤化学性质的效应： 油类分解需消耗大量氧气，降解过程中土壤氧化还原电位明显降低，有时甚至降至负值。 矿物油类中C/N比极高(1500)，油污染土壤短期内C/N比随之增高(50)。降解将与植物争夺土壤中的有效氮。 油类对土壤氨化、硝化作用有阻抑效应，不利于氮素营养的循环与转化。(四)表面活性剂污染物(五)废塑料制品三、固体废物与放射性污染物(一)工

20、业固体废物 工业固体废物：从工矿企业生产过程中排放出来的废物(废渣-冶金、采矿、燃料、化工、建材工业等废渣废料)。(二)城市垃圾(三)放射性污染物§12-3 土壤组成和性质对污染物毒性的影响一、土壤组成对污染物毒性的影响(一)粘粒矿物对污染物毒性的影响 粘粒矿物的吸附行为显著影响污染物在土壤的活度和毒性。 水溶态和交换态的重金属元素的毒性较大，专性吸附态的重金属的毒性较小。 一般土壤质地愈粘，氧化含量越多，土壤对重金属的专性吸附作用越强，重金属的毒性越小。黏粒矿物类型不同，影响土壤对农药的吸附。农药被土壤黏粒吸附后，其毒性大大降低。(二)有机质对污染物毒性的影响 静电吸附、络合作用含

21、氧官能团(-COOH；-OH)。 当土壤pH上升时，生成的络合物稳定性增加。 胡敏酸和富啡酸可以与金属离子形成可溶性的和难溶性的络合(螯合)物,主要依赖于饱和度。富啡酸金属离子络合物比胡敏酸金属络合物的溶解度大(富啡酸酸性强与胡敏酸酸性)。二、土壤酸碱性对污染物毒性的影响 土壤溶液中的大多数金属元素（包括重金属）在酸性条件下以游离态或水化离子态存在，毒性较大，而在中、碱性条件下易生成难溶性氢氧化物沉淀，毒性大为降低。 电荷形态、沉淀溶解；吸附解吸、络合螯合等影响污染物毒性。不同的pH值条件下，重金属的形态也不同，pH的变化可改变其吸附、沉淀、络合特性，也改变其毒性。三、土壤氧化还原状况对污染物

22、毒性的影响 大多数有机氯农药在还原条件下才能加速代谢。 大多数重金属都亲硫，故在还原条件下易生成硫化物而降低其毒性，通气后其毒性增强。水稻抽穗前淹水使Cd转化为CdS，可降低米中镉的含量。在还原和酸性条件下，砷的毒性较强。铁、锰氧化物可降低其毒性。 二氧化锰可氧化土壤中的三价铬，而有机质可把六价的铬还原成三价铬。 分解DDT适宜的Eh值为0250mV，艾氏剂也只有在Eh<120mV时才快速降解。在通气良好和碱性土壤中，Ca3(AsO4)2是最稳定的含砷矿物，其次是Mn3(AsO4)2，后者在碱性和酸性环境中都可能形成。 在还原和酸性（pH<6）土壤中，砷（III）氧化物和砷硫化物是稳定