土壤污染及其修复

1、内 容v土壤污染v土壤有机污染与修复v土壤有机污染与修复第一节 土壤污染v土壤污染是全球三大环境要素（大气、水体和土壤）的污染问题之一，也是全世界普遍关注和研究的主要环境问题。第一节 土壤污染一、土壤污染和净化1、土壤污染及其判断（1）土壤污染的概念是指人类活动产生的污染物进入土壤，并积累到一定程度，使土壤的组成和性质等发生变化，导致土壤的自然功能失调，土壤质量恶化的现象。土壤环境容量：是指一定环境单元，一定时限内遵循环境质量标准，即保证农产品质量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤能容纳污染物的最大负荷量。可以认为i，当进入土壤的污染物量不超过土壤环境容量时，就不会引起土壤污染。第一节

2、土壤污染一、土壤污染和净化1、土壤污染及其判断（2）土壤污染的的判断与评价土壤本底值生物指标第一节 土壤污染一、土壤污染和净化2、土壤污染的特点（1）土壤污染的隐蔽性（2）土壤污染的持久性（3）土壤污染的间接有害性第一节 土壤污染一、土壤污染和净化3、土壤净化作用是指进入土壤的污染物，经过一系列的物理、化学或生物化学过程，使其含量减少或存在形式改变，从而污染危害降低以致消失的现象。狭义的理解土壤净化，主要是指土壤中有机污染物的降解过程。广义地理解土壤净化作用，应包括污染物迁移出土体或因转化分解而使其在土壤中含量降低的过程，以及因吸附或沉淀等造成形态改变，使污染物不能被植物吸收而脱离食物链的过程

3、。第一节 土壤污染一、土壤污染和净化3、土壤净化作用土壤净化能力的强弱取决于土壤组成及性质的综合影响，同时还受气候及其他环境条件的影响。从净化机制来看，主要有下列作用过程。（1）物理过程污染物质在土壤中进行的挥发、稀释、扩散和渗漏以致移出土体之外。（2）物理化学过程土壤胶体颗粒对进入土壤中的污染物具有分子吸附（物理吸附）和离子交换吸附（物理化学吸附）作用。（3）化学过程进入土壤中的污染物可能发生一系列的化学反应，如溶解与沉淀、氧化还原、络合螯合、酸碱中和、水解、置换和化学反应，以及在太阳辐射能作用下引起的光化学反应等。可使污染物的形态改变，毒性减小，或者分解转化为无毒物质。（4）生物过程土壤中

4、种类繁多、数量巨大的土壤微生物存在对土壤中存在的有机污染物具有强大单位自净能力，另外，土壤生物中的高等绿色植物对污染物还具有吸收和富集作用。第一节 土壤污染二、土壤污染物和污染源1、土壤污染物根据污染物的性质，可以把土壤污染物大致分为无机污染物和有机污染物两大类。（1）无机污染物包括可能对生物有危害的元素和化合物，主要是重金属、放射性物质。营养物质和其他无机物质等。重金属如Hg、Cd、Cr、Pb、As、Zn、Cu、Co、Ni、Se、Sn、Ti、Ba等；放射性元素主要指Se、U、Sr等；营养物质主要指N、P、S、B等，其他物质包括氟、酸、碱、盐等。第一节 土壤污染二、土壤污染物和污染源1、土壤污

5、染物（1）有机污染物主要有人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、三氯乙醛、石油、多环芳烃、洗涤剂及高浓度的好氧有机物等。其中以有机农药等持久性有机污染物（P0Ps）所造成的危害最大，也是近几年来土壤环境科学界研究的重点。POPs 可分为三大类12种化学物质。杀虫剂：艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、氯丹、七氯、灭蚁灵、毒杀酚、DDT杀菌剂：六氯苯和多氯联苯（PCBs）化学品的副产物：二恶英（PCDD）和呋喃（PCDF）第一节 土壤污染二、土壤污染物和污染源1、土壤污染物（3）病源微生物有致病细菌、病毒和寄生虫等，如肠细菌、炭疽杆菌、蠕虫类。主要来源于未经处理的生物污水和医院污水，以及大型畜禽养殖场的排

6、放废水等。第一节 土壤污染二、土壤污染物和污染源2、土壤污染源首先，向土壤中施用化肥、喷洒农药并进行灌溉，污染物随之进入了土壤；其次，工业“三废”、生活“三废”直接进入土壤，而且，长期以来，土壤就是各类废弃物的处理场所，这是造成土壤污染的重要原因；再次，大气、水体等环境中的污染物可通过各种途径进入土壤，形成二次污染。第一节 土壤污染三、土壤污染的发生类型根据污染物进入土壤的途径，土壤污染主要可归纳为以下几种类型。1、大气污染型污染物来源于被污染的大气，主要是酸性氧化物、重金属、氟化物、放射性尘埃等，通过直接沉淀和随降水而落到地表。第一节 土壤污染三、土壤污染的发生类型根据污染物进入土壤的途径，

7、土壤污染主要可归纳为以下几种类型。2、水污染型土壤污染的主要类型。污染源是各类受污染的水体，或直接用来灌溉的污水，尤以后者带来的危害最为严重。第一节 土壤污染三、土壤污染的发生类型3、固体废物污染型固体废物主要指采矿废石、工 业矿渣、城市生物垃圾、污泥等，在土壤表面堆积后，通过降水渗滤、大气扩散污染周围土壤，或作为肥料施用直接影响土壤。第一节 土壤污染三、土壤污染的发生类型4、农业污染型指由于农业生产措施本身所引起的污染，如化肥、农药、农膜、厩肥等。第二节 土壤有机污染与修复v主要讨论有机农药、废塑料制品及石油等污染问题。一、有机农药种类繁多，全世界共有2000多个品种，中国常用的农药也有20

8、0多种，最常用的有杀虫剂、杀螨剂、除草剂、杀鼠剂、杀线虫剂、植物生长调节剂等类型。进入土壤的途径主要有：直接施用于土壤；通过浸种、拌种等施药方式进入土壤；漂浮在大气中的农药随降雨和降尘进入土壤。一般认为占施用量40%60%的农药最终落入土壤，造成了土壤的农药污染。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药1、农药在土壤中的迁移（1）土壤对农药的吸附作用进入土壤的化学农药通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面。农药被土壤吸附后，其溶解度和生理活性随之降低，因而也称之为土壤对农药的固定和灭活。土壤对各种农药吸附能力的强弱，主要决定于土壤和农药两者的性质及其所处的环境条件。

9、首先与土壤的组成有关，据研究，土壤有机质和各种黏土矿物对农药的吸附容量顺序是：有机胶体蛭虫蒙脱石伊利石绿泥石高岭石。其次，农药的分子结构和性质也直接影响到土壤对它的吸附作用。凡带有R3N-、-CONH2、-OH、-NH2COR、-NH2、-OCOR、-NHR等功能团的农药都能增强吸附强度。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药（2）农药在土壤中迁移进入土壤中的农药，可通过气体挥发、随水淋溶、生物体吸附等形式而迁移，并导致大气、水体和生物污染。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药1、农药在土壤中的降解农药在土壤中的降解，包括光化学降解、化学降解和微生物降解等。（1）光化学降解指土壤接受太阳辐射

10、能和紫外线等能量而引起农药的分解作用。大多数农药都能发生光降解作用。实验表明，光降解可能是部分农药转化和消失的一个重要途径。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药1、农药在土壤中的降解（2）化学降解纯化学反应在农药的降解中也起着重要作用。化学降解可分催化反应和非催化反应。非催化反应包括水解、氧化、异构化、离子化等作用，其中以水解和氧化最为重要。试验证明，阿特拉津、西玛津、扑灭津的水解是纯化学的。各种磷酸酯或硫代磷酸酯类农药易发生水解，一经水解就失去毒性和活性，这些农药大多在土壤中的残留时间较短。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药1、农药在土壤中的降解（3）生物降解土壤中农药的微生物分解作用

11、是农药在土壤中降解的最重要途径。凡影响土壤微生物正常活动的因素如温度、含水量、通透性、养分含量和pH等，都能影响农药的降解过程。另外，农药的性质对其降解也有很大关系，一般含羟基、羧基、氨基、硝基等集团的农药都易于生物降解。第二节 土壤有机污染与修复一、有机农药3、农药在土壤中的残留农药在土壤中的持续性常用半衰期和残留期来表示。半衰期是指附着于土壤的农药因降解等原因含量减少一半所需要的时间；残留期是指土壤中的农药因降解等原因含量减少75%100%所需要的时间。有机氯类农药在土壤中残留期最长，一般有数年之久；其次是均三氮苯类，取代脲类和苯氧乙酸类除草剂，一般数类杀虫剂月至1年；有机磷和氨基甲酸酯类

12、杀虫剂以及杀菌剂的残留时间只有几天或几周。第二节 土壤有机污染与修复二、废塑料制品具有一定的相对稳定性，不易被微生物和一些有机溶剂所降解或溶解。一般有机合成塑料，在自然条件下，可以几年、十几年甚至几十年不老化和不受破坏，尤其是农用塑料，如地膜覆盖、塑料大棚等，除其一部分回收重复再利用外，绝大部分将留存在土壤环境中。1、废塑料制品对土壤的危害（1）对土壤物理性质的影响废膜入土不深，主要集中在耕层。残留地膜对土壤容重、土壤含水量、土壤孔隙度等都有显著影响。第二节 土壤有机污染与修复残留量/(kg/hm2)含水量/%容重(g/cm2)相对密度孔隙度/%016.21.212.585337.515.51

13、.242.6052.47515.91.292.6150.515014.71.362.6548.622514.31.432.6345.730014.51.542.6742.337514.41.622.6639.245014.21.842.7035.7第二节 土壤有机污染与修复二、废塑料制品1、废塑料制品对土壤的危害（1）对土壤物理性质的影响残留地膜可以使土壤容重和相对密度增加，土壤含水量和孔隙度减少。残留地膜集中在土壤耕作层，形成隔离层，影响水分、养分、空气、热量的上下运行，阻碍土壤毛细管水和自然水的渗透，并影响土壤的吸湿性。导致短苗断垅，又影响根系的发展和穿插。第二节 土壤有机污染与修复二、废

14、塑料制品1、废塑料制品对土壤的危害（2）对作物的毒害作用一方面，聚氯乙烯农膜本身含有很强毒性，对于作物种子萌发和幼苗生长有损害作用；另一方面，塑料加工过程中加入的各种添加剂，如稳定剂、增塑剂、润滑剂、颜料、抗氧剂、紫外线吸收剂和去静电剂等。含有毒性较强的磷酸酯类和多种有害的重金属等，对作物生长直接影响外，还会通过食物链给动物和人带来危害。第二节 土壤有机污染与修复二、废塑料制品1、废塑料制品对土壤的危害（3）其他方面的危害残留农膜碎片会随农作物的秸秆等进入饲料，牛羊等误食后，导致肠胃功能失调，严重时会引起厌食和进食困难，甚至导致死亡；残留农膜碎片焚烧产生的有害气体造成大气二次污染；土壤中的部分

15、残留膜被风吹到地表环境中，影响农村景观，形成“白色污染”。第二节 土壤有机污染与修复二、废塑料制品2、塑料制品在土壤中的降解和残留这些农业中用到的废塑料制品大部分都是化学合成的有机物，在自然界中没有明显的类似物，这些新合成的化合物称为生物异源物质，在有氧或无氧条件下都很稳定。有的长达200400年之久。解决方法：在塑料中加入易发生光解的光敏剂和易被微生物分解的物质。均存在成本较高的原因而无法大面积推广。所以，目前对农田中废塑料制品污染的防治没有特别有效的方法，只能以防为主，从价格和经营体制上优化和改善对废塑料制品的回收和管理。第二节 土壤有机污染与修复三、土壤的石油污染众所周知，原油是各种不同

16、的碳氢化合物所组成的复杂混合物，主要有烷烃、环烷烃和芳香烃，其中芳香烃化合物具有致癌作用，尤以苯并芘致癌性最强。在经过各种途径进入土壤后，在土壤-植物系统中迁移、转化、残留，并可随食物链传递，因而其污染危害不容忽视。第二节 土壤有机污染与修复三、土壤的石油污染1、土壤石油污染源污灌（石油污染的废水灌溉），是引起农田土壤大面积受石油污染的最主要原因。另外，石油生产、储运、炼制加工和使用过程中的跑、冒、滴、漏以及炼油废渣的不合理堆放，含油垃圾、污泥的大量施用也是土壤遭受污染污染的重要途径。第二节 土壤有机污染与修复三、土壤的石油污染2、土壤石油污染的危害石油在土壤中的降解速度慢，在土壤和作物体中存

17、留时间长，从而引起多方面的危害。（1）影响作物生长；（2）影响农作物的品质；（3）抑制微生物活动，降低酶的活性第二节 土壤有机污染与修复三、土壤的石油污染3、防治土壤石油污染的措施最主要的措施是加强含矿物油污水的治理和严格控制农田灌溉用水水质，以及在施用含矿物油污泥，垃圾时严格控制其中矿物油的浓度和施用量。我国的农田灌溉水质标准规定其中矿物油含量不得超过10mg/L。第二节 土壤有机污染与修复四、土壤有机污染的修复治理土壤污染有两种方式：一是原位修复，即在原地进行、不对土壤做大的扰动的原位修复，二是将土壤挖出后处理的异位修复。异位修复破坏了原土壤结构，很难治理污染较深的区域，并且操作成本高，除

18、在小规模治理的情况下，一般很少施用，主要是原位修复为主。常用的方法主要有物理法、化学法和生物法。第二节 土壤有机污染与修复四、土壤有机污染的修复生物方法：指利用生物的生命代谢活动减少土壤中有毒有害物的含量或使其完成无害化，从而使污染土壤部分或完全地恢复到原有状态的过程。生物修复包括微生物修复、植物修复、菌根修复和动物修复，意义较大的是前两者。优势是成本低、可原位处理、不破坏土壤、不产生二次污染、处理效果好等。第二节 土壤有机污染与修复四、土壤有机污染的修复（1）微生物修复早期的生物修复主要指微生物修复，是研究最早、最深入、应用也最为广泛的一种生物修复方法，其他生物修复技术也大多离不开微生物的作

19、用。有机物土壤污染的微生物修复是最为有效和可靠的方法，就是运用向土壤提供足够的O2或其他电子受体，添加N、P等营养物质并接种经驯化培养的高效微生物，调节适当的环境条件等工程化技术，利用微生物将残存在土壤中的农药、矿物油等有机污染物降解或去除，使之转化为无害物或降解为CO2和H2O等。第二节 土壤有机污染与修复四、土壤有机污染的修复（2）植被修复在土壤的无机污染，如土壤重金属污染等方面的治理，已得到大量应用，但土壤有机污染的植被修复刚刚起步。植物对有机污染物去除作用有三方面：一是对有机污染物的直接吸收和代谢转化；二是植物酶的作用；如植物释放出的硝酸还原酶、脱卤酶、过氧化物酶等对有机污染物的降解有

20、重要作用；三是根际环境的作用；植物根系给微生物提供了生境，间接影响土壤中有机污染物的降解。第三节 土壤无机污染与修复土壤无机污染主要是大气酸性沉降物和重金属。一、酸沉降对土壤的污染酸性沉降广义地包括所有pH低于5.6的雨、雾、雪、露、尘埃等物质。酸性沉降物对作物和森林等的影响是通过影响土壤表现出来的。1.酸沉降对土壤的污染危害（1）引起土壤酸化（2）危害作物生长土壤酸化的结果，使得原有作物难以适应，表现为土壤的容种度下降。土壤酸度影响植物生长的途径有以下几种：其一、当土壤pH值介于43时，对植物直接产生毒害；其二、pH降至5.55.0时，铝离子开始出现；当pH进一步降低时，铝的溶解度提高。铝离

21、子毒害是土壤酸度影响大多数植物生长的主要途径；其三、土壤pH降至5左右时，锰离子的浓度即可达到有毒水平，并随土壤pH降低而提高；其四，土壤pH降低可能引起植物对钙、镁、钼等元素的缺乏症状。（3）影响微生物活动酸性沉降物使土壤有机物质的分解、硝化作用、反硝化作用、共生和非共生固氮作用减弱，从而减缓植物生态系统非养分循环。第三节 土壤无机污染与修复2.土壤酸化的防治除了要控制大气中SOX及NOX等酸性物质的污染源外，还可采取以下措施。（1）施用石灰等碱性物质抑制土壤酸化。（2）施肥以补充酸化土壤损失的养分。如钙、钾元素，这两种元素在酸淋洗过程中损失较大，作物对它们的需要量很高，尤其是蔬菜作物。第三

22、节 土壤无机污染与修复二、土壤重金属污染受工业“三废”的排放、污水灌溉、污泥农用等影响，我们目前存在较为严重的土壤重金属污染问题。1.土壤重金属污染的危害及特征目前研究较多重金属及类金属元素有Hg、Cr、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Se等。其中，有些是植物生长发育所必须的微量元素，如Fe、Mn、Cu、Zn等，有些是植物生长不需要的元素，如Hg、Cd、Pb、Cr等，具有很强的生物毒性，对人体健康的危害性比较明显。第三节 土壤无机污染与修复1.土壤重金属污染的危害及特征重金属污染作物的危害主要有：影响种子萌发；影响光合、呼吸灯生理生化过程；引起作物产量降低等。受其本身化学性质的影响，土壤中的重金属一般不易随水移动，不能为微生物分解，而常在土壤中累积，甚至有的可能转化成毒性更强的化合物，可以通过植物吸收再植物体内富集转化，对人类带来潜在的危害。而且，重金属在土壤中的积累初期，不易发现，但积累到一定程度就会表现出现，且污染难以彻底消除。第三节 土壤无机污染与修复2.重金属在土壤中的迁移（1）物理迁移径流作用、水土流失和风蚀作用都可以使重金属随土壤颗粒发生位移和搬运。（2）物理化学迁移和化学迁移重金属污染物通过离子交换吸附、络合作用等形式与土壤胶体相结合，或