第四章土壤污染及其防治

第七章

土壤污染及防治

第一节

土壤的组成及性质一、土壤的组成

土壤是指位于陆地表面具有肥力的疏松层次，它具有独特的组成成分、结构和功能。土壤由矿物质、有机质、水分、空气和土壤生物五种成分组成，是固体、液体、气体三相共存的多相体系。其相对含量因时因地而异，大体上固体部分占50％，土壤空气占20％，土壤水分占30％。土壤的组成

（一）、土壤矿物质

土壤矿物质是地壳的岩石、矿物经过风化和成土过程作用形成的产物按成因类型可将土壤矿物分为两类：原生矿物和次生矿物.在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与土壤中的次生矿物混合存在，成为土壤矿物质。（二）、土壤有机质

土壤有机质是土壤中含碳有机物的总称，主要累积在土壤地表和上层土层，包括土壤中各种动、植物残体、微生物及其分解和合成的有机物质，一般占固相总重量的10％以下，但却是土壤的重要组成部分，对土壤的性质有很大的影响。

土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体，包括：（1）非特殊性的土壤有机质，包括动植物残体的组成部分以及有机质分解的中间产物，例如蛋白质、树脂、糖类、有机酸等，占土壤有机质总量的10~15%。(2)土壤腐殖质，是土壤特有的有机物质，占土壤有机质总量的85~90%，主要是动植物残体通过微生物作用，发生复杂转化而成。包括腐殖酸、富里酸、腐黑物等。（三）、土壤溶液

土壤的水分是土壤三相(固、液、气)中的要素。它把土壤、大气中的植物养分溶解，组成营养溶液，输送到植物根部。因此土壤水是植物吸收养料的主要媒介。当土壤受到污染时，各种污染物也可能溶解到土壤溶液中。（四）、土壤中的空气

土壤孔隙中所存在的各种气体的混合物称为土壤空气。土壤空气组成与大气基本相似，主要以N2

、O2

、CO2及水汽等为主要成分;其次还有少量土壤进行生物化学作用产生的还原性气体，如H2S、NH3、CH4、CO等.

如果是被污染的土壤，其空气中还可能存在污染物。与大气组成的差异1、土壤空气存在于相互隔离的土壤空隙中，是一个不连续的体系；2、土壤空气中，O2和CO2含量上有很大差异；3、土壤空气中水蒸气的含量比大气中高得多。（五）土壤生物

1、土壤生物可分为两大类

土壤微生物

土壤动物二、土壤的性质土壤质地土壤中的胶体土壤酸度和土壤的缓冲性土壤的氧化还原性1.2土壤的特性酸碱性◎我国土壤的pH大多在4.5－8.5范围内，并有由南向北pH值递增的规律性。

土壤的酸碱性首先决定于土壤的组成：我国长江（北纬330）以南的土壤，Si,Al,Fe含量较高，三者占土壤总量的95%以上，土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在4.5－5.5之间，有少数低至3.6－3.8；华中华东地区的红壤，pH值在5.5－6.5之间；长江以北的土壤（如华北、西北的土壤）大多含

CaCO3，多为中性或碱性，pH值一般在

7.5－8.5之间，少数强碱性土壤的

pH高达10.5。

土壤酸化的原因：化学原因——主要是矿物的风化过程产生的无机酸或大量二氧化碳；土壤弱酸盐的水解；无机肥料残留的酸根；重金属和有机物对土壤的污染；酸雨的影响；土壤胶体吸附的H+、Al3+等被其它阳离子交换：

土壤酸化的第二个原因是微生物对有机物降解。

土壤的碱化土壤溶液中OH-离子的主要来源是

CO32-和

HCO3-的碱金属（Na、K）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。交换性阳离子的水解：

吸附性土壤胶体的性质：具有巨大的比表面和表面能；电性；凝聚性和分散性；土壤胶体的离子交换吸附

阳离子交换吸附

阴离子交换吸附

氧化还原性

氧化还原体系体系

氧化态

还原态铁体系

Fe(III)Fe（II）

锰体系

Mn（IV）

Mn（II）

硫体系

SO42-H2S

氮体系

NO3-NO2-NO3-N2NO3-NH4+

有机碳体系

CO2CH4土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位（Eh）来衡量

2土壤环境污染与防治2.1基本概念土壤环境背景值：土壤的环境要素在未受到明显污染时，其化学元素的正常含量，以及环境中能量分布的正常值为环境背景值，又称作环境本底值。

土壤环境容量是在人类生存和自然生态不致受害的前提下，土壤壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量。

由于人类活动使土壤性状发生了不利于人类的改变，叫土壤污染

第二节土壤污染和自净一、土壤污染的概念土壤污染是指人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，并影响到植物的生长发育以及产量和质量的下降，这种现象叫土壤污染。

二、土壤污染的特点

1、隐蔽性和潜伏性

2、不可逆性和持久性

3、危害的严重性三、土壤污染类型和主要污染物（一）土壤污染类型（根据土壤污染发生的途径）水体污染型大气污染型农业污染型固体废弃物污染型（二）土壤污染的主要污染物1、有机物类主要是化学农药、除草剂等，化学农药的种类繁多，主要为有机氯和有机磷两大类工业“三废”中的有机污染物，较常见的有酚、油类、多氯联苯、苯并芘等。这些污染物进入土壤后，因其较稳定，不易分解而在土壤中积累，造成土壤污染。2、重金属污染物，如如砷、镉、汞、铬、铜、锌、铅等3、放射性污染物，如元素铯、锶等4、化肥5、病原微生物，如肠细菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌、肠寄生虫(蠕虫)、霍乱弧菌、结核杆菌等四、土壤净化土壤净化是指土壤本身通过吸附、分解、氧化—还原、络合－螯合作用及化学沉淀等作用而使进入土壤的污染物的浓度降低，形态改变，难以被植物所吸收而暂时退出生物小循环，脱离食物链或被排出土壤之外的过程。污染物在土壤中的迁移转化过程物理过程化学过程物理化学过程生物过程第三节土壤中有机污染物的迁移转化

一、有机农药在土壤中的迁移转化

1、土壤胶体对农药的吸附作用

2、化学农药在土壤中的挥发和扩散

3、农药在土壤中的降解

4、农药在土壤中的残留

5、植物对农药的吸收与代谢（1）、光化学降解许多农药在太阳紫外线的作用下发生光分解、光氧化、光水解或光异构化，使其分子结构发生改变，毒性降低或消失。（2）、化学降解化学降解以水解和氧化最为重要。（3）、微生物降解土壤中的微生物对有机农药的降解也起着十分重要的作用，也是土壤中农药降解的主要途径。二、典型农药在土壤中的迁移转化（一）、有机氯农药有机氯农药大部分是含有一个或几个苯环的氯的衍生物，其特点是化学性质稳定，残留期长，高脂溶性并能在其中积累。主要产品有：DDT、六六六、氯丹、毒杀芬等由于有机氯农药对环境造成的污染较大，目前不少国家已停止使用。

有机氯农药结构较稳定，生物体内酶难于降解，所以积存在动、植物体内的有机氯农药分子消失缓慢。由于这一特性，它通过生物富集和食物链的作用，环境中的残留农药会进一步得到农集和扩散。通过食物链进入人体的有机氯农药能在肝、肾、心脏等组织中蓄积，特别是由于这类农药脂溶性大，所以在体内脂肪中的积极因素贮更突出。蓄积的残留农药也能通过母乳排出，或转入卵蛋等组织，影响后代。（二）有机磷农药有机磷农药大部分视磷酸的酯类或酰胺类化合物，按结构可分为：

1、磷酸酯，如敌敌畏、二溴磷等

2、硫代磷酸酯，如乐果、对硫磷、马拉硫磷等

3、膦酸酯和硫代膦酸酯，如敌百虫等

4、磷酰胺和硫代磷酰胺类，如甲胺磷等有机磷农药多数为液体，除少数品种外，一般都难溶于水而易溶于有机溶剂。

有机磷农药是为取代有机氯农药而发展起来的，它容易降解，故对环境的污染和对生态系统的危害都没有有机氯农药普遍和突出。但有机磷农药毒性较大，是一种神经毒剂，它能抑制体内胆碱酯酶，造成乙酰胆碱聚积，导致神经功能紊乱等。急性中毒表现症状有：恶心、呕吐、呼吸困难、瞳孔缩小、肌肉痉挛、神志不清等。慢性中毒主要症状有：头痛、头晕、乏力、食欲不振、恶心、气短、胸闷等。1、有机磷农药的非生物降解（1）吸附催化水解：是土壤中有机磷农药的主要降解途径；（2）光降解2、有机磷农药的生物降解：这是土壤中有机磷农药转化的又一重要途径。氨基甲酸酯类农药（低毒低残留）除草剂类三、塑料制品对土壤的影响近年来城市垃圾中塑料制品的比例不断增加，如果这部分废塑料未加分拣、回收，让它与其它成分一起运往农村作为肥料，将对土壤产生不良影响。另外，各类农用塑料的大量使用，也使得大量残膜废片散落田间，造成了“白色污染”。由于塑料性质稳定，能耐酸碱，不易被微生物所分解，因此废塑料进入土壤后，会使土壤物理性质变劣，不利于植物的生长。

第四节重金属在土壤中的迁移转化一、重金属元素在土壤中的迁移转化

1、土壤胶体的吸附作用

2、土壤中重金属的络合—螯合作用

3、重金属的化学沉淀

4、土壤氧化还原条件与重金属的迁移转化1、土壤胶体的吸附作用

金属离子被土壤胶体所吸附，是它从液相转入固相的重要途径。胶体的吸附，特别是有机胶体的吸附，在很大程度上决定着土壤中重金属的分布和富集。2、土壤中重金属的络合—螯合作用

某些重金属在土壤溶液中往往不是以简单的离子形式存在，而主要是以络离子的形式存在。对几种重金属离子的研究表明（1）羟基与重金属络合作用可大大提高重金属氢氧化物的溶解度；（2）氯络合作用可提高难溶重金属化合物的溶解度，同时可减弱土壤胶体对重金属的吸附；（3）有机螯合物对金属迁移的影响取决于所形成的螯合物是难溶的还是易溶的。腐殖质中的胡敏酸与重金属形成的盐是难溶的；富里酸与金属形成的螯合物则是易溶的

在土壤中，腐殖质对金属离子的螯合作用和吸附作用是同时进行的；一般来说，当金属离子浓度高时以吸附为主；而在低浓度时以络合-螯合为主。3、重金属的化学沉淀

很多有毒重金属在土壤中是可以形成难溶性化学沉淀的，这与土壤的pH和Eh有关。土壤的pH值通常在5-8之间，在pH值较高时，许多重金属离子可能形成难溶的氢氧化物。在还原性条件下，不少重金属离子以难溶的硫化物形式存在于土壤中。二、几种主要重金属在土壤中的迁移转化（一）汞的迁移转化1、汞的氧化还原特征：土壤中有三种价态的汞，0、+1、+2；在正常的土壤Eh和pH条件下，汞能以单质的形式存在于土壤中，这是土壤中汞的重要特点在还原条件下Hg2+可被还原成Hg0；但在好气条件下又可被氧化成Hg2+Hg2+在含有硫化氢的还原条件下，将生成难溶的HgS;当氧充足时它又可被氧化成亚硫酸盐或硫酸盐，使HgS转化成Hg2+2、汞的吸附特征土壤中汞的形态分布，绝大部分为固定态。这主要是由于土壤对汞有强烈的吸附作用。Hg2+、Hg22+可被带负电的土壤胶体吸附，HgCI3-等可被带正电的胶体所吸附，而土壤中有机胶体对汞的吸附比粘土矿物、氧化物高的多。土壤对汞的吸附还受到pH值的影响，在pH值在1～8范围内，吸附量随pH值增高而增大3、汞的甲基化在嫌气条件下，无机汞在某些微生物的作用下可甲基化转化成为剧毒的可溶性有机汞－甲基汞（CH3Hg+)和二甲基汞[（CH3)2Hg]汞污染的危害

金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起。由于汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性，通过呼吸道进入肺泡，经血液循环运至全身。血液中的金属汞进入脑组织后，被氧化成汞离子，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时，就会对脑组织造成损害。另外一部分汞离子转移到肾脏。因此，慢性汞中毒临床表现主要是神经系统症状，如头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤、运动失调等。