第五章 土壤污染与防治

第五章土壤污染与防治

＊概念：土壤是在母质、气候、生物、地形和时间五大因子(五大成土因素)综合作用下形成的自然体，能够生产植物收获的陆地疏松表层。第一部分土壤的组成和基本性质一、土壤的组成矿物质固相物质

有机质：动植物残体，微生物分解和合成的有机物质

气相粒间物质

土壤液相

土壤动物（各类昆虫、线虫、节肢动物）

生物体土壤微生物二、土壤的结构是指土壤结构体的类型、数量、排列方式、孔隙状况及稳定性的综合特性。土粒：是形成土壤结构的基础骨架（粒径大小）

砂粒、砾石

空隙（使土壤具有通透性）这种土粒的结构优点是：为空气和水分的进入提供了便利的通道，通过水分给土壤带来热量。缺点是：保水保热能力差，特别容易受到污染的危害。

粉粒：能保持一定的水分和由水带来的热量。

粘粒：吸水膨胀；失水收缩。三、土壤环境的基本性质

（一）土壤环境的物理学性质对环境的影响

1、土壤孔性土壤孔性：是指土壤孔隙数量大小的分配和比例特征。

无效孔隙：粘土中较多，砂质土壤少

毛管孔隙：毛细管孔隙（能保持对植物有效的毛细管水，对土壤供水、供肥具有重要意义。土壤孔隙

通气孔隙：空气和水分的通道，是土壤通气和透水的重要指标。

土壤孔隙的作用：①调节水、气、热②净化污染物质（通过过滤截留、物理化学吸附、化学分解、微生物降解）２、土壤质地就是指土壤的结构性质（砂土、粘土）影响进入环境污染物质的截留、迁移和转化。粘土：比表面大，800-1000m2/g，吸附力强，污染物不易迁移。砂土：比表面小，土壤孔隙大，通透性好，吸附能力弱，污染物易迁移。第二部分土壤污染及防治

我国遭受不同程度污染的农田已达1000万hm2.粮食减产达1.3×1010kg;

我国单位耕地面积化肥用量为世界平均用量的2.9倍.

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-N含量已高达50ｍｇ/Ｌ。

1994年,我国农药的施用量已超过2.2×105ｔ,占世界农药总产量的十分之一。据估计,我国受农药污染的土地已达到1.3×108hm2.引言

我国在人口剧增和农业低投入双重作用下，土地退化和生态平衡失调问题尤为突出,主要形式如下：水土流失土地荒漠化土壤盐碱化土壤退化水土污染（1）土壤流失这就是李自成的家乡—

米脂（2）荒漠化（3）土壤次生盐渍化指由于不合理的耕作灌溉而引起的土壤盐渍化过程。主要发生在干旱或半干旱地区地下水位较高、地下径流不畅、地下水中含有较多可溶性盐的冲积平原，

（4）土壤退化食用含过量重金属砷的蔬菜，导致人患皮肤病。土壤健康对人类至关重要（5）土壤污染砷污染对人体造成的危害

氟污染造成的危害氟中毒氟中毒是一种慢性全身性疾病，早期表现为疲乏无力、食欲不振、头晕、头痛、记忆力减退等症状。过量的氟进入人体后，主要沉积在牙齿和骨骼上，形成氟斑牙和氟骨症。氟斑牙在牙齿表面出现白色不透明的斑点，斑点扩大后牙齿失去光泽，明显时呈黄色、黄褐色或黑褐色斑纹。严重者牙面出现浅窝或花样缺损，牙齿外形不完整，往往早期脱落。氟骨症表现为腰腿痛、关节僵硬、骨骼变形、下肢弯曲、驼背，甚至瘫痪。

硒中毒造成的危害

土壤污染一、土壤背景值*土壤背景值:理论上是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。（未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量）

是否还有不受污染的净土？

土壤背景值的用途：

1、农田施肥；

2、土壤污染评价

3、计算土壤环境容量；

4、应用于医疗卫生；二、土壤自净作用

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。

物理自净化学和物理化学自净生物化学自净三、土壤环境容量

环境容量：在一定条件下环境对污染物最大容纳量。*土壤环境容量：土壤环境单元一定时间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。

元素我国主要土壤重金属临界含量（mg/kg）土壤CdPbAsCa黑土1.4253042298黑钙土2.3030025110黄棕壤0.305865199砖红壤0.632434580赤红壤0.462873845红壤0.5634547104潮土0.6436635104紫色土（中性）0.7443011110四、土壤污染的概念土壤污染直接的影响是土地生产力的下降；通过土壤-植物-动物-人体食物链的污染，危害人体健康、威胁人类生存；土壤污染还危害其他环境要素如水体，大气等。土壤污染:进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。中国重金属污染耕地总计：2000万公顷中国有机物污染农田总计：6000万公顷据报道人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。五、土壤污染的原因*导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃物排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等。土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净积累。六、土壤污染的定量化如何判断土壤受到了污染？污染严重程度多少？方法：1.定量方法生物--土壤系统法化学法背景值法土壤污染指数法生物－土壤系统法：以植物从土壤中吸收污染物后，其可食部分污染物含量达到食品卫生标准，或产量因污染而减少10％时的土壤污染物浓度为土壤污染临界值，超过该值为污染；化学法：是在生物--土壤系统法的基础上建立起来的。利用“土壤污染临界值”的概念，直接取其“临界值”的测定方法与指标（土壤全量或有效量），判断土壤是否受污染，或进行污染等级的划分；背景值法：建立在环境背景值的统计基础上，能反映出环境变异的数量特征（以土壤背景值加二倍标准差为临界值）。在实践中使用较多。但不能反映出生物适应能力因环境和自身长势而变异的影响；土壤污染指数法：按污染物的污染指数（土壤中污染物的实测浓度与其污染临界浓度的比值）来划分污染程度。上述四种方法中，最基本的依据是土壤污染临界值和背景值，而土壤污染临界值至今只有极少数的标准，亟待研究。即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超过土壤基准量，而给生态系统造成了危害，此时才能被称为污染。土壤污染“定量化”概念：*根据土壤环境质量的功能和保护目的，将我国土壤划分为三类：2.土壤（环境）质量标准Ⅰ类，主要适用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其它保护地区的土壤，土壤质量基本上保持自然背景值；Ⅱ类，主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；Ⅲ类，主要适用于林地土壤及污染物容量较大地高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。将土壤质量标准分为三级：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；二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长地土壤临界值。

执行：I类土壤环境质量执行一级标准；II类土壤环境质量执行二级标准；III类土壤环境质量执行三级标准。土壤环境质量标准(GB15618-1995)(mg/kg)

级别123土壤pH自然背景<6.56.5-7.5>7.5>6.5Cd0.200.300.300.601.0Hg0.150.300.501.01.5As水田1530252030As旱地1540302540Cu农田等3550100100400Cu果园-150200200400Pb35250300350500Cr水田90250300350400Cr旱地90150200250300Zn100200250300500Ni40405060200宁波市江东等五个蔬菜基地

土壤的重金属含量（mg/kg)引自：陆针松等，土壤环境、施肥与农产品品质的关系温州市城郊兴通桥等六个蔬菜基地

土壤的重金属含量（mg/kg)引自：王亮等，温州市城郊污灌对土壤和蔬菜品质的影响杭州市城郊转塘等十一个蔬菜基地

土壤的重金属含量（mg/kg)引自：谢正苗等，杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查研究土壤污染物的来源及危害工业污染源：交通运输污染源：农业污染源：生活污染源：

土壤中污染物的来源具有多源性，主要是工业“三废”，化肥农药、城市污泥、垃圾等。1.土壤中污染物的来源*土壤污染源工业区周围工业“三废”、污水灌溉等农业生产本身产生的，农药和化肥，动物废弃物等尾气等生活垃圾、废水等废弃物无机污染物:有机污染物:有害微生物：*三大类土壤污染物：2.土壤污染物的种类进入土壤中并影响土壤正常功能的物质，即会改变土壤的成分，降低农作物的数量和质量，有害人体健康的物质，统称土壤污染物质*。重金属、非金属、放射元素、无机酸碱等有机农药、石油、酚类等污染病虫害等重金属土壤环境污染的重金属，主要有汞、镉、铅、铬、铜、锌，以及类金属砷和非金属氟。*重金属元素对土壤的污染特点：不移动、不微生物分解,通过食物链积累。重金属主要通过采矿、冶炼、污灌、污泥、施肥、大气沉降等流失到土壤中。城镇垃圾农用控制标准值总镉，3mg/kg总汞，5mg/kg总铅，100mg/kg总铬，300mg/kg总砷，30mg/kg总氮(N)0.5%总磷（P2O5)0.3%总钾(K2O)1.0%农用污泥污染物控制标准值

(mg/kg干污泥）

pH6.5pH≥6.5Cd520Hg515Pb3001000Cr6001000As7575Cu250500Zn5001000Ni100200我国无公害蔬菜卫生指标(重金属)宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查

（陆正松等，2000年，内部资料）温州市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查

（王亮等，2000年，内部资料）上海市蔬菜地土壤重金属累积情况(2003-2004年调查结果)上海市蔬菜地土壤Hg累计分布情况(2003-2004年调查结果)上海市蔬菜地土壤Cd累计分布情况(2003-2004年调查结果)上海市蔬菜地土壤Zn累计分布情况(2003-2004年调查结果)农药农药是指用于防治、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成的或者来源于生物、其他天然物质的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂。有机氯农药、重金属制剂、有机磷农药、氨基甲酸脂类杀虫剂、除草剂等在土壤中积累，引起土壤污染。进入土壤中的农药通过吸附与解吸、径流与淋溶、挥发与扩散等过程，可从土壤中转移和消失，但往往会造成生态环境的二次污染。化肥建国初到2005年，化肥用量从1.3万吨增加到4146.4万吨,增长了3000多倍.2005年化肥用量中,氮肥2126.5万吨,磷肥690.5万吨,.农业高强度投入浙江省化肥用量持续超过90万吨(纯养分),每公顷耕地用量达到了570多公斤，远远超出了国际上认可的维持土壤持续利用所允许化肥用量临界值（225公斤/公顷）,氮肥利用率仅35%左右，与发达国家的50%-60%相比差距很大,每公斤氮素的水稻生产力不及产量水平相当的日本和韩国的1/2。

年浙江省肥料消费量（2006，万吨）总量（纯养分）：93.98氮肥（N）：55.41磷肥（P2O5）：12.19钾肥（K2O）：7.74复合肥：18.63浙江省农作物播种面积变化动态浙江省每公顷播种面积化肥用量变化动态浙江省单位面积化肥用量与

国内若干省份比较2006年浙江省耕地面积2390万亩,作物播种面积4272.6万亩浙江省单位耕地面积化肥用量与

世界若干地区比较（1997）浙江省单位耕地面积化肥用量与

世界若干国家比较（2005）部分肥料中的重金属含量固体废物城市生活垃圾有害有毒固体废物（即危险废物，包括医院垃圾、废树脂、药渣、含重金属污泥、酸和碱废物等）无毒无害固体废物（不含放射性物质的粉煤灰、建筑垃圾等）。固体废物是固态或半固态废弃物的总称。三大类：其中前两类固体废物的任意排放会严重污染和破坏环境。3.土壤污染的危害*造成减产、导致严重的直接经济损失导致食物品质下降通过食物链危害人体健康导致其他环境（大气、地表水、地下水污染，生态系统退化等）问题土壤组成和性质对污染物毒性的影响土壤的组成和性质决定土壤具有一定的净化能力。土壤的净化能力是有限的，当进入土壤的污染物质数量和速度超过了土壤的净化能力时，污染物在土壤中积累，危害作物的正常生长发育，通过食物链会直接影响人类健康。土壤的净化能力是指污染物进入土壤后，经生物和化学降解成为无毒物质；通过化学沉淀、络合和螯合、氧化还原等作用转化为其它物质，被土壤牢固吸附，不被植物利用。一、土壤组成对污染物毒性的影响一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大，其对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态或矿物固定态含量越高，则其毒性越小。粘粒矿物有机质土壤生物吸附作用静电吸附和络合(螯合)作用土壤组成降低、消除土壤污染物的主要机制（对有机污染物的）降解、转化作用二、土壤性质对污染物毒性的影响1、通过影响土壤组分和污染物的电荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和络合解络平衡来改变污染物的毒性；2、通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。土壤酸碱性土壤氧化还原性质土壤氧化还原状况主要影响沉淀溶解、变价元素。土壤污染的防治一、土壤污染的特点*隐蔽性和滞后性：土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。日本的“骨痛病”累积性：污染物在土壤中不断积累，同时也使土壤污染具有很强的地域性。不可逆转性：土壤重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。土壤污染治理难度大：土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净作用来消除。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。控制和消除土壤污染源：增加土壤容量，提高土壤净化能力“预防为主，防治结合”二、土壤污染的防治原则实行污染总量控制，严格控制工业“三废”的排放量和排放浓度，合理施用肥料和使用农药等。污染土壤的治理对已污染的土壤，采取措施防治土壤中污染物的迁移转化，进入食物链。三污染土壤修复技术及原理1.1污染土壤修复技术体系1.2典型修复技术及原理3.1

污染土壤修复技术体系3.1.1按修复场地分类（1）原位（insitu）修复：污染土壤气体提取法(SVE)；

井中汽提法（In-wellVaporStripping）；

生物通气；空气搅动法（AirSparging）

原位冲洗、淋洗；加热方法；处理墙方法；原位稳定—固化方法；电动力学方法；原位微生物修复方法；植物－微生物联合修复方法等。3.1

污染土壤修复技术体系3.1.1按修复场地分类（2）异位（exsitu）修复：气提法；泥浆反应器修复；土壤耕作法；土壤堆腐；焚烧法；客土法；预制床；淋洗/萃取；淋洗－生物反应器联合修复；3.1

污染土壤修复技术体系3.1.2按照技术类别分类（1）物理化学修复：加热方法；稳定固化法；淋洗；萃取；电动力学等（2）生物修复：微生物修复；生物通气、泥浆反应器、预制床等植物修复；湿地修复；菌根修复等；植物－微生物联合修复；菌根菌剂联合修复等；（3）物理化学－生物联合修复：淋洗－反应器联合修复等。污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理