第五章-土壤污染与防治

第五章土壤污染与防治EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》

我国土地资源概况1.土壤的性质2.土壤污染、污染源和污染物3.土壤污染物质的迁移转化规律4.土壤污染的防治5.思考与讨论本章重点内容EnvironmentandGeographyDepartment

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我国的土地资源概况☞中国的土地资源量中国的土地总面积居于世界第三位，但人均土地面积仅为0.777公顷，是世界人均土地资源量的1/3。

《2000年中国环境状况公报》指出：2000年中国耕地总面积为1.282亿公顷，人均耕地面积为0.101公顷，不足世界人均耕地的一半。由于基本建设等对耕地的占用，目前全国的耕地面积以每年平均数十万公顷的速度递减。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》☞中国的耕地质量中国耕地的土壤质量呈下降趋势。全国耕地有机质含量平均已降到1％，明显低于欧美国家2.5%~4%的水平。东北黑土地带土壤有机质含量由刚开垦时的8％~10％已降为目前的1％~5％；中国缺钾耕地面积已占耕地总面积的56%，约50%以上的耕地微量元素缺乏，70~80%的耕地养分不足，20~30%的耕地氮养分过量。由于有机肥投入不足，化肥使用不平衡，造成耕地退化，保水保肥的能力下降。2000年，西北、华北地区大面积频繁出现沙尘暴与耕地的理化性状恶化，团粒结构破坏有很大关系。EnvironmentandGeographyDepartment

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《环境学概论》☞中国耕地的水土流失

中国约有1/3的耕地受到水土流失的危害。每年流失的土壤总量达50多亿吨，相当于在全国的耕地上刮去1厘米厚的地表土（50年来，水土流失毁掉的耕地达4000万亩），所流失的土壤养分相当于4000万吨标准化肥，即全国一年生产的化肥中氮、磷、钾的含量。造成水土流失的主要原因是不合理的耕作方式和植被破坏。☞中国耕地目前面临的污染

2000年对30万公顷基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测发现，其中有3.6万公顷土壤重金属超标，超标率达12.1%。环境污染事故对中国耕地资源的破坏时有发生，2000年发生的891起污染事件共污染农田4万公顷，造成的直接经济损失达2.2亿元。中国每年对农药的使用量约2亿3千万公斤，其中除草剂占17%，杀菌剂占21%，杀虫杀螨剂占62%，而在杀虫剂中，具高毒性的有机磷农药占70%。返回EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》第一节.土壤的组成和性质

一、土壤的定义

土壤是由大小不等的土壤颗粒组成的，指地球表面能够生长绿色植物的疏松层。二、土壤的结构1、表土腐殖质层2、底土淀积层3、母质层、风化层EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》三、土壤的组成由固相、液相和气相物质组成的一个复杂体系。矿物质有机物原生矿物次生矿物有机质：活性有机体：腐殖质土壤微生物土壤液相包括N2、O2、CO2、水汽等土壤土壤固相土壤气相土壤溶液水溶解物EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》四、土壤的性质●具有提供和协调植物生长所需的营养条件（水分与养分）和环境条件（温度和空气）的能力；☞土壤的肥力●具有同化和代谢外界输入物质的能力☞土壤的净化能力五、土壤环境元素背景值和土壤环境容量

●土壤环境背景值是指未受或很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。●土壤环境容量是在人类生存和自然生态不致受害的前提下，土壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量。返回EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》第二节.土壤污染、污染源和污染物一、污染污染的概念土壤污染是指由于人为活动或自然因素，有意或无意地将对人类和其它生物有害的物质施加到土壤中，其数量超过土壤的净化能力，从而在土壤中逐渐积累，致使这些成分明显高于原有含量，引起土壤质量恶化，正常功能失调，甚至某些功能丧失的现象。二、土壤污染的特点1、隐蔽性或潜伏性2、不可逆性和长期性3、间接危害性4、土壤污染的难治理性EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》三、土壤污染物的种类和来源

土壤主要污染物的种类：1．有机污染物

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农药，如DDT、六六六、狄氏剂（有机氯类）和马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏（有机磷类）等，这些直接进入土壤的农药，大部分被植物吸附。

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石油、化工、制药、油漆、染料等工业排出的三废中的石油、多环芳烃、多氯联苯、酚等，也是常见的有机污染物。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》2．无机污染物

硝酸盐、硫酸盐氯化物、可溶性碳酸盐等是常见的且大量存在的无机污染物。这些无机污染物会使土壤板结，改变土壤结构，土壤盐渍化和影响水质等危害。主要来自进入土壤中的工业废水和固体废物。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》3．重金属污染物汞、镉、铅、砷、铬、锌等重金属会引起土壤污染。这些重金属污染物主要来自冶炼厂、矿山、化工厂等工业废水渗入和汽车废气沉降。公路两侧易会被铅污染，砷被大量用作杀虫剂和除草剂，磷肥中含有镉。小资料：骨痛病事件

1955～1972年日本富山县神通川流域炼锌厂排放的废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米和饮用水含镉而中毒，中毒者患病初期腰、背、膝关节疼痛，随后全身疼痛难忍，骨头变酥，极易折断。有一位患者骨折达70多处，身长缩短30厘米。1963年至1979年3月共有患者共有130人，其中死亡81人。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》4．固体废物主要指城市垃圾和矿渣、煤渣、煤矸石和粉煤灰等工业废渣。固体废物的堆放占用大量土地而且废物中含有大量的污染物，污染土壤，恶化环境。

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《环境学概论》5．病源微生物生活和医院污水、生物制品、制革与屠宰的工业废水、人畜的粪便等是土壤中病原微生物的主要来源。

6．放射性污染物●核试验；●原子能工业中所排出的三废。由于自然沉降、雨水冲刷和废弃物堆积而污染土壤。土壤受到放射性污染是难以排除的，只能靠自然衰变达到稳定元素时才结束。医用废弃物混在垃圾中

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《环境学概论》四．土壤污染的主要发生途径⑴水体污染型

工业废水和城市生活污水未经处理或不实行清污分流，直接排放造成的。特点：污染物质一般集中于土壤表层，但随时间的延长，污染物质也可由上向下扩散和转移，可达地下水深度。⑵大气污染型

来源于被污染的大气，主要污染物为二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等；

特点：污染物质主要集中在土壤表层，以大气污染源为中心呈环状或带状分布。⑶农业污染型

污染物主要来自施入土壤的化学农药和化肥；特点：污染程度与化肥、农药的数量、种类、施用方式等有关。一般在根层以下积累或转入地下水，成为潜在的污染物。⑷固体废物污染型

污染物为工矿企业排出的尾矿废渣、污泥和城市垃圾；特点：污染物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与地下水。五、土壤污染程度的量化指标一般认为，土壤中污染物累积总量达到土壤环境背景值的2倍或3倍标准值时，就说明土壤中该污染元素或化合物含量已属异常现象，它是土壤污染的起始值，此时土壤属轻度污染；当土壤污染物含量达到或超过土壤环境基准或环境标准时，说明该污染物的输入和富集速度及强度已超过土壤环境的净化能力和缓冲能力，应属重度土壤污染。

六、土壤污染与净化（自净能力）

1、土壤自净作用的概念土壤的自净作用是土壤所具有的自身更新的能力。它是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化学和生物化学等作用，在一定时间后各种有机物、病原微生物、寄生虫卵和有毒物质等逐渐分解、吸收、转化、积沉，最终达到无害化的能力。

2、土壤污染的自净作用

☆物理作用：日光、土壤温度、风力等因素；土壤颗粒上的胶体表面具有很强的吸附能力；

☆化学作用：金属离子与进入土壤中的污染物发生中和、氧化、还原、沉淀和水解等反应；

☆生物作用：有机污染物在土壤微生物（如细菌、真菌、放线菌等）作用下，将复杂的有机物降解为无机物或腐殖质。★相关链接：

蜗牛具有探测土壤污染的程度EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》返回★蜗牛具有探测土壤污染的程度法国弗朗什孔泰大学的科研人员研究发现，蜗牛消化腺中的金属污染物含量是反映土壤污染程度的一个重要指标，通过检验这一指标，可及时通报和预防土壤和环境污染。蜗牛是肺螺亚纲食草动物，在生活和摄食过程中直接与土壤和植物接触，能直接吸收大气、土壤及植物中的金属污染物。但由于蜗牛身体中含有一种可以减轻金属毒性的特殊蛋白质，即便吸食了大量金属污染物，它的身体也不会受到严重伤害。基于蜗牛的这种生物特性，研究人员进行了用蜗牛监测土壤金属污染的尝试。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》研究人员在实验过程中发现，一种别名为“小灰”的蜗牛堪称“监测土壤污染的最佳助手”。他们让这种蜗牛生活在含有镉、锌、铅、铜等金属的试验土上，然后对其身体中所含污染物含量进行化验。结果证实，这种方法对测量某一地区土壤或某种垃圾中金属污染物的含量有很大帮助，是一种监测土壤污染和预防垃圾污染环境的好方法。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》返回第三节.土壤污染物质的迁移转化规律一．重金属元素在土壤环境中的迁移转化二．农药在土壤环境中的迁移转化返回（一）土壤的重金属污染（二）重金属元素在土壤中的迁移转化1、重金属在土壤中的行为特征2、重金属在土壤中的一般迁移转化规律

①土壤胶体对重金属的吸附②重金属的配位作用③土壤中重金属的沉淀和溶解3、主要重金属在土壤中的迁移转化规律

①镉的迁移转化②汞的迁移转化③砷的迁移转化④铬的迁移转化

⑤铅的迁移转化一．重金属元素在土壤环境中的迁移转化（一）土壤的重金属污染只有当进入土壤的重金属元素积累的浓度超过了作物需要和可忍受程度，而表现出受毒害的症状或作物生长尚未受害，但产品中某种重金属含量超过标准，造成对人畜的危害时，才能认为土壤被重金属污染.土壤污染物中的重金属元素主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著元素及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。它们主要来自农药废水/污泥和大气降尘等.重金属是对人类潜在威胁较大的污染物，应特别注意防止重金属对土壤的污染.研究重金属在土壤中的迁移转化，评价土壤质量，预测其在土壤中的归趋和控制重金属污染具有重要意义。返回1、重金属在土壤中的行为特征从土壤环境化学角度看，土壤种类/土壤利用方式和土壤理化性状都能引起土壤中重金属动态的差异，从而影响重金属的迁移转化和作物对重金属的吸收。从化学性质看,重金属大多属于周期表中过渡性元素，其原子具有特有的电子构型，在土壤中重金属的价态变化和反应深受土壤氧化还原电位的影响。土壤具有吸附和解吸的特性，能吸附和固定重金属，其吸附率的高低由该种土壤吸附容量的大小所决定.土壤中存在着多种多样的无机和有机配位体，它们能与重金属生成稳定络合物和螯合物，对重金属在土壤中的迁移有很大的影响。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》返回2、重金属在土壤中的一般迁移转化规律①土壤胶体对重金属的吸附

土壤胶体对金属离子的吸附能力与金属离子的性质及胶体种类有关。同一类型的土壤胶体对阳离子的吸附与阳离子的价态有关.阳离子的价态愈高,电荷愈多,土壤胶体与阳离子之间的静电作用力也就愈强,吸引力也愈大,因此结合强度也大。而具有相同价态的阳离子,则主要决定于离子的水合半径,即离子半径较大者,其水合半径相对较小,在胶体表面引力作用下,较易被土壤胶体表面所吸附.此外土壤胶体的结构及其电荷密度分布均对阳离子吸附作用产生影响。EnvironmentandGeographyDepartment

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②重金属的配位(合)作用

土壤中的重金属可与土壤中的各种无机配位体和有机配位体发生配位作用。EnvironmentandGeographyDepartment

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③土壤中重金属的沉淀和溶解重金属的沉淀和溶解作用是土壤中重金属迁移的重要形式。PH值更是影响土壤中重金属迁移转化的重要因素。亦可用同法获得其他金属离子浓度与PH的类似关系式并分析其溶解状况及可能造成的危害。返回3、主要重金属在土壤中的迁移转化规律①镉的迁移转化镉进入土壤会长时间滞留在耕作层中,一般在0-15cm的土壤层中。由于它移动缓慢,故一般不会对地下水产生污染。存在形态分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。作物对镉的吸收,随土壤PH值的增高而降低,随PH值的降低而增加。土壤中的有机质能与镉螯合或络合,从而降低镉的有效性；其次氧化还原电位也影响作物对镉的吸收,Eh低或Eh降为零,则有利于形成难溶性的磷酸镉和硫化镉。据研究,Cd和Zn、Pb、Cu的含量存在一定的关系。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》②汞的迁移转化

土壤中有金属汞/无机汞和有机汞;按其存在形态有离子吸附和共价吸附的汞/可溶性汞、难溶性汞。影响汞迁移转化的原因主要有:A.吸附剂的种类B.氧化还原状况C.植物对汞的吸收和积累与土壤汞的含量有关：”米汞”和”土汞”之间生物富集系数为0.01,土壤中汞及其化合物可以通过离子交换与植物的根蛋白进行结合,发生凝固反应。汞在作物不同部位的累积顺序为:根＞叶＞茎＞种子.这种趋势是由于汞被植物吸收后,常与根中的蛋白质反应沉积于根部,阻碍了向地上部分的运输.不同作物对汞的吸收和积累能力是不同的.EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》③砷的迁移转化土壤中砷的形态可分为三种交换态、难溶性和水溶性，前两种为主.影响土壤砷含量的原因是母岩、气候条件和土壤的理化性质。不同岩石中含砷量不同.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。土壤中各种形态的砷并不是固定不变的,它们在一定的条件下可以互相转化土壤中的砷,特别是排污进入土壤的砷,主要累积于表层,难于向下移动。砷为动植物所不需要的元素,但砷属于生物累积元素,在作物体中砷的累积系数高于汞的累积系数。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》④铬的迁移转化铬是人类和动物的必需元素,但高浓度时对生物有害。铬在土壤中主要以不溶性的三价铬氧化物形态存在,其次为六价铬,它们之间互相转化。这两种价态的铬在土壤中的行为很不相同。土壤中的铬迁移转化受PH及Eh的影响较大。土壤中铬的可给性较低,其原因一方面是因为铬多属不溶性的氧化物,另一方面是因为土壤胶体对铬的强烈吸附作用。铬对作物的危害不像镉、汞等重金属那样严重,这和它的移动性小有关。EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》④铅的迁移转化进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解，土壤铅大多发现在表土层，表土铅在土壤中几乎不向下移动。铅对植物的危害表现为叶绿素下降，阻碍植物的呼吸及光合作用。铅对动物的危害则是累积中毒。

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《环境学概论》返回(一)农药的主要类型(二)农药在土壤环境中的吸附和降解二．农药在土壤环境中的迁移转化EnvironmentandGeographyDepartment

《环境学概论》返回(一)农药的主要类型农药有机磷农药有机砷农药有机汞农药有机氯农药氨基甲酸酯粉状可溶性液体挥发性液体胃毒触杀熏蒸按化学组成分按物理状态分

按作用方式分返回(二)农药在土壤环境中的吸附和降解1.影响农药在土壤中行为的因素

现将影响农药在土壤中行为的因素和土壤中农药的变化类型见图。2.农药的水、气迁移作用.

可以通过挥发、移动、扩散等途径在土壤中运行，或排出土体，同时也可被作物吸收。3.土壤对农药的吸附作用.4.农药在土壤中的降解作用.

（1）光化学降解（2）化学降解（3）微生物降解

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表农药在土壤中行为的影响因素表农药在土壤中的物理化学变化返回5.土壤污染的防治

一、控制和消除土壤污染源

1．控制和消除工业“三废”排放

2．加强灌区的监测和管理

3．合理使用农药与化肥EnvironmentandGeograp