第五章农田土壤生态与保护

1、农田土壤生态与保护农田土壤生态与保护土壤培肥我国现有压耕地我国现有压耕地1.3亿公顷左右，其中高、中、亿公顷左右，其中高、中、低产田各占三分之一。低产田各占三分之一。第二次全国土壤普查表明第二次全国土壤普查表明无障碍因素的优质地：无障碍因素的优质地：21有机质小于有机质小于6：10；缺磷：缺磷：59；缺钾：缺钾：23；水土流失：水土流失：3；沙化：沙化：7低洼易涝：低洼易涝：6；含盐大于含盐大于3ppm：5；土壤培肥的基本措施1、增施有机肥料、增施有机肥料2、发展旱作农业，建设灌溉农业、发展旱作农业，建设灌溉农业3、合理轮作倒茬，用地养地结合、合理轮作倒茬，用地养地结合4、合理耕作改土，加速土

2、壤熟化、合理耕作改土，加速土壤熟化5、防止土壤侵蚀，保护土壤资源、防止土壤侵蚀，保护土壤资源 ( (一一) )生物一土壤系统法生物一土壤系统法土壤污染与治理土壤净化：土壤净化：当从外界环境进入土壤中的各种污染物质，当从外界环境进入土壤中的各种污染物质，被土壤胶体所吸附，使其毒性降低，或土壤微生物和被土壤胶体所吸附，使其毒性降低，或土壤微生物和小动物对污染物质的分解，使有毒变为无毒的过程。小动物对污染物质的分解，使有毒变为无毒的过程。土壤污染：土壤污染：当土壤中某些有害物质含量过高，超过了土当土壤中某些有害物质含量过高，超过了土壤净化的能力，土壤微生物的生命活动受到抑制和破壤净化的能力，土壤微生

3、物的生命活动受到抑制和破坏订就会导致土壤污染。坏订就会导致土壤污染。我国土壤污染的种类：我国土壤污染的种类：重金属污染和有机污染重金属污染和有机污染土壤背景值土壤污染定量指标：土壤污染定量指标：1、土壤中污染物的积累量超过土壤背景值即属于土壤污染。、土壤中污染物的积累量超过土壤背景值即属于土壤污染。此时的土壤背景值指未受人类污染影响的自然环境中化学此时的土壤背景值指未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量。元素和化合物的含量。2、土壤中污染物的积累量超过区域土壤背景值即属于土壤污、土壤中污染物的积累量超过区域土壤背景值即属于土壤污染，区域土壤背景值指在一定区域内，地理环境发展到一染，

4、区域土壤背景值指在一定区域内，地理环境发展到一定的历史进程、科学技术发展到一定的水平下，土壤与各定的历史进程、科学技术发展到一定的水平下，土壤与各环境要素间、土壤与人体之间化学物质处于动态平衡时的环境要素间、土壤与人体之间化学物质处于动态平衡时的含量。含量。土壤污染源1、污水灌溉、污水灌溉2、施肥：污泥作为肥料、施肥：污泥作为肥料3、施用农药、施用农药4、工业废气、工业废气5、工业废渣、工业废渣土壤污染物有土壤污染物有：无机物：重金属，酸，碱，盐等；无机物：重金属，酸，碱，盐等；有机农药：杀虫剂、杀菌剂、除草剂等；有机农药：杀虫剂、杀菌剂、除草剂等；有机废弃物：油、酚等有机物有机废弃物：油、酚

5、等有机物化学肥料：化学肥料：N、P；污泥、矿渣、粉煤灰等；污泥、矿渣、粉煤灰等；放射性物质及寄生虫、病原菌和病毒等。放射性物质及寄生虫、病原菌和病毒等。土壤污染的防治1、加强对土壤污染的调查和监测、加强对土壤污染的调查和监测2、彻底消除污染源、彻底消除污染源3、增施有机肥料及其他肥料、增施有机肥料及其他肥料4、铲除表土，挖去污染层，或客土改良、铲除表土，挖去污染层，或客土改良5、生物措施、生物措施6、采用人工防治措施、采用人工防治措施土壤重金属污染生物修复土壤重金属污染生物修复重金属污染重金属污染重金属污染来源重金属污染来源受污染危害的小麦 Cu 2000 Zn 3000 Pb 1000 Cd

6、 30 Ni 100 As 100 （mg/kg） 根据农业部环境检测系统近年对我国根据农业部环境检测系统近年对我国24个省市城郊、个省市城郊、污灌区、工矿等经济发展较快地区的污灌区、工矿等经济发展较快地区的320个重点污个重点污染区进行调查表明，其中染区进行调查表明，其中大田作物污染超标的农产大田作物污染超标的农产品种植面积为品种植面积为910万亩，占调查总面积的万亩，占调查总面积的20%；污；污染超标粮食产量为染超标粮食产量为277.6万吨，占监测调查总产量万吨，占监测调查总产量的的17.5%。大田作物中，农产品的主要污染物为。大田作物中，农产品的主要污染物为重重金属类金属类。重金属含量超

7、标的农产品产量与面积约占。重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，其中以上，其中以以铅、镉、汞、铜及其复合污染铅、镉、汞、铜及其复合污染最为突出（曹仁林，最为突出（曹仁林，2001）。）。重金属污染情状重金属污染情状l污染面积：污染面积：106 hal污染元素：污染元素：Cu, Zn , Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, As l污染粮食：污染粮食：1200万吨；镉米，汞米。万吨；镉米，汞米。原位钝化原位钝化原位固定原位固定原位失活原位失活目前采用的修复技术目前采用的修复技术 一、 工程工程措施清洗法清洗法电化学法电化学

8、法客土、换土、去表土客土、换土、去表土 客土：向污染土壤加入大量的未污染土壤，覆客土：向污染土壤加入大量的未污染土壤，覆盖其表层或混匀。盖其表层或混匀。 换土：把污染土壤取走，换入新的洁净土壤。换土：把污染土壤取走，换入新的洁净土壤。 去表土：表层土壤移走，并采取相应措施培肥、去表土：表层土壤移走，并采取相应措施培肥、提高土壤肥力和土地生产力。提高土壤肥力和土地生产力。 二、二、 化学改良化学改良三、农艺措施措施四、土壤生物修复四、土壤生物修复（Soil Bioremediation)利用土壤中原有的或引入的功能生物体，包括植物、动物和微生物，单独地或联合地吸收、降解或转化土壤中的污染物，使污

9、染物的浓度降低到可接受的水平或将污染物转化成无害物质的过程或技术。植物修复技术形成背景植物修复技术形成背景金属污染土壤的植物修复金属污染土壤的植物修复（Phytoremediation）是一种利用自然生长植物）是一种利用自然生长植物或者遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境或者遗传工程培育植物修复金属污染土壤环境的技术总称。它通过植物系统及其根微生物群的技术总称。它通过植物系统及其根微生物群落来移去、挥发或稳定土壤环境污染物，是一落来移去、挥发或稳定土壤环境污染物，是一种修复金属污染土地的经济、有效的方法。种修复金属污染土地的经济、有效的方法。植物修复植物修复(Phytoremediation)

10、自然植物自然植物遗传工程培育植物遗传工程培育植物植物系统植物系统根际微生物根际微生物去去 除除降降 解解稳稳 定定重金属、放射性核素、有机化合物重金属、放射性核素、有机化合物根际强化生物降解根际强化生物降解Enhanced Rhizosphere Degradation根际微生物降解根际微生物降解(石石油烃油烃)植物吸取植物吸取Phytoextraction转移到植物地上部转移到植物地上部植植物物修修复复植物过滤植物过滤Phytofiltration根系浓缩根系浓缩 (137Cs)植物挥发植物挥发Phytovolatilization植物吸取植物吸取,积累积累,挥发挥发 (Se, Hg)植物降

11、解植物降解Phytodegradation植物体内部代谢植物体内部代谢（氯代化合物）（氯代化合物）植物稳定植物稳定Phytostabilization根系固定根系固定 (Pb)植物提取植物提取植物挥发植物挥发植物稳定植物稳定植物降解植物降解植物修复的优点植物修复的优点生物修复的优点与缺点生物修复的优点与缺点 优优点点 缺缺点点 1. 可可在在现现场场进进行行 2. 使使点点位位的的破破坏坏达达到到最最小小 3. 减减少少运运输输费费用用，消消除除运运输输隐隐患患 4. 永永久久性性的的消消除除污污染染物物 5. 费费用用低低 6. 可可与与其其它它技技术术结结合合使使用用 1. 不不是是所所有

12、有污污染染物物都都可可以以使使用用，对对有有些些污污染染物物不不能能较较好好地地应应用用 2. 有有些些降降解解产产物物的的毒毒性性和和迁迁移移性性增增强强 3. 土土壤壤类类型型间间差差异异性性强强 4. 工工程程前前期期投投入入高高 5. 需需增增加加微微生生物物监监测测项项目目 超积累植物（Hyperaccumulator） 目前已发现的超积累植物几种典型超积累植物 Zn超积累植物：超积累植物：Thlaspi calaminare Cd超积累植物：超积累植物：Brassica juncea Ni超积累植物：超积累植物：Thlaspi goesingense As超积累植物：超积累植物：P

13、teris vittataThlaspi calaminareZn超积累植物遏蓝菜超积累植物遏蓝菜Pteris vittata As超积累植物蜈蚣草超积累植物蜈蚣草有机污染土壤的生物修复有机污染土壤的生物修复 在我国经济高速发展地区，耕地污染事件越来越多。在我国经济高速发展地区，耕地污染事件越来越多。其主要是重金属污染，但持久性有机污染物其主要是重金属污染，但持久性有机污染物(POPs)污染问题也很突出污染问题也很突出(滴滴涕（滴滴涕（DDTs）、六六六）、六六六（HCH）、）、PAHs等等) 分析表明，我国沈抚污灌区部分蔬菜基地发现分析表明，我国沈抚污灌区部分蔬菜基地发现“三三致致”污染物苯

14、并污染物苯并a芘的含量高出土壤本底值芘的含量高出土壤本底值3-25倍。倍。土壤中有机污染物土壤中有机污染物 农药农药 石油石油 氯代化合物氯代化合物 多环芳烃（多环芳烃（PAHs） 等等等等现在人们比较关心持久性有机污染物现在人们比较关心持久性有机污染物持久性有机污染物持久性有机污染物（POPs：Persistence Organic Pollutants）应享有以下共性：应享有以下共性：（1）有机（包括金属有机）物质）有机（包括金属有机）物质;（2）在环境里缓慢降解；）在环境里缓慢降解；（3）生物积聚）生物积聚;（4）具有毒性；）具有毒性；持久性有毒物的范畴应包括所有具有这种特性的物质。持久

15、性有毒物的范畴应包括所有具有这种特性的物质。应注意其的内分泌干扰性。应注意其的内分泌干扰性。 由联合国环境署召集的政府间谈判以达成一项国际由联合国环境署召集的政府间谈判以达成一项国际文书所针对的十二种持久性有机污染物只是持久性文书所针对的十二种持久性有机污染物只是持久性有毒物的一部分。这些物质（常称为有毒物的一部分。这些物质（常称为“肮脏十二肮脏十二种种”，见表）是目前被认为最具当务之急的持久性，见表）是目前被认为最具当务之急的持久性有机污染物。有机污染物。 持久性有机污染物的种类持久性有机污染物的种类国际谈判中的持久性有机污染物国际谈判中的持久性有机污染物农药农药 工业化学品工业化学品 无意

16、产生的付产品无意产生的付产品 艾氏剂艾氏剂 六氯代苯六氯代苯 二恶英二恶英 氯丹氯丹 多氯联苯多氯联苯 呋喃呋喃 滴滴涕滴滴涕 狄氏剂狄氏剂 异狄氏剂异狄氏剂 七氯七氯 六氯代苯六氯代苯 灭蚁灵灭蚁灵 毒杀芬毒杀芬 注：六氯代苯既是农药也是工业化学品，并也是某注：六氯代苯既是农药也是工业化学品，并也是某些工业过程中无意产生出来的付产品。些工业过程中无意产生出来的付产品。奥斯陆巴黎（奥斯陆巴黎（OSPAR）公约：优先控制的持久性毒物）公约：优先控制的持久性毒物名单，这个名单上的有些物质与联合国环境署提出的持名单，这个名单上的有些物质与联合国环境署提出的持久有机污染物的相同但还包括一些其它的化学物

17、久有机污染物的相同但还包括一些其它的化学物多氯二苯多氯二苯p p二恶英（二恶英（PCDDPCDDs s） 有机锡化合物有机锡化合物 多氯二苯并呋喃（多氯二苯并呋喃（PCDFPCDFs s） 壬酚其羟乙化物（壬酚其羟乙化物（NPNPNPENPEs s）及有关物质）及有关物质 多氯联苯（多氯联苯（PCBPCBs s） 二甲苯麝香二甲苯麝香 多环芳香烃化合物（多环芳香烃化合物（PAHPAHs s） 溴化阻燃物溴化阻燃物 五氯酚（五氯酚（PCPPCP） 某些酞酸酯酞酸二丁酯和二乙基已基酞酸酯某些酞酸酯酞酸二丁酯和二乙基已基酞酸酯 短链氯化短链氯化石蜡（石蜡（SCCPSCCP） 六六六及其异构体（六六六

18、及其异构体（HCHHCH） 汞及有机汞化合物汞及有机汞化合物 镉镉 铅及有机铅化合物铅及有机铅化合物 污染土壤的生物修复方法污染土壤的生物修复方法 根据人工作用的方式和程度，对生物修复可作如下分类：根据人工作用的方式和程度，对生物修复可作如下分类：自然生物修复（自然生物修复（natural bioremediation） 主要是依靠土著微生主要是依靠土著微生物的自然降解修复过程。物的自然降解修复过程。原位生物修复（原位生物修复（in situ bioremediation） 是在污染的原地点进是在污染的原地点进行，采用一定的工程措施，如利用生物通气、生物淋洗等方行，采用一定的工程措施，如利用生物通气、生物淋洗等方式进行。式进行。易位生物修复（易位生物修复（ex situ bioremediation） 是采用工程措施移动是采用工程措施移动污染土壤到邻近地点或反应器内进行的修复。很显然这种处污染土壤到邻近地点或反应器内进行的修复。很显然这种处理更好控制，结果容易预料，技术难度较低，但投资成本较理更好控制，结果容易预料，技术难度较低，但投资成本较大。大。有机污染物生物修复技术有机污染物生物修复技术 微生物修复技术