環(huán)境學概論第四章

環(huán)境學概論廣東石油化工學院理學院地理系

陳修文2/6/20231第四章土壤環(huán)境

本章提要(…)

第一節(jié)土壤的組成和性質第二節(jié)土壤環(huán)境污染第三節(jié)重金屬對土壤的污染第四節(jié)化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染第五節(jié)土壤污染的防治

本章主要介紹土壤中各種污染物對土壤環(huán)境造成的污染問題及其防治。

返回2/6/20232一、土壤的組成（一）土壤礦物質（二）土壤有機質（5-12％）（三）土壤空氣（四）土壤溶液（五）土壤剖面形態(tài)二、土壤的物理化學性質（一）土壤的物理性質（二）土壤膠體及土壤吸收交換性（三）土壤的酸堿性和氧化-還原性

（C的循環(huán)）本節(jié)結束下一節(jié)第一節(jié)土壤的組成和性質

土壤是環(huán)境中特有的組成部分，是位于陸地表面呈連續(xù)分布，具有肥力并能生長植物的疏松層，它是一個復雜的物質體系。按容積計：較理想的土壤中礦物質38-45％；按重量計：可占固相部分的90-95％以上。（原生礦物、次生礦物）

由動植物殘體分解轉化逐漸形成，與礦物質一起共同構成了土壤的固相部分。土壤有機質的化學組成包括：糖類（碳水化合物）、木質素、有機氮、脂肪、蠟質、單寧、木栓質、角質、有機磷及灰分等。土壤腐殖質是土壤有機質的主要部分，約占有機質總量的50-65％。腐殖質不是單一的有機質，是一系列高分子有機化合物，其中主要包括胡敏酸、富里酸等。

因擴散作用土壤空氣的主要成分同大氣一樣，為N2、O2、CO2及水汽等。土壤空氣中還含有甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）、氫（H2）、磷化氫（PH3）、二硫化碳（CS2）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）、乙炔（C2H2）、氬（Ar）、氖（Ne）、氡（Rn）和各種氮氧化物等二十多種氣體。

土壤水是植物吸收養(yǎng)料的主要媒介。土壤溶液中多含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-等離子及有機物。由于土壤溶液參加水的循環(huán)，所以土壤溶液的組成是經(jīng)常變動的。包括：土壤結構和土壤孔隙。土壤質地、結構性能、有機質含量都對土壤孔隙狀況產(chǎn)生重要的影響，從而決定土壤的可耕性。

土壤的形成過程中，由于物質在土壤中的垂直遷移和累積的結果，促使土壤中物質發(fā)生淋溶和聚集，因而在土壤層次中發(fā)生垂直分化，天然土壤自上而下可分為覆蓋層（A0），淋溶層（A）、淀積層（B）、母質層（C）和風化層（D）。

土壤膠體是指土壤中顆粒直徑小于2μm或小于1μm，具有膠體性質的微粒。一般土壤中的粘土礦物和腐殖質都具有膠體性質。直徑小于2μm的土壤膠粒帶有大量的負電荷（≥80％），而大于2μm的土粒只帶有少量的負電荷。

影響土壤氧化-還原作用因素為：①土壤通氣狀況，通氣良好，電位升高；通氣不良，電位下降。受氧支配的體系其Eh值隨pH而變化，pH值越低，Eh值越高；②土壤有機質狀況，土壤有機質在嫌氣條件下分解，形成大量還原性物質，在浸水條件下Eh下降；③土壤無機物狀況，一般還原性無機物多，還原作用強，氧化性無機物多，氧化作用強。土壤中氧化鐵和硝酸鹽含量高，可減弱還原作用，緩沖Eh值的下降。

2/6/20233生物地球化學過程和模式1）碳循環(huán)

陸地系統(tǒng)陸地生物系統(tǒng)河流遷移過程海洋系統(tǒng)海洋生物系統(tǒng)吸收過程沉淀過程吸收過程死亡過程溶解過程沉淀過程火山活動、分解表面巖石系統(tǒng)大氣系統(tǒng)（CO2）光合過程呼吸過程呼吸過程光合過程2/6/20234一、土壤污染和土壤凈化其他概念二、土壤污染源

三、土壤污染物質四、土壤污染的發(fā)生類型

（一）水體污染型（二）大氣污染型（三）農(nóng)業(yè)污染型（四）固體廢棄物污染型本節(jié)結束第二節(jié)土壤環(huán)境污染（一）土壤污染：土壤污染：污染物質進入土壤，其數(shù)量和速度，超過了土壤凈化作用的速度，導致土壤自然正常功能的失調，土壤質量的下降，并最終影響到人類的健康。土壤污染特點：隱蔽性和潛伏性不可逆性和長期性（二）土壤凈化：土壤本身通過吸附、分解、遷移、轉化，而使土壤污染的濃度降低而消失的過程。凈化途徑：1．由于土壤中含有各種各樣的微生物和土壤動物，對外界進入土壤中的各種物質都能被分解轉化。2．由于土壤中存在有復雜的有機和無機膠體體系，通過吸附、解吸、代換等過程，對外界進入土壤中的各種物質起著“蓄積作用”，使污染物發(fā)生形態(tài)變化。3．土壤是綠色植物生長的基地，通過植物的吸收作用，土壤中的污染物質起著轉化和轉移的作用。自然污染源：如火山噴發(fā)，含有重金屬或放射性元素的礦床附近地區(qū)的土壤。人為污染源：（一）工業(yè)污染源：濃度較高，短時間內(nèi)即可引起土壤、作物危害。（廢渣作為肥料施入農(nóng)田、污水灌溉）（二）農(nóng)業(yè)污染：化學農(nóng)藥、除草劑、牲畜廢物等。（三）生物污染源：人糞尿、生活污水等。工礦企業(yè)廢水和城市生活污水的直接排放；污水灌溉，使土壤受到重金屬、無機鹽、有機物和病原體的污染。水污染型的污染特點是沿河流或干支渠呈枝形片狀分布。沉降和降水而降落地面。污染物（二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等）集中在土壤表層，引起土壤酸化等多種污染。特點是以大氣污染源為中心呈環(huán)狀或帶狀分布，長軸沿主風向伸長。其污染的面積、程度和擴散的距離，取決于污染物質的種類、性質、排放量、排放形式及風力大小等。污染程度與化肥、農(nóng)藥的數(shù)量、種類、利用方式及耕作制度等有關。主要是工礦企業(yè)排出的尾礦廢渣、污泥和城市垃圾在地表堆放或處置過程中通過擴散、降水淋濾等直接或間接地影響土壤，使土壤受到不同程度的污染。土壤背景值（土壤本底值）：是指未受或盡少受人類活動，特別是人為污染影響的土壤化學元素的自然含量。土壤環(huán)境容量：在人類生存和自然生態(tài)不知受害的前提下，土壤環(huán)境所能容納的污染物的最大負荷量。次生鹽漬化：由于人類不合理的農(nóng)業(yè)措施而發(fā)生的鹽漬化，稱次生鹽漬化。2/6/20235土壤的污染返回2/6/20236三、土壤污染物質（一）有機物類（二）重金屬污染物（三）放射性物質（四）化學肥料（五）致病的微生物第二節(jié)土壤環(huán)境污染

土壤污染物：土壤污染物質指的是進入土壤中并影響土壤正常作用的物質，即會改變土壤的成分、降低農(nóng)作物的數(shù)量或質量，有害于人體健康的那些物質。污染土壤的有機物，主要是化學農(nóng)藥、除草劑等。例如有機氯類，包括六六六、DDT、艾氏劑、狄氏劑等；有機磷類，包括馬拉硫磷、對硫磷、敵敵畏等；氨基甲酸酯類，有的為殺蟲劑，有的為除草劑；苯氧羧酸類，如2，4－D、2，4，5－T等除草劑。工業(yè)“三廢”中的有機污染物，較常見的有酚、油類、多氯聯(lián)苯、苯并芘等有機化合物。這類合成有機污染物通過不同途徑進入土壤后，除一部分發(fā)揮作用之外，另一部分因其較穩(wěn)定不易分解而在土壤中累積，造成土壤污染。重金屬進入土壤的途徑：由于使用含重金屬的廢水進行灌溉；隨著含重金屬的粉塵落入土壤中；使用含重金屬的廢渣作為肥料；使用含重金屬的農(nóng)藥制劑等。常見的一些重金屬污染物包括汞、鎘、鉛、銅、鋅、鎳、砷等。因為重金屬不能為土壤微生物所分解，而且可為生物所富集。因此土壤一旦被重金屬污染，是較難予徹底消除的，可對環(huán)境形成潛在的威脅。主要是由于大氣核爆炸降落的污染物，以及原子能和平利用所排出的液體和固體的放射性廢棄物，最終不可避免地隨同自然沉降，雨水沖刷和廢棄物的堆放而污染土壤。含氮和含磷的化學肥料使用不當而造成這類物質從土壤中流失污染環(huán)境，特別是水體富營養(yǎng)化問題與此有關。土壤中的病原微生物，主要來源于人畜的糞便及用于灌溉的污水（未經(jīng)處理的生活污水及醫(yī)院污水），當人與污染的土壤接觸時可傳染各種細菌及病毒，若食用被土壤污染的蔬菜、瓜果等會威脅人體健康。這些被污染的土壤經(jīng)過雨水沖刷，又可能污染水體。

2/6/20237土壤污染2/6/20238

土地鹽堿化使植被枯死返回2/6/20239一、土壤中重金屬元素的來源二、土壤中重金屬元素的背景值三、土壤中重金屬元素的遷移轉化（一）重金屬元素在土壤中污染特征（二）土壤條件與重金屬的遷移轉化（三）主要重金屬在土壤中的遷移轉化本節(jié)結束返回下一節(jié)第三節(jié)重金屬對土壤的污染原生巖石：主要來源。人為因素：修建道路、建筑工程；金屬礦物加工、尾礦；施用肥料。土壤環(huán)境中重金屬元素背景值是指一定區(qū)域內(nèi)自然狀態(tài)下未受人為污染影響的土壤中重金屬元素的正常含量。土壤環(huán)境背景值的測定和研究是環(huán)境科學中的一項基礎工作，它能為土壤環(huán)境質量評價、污染趨勢預測、重金屬在土壤中的遷移轉化規(guī)律的研究提供科學依據(jù)。

重金屬元素在土壤中的污染特征：不能被微生物分解可以轉化且毒性更強難以消除1.膠體的吸附或重金屬和膠體的締合2.重金屬的絡合和螯合作用3.氧化-還原作用及酸堿度影響重金屬的價態(tài)變化和溶解度

2/6/202310（三）主要重金屬在土壤中的遷移轉化

1、鎘的遷移轉化：2、汞的遷移轉化：3、砷的遷移轉化：返回第三節(jié)重金屬對土壤的污染

土壤中鎘的存在形態(tài)分為水溶性和非水溶性鎘。離子態(tài)CdCl2、Cd（NO2）2、CdCO3和絡合態(tài)的如Cd（OH）2呈水溶性的，易遷移，可被植物吸收，而難溶性鎘的化合物如鎘沉淀物、膠體吸附態(tài)鎘等為難溶性鎘，不易遷移和為植物吸收。但兩種形態(tài)在一定條件下可相互轉化。作物對鎘的吸收，隨土壤pH值的增高而降低有機質與鎘螯合能降低鎘的有效性Eh低或淹水等，有利于形成難溶性的CdS當水田落干時，非溶性CdS則會氧化成CdSO4，增加其溶性因Cd和Zn、Pb、Cu等伴生離子的含量存在正相關土壤中汞的存在形態(tài)有離子吸附和共價吸附的汞、可溶性汞（HgCl2），難溶性汞（HgHPOr、HgCO3及HgS）。吸附劑的種類和氧化-還原狀況影響汞遷移轉化植物對汞的吸收和累積與土壤汞的含量關系：水稻生長的“米汞”和“土汞”之間生物吸收富集系數(shù)為0.01，即土壤中總汞含量為2ppm時，米汞含量可超過0.02ppm。汞在作物不同部位的累積順序為：根＞葉＞莖＞種子。糧食作物中的順序為：水稻＞玉米＞高梁＞小麥。不同土壤中汞的最大允許量是有差別的，如酸性土壤為0.5ppm，石灰性土壤為1.5ppm。砷有三價和五價砷，土壤中砷在表層積累，形態(tài)可分為水溶性砷、交換性砷和難溶性砷三種，其中水溶性砷約占總砷的5-10％，大部分是交換態(tài)及難溶性砷。砷與堿土金屬和重金屬化合，可生成亞砷酸鹽，多數(shù)亞砷酸鹽類溶解度均較小，不宜遷移。土壤中的砷大部分為膠體所吸附，或與有機物絡合、螯合，或與土壤中的鐵、鋁、鈣等結合形成難溶性化合物，或與鐵、鋁等氫氧化物形成共沉淀。不能被微生物分解可以轉化且毒性更強難以消除2/6/202311一、化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染

二、主要的農(nóng)藥類型（一）有機氯類農(nóng)藥（二）有機磷類農(nóng)藥（三）氨基甲酸酯類農(nóng)藥（四）除草劑三、農(nóng)藥在土壤中的遷移、降解及殘留（一）農(nóng)藥污染土壤的主要途徑（二）農(nóng)藥在土壤中的殘留（三）農(nóng)藥在土壤中的轉化

本節(jié)結束返回下一節(jié)第四節(jié)化學農(nóng)藥對環(huán)境的污染化學農(nóng)藥是指能防治植物病蟲害、消滅雜草和調節(jié)植物生長的化學藥劑。目前世界生產(chǎn)的農(nóng)藥品種達1300

余種,農(nóng)業(yè)上常用的有250種以上。（1）有機氯農(nóng)藥不僅對害蟲有殺傷毒害作用，同時對害蟲的“天敵”及傳粉昆蟲等益蟲益鳥也有殺傷作用，因而破壞了自然界的生態(tài)平衡；（2）長期使用同類型農(nóng)藥，使害蟲產(chǎn)生了抗藥性，因而增加了農(nóng)藥的用量和防治次數(shù)，也大大增加了防治費用和成本；（3）長期大量使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累，尤其是在土壤環(huán)境中，產(chǎn)生了農(nóng)藥污染環(huán)境問題。

該類農(nóng)藥是含氯的有機化合物，大部分是含一個或幾個苯環(huán)的氯素衍生物。最主要的品種是DDT（二氯二苯基三氯乙烷）和六六六（六氯環(huán)己烷），其次是艾氏劑（六氯-六氫化-二甲萘）、狄氏劑和異狄氏劑（Dieldrin）（六氯-環(huán)氧-八氫化-二甲萘），氯丹七氯等。有機氯類農(nóng)藥的特點是：化學性質穩(wěn)定，在環(huán)境中殘留時間長，短期內(nèi)不易分解，易溶于脂肪中，并在脂肪中蓄積，長期使用是造成環(huán)境污染的最主要農(nóng)藥類型。目前許多國家都已禁止使用，我國已于1985年全部禁止生產(chǎn)和使用。有機磷農(nóng)藥對昆蟲及哺乳類動物均可呈現(xiàn)毒性，破壞神精細胞分泌的乙酰膽堿，阻礙刺激的傳送機能等生理作用，使之致死。

該類農(nóng)藥均具有苯基-N-烷基氨基甲酸酯的結構，它與有機磷農(nóng)藥一樣，具有抗膽堿酯酶作用，中毒癥狀也相同。但中毒機理有差別，是由對膽堿酯酶分子總體的弱可逆結合的抑制而引起的。在環(huán)境中易分解，在動物體內(nèi)也能迅速代謝，而代謝產(chǎn)物的毒性多數(shù)低于其本身毒性，因此屬于低殘留的農(nóng)藥。

除草劑具有選擇性，只能殺傷雜草，而不傷害作物。最常用的除草劑有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）及其脂類，它們能除滅許多闊葉草，但對許多狹葉草則無害，是一種調解物質。

1．施用于田間的各種農(nóng)藥大部分落入土壤中，附著于植物體上的部分農(nóng)藥，也因風吹雨淋落入土壤中，這就是造成土壤污染的主要原因。2．使用浸種、拌種、毒谷等施藥方式，或是將農(nóng)藥直接撒至土壤中。3．噴射農(nóng)藥，葉面下落到土壤，也有大量農(nóng)藥撒在或蒸發(fā)到空氣中，粘附在飄塵上，隨雨水降落到土壤中。農(nóng)藥在土壤中的存留時間常用兩種概念來表示：即半衰期和殘留期。半衰期指施入土壤中的農(nóng)藥因降解等原因使其濃度減少一半所需要的時間；殘留量指土壤中的農(nóng)藥因降解等原因含量減少而殘留在土壤中的數(shù)量。土壤對化學農(nóng)藥的吸附化學農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)和擴散農(nóng)藥在土壤中的降解2/6/2023121.化學農(nóng)藥在土壤中的吸附

農(nóng)藥能夠在土壤中殘留，主要是土壤對它有吸附作用，被吸附的農(nóng)藥往往發(fā)生形態(tài)的改變，同時也在不斷的改變它的遷移能力和生理毒性。1）與膠體帶電性質有關：有機膠體>蛭石>蒙脫石>伊利石>綠泥石>高嶺石。2)土壤膠體的陽離子組成,對農(nóng)藥吸附交換有一定的影響。3）PH值影響膠體的帶電性，進而影響吸附作用。4）化學農(nóng)藥的物質成分和性質：同一類型的，分子越大吸附能力越強。5）土壤對化學農(nóng)藥的吸附是有選擇性的。返回2/6/2023132.化學農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)遷移擴散

農(nóng)藥進入土壤后，在被土壤固相吸附的同時，還通過氣體的揮發(fā)和隨水淋溶以及植物的吸收而在土壤中擴散遷移。但可能造成二次污染。

這與很多因素有關：1）農(nóng)藥的溶解度越大，越容易被植物吸收2）潮濕土壤中農(nóng)藥的揮發(fā)速度快3）高含量有機質土壤和低溫土壤中農(nóng)藥的揮發(fā)速度慢返回2/6/2023143.化學農(nóng)藥在土壤中的降解1）生物降解：通過生物的作用將農(nóng)藥分解成小分子化合物的過程。2）化學降解：以氧化和水解最為重要水接強度溫度升高、土壤水分增加和PH值降低而增強3)光化學降解：指土壤表面接受太陽輻射能和紫外線等能量作用而引起農(nóng)藥分解的過程。4.化學農(nóng)藥的殘留受以下因素的影響1）農(nóng)藥的化學性質和分解的難易：半衰期2）與土壤的性質有關：組成、濕度、溫度、有機質組成3）與土壤作用有關：種類、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