第四章土壤的环境污染与防治ppt课件

1、第四章第四章 土壤环境污染与土壤环境污染与防治防治第一节第一节 土壤形成、组成和作用土壤形成、组成和作用第二节第二节 土壤的污染与退化土壤的污染与退化第三节第三节 土壤污染防治与修复土壤污染防治与修复第一节第一节 土壤形成、组成和作用土壤形成、组成和作用一、土壤的形成一、土壤的形成风化作用岩石母质土壤成土过程土壤是地球陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松土壤是地球陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，是由岩石经风化发育而成的历史自然体。表层，是由岩石经风化发育而成的历史自然体。 岩岩 石石 氧和硅为岩石的主要成分，两者占其组成的75%以上，其中氧占约一半，而作为植物所需要的营养元素不仅含量

2、少，而且都以难溶化合物的形态封闭在坚硬的岩石中，处于分散状态，故此需经历一个质变过程，亦即岩石的破碎分解，直至形成母质。岩石的风化岩石的风化外界因素外界因素岩石本身的成分岩石本身的成分与性质改变与性质改变岩石破碎岩石破碎风化作用风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化物理风化 岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程 特点：只能引起岩石形状、大小的变化，而不特点：只能引起岩石形状、大小的变化，而不能改变其矿物组成与化学成分。能改变其矿物组成与化学成分。 成因：地球表面温度的变化；冰冻的挤压；风；成因：地球表面温度的变化；冰冻的挤压；风；

3、冰川等自然动力的磨蚀；植物根系的穿插。冰川等自然动力的磨蚀；植物根系的穿插。化学风化 岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。 特点：不仅是已破碎的岩石进一步变细，同时特点：不仅是已破碎的岩石进一步变细，同时使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新的物质。新的物质。 成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。 岩石在生物的作用下引起的破坏过程。岩石在生物的作用下引起的破坏过程。 成因：机械破碎；生物化学作用。成因：机械破碎；生物化学作用。生物风化 地质大循环：岩石地质大循环：岩石

4、风化产物风化产物岩石岩石 生物小循环：无机养分生物小循环：无机养分生物生物无机养分无机养分 土壤的形成是上述两个循环相互作用的结果土壤的形成是上述两个循环相互作用的结果 土壤的形成是成土过程与风化作用交织在一起，土壤的形成是成土过程与风化作用交织在一起，同时进行的。同时进行的。成土过程成土过程成土过程的主要影响因素成土过程的主要影响因素 母质母质 构成土壤矿物质的基本材料构成土壤矿物质的基本材料 提供植物必需的养料元素提供植物必需的养料元素 气候气候 影响土壤中的物理、化学、生物作用的影响土壤中的物理、化学、生物作用的方向方向 与进程与进程 生物生物 只有在母质的基础上出现了生物之后，只有在母

5、质的基础上出现了生物之后，土壤才能形成土壤才能形成 地形地形 影响热量及水的重新分配；影响母质的影响热量及水的重新分配；影响母质的分配分配 时间时间 时间越长，土壤性质的变化越大时间越长，土壤性质的变化越大 母质是物质基础；气候中的热量因素是土母质是物质基础；气候中的热量因素是土壤能量的最基本来源；生物将无机物变成有机壤能量的最基本来源；生物将无机物变成有机物，将太阳能转化为生物化学能，从而改造了物，将太阳能转化为生物化学能，从而改造了母质，形成了土壤；地形通过对地表物质和能母质，形成了土壤；地形通过对地表物质和能量再分配，间接地影响土壤的形成过程；时间量再分配，间接地影响土壤的形成过程；时间

6、是一个条件，任何一个空间因素或者综合作用是一个条件，任何一个空间因素或者综合作用的效果随时间的增长而加强。的效果随时间的增长而加强。二、土壤的物质组成二、土壤的物质组成土壤固液气三相的比示意图土壤固相土壤固相土壤液相土壤液相土壤气相土壤气相 (15%35% V)土壤矿物质土壤矿物质 (95% )土壤有机质土壤有机质 (1-10%)原生矿物质原生矿物质 (90% )次生矿物次生矿物根须根须土粒上的土粒上的吸附水吸附水土粒土粒土壤空隙土壤空隙被水饱和被水饱和的土壤的土壤生物体生物体昆虫、线虫、节肢动物昆虫、线虫、节肢动物微生物微生物 岩石中含有约岩石中含有约3000余种矿物，但与土壤有关的不余种矿

7、物，但与土壤有关的不过数十种，按其起源分为原生矿物和次生矿物。过数十种，按其起源分为原生矿物和次生矿物。石英、长石类、云母类、石英、长石类、云母类、辉石、角闪石、橄榄石、辉石、角闪石、橄榄石、赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、黄铁矿黄铁矿原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物简单盐类简单盐类(方解石、白云石、石膏、泻盐等方解石、白云石、石膏、泻盐等)、三氧化物类针铁矿、褐铁矿）、三氧化物类针铁矿、褐铁矿）、次生铝硅酸盐伊利石、蒙脱石、高岭石类次生铝硅酸盐伊利石、蒙脱石、高岭石类次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质硅四面体硅四面体四面体片四面体片 1. 土壤的组成

8、和性质土壤的组成和性质次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质次生硅酸盐粘土矿物的类型和性质铝八面体八面体片 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质高岭石的特点高岭石的特点四面体片与八面体片通过共用氧原子结合成一个晶片，晶片间以氢键相连，水化时基本不膨胀。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质蒙脱石的特点蒙脱石的特点两个四面体片夹一八面体片组成两个四面体片夹一八面体片组成一个晶片，八面体片中，部分一个晶片，八面体片中，部分Mg取代取代Al而使层片带负电，多余电而使层片带负电，多余电荷由层间阳离子中和。水化时膨荷由层间阳离子中和。水化时膨胀严重。胀严重。 1. 土壤的组成和性质土壤的组成和性质三种主要粘

9、土矿物的特性比较三种主要粘土矿物的特性比较蒙脱石类蒙脱石类水云母类水云母类高岭石类高岭石类颗粒大小颗粒大小( m)0.011.00.12.00.15.0形状形状不规则片状不规则片状不规则片状不规则片状六角形片状六角形片状外表面外表面大大中等中等较小较小内表面内表面很大很大中等中等无无比表面积比表面积(m2/g)700800100120520粘结性，可塑性粘结性，可塑性强强中等中等弱弱胀缩性胀缩性强强中等中等弱弱阳离子交换量阳离子交换量(cmol(+)/kg)601001540315 来源：各种动植物、微生物残体及人畜粪便。来源：各种动植物、微生物残体及人畜粪便。 类型：类型： 非腐殖物质：碳水

10、化合物；有机酸；木质素等。非腐殖物质：碳水化合物；有机酸；木质素等。 腐殖质：结构复杂，是微生物作用下形成的性腐殖质：结构复杂，是微生物作用下形成的性质稳定的新的高分子化合物。其形成分两个阶段：质稳定的新的高分子化合物。其形成分两个阶段：首先产生构成腐殖质主要成分的原始材料；将上首先产生构成腐殖质主要成分的原始材料；将上述原始材料通过缩合与聚合作用，形成腐殖质的述原始材料通过缩合与聚合作用，形成腐殖质的单体分子。一般占有机质的单体分子。一般占有机质的85%90%。 有机质不同生态系统下土壤有机质的含量不同生态系统下土壤有机质的含量0 0101020203030404050506060热带雨林热

11、带雨林温带森林温带森林热带草原热带草原温带草原温带草原苔原冻土地带苔原冻土地带沙漠灌木沙漠灌木岩石，沙漠岩石，沙漠耕作土壤耕作土壤沼泽沼泽0 0100100200200300300400400500500600600700700800800净初级生产力(Mg C /ha y)植物生物量(Mg C/ha)SOM (Mg C/ha) 胡敏素(Humin)：不溶于有机溶剂、稀酸和稀碱液的有机高分子化合物。 胡敏酸(Humic acid)：溶于稀碱，但不溶于稀酸的棕至褐色的天然有机高分子化合物。 富里酸(Fulvic acid)：土壤中既能溶于稀碱又能溶于稀酸的黄棕色天然有机高分子化合物。腐殖质的组分

12、腐殖质的组分050100150200250300350400450500胡敏素胡敏酸富里酸羧基酚O H醇O H羰基分子大小：胡敏素胡敏酸富里酸腐殖质的分子结构土壤腐殖质的作用 土壤养分的重要来源土壤养分的重要来源 促进土壤养分有效化促进土壤养分有效化 形成土壤结构形成土壤结构 吸附污染物，减轻污染吸附污染物，减轻污染 其它其它 土壤水 主要来自降水，同时还有灌溉水和地下水。 形态分为固态水、液态水和气态水 液态水：吸湿水、膜状水、毛管水、重力水。 土壤空气 二氧化碳高于大气十到数百倍，氧气仅占十分之一左右。土壤水与空气土壤生物的种类和数量生物种类生物种类表土层（表土层（15cm）中数量（个中数

13、量（个/m2）生物种类生物种类表土层（表土层（15cm）中数量（个中数量（个/m2）微微生生物物细菌细菌1013 1014动动物物原生动物原生动物109 1010放线菌放线菌1012 1013线线 虫虫 类类106 107真菌真菌1010 1011蚯蚓蚯蚓30300藻类藻类109 1010其他动物其他动物103 105三、土壤的结构和环境特性三、土壤的结构和环境特性 土壤的结构土壤的结构 形态结构形态结构 土壤的环境特性土壤的环境特性 酸碱性酸碱性pH值）值） 缓冲性缓冲性 氧化还原状况氧化还原状况 土壤胶体土壤胶体 矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的，即通矿物质是以粗细不同的颗粒形式存在的，

14、即通常说的土壤颗粒。常说的土壤颗粒。 按粒径大小，土粒分为石砾、沙粒、粉粒和粘按粒径大小，土粒分为石砾、沙粒、粉粒和粘粒。粒。 土粒的大小与土壤矿物成分土壤化学成分密切土粒的大小与土壤矿物成分土壤化学成分密切相关。相关。 粘粒以上主要由各种原生矿物组成，以石英最粘粒以上主要由各种原生矿物组成，以石英最多，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物；粘粒多，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物；粘粒中原生矿物很少，基本上为次生矿物。中原生矿物很少，基本上为次生矿物。土壤颗粒土粒分级土粒分级粒粒 级级颗粒直径（颗粒直径（mm）土粒比表面增长（倍）土粒比表面增长（倍）砾砾 石石大大 砾砾 石石206小小 砾砾 石石6

15、2粗粗 砂砂20.610砂砂 粒粒细细 砂砂0.60.2极极 细细 砂砂0.20.06100砂质粉砂砂质粉砂0.060.02粉粉 砂砂中中 粉粉 砂砂0.020.00610000细细 粉粉 砂砂0.0060.002粘粘 粒粒粘粘 粒粒0.002100000胶胶 体体0.00021000000 土壤中的矿物质颗粒，在大多数情况下土壤中的矿物质颗粒，在大多数情况下不是以单粒状态存在，而是互相粘聚或不是以单粒状态存在，而是互相粘聚或者被胶结成大小、形状、性质不同的土者被胶结成大小、形状、性质不同的土片、土块、土团甚至团聚体。片、土块、土团甚至团聚体。 结构类型：块状及棱块状，柱状及棱柱结构类型：块状

16、及棱块状，柱状及棱柱状，片状，单粒结构及团粒结构。状，片状，单粒结构及团粒结构。土壤的形态结构土壤结构模型土壤结构模型形成机制 土粒的粘聚土粒的粘聚 粘粒的凝聚作用粘粒的凝聚作用 有机质的胶结作用有机质的胶结作用 难溶性化合物的胶难溶性化合物的胶粘作用粘作用 水膜的粘结作用水膜的粘结作用 土壤结构的成型土壤结构的成型 生物作用生物作用 干湿交替干湿交替 冻融交替冻融交替 耕作作用耕作作用土壤环境特性（一土壤的吸附特性土壤胶体）（一土壤的吸附特性土壤胶体）土壤胶体的结构土壤胶体的结构: :胶核胶核二氧化硅，氧化铁铝，次生硅酸盐，二氧化硅，氧化铁铝，次生硅酸盐，腐殖质腐殖质决定电位离子层决定电位离

17、子层胶核表面分子解离成为胶核表面分子解离成为离子，或从溶液中吸收某种离子而成离子，或从溶液中吸收某种离子而成补偿离子层补偿离子层胶团间溶液胶团间溶液土壤胶体种类 土壤无机胶体土壤无机胶体 含水氧化硅胶体，含水氧化铁含水氧化硅胶体，含水氧化铁铝胶体，水铝英石，粘土矿物铝胶体，水铝英石，粘土矿物 土壤有机胶体土壤有机胶体 有机无机复合体有机无机复合体土壤胶体的性质(1) 土壤胶体具有巨大的比表面和表面能DVST6 (2) 土壤胶体具有带电性 同晶置换： Al3+取代硅氧片中的Si4+； Mg2+取代水铝片中的Al3+ 永久性负电荷。 表面分子解离 ： OH, H2O 断键： SiO、AlO 表面分

18、子吸附： H+， PO43-(3)土壤胶体的凝聚性和分散性 （二土壤酸碱性 酸的产生酸的产生 生命活动生命活动 土壤溶液中活性铝的作用土壤溶液中活性铝的作用 吸附态氢离子和铝离子的作用吸附态氢离子和铝离子的作用 碱的产生碱的产生 土壤中大量存在的碱金属的水土壤中大量存在的碱金属的水解解（三土壤的氧化还原性土壤中的氧化还原体系：土壤中的氧化还原体系：铁体系铁体系 Fe() + e Fe()锰体系锰体系 Mn() + 2e Mn()硫体系硫体系 SO42 + 8e + 10H+ H2S + 4H2O氮体系氮体系 NO3 + 2e + 2H+ NO2 + H2ONO3 + 5e + 6H+ 1/2N

19、2 + 6H2ONO3 + 8e + 10H+ NH4+ + 3 H2O有机碳体系有机碳体系 CO2 + 8e + 8 H+ CH4 + 2H2Olg059. 00还原态氧化态nEEh 根据土壤的Eh值可以确定土壤中有机物和无机物可 能发生的氧化还原反应和环境行为。 土壤的Eh值700mV，土壤完全处于氧化条件下，有机物质会迅速分解；Eh400700mV：土壤中氮素主要以NO3形式存在；Eh400mV时：反硝化开始发生；Eh200mV时，NO3开始消失，出现大量的NH4+。当土壤渍水时，Eh值降至100mV，Fe2+浓度就会超过Fe3+；Eh值再降低，200mV时，H2S大量产生，Fe2+就会

20、变成FeS沉淀了，其迁移能力降低了。 岩石圈岩石圈大气圈大气圈生物圈生物圈水圈水圈土壤圈土壤圈土壤圈土壤圈地球表面环境系统的中心地带地球表面环境系统的中心地带物质与能量交换物质与能量交换第二节第二节 土壤的污染与退化土壤的污染与退化一、土壤的污染一、土壤的污染（一概念（一概念1、土壤环境背景值、土壤环境背景值 未受或很少受人类活动，特别是人为污染影未受或很少受人类活动，特别是人为污染影响的土壤化学元素的自然含量。响的土壤化学元素的自然含量。 判断土壤是否污染的依据之一；判断土壤是否污染的依据之一； 确定环境基准的依据之一；确定环境基准的依据之一； 确定土壤环境容量的依据。确定土壤环境容量的依据

21、。2、土壤环境容量：、土壤环境容量： 在保证土壤正常功能下，土壤所能容纳污染物在保证土壤正常功能下，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。的最大负荷量。3 3、土壤的自净能力、土壤的自净能力 土壤通过对有机无机物的吸附固定作用，使得土壤通过对有机无机物的吸附固定作用，使得污染物通过土壤后减轻了毒害，即为土壤的自污染物通过土壤后减轻了毒害，即为土壤的自净作用。净作用。作用方式：物理、化学、生物反应。作用方式：物理、化学、生物反应。作用结果：有些污染物在土壤中蓄积起来；有些作用结果：有些污染物在土壤中蓄积起来；有些被转化而降低，或消除了活度与毒性。被转化而降低，或消除了活度与毒性。（二土壤污染的概念和特

22、点（二土壤污染的概念和特点1、定义：、定义： 进入土壤的污染物超过土壤的自净能力，对土壤、动进入土壤的污染物超过土壤的自净能力，对土壤、动植物造成损害时的状况，成为土壤污染。植物造成损害时的状况，成为土壤污染。2、判断标准：、判断标准： （1背景值背景值 （2土壤环境质量标准土壤环境质量标准 （3植物污染物含量及受害状况植物污染物含量及受害状况 （4土壤生物指标：微生物、酶类土壤生物指标：微生物、酶类重庆市土壤重金属背景值(mg/kg)项项目目铬铬汞汞砷砷镍镍锌锌镉镉铅铅铜铜铁铁锰锰背背景景值值49.080.046.9937.3878.220.1423.5222.87/级级 别别 土壤土壤pH

23、值值一一 级级二二 级级三三 级级项目项目自然背景7.56.5镉镉 0.200.300.601.0汞汞 0.150.300.501.01.5砷砷 水田水田 1530252030旱地旱地 1540302540铜铜 农田等农田等3550100100400果园果园 150200200400铅铅 35250300土壤环境质量标准土壤环境质量标准 （GB 156182019）一级标准一级标准 为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值。二级标准二级标准 为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。

24、三级标准三级标准 为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。1、污染物的种类、污染物的种类 无机污染物：重金属、放射元素、盐、碱、酸等无机污染物：重金属、放射元素、盐、碱、酸等 有机污染物：农药、酚、石油等有机污染物：农药、酚、石油等2、污染源、污染源 化肥、农药化肥、农药 污水灌溉污水灌溉 固体废物含放射性物质）固体废物含放射性物质） 大气沉降大气沉降（三土壤污染源（三土壤污染源土壤主要污染物及其来源土壤主要污染物及其来源污污 染染 物物 种种 类类主主 要要 来来 源源无无机机污污染染物物重重金金属属汞（汞（Hg）制碱、汞化合物生产等工业废水和

25、污泥，含汞农药，金属汞蒸汽制碱、汞化合物生产等工业废水和污泥，含汞农药，金属汞蒸汽镉（镉（Cd）冶炼、电镀、染料等工业废水，污泥和废气，肥料杂质冶炼、电镀、染料等工业废水，污泥和废气，肥料杂质铜（铜（Cu）冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药锌（锌（Zn）冶炼、镀锌、纺织等工业废水，污泥和废渣，含锌农药，磷肥冶炼、镀锌、纺织等工业废水，污泥和废渣，含锌农药，磷肥铬（铬（Cr）冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥铅（铅（Pb）颜料、冶炼等工业废水，汽油防爆剂，农药颜料、冶炼等工业废水，汽油防爆剂，农药镍（

26、镍（Ni）冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥砷（砷（As）硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气，含砷农药硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气，含砷农药硒（硒（Se）电子、电器、油漆、墨水等工业排放物电子、电器、油漆、墨水等工业排放物放射放射元素元素铯（铯（137Cs）原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，核爆炸原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，核爆炸锶（锶（90Sr）原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，核爆炸原子能、核动力、同位素生产等工业废水和废渣，核爆炸其其它它氟（氟（F）冶炼、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废气

27、，肥料冶炼、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废气，肥料碱碱纸浆、纤维、化学等工业废水纸浆、纤维、化学等工业废水酸酸硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水，大气酸沉降硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水，大气酸沉降氰化物氰化物电镀、冶金、印染等工业废水，肥料电镀、冶金、印染等工业废水，肥料有有机机污污染染物物有机农药有机农药农药生产和使用农药生产和使用酚酚炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水多环芳烃多环芳烃石油、炼焦等工业废水、废气石油、炼焦等工业废水、废气石油类石油类石油开采，炼油，泄漏石油开采，炼油，泄漏表面活性剂表面活性剂城市污水，机械工业城市污水，

28、机械工业有害微生物有害微生物厩肥，城市污水、污泥厩肥，城市污水、污泥iiiSCPiiiSCP 内梅罗污染指数： 22max2PPPi权重法确定综合指数 niiiPWP1（五主要污染物在土壤中的迁移转化（五主要污染物在土壤中的迁移转化1 1、农药、农药 绝大多数为有机化合物，易为土壤微生物、土壤酶绝大多数为有机化合物，易为土壤微生物、土壤酶所分解，主要通过脱氯、脱烷基、苯环破裂、氧化还所分解，主要通过脱氯、脱烷基、苯环破裂、氧化还原、水解作用等使分子简单化。原、水解作用等使分子简单化。 农药的挥发性使它通过土壤孔道散失。农药的挥发性使它通过土壤孔道散失。(挥发扩散)(降落)(挥发扩散)(植物残体

29、)(根系吸收)(降落)(降落)(饲喂)(水土 流失或淋溶)(食用)(食用)(食用)(食用)(吸入)(皮肤渗透)(飘浮)(放牧)(防治寄生虫)(灌溉)大 气农作物农药施用农产品(粮、油、果、菜、烟、茶)饲料土 壤畜禽肉、油乳、蛋地表水（江、河、湖、海）藻类浮游生物鱼虾蟹螺贝水鸟人体图4-10 农药在自然界中的迁移（摘自谢荣武，农药污染及其防治，1983）2 2、重金属、重金属 机械迁移：机械迁移： 化学与物理化学转化：化学与物理化学转化： 形态分级：可溶态、吸附态、有机结合态、碳酸盐形态分级：可溶态、吸附态、有机结合态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、残余态等。结合态、铁锰氧化物结合态、残余态等。 难以移出土壤，形态和有效性随土壤环境条件而难以移出土壤，形态和有效性随土壤环境条件而异，表土或亚表