土壤污染及其防治

第八章：土壤污染及其防治SoilPollutionandPrevention

目录一、土壤污染与污染源二、重金属在土壤中的迁移转化三、化学农药在土壤中的迁移转化四、土壤污染的防治五、土壤侵蚀及控制一、土壤污染土壤污染:是指人类活动所产生的物质（污染物），通过多种途径进入土壤，其数量和速度超出了土壤容纳的能力和土壤净化的速度，使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然动态平衡。土壤环境中污染物的输入、积累和土壤环境的自净作用是两个相反而又同时进行的对立、统一的过程，在正常情况下，两者处于一定的动态平衡。但土壤受污染，平衡被打破后，会影响生态系统的健康。土壤环境平衡被破坏的后果：土壤生态将发生明显变异，土壤酸化、板结，土质变坏，导致土壤微生物区系（种类、数量和活性）的变化，土壤酶活性减少；同时，由于土壤环境中污染物的迁移转化，从而引起大气、水体和生物的污染，并通过食物链，最终影响到人类的健康。一、土壤污染土壤污染的类型：一、土壤污染水质污染型：这是土壤环境污染的最主要发生类型。污染源主要是工业废水、城市生活污水和受污染的地面水体。

大气污染型：污染物质来源于被污染的大气，特点为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。

固体废弃物污染型：固体废弃物系指被丢弃的固体状物质和泥状物质，包括工矿业废渣、污泥和城市垃圾等。

土壤污染的类型：一、土壤污染农业污染型：由于农业生产的需要而不断地使用化肥、农药、城市垃圾堆肥、污泥等所引起的土壤环境污染。

放射性污染：随着核技术在工农业、医疗、地质、科研等各领域的广泛应用，越来越多的放射性污染物进入土壤中。综合污染型：污染源可能同时来自受污染的地面水和大气，或受固体废弃物，放射性废物以及农药、化肥的污染。土壤污染的特点：土壤污染具有隐蔽性（潜伏性）和滞后性土壤污染的易累积性土壤污染具有不可逆转性和长期性土壤污染的难治理性一、土壤污染二、土壤的自净能力土壤环境的自净作用是指进入土壤的物质，通过稀释和扩散等作用可以降低其浓度，或者被转化为不溶性化合物而沉淀，或为胶体牢固地吸附，从而暂时脱离生物小循环及食物链；或者通过生物和化学的降解作用，转化为无毒或毒性小的物质，甚至成为营养物质；或经挥发和淋溶从土体中迁移至大气和水体。土壤自净作用的机理：二、土壤的自净能力

物理净化作用:进入土壤中的难溶性固体污染物可被土壤机械阻留；可溶性污染物可被土壤水分稀释或被土壤固相表面吸附；某些污染物可挥发或转化成气态物质在土壤孔隙中迁移、扩散，以至迁移入大气。

土壤的物理净化能力与土壤孔隙、质地、结构、含水量、温度等因素有关。例如:砂性土壤的空气迁移、水迁移速率都较快，但表面吸附能力较弱。增加砂性土壤中有机胶体的含量，可以增强土壤的表面吸附能力。土壤自净作用的机理：二、土壤的自净能力物理化学净化作用:指污染物的阳、阴离子与土壤胶体上原来吸附的阳、阴离子之间的离子交换吸附作用。例如：净化能力的大小可用土壤阳离子交换量或阴离子交换量的大小来衡量。一般土壤中带负电荷的胶体较多，因此，一般土壤对阳离子或带正电荷的污染物的净化能力较强。

土壤自净作用的机理：二、土壤的自净能力化学净化作用:通过化学反应，使污染物转化成难溶性、难解离性物质，使危害程度和毒性减小；或者分解为无毒物或营养物质。包括凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、络合－螯合反应、酸碱中和反应、同晶置换反应、水解等。土壤环境的化学净化能力的大小与土壤的物质组成、性质，以及污染物本身的组成、性质有密切关系。土壤自净作用的机理：二、土壤的自净能力生物净化作用:土壤中存在着大量依靠有机物生活的微生物，如细菌、真菌、放线菌等，它们有氧化分解有机物的巨大能力。当污染物进入土体后，在这些微生物体内酶或分泌酶的催化作用下，发生各种各样的分解反应，统称为生物降解作用。生物净化能力的大小与土壤中微生物的种群、数量、活性，以及土壤水分、土壤温度、土壤通气性、pH值、Eh值、适宜的C/N比等因素有关。

土壤污染物的分类：三、土壤污染物无机污染物：主要有重金属和放射性核素物质，以及有害的氧化物、酸、碱、盐、氟等。其中以重金属和放射性物质污染最难彻底清除，对人体最具潜在危害。有机污染物：主要有人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、稠环芳烃、洗涤剂，以及有害微生物、高浓度好氧有机物等。

有机污染物有机农药农药生产和施用酚炼焦、炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水氰化物电镀、冶金、印染等工业废水，肥料苯并（a）芘石油、炼焦等工业废水、废气石油石油开采、炼油、输油管道漏油有机洗涤剂城市污水、机械工业污水有害微生物厩肥、城市污水、污泥、垃圾污染物种类主要来源四、土壤污染源

工业污染源：一般直接来源于工业“三废”引起的土壤污染仅限于工业区周围数十公里范围内，属点源污染。

农业污染源：指由于农业生产本身的需要，而施入土壤的化学农药、化肥，以及残留于土壤中的农用地膜等。

生物污染源：含有致病的各种病原微生物和寄生虫的生活污水、医院污水、垃圾，以及被病原菌污染的其它水体等。五、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）问题二、重金属在土壤中的迁移物理迁移土壤溶液中的重金属离子或络离子可以随水迁移至地面水体。而更多的是重金属可以通过多种途径被包含于矿物颗粒内或被吸附于土壤胶体表面上，随土壤中水分的流动而被机械搬运；在干旱地区，这样的矿物颗粒或土壤胶粒可以尘土的形式随风而被机械搬运。物理化学迁移和化学迁移土壤环境中的重金属污染物能以离子交换吸附、络合－螯合等形式和土壤胶体相结合，或发生溶解与沉淀等物理反应。二、重金属在土壤中的迁移生物迁移土壤环境中重金属的生物迁移，主要是指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内积累起来。这一方面可以看作是生物体对土壤重金属污染物的净化；另一方面也可看作是重金属通过土壤对作物的污染。二、重金属在土壤中的迁移二、重金属在土壤－植物体系中的积累、迁移和生物效应

根际的富集和降毒

①根际氧化还原屏障形成②根际pH屏障形成③根系分泌物的络合作用植物萃取重金属的作用机理

重金属的生物效应：对种子萌发的影响对生理生化过程的影响对作物产量的影响二、重金属在土壤－植物体系中的积累、迁移和生物效应

一、土壤中农药的迁移方式农药在土壤中的移动是通过扩散和质体流动两个过程进行的：

扩散是由于分子的热能引起的分子不规则运动的结果而使物质转移的过程。是由较高浓度的位置移动到较低浓度位置的净运动。质体流动的发生是由于外力的结果。农药能溶于水中，也能悬浮在水中，或以气态存在或吸附于土壤固体物质，或存在于土壤有机质上。

二、农药在土壤中的迁移转化农药进入土壤后，与土壤中的物质发生一系列化学、物理化学和生物化学的反应过程。由于这些过程的发生，农药在土壤环境中迁移、转化、降解，或者残留、累积。农药在土壤中的迁移转化行为主要有吸附和降解作用。根据“环境化学专题报告文集”，1984

农药在土壤中的物理化学变化（根据“环境化学专题报告文集”，1984）：

二、农药在土壤中的迁移转化农药在土壤中的反应过程：（1）土壤对农药的吸附作用包括物理吸附、物理化学吸附、借氢键或配位键与胶体结合、与粘土矿物构成复合体。其中主要是物理化学吸附（或离子交换吸附）。

不同胶体对农药的吸附能力依次为：有机胶体＞蛭石＞蒙脱石＞伊利石＞绿泥石＞高岭石。

二、农药在土壤中的迁移转化农药在土壤中的反应过程：（2）农药在土壤中的迁移转化进入土壤的化学农药，在被土壤吸附的同时，还通过气体挥发相随水淋溶而在土体中扩散和移动，被生物体吸收或移出土体之外，而导致大气、水体和生物污染。二、农药在土壤中的迁移转化农药在土壤中的反应过程：（3）化学农药在土壤中的降解作用包括光化学降解、化学降解和微生物降解等，其中生物降解是主要途径。二、农药在土壤中的迁移转化三、农药在土壤中的残留由于各种农药的化学结构、性质的不同，在环境中的分解难易也各不相同。在一定的土壤条件下，每一种农药都有各自的相对稳定性，它们在土壤中的持续性是不同的。农药在土壤中的持续性常用半衰期和残留期来表示。农药残留的有关因素：各种农药在土壤中残留时间的长短，除主要决定于农药本身的理化性质外，还与土壤质地、有机质含量、酸碱度、水分含量、土壤微生物群落、耕作制度和作物类型等多种因素有关。

例如，农药在有机质含量高的土壤中比在砂质土壤中残留的时间长，其顺序为：有机质土壤＞砂壤＞粉砂壤＞粘壤。三、农药在土壤中的残留一、控制污染源控制和消除土壤污染源，是防止污染的根本措施。土壤对污染物的物理机械吸收、物理化学吸附和生物降解相当于一级、二级和三级净化处理能力，控制土壤污染源，即控制进入土壤中的污染物的数量和速度，使其在土体中缓慢地自然降解，而不致迅速而大量地进入土壤，引起土壤污染。

控制和消除土壤污染源的措施有：控制和消除工业“三废”的排放；控制化学农药的使用；合理施用化学肥料；加强污灌区的监测与管理等。大气污染的防治：①烟气治理：从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备，即除尘（集尘）装置（器）。②主要气体污染物治理：如何从排烟中去除氮氧化物（NOX）的技术。③制定好能源规划：如发展城市煤气、发展集中供热和联片供热、发展炊事用电、合理分配和利用煤炭资源、改革工业、民用污染严重的炉窑、炉灶。④改革农村能源结构：推广节煤灶、发展沼气和太阳能以及小水电站等。一、控制污染源水污染的防治：①制定水域排放标准：根据不同类型的水域的环境容量及其功能，制定工业废水的排放标准。②控制工业废水排放量：要求各行各业加大清洁生产力度，实行污染源厂内控制、处理，发展闭路循环利用，提高使用率。③调整工业布局和产品结构：加强整体规划，合理调整工业布局和产品结构，防止土壤的不合理利用和土壤污染。④土地处理系统：主要包括漫流或溢流、灌溉、和渗滤或渗漏等。一、控制污染源固体废弃物的处理与处置：在末端治理阶段，固体废弃物的污染控制主要遵循三个原则，即减量化、无害化和资源化的“三化”原则。一、控制污染源人们越来越认识到对固体废弃物进行源头控制的重要性，于是出现了“三C”原则和在循环经济模式下的3R原则。“三C”是指清洁生产（clean）、循环利用（cycle）和妥善处理（control）；“3R”是指减量化原则（reduce）、再使用原则（reuse）和再循环原则（recycle），其中最基本的是减量原则。一、控制污染源二、增加土壤的环境承载力土壤的环境承载力，与土壤的环境容量没有本质的区别，可以说增加土壤的环境承载力就是要提高控制单元或区域土壤环境的环境容量。土壤环境容量（soilenvironmentalcapacity）可从上述环境容量的定义延伸为：“指土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量”。土壤环境容量实际上是土壤污染起始值和最大负荷值之间的差值。提高土壤环境容量应该从两个方面理解：降低土壤环境的本底值和减少进入土壤的污染物质。

培植适应当地环境实际的植物品种，增加植物对污染物的吸收量，降低土壤环境的本底浓度；另一方面，调节进入土体的污染物的量，减少进入土壤的污染物的量，可以保证土壤环境容量的相对增加。二、增加土壤的环境承载力土壤侵蚀的定义土壤侵蚀（Soilerosion）是指在外力（水、风）的作用下，地面物质（土壤、田质等）破坏、推移、沉积的过程，这一过程的本质，就是能量消耗、转化和做功的过程，外力是动力，地面物质是被破坏、推移、沉积的对象，自然或人为的土壤侵蚀过程在自然状态下，纯粹由自然因素引起的侵蚀过程，它是一种经历相当久远年代进行极其缓慢的侵蚀，这种侵蚀称为自然侵蚀，也称地质侵蚀。另外是在人类活动作用下，特别是人类破坏了植被，加速和扩大了自然因素作用所引起的土壤侵蚀和土体物质的移动、流失，称加速侵蚀。一、水土流失水土流失（Soilandwaterloss）是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬运和沉淀的整个过程。在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动，流失过程加速。一、水土流失水土流失的危害：土壤肥力下降，使大量肥沃的表层土壤丧失；水库淤积，河床抬高，通航能力降低，洪水泛滥；容易引起山区泥石流，危及工矿交通设施安全；恶化生态环境；沉淀物的污染，生态环境的恶化水土流失的防治：减少坡面径流量，减缓径流速度，提高土壤吸水能力和坡面抗冲能力，并尽可能抬高侵蚀基准面。在采取防治措施时，应从地表径流形成地段开始，沿径流运动路线，因地制宜，步步设防治理，实行预防和治理相结合，以预防为主；治坡与治沟相结合，以治坡为主；工程措施与生物措施相结合，以生物措施为主。只有采取各种措施综合治理和集中治理，持续治理，才能奏效。一、水土流失二、沙漠化土壤沙漠化的危害：毁坏耕地，破坏农业生产；使草场退化，畜牧质量、数量下降；阻碍交通；影响工程建设；破坏生态环境。土壤沙漠化的原因：我国现已形成的沙漠化土地，主要成因是长期以来形成的不合理的耕作方式和过度的砍伐、垦殖、放牧以及破坏，导致了大面积的森林、草原、植被退化消失，再加上当地脆弱的生态环境——干旱、多风、土壤疏松等，都加速了沙漠化的形成。二、沙漠化土壤沙漠化的防治：

沙漠化问题牵涉面广，不易解决。发达国家要求贫穷国家减少乱垦滥伐，实施防护林工程；贫穷国家则要求发达国家无偿援助，并要求工业化国家减少排放二氧化碳。二、沙漠化三、土壤盐渍化