环境学概论第四章

环境学概论广东石油化工学院理学院地理系

陈修文2/6/20231第四章土壤环境

本章提要(…)

第一节土壤的组成和性质第二节土壤环境污染第三节重金属对土壤的污染第四节化学农药对环境的污染第五节土壤污染的防治

本章主要介绍土壤中各种污染物对土壤环境造成的污染问题及其防治。

返回2/6/20232一、土壤的组成（一）土壤矿物质（二）土壤有机质（5-12％）（三）土壤空气（四）土壤溶液（五）土壤剖面形态二、土壤的物理化学性质（一）土壤的物理性质（二）土壤胶体及土壤吸收交换性（三）土壤的酸碱性和氧化-还原性

（C的循环）本节结束下一节第一节土壤的组成和性质

土壤是环境中特有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布，具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的物质体系。按容积计：较理想的土壤中矿物质38-45％；按重量计：可占固相部分的90-95％以上。（原生矿物、次生矿物）

由动植物残体分解转化逐渐形成，与矿物质一起共同构成了土壤的固相部分。土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机磷及灰分等。土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50-65％。腐殖质不是单一的有机质，是一系列高分子有机化合物，其中主要包括胡敏酸、富里酸等。

因扩散作用土壤空气的主要成分同大气一样，为N2、O2、CO2及水汽等。土壤空气中还含有甲烷（CH4）、硫化氢（H2S）、氢（H2）、磷化氢（PH3）、二硫化碳（CS2）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、乙炔（C2H2）、氩（Ar）、氖（Ne）、氡（Rn）和各种氮氧化物等二十多种气体。

土壤水是植物吸收养料的主要媒介。土壤溶液中多含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-等离子及有机物。由于土壤溶液参加水的循环，所以土壤溶液的组成是经常变动的。包括：土壤结构和土壤孔隙。土壤质地、结构性能、有机质含量都对土壤孔隙状况产生重要的影响，从而决定土壤的可耕性。

土壤的形成过程中，由于物质在土壤中的垂直迁移和累积的结果，促使土壤中物质发生淋溶和聚集，因而在土壤层次中发生垂直分化，天然土壤自上而下可分为覆盖层（A0），淋溶层（A）、淀积层（B）、母质层（C）和风化层（D）。

土壤胶体是指土壤中颗粒直径小于2μm或小于1μm，具有胶体性质的微粒。一般土壤中的粘土矿物和腐殖质都具有胶体性质。直径小于2μm的土壤胶粒带有大量的负电荷（≥80％），而大于2μm的土粒只带有少量的负电荷。

影响土壤氧化-还原作用因素为：①土壤通气状况，通气良好，电位升高；通气不良，电位下降。受氧支配的体系其Eh值随pH而变化，pH值越低，Eh值越高；②土壤有机质状况，土壤有机质在嫌气条件下分解，形成大量还原性物质，在浸水条件下Eh下降；③土壤无机物状况，一般还原性无机物多，还原作用强，氧化性无机物多，氧化作用强。土壤中氧化铁和硝酸盐含量高，可减弱还原作用，缓冲Eh值的下降。

2/6/20233生物地球化学过程和模式1）碳循环

陆地系统陆地生物系统河流迁移过程海洋系统海洋生物系统吸收过程沉淀过程吸收过程死亡过程溶解过程沉淀过程火山活动、分解表面岩石系统大气系统（CO2）光合过程呼吸过程呼吸过程光合过程2/6/20234一、土壤污染和土壤净化其他概念二、土壤污染源

三、土壤污染物质四、土壤污染的发生类型

（一）水体污染型（二）大气污染型（三）农业污染型（四）固体废弃物污染型本节结束第二节土壤环境污染（一）土壤污染：土壤污染：污染物质进入土壤，其数量和速度，超过了土壤净化作用的速度，导致土壤自然正常功能的失调，土壤质量的下降，并最终影响到人类的健康。土壤污染特点：隐蔽性和潜伏性不可逆性和长期性（二）土壤净化：土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化，而使土壤污染的浓度降低而消失的过程。净化途径：1．由于土壤中含有各种各样的微生物和土壤动物，对外界进入土壤中的各种物质都能被分解转化。2．由于土壤中存在有复杂的有机和无机胶体体系，通过吸附、解吸、代换等过程，对外界进入土壤中的各种物质起着“蓄积作用”，使污染物发生形态变化。3．土壤是绿色植物生长的基地，通过植物的吸收作用，土壤中的污染物质起着转化和转移的作用。自然污染源：如火山喷发，含有重金属或放射性元素的矿床附近地区的土壤。人为污染源：（一）工业污染源：浓度较高，短时间内即可引起土壤、作物危害。（废渣作为肥料施入农田、污水灌溉）（二）农业污染：化学农药、除草剂、牲畜废物等。（三）生物污染源：人粪尿、生活污水等。工矿企业废水和城市生活污水的直接排放；污水灌溉，使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染。水污染型的污染特点是沿河流或干支渠呈枝形片状分布。沉降和降水而降落地面。污染物（二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等）集中在土壤表层，引起土壤酸化等多种污染。特点是以大气污染源为中心呈环状或带状分布，长轴沿主风向伸长。其污染的面积、程度和扩散的距离，取决于污染物质的种类、性质、排放量、排放形式及风力大小等。污染程度与化肥、农药的数量、种类、利用方式及耕作制度等有关。主要是工矿企业排出的尾矿废渣、污泥和城市垃圾在地表堆放或处置过程中通过扩散、降水淋滤等直接或间接地影响土壤，使土壤受到不同程度的污染。土壤背景值（土壤本底值）：是指未受或尽少受人类活动，特别是人为污染影响的土壤化学元素的自然含量。土壤环境容量：在人类生存和自然生态不知受害的前提下，土壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量。次生盐渍化：由于人类不合理的农业措施而发生的盐渍化，称次生盐渍化。2/6/20235土壤的污染返回2/6/20236三、土壤污染物质（一）有机物类（二）重金属污染物（三）放射性物质（四）化学肥料（五）致病的微生物第二节土壤环境污染

土壤污染物：土壤污染物质指的是进入土壤中并影响土壤正常作用的物质，即会改变土壤的成分、降低农作物的数量或质量，有害于人体健康的那些物质。污染土壤的有机物，主要是化学农药、除草剂等。例如有机氯类，包括六六六、DDT、艾氏剂、狄氏剂等；有机磷类，包括马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等；氨基甲酸酯类，有的为杀虫剂，有的为除草剂；苯氧羧酸类，如2，4－D、2，4，5－T等除草剂。工业“三废”中的有机污染物，较常见的有酚、油类、多氯联苯、苯并芘等有机化合物。这类合成有机污染物通过不同途径进入土壤后，除一部分发挥作用之外，另一部分因其较稳定不易分解而在土壤中累积，造成土壤污染。重金属进入土壤的途径：由于使用含重金属的废水进行灌溉；随着含重金属的粉尘落入土壤中；使用含重金属的废渣作为肥料；使用含重金属的农药制剂等。常见的一些重金属污染物包括汞、镉、铅、铜、锌、镍、砷等。因为重金属不能为土壤微生物所分解，而且可为生物所富集。因此土壤一旦被重金属污染，是较难予彻底消除的，可对环境形成潜在的威胁。主要是由于大气核爆炸降落的污染物，以及原子能和平利用所排出的液体和固体的放射性废弃物，最终不可避免地随同自然沉降，雨水冲刷和废弃物的堆放而污染土壤。含氮和含磷的化学肥料使用不当而造成这类物质从土壤中流失污染环境，特别是水体富营养化问题与此有关。土壤中的病原微生物，主要来源于人畜的粪便及用于灌溉的污水（未经处理的生活污水及医院污水），当人与污染的土壤接触时可传染各种细菌及病毒，若食用被土壤污染的蔬菜、瓜果等会威胁人体健康。这些被污染的土壤经过雨水冲刷，又可能污染水体。

2/6/20237土壤污染2/6/20238

土地盐碱化使植被枯死返回2/6/20239一、土壤中重金属元素的来源二、土壤中重金属元素的背景值三、土壤中重金属元素的迁移转化（一）重金属元素在土壤中污染特征（二）土壤条件与重金属的迁移转化（三）主要重金属在土壤中的迁移转化本节结束返回下一节第三节重金属对土壤的污染原生岩石：主要来源。人为因素：修建道路、建筑工程；金属矿物加工、尾矿；施用肥料。土壤环境中重金属元素背景值是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量。土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的一项基础工作，它能为土壤环境质量评价、污染趋势预测、重金属在土壤中的迁移转化规律的研究提供科学依据。

重金属元素在土壤中的污染特征：不能被微生物分解可以转化且毒性更强难以消除1.胶体的吸附或重金属和胶体的缔合2.重金属的络合和螯合作用3.氧化-还原作用及酸碱度影响重金属的价态变化和溶解度

2/6/202310（三）主要重金属在土壤中的迁移转化

1、镉的迁移转化：2、汞的迁移转化：3、砷的迁移转化：返回第三节重金属对土壤的污染

土壤中镉的存在形态分为水溶性和非水溶性镉。离子态CdCl2、Cd（NO2）2、CdCO3和络合态的如Cd（OH）2呈水溶性的，易迁移，可被植物吸收，而难溶性镉的化合物如镉沉淀物、胶体吸附态镉等为难溶性镉，不易迁移和为植物吸收。但两种形态在一定条件下可相互转化。作物对镉的吸收，随土壤pH值的增高而降低有机质与镉螯合能降低镉的有效性Eh低或淹水等，有利于形成难溶性的CdS当水田落干时，非溶性CdS则会氧化成CdSO4，增加其溶性因Cd和Zn、Pb、Cu等伴生离子的含量存在正相关土壤中汞的存在形态有离子吸附和共价吸附的汞、可溶性汞（HgCl2），难溶性汞（HgHPOr、HgCO3及HgS）。吸附剂的种类和氧化-还原状况影响汞迁移转化植物对汞的吸收和累积与土壤汞的含量关系：水稻生长的“米汞”和“土汞”之间生物吸收富集系数为0.01，即土壤中总汞含量为2ppm时，米汞含量可超过0.02ppm。汞在作物不同部位的累积顺序为：根＞叶＞茎＞种子。粮食作物中的顺序为：水稻＞玉米＞高梁＞小麦。不同土壤中汞的最大允许量是有差别的，如酸性土壤为0.5ppm，石灰性土壤为1.5ppm。砷有三价和五价砷，土壤中砷在表层积累，形态可分为水溶性砷、交换性砷和难溶性砷三种，其中水溶性砷约占总砷的5-10％，大部分是交换态及难溶性砷。砷与碱土金属和重金属化合，可生成亚砷酸盐，多数亚砷酸盐类溶解度均较小，不宜迁移。土壤中的砷大部分为胶体所吸附，或与有机物络合、螯合，或与土壤中的铁、铝、钙等结合形成难溶性化合物，或与铁、铝等氢氧化物形成共沉淀。不能被微生物分解可以转化且毒性更强难以消除2/6/202311一、化学农药对环境的污染

二、主要的农药类型（一）有机氯类农药（二）有机磷类农药（三）氨基甲酸酯类农药（四）除草剂三、农药在土壤中的迁移、降解及残留（一）农药污染土壤的主要途径（二）农药在土壤中的残留（三）农药在土壤中的转化

本节结束返回下一节第四节化学农药对环境的污染化学农药是指能防治植物病虫害、消灭杂草和调节植物生长的化学药剂。目前世界生产的农药品种达1300

余种,农业上常用的有250种以上。（1）有机氯农药不仅对害虫有杀伤毒害作用，同时对害虫的“天敌”及传粉昆虫等益虫益鸟也有杀伤作用，因而破坏了自然界的生态平衡；（2）长期使用同类型农药，使害虫产生了抗药性，因而增加了农药的用量和防治次数，也大大增加了防治费用和成本；（3）长期大量使用农药，使农药在环境中逐渐积累，尤其是在土壤环境中，产生了农药污染环境问题。

该类农药是含氯的有机化合物，大部分是含一个或几个苯环的氯素衍生物。最主要的品种是DDT（二氯二苯基三氯乙烷）和六六六（六氯环己烷），其次是艾氏剂（六氯-六氢化-二甲萘）、狄氏剂和异狄氏剂（Dieldrin）（六氯-环氧-八氢化-二甲萘），氯丹七氯等。有机氯类农药的特点是：化学性质稳定，在环境中残留时间长，短期内不易分解，易溶于脂肪中，并在脂肪中蓄积，长期使用是造成环境污染的最主要农药类型。目前许多国家都已禁止使用，我国已于1985年全部禁止生产和使用。有机磷农药对昆虫及哺乳类动物均可呈现毒性，破坏神精细胞分泌的乙酰胆碱，阻碍刺激的传送机能等生理作用，使之致死。

该类农药均具有苯基-N-烷基氨基甲酸酯的结构，它与有机磷农药一样，具有抗胆碱酯酶作用，中毒症状也相同。但中毒机理有差别，是由对胆碱酯酶分子总体的弱可逆结合的抑制而引起的。在环境中易分解，在动物体内也能迅速代谢，而代谢产物的毒性多数低于其本身毒性，因此属于低残留的农药。

除草剂具有选择性，只能杀伤杂草，而不伤害作物。最常用的除草剂有2，4－D（2，4-二氯苯氧基醋酸）和2，4，5－T（2，4，5-三氯苯氧基醋酸）及其脂类，它们能除灭许多阔叶草，但对许多狭叶草则无害，是一种调解物质。

1．施用于田间的各种农药大部分落入土壤中，附着于植物体上的部分农药，也因风吹雨淋落入土壤中，这就是造成土壤污染的主要原因。2．使用浸种、拌种、毒谷等施药方式，或是将农药直接撒至土壤中。3．喷射农药，叶面下落到土壤，也有大量农药撒在或蒸发到空气中，粘附在飘尘上，随雨水降落到土壤中。农药在土壤中的存留时间常用两种概念来表示：即半衰期和残留期。半衰期指施入土壤中的农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间；残留量指土壤中的农药因降解等原因含量减少而残留在土壤中的数量。土壤对化学农药的吸附化学农药在土壤中的挥发和扩散农药在土壤中的降解2/6/2023121.化学农药在土壤中的吸附

农药能够在土壤中残留，主要是土壤对它有吸附作用，被吸附的农药往往发生形态的改变，同时也在不断的改变它的迁移能力和生理毒性。1）与胶体带电性质有关：有机胶体>蛭石>蒙脱石>伊利石>绿泥石>高岭石。2)土壤胶体的阳离子组成,对农药吸附交换有一定的影响。3）PH值影响胶体的带电性，进而影响吸附作用。4）化学农药的物质成分和性质：同一类型的，分子越大吸附能力越强。5）土壤对化学农药的吸附是有选择性的。返回2/6/2023132.化学农药在土壤中的挥发迁移扩散

农药进入土壤后，在被土壤固相吸附的同时，还通过气体的挥发和随水淋溶以及植物的吸收而在土壤中扩散迁移。但可能造成二次污染。

这与很多因素有关：1）农药的溶解度越大，越容易被植物吸收2）潮湿土壤中农药的挥发速度快3）高含量有机质土壤和低温土壤中农药的挥发速度慢返回2/6/2023143.化学农药在土壤中的降解1）生物降解：通过生物的作用将农药分解成小分子化合物的过程。2）化学降解：以氧化和水解最为重要水接强度温度升高、土壤水分增加和PH值降低而增强3)光化学降解：指土壤表面接受太阳辐射能和紫外线等能量作用而引起农药分解的过程。4.化学农药的残留受以下因素的影响1）农药的化学性质和分解的难易：半衰期2）与土壤的性质有关：组成、湿度、温度、有机质组成3）与土壤作用有关：种类、生理特性返回2/6/202315土壤退化一、控制和消除土壤污染源二、防治土壤