環(huán)境學(xué)概論課件 第7章 土壤污染與防治

第七章土壤環(huán)境污染

及其防治本章內(nèi)容土壤的組成土壤污染源及類型土壤污染特點土壤中的主要污染物土壤重金屬污染（影響因素、遷移轉(zhuǎn)化）一、土壤定義土壤是指位于地球陸地表面，淺水層地區(qū)具有一定肥力且能生長植物的疏松層

土壤是人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基地

空氣日光

水分(土壤提供)熱量

養(yǎng)分(土壤提供)二土壤的組成土壤組成很復(fù)雜，總體來說是由礦物質(zhì)、動植物殘體腐解產(chǎn)生的有機質(zhì)、水分和空氣等固、液、氣三相組成

有機質(zhì)：普通有機物、腐殖酸有機物活性有機體：土壤微生物、土壤動固態(tài)

無機物液態(tài)氣態(tài)45％5％

土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì)含量土壤有機質(zhì)絕大部分集中于土壤表層(0—15或0—20cm),我國土壤有機質(zhì)含量在1—5%之間來源植物的根茬、莖稈、落葉、土壤中的動物殘骸以及施入土壤的有機肥料等作用土壤有機質(zhì)主要以腐殖質(zhì)為主,它作為土壤有機膠體來說，具有吸收性能、土壤緩沖性能以及與土壤重金屬的絡(luò)合性能等,這些性能對土壤的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、質(zhì)量都有重大影響。對金屬元素和人為釋放的污染物在地表的遷移和富集有重要意義土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成很復(fù)雜，幾乎包括地殼中所有的元素。其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鈉、鉀、鈦、碳等10種元素占土壤礦物質(zhì)總量的99%以上。氧（48.6%）硅（26.30%）鋁（7.73%）鐵（4.75%）原生礦物質(zhì)它是各種巖石經(jīng)受不同的物理風(fēng)化，仍遺留在土壤中的一類礦物，其原來的化學(xué)組成沒有改變。次生礦物質(zhì)它大多是由原生礦物質(zhì)經(jīng)過化學(xué)變化，或由分解產(chǎn)物重新結(jié)合形成的新礦物。原生礦物

硅酸鹽類：橄欖石、輝石、角閃石、云母、長石；

氧化物類：石英，赤鐵礦（a-Fe2O3）；

磷酸巖類：磷灰石次生礦物次生層狀硅酸鹽：高嶺石、蒙脫石、伊利石（水云母）、蛭石、綠泥石氧化物及其水化物：氧化鐵、氧化鋁、氧化硅、氧化錳；碳酸鹽：方解石（CaCO3）

土壤水和空氣土壤水和空氣水土壤中各種形態(tài)水分,對土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程和土壤的形成過程起著決定性作用。土壤水是含有復(fù)雜溶質(zhì)的稀溶液，因此常將土壤水及其所含溶質(zhì)稱為土壤溶液。土壤溶液是植物生長所需要的水分和養(yǎng)分的主要供給源空氣土壤空氣是存在于土壤中的氣體的總稱。是土壤的重要組成之一土壤空氣組成近地大氣組成：氧氣20.94%、二氧化碳0.03%、氮氣78.08%、其他氣體0.95%相對濕度60～90%土壤空氣組成：氧氣10.35～20.03%、二氧化碳0.15～0.65%、氮氣78.8～80.2%

相對濕度100%三土壤環(huán)境元素背景值和

土壤環(huán)境容量

（一）土壤環(huán)境元素背景值

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(xué)元素的自然含量（平均含量）。

高低

Hg：頁巖（0.4）花崗巖(0.01)Cd:沉積巖火成巖Cr:蛇紋巖(3000mg/kg)

Pb:沉積巖基性巖57.3（二）土壤環(huán)境容量

在人類生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，土壤環(huán)境所能容納的污染物的最大負(fù)荷量。四、土壤污染概念人類活動產(chǎn)生的污染物，通過不同的途徑輸入土壤環(huán)境中，其數(shù)量和速度超過了土壤的凈化能力，從而使土壤污染物的累積過程逐漸占居優(yōu)勢，土壤的生態(tài)平衡受到破壞，導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量下降，影響作物的正常生長發(fā)育，作物產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量隨之下降，并產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)，最終將危及人體健康，以至人類生存和發(fā)展的現(xiàn)象廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所土壤污染課題組在珠三角和粵東（汕頭）、粵西（湛江）的調(diào)查顯示，至目前為止，珠三角的土壤40%存在重金屬污染，其中10%為重污染，而西江流域的重金屬污染更達到60%~70%。國內(nèi)外有人形象地將土壤污染稱之為“化學(xué)定時炸彈”。五、土壤污染特點隱蔽性和潛伏性不可逆性和長期性六、土壤污染的類型水質(zhì)污染型（污灌）大氣污染型（大氣沉降、交通）固體廢物污染型（垃圾堆放）農(nóng)業(yè)污染型（施肥）綜合污染型污灌型鋅污染土壤：0.62～9.38mg/kg糙米：0.02～3.70mg/kg土壤污染的類型水質(zhì)污染型（污灌）大氣污染型（大氣沉降、交通）固體廢物污染型（垃圾堆放）農(nóng)業(yè)污染型（施肥）綜合污染型顆粒沉降型重金屬復(fù)合污染交通污染歐洲和亞洲的大城市中，土壤表層含鉛量為200一2000PPm．美國艾森豪威爾快車道15米的土壤中合鉛量高達7600ppm．美國中、西部城市住宅區(qū)平均含鉛1636ppm，商業(yè)區(qū)土壤含鉛2413ppm．華盛頓一個繁華的商業(yè)區(qū)交叉路口街道塵土含鉛量達12820ppm．土壤污染的類型水質(zhì)污染型（污灌）大氣污染型（大氣沉降、交通）固體廢物污染型（垃圾堆放）農(nóng)業(yè)污染型（施肥）綜合污染型固體廢物污染型農(nóng)業(yè)污染七、主要污染物有機污染物無機污染物病原菌污染放射性污染無機污染物重金屬生物毒性顯著的重金屬元素：汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷一定毒性的一般重金屬：鋅、銅、鎳、鈷、錫等五、土壤中重金屬來源1原生巖石（土壤母質(zhì)）2隕石、火山氣體、土壤潛水3人類活動原生巖石

高低Hg：頁巖（0.4）花崗巖(0.01)Cd:沉積巖火成巖Cr:蛇紋巖(3000mg/kg)Pb:沉積巖基性巖

來源

污染物礦產(chǎn)開采、冶煉、加工排放的廢氣、廢水、廢渣 Cr、Hg、As、Pb、Ni、Mo煤和石油燃燒過程中排放的飄塵 Cr、Hg、As、Pb等電鍍工業(yè)廢水 Cr、Cd、Ni、Pb、Cu、Zn等塑料、電池、電子工業(yè)排放的廢水 Hg、Cd、Pb、Ni、Zn燃料、化工制革工業(yè)排放的廢水 Cr、Cd汽車尾氣 Pb農(nóng)藥、化肥 As、Cu、Cd土壤重金屬污染的人為污染源

鎘標(biāo)準(zhǔn)值(mg/kg)二級土壤：≤0.30無公害大米≤0.2綠色大米≤0.10

溫州市部分蔬菜基地蔬菜重金屬污染情況調(diào)查

（王亮等，2000年，內(nèi)部資料）八、重金屬形態(tài)1賦存狀態(tài)水溶態(tài)（以去離子水提?。┙粨Q態(tài)或吸附交換態(tài)（以MgCl2為提取劑）碳酸鹽結(jié)合態(tài)（以NaAc-HAc為提取劑）鐵錳氧化態(tài)（以NH4OH-HCl)為浸提劑）有機結(jié)合態(tài)（以H2O2為浸提劑)殘留態(tài)(HClO4-HF消化，1:1HCl浸提）2毒性大小水溶態(tài)、交換態(tài)：最大殘留態(tài)：最小其余態(tài)：介于其間3、有效度

九、土壤中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化作用

膠體吸附重金屬的絡(luò)合與螯合（一）膠體吸附（較高濃度時）土壤膠粒Ca2++2KCl土壤膠粒K+K++CaCl2吸附解吸（一）膠體吸附土壤中含有豐富的有機和無機膠體，對進入土壤中的重金屬有明顯的固定作用。膠體的吸附和解吸作用使得重金屬在土壤中遷移轉(zhuǎn)化膠體吸附作用是重金屬在土壤中積累而被污染的重要方式（二）重金屬的絡(luò)合與螯合a絡(luò)合與螯合影響土壤中存在各種有機或無機的配位體，重金屬可以通過絡(luò)合、螯合作用而溶解遷移（較低濃度）無機的配位體：羥基、氯離子有機配位體：腐殖質(zhì)（胡敏酸、富里酸）b絡(luò)合作用：氯絡(luò)陰離子對重金屬絡(luò)合，可大大提高重金屬的溶解度羥基與重金屬的絡(luò)合作用可提高金屬氫氧化物的溶解度C螯合作用：胡敏酸：難溶螯合物富里酸：可溶性螯合物（三）影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的因素pHEh有機質(zhì)（1）pH土壤pH變化在4～8.5,但極端時為2、10.5

潮濕地區(qū)為5～7、干旱地區(qū)為7～9、對作物而言,最適pH為6.5

pH與重金屬元素遷移土壤溶液中Cu、Zn、Pb、Cd等離子濃度隨土壤的pH值上升而下降pH小于6時，可溶解遷移元素：

Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、CdpH大于7時，可溶解遷移元素：

As、Mo（2）Eh影響重金屬價態(tài)影響遷移能力土壤中的Eh一般土壤Eh變化范圍：200～700mv

＞700mv則為完全的氧化條件＞300mV的，以氧化反應(yīng)占優(yōu)勢＜300mv則以還原作用為主＜200mv便開始進行強烈的還原過程

舉例：

水滯土壤，如水稻土和沼澤土Eh可低到一200～一300mv。旱地土壤耕作層處于氧化狀態(tài)，Eh值約在500～700mv

（多數(shù)變價元素）

低價離子比高價離子更容易遷移土壤中一些變價元素，而低價離子化合物溶解度相對高價化合物遷移能力較大，更容易遷移。如：Fe、Mn、S、Ni、Pb、As、Hg（少數(shù)變價元素）

高價離子比低價離子更容易遷移有些元素(如U、V、Mo、Cr)在高價態(tài)時可以形成絡(luò)合—螯合離子的配位離子，在土壤溶液中增強了活性，在還原條件下，被還原為低價離子，并進一步水解沉淀

Cr的低價化合物較易水解沉淀，所以高價形式如(CrO4)2-等，則比低價形式更易遷移。(3)有機質(zhì)腐殖酸一種特殊的有機物，其約占有機質(zhì)總量的50％一65％組成：胡敏酸（難溶）富里酸、胡敏素（易溶）

胡敏酸結(jié)構(gòu)富里酸結(jié)構(gòu)十、土壤污染的危害1土壤污染導(dǎo)致土壤酸堿度變化2土壤中的有毒物質(zhì)直接影響植物的生長3土壤污染危害人體健康鋁毒癥狀 植物的鋁毒癥狀首先體現(xiàn)在根系：根主軸伸長受抑，根粗短而脆，褐色，畸形彎曲，抑制植物根系生長不同鋁濃度對繡球花顏色的影響土壤污染危害人體健康

十一、污染土壤的修復(fù)1排土、客土改良（物理改良）2施加抑制劑（化學(xué)改良）3生物改良生物法超耐受性植物篩選的研究

超富集植物篩選的研究

超耐受性植物超耐受性植物可以利用其根系的吸收和積累作用，將重金屬固定在植物根系或根際土壤中，從而降低土壤中重金屬的遷移能力，使重金屬得生物可利用性下降、重金屬的生物毒性降低。細(xì)弱翦股穎和匍匐紫羊茅硬毛苞茅駝蹄瓣洽草治傷絨毛花超耐受性植物對于金屬礦區(qū)廢棄地的生態(tài)恢復(fù)、礦區(qū)重度污染土壤的修復(fù)具有重要的現(xiàn)實意義和較強的可操作性超富集植物研究能承受高濃度的重金屬，對重金屬有相當(dāng)?shù)母患芰Γ茌^普通植物累積10～500倍以上的某種重金屬），生長快、生物產(chǎn)量較大，