第九章 土壤污染及生物防治1.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 土壤污染和生物防治,我国土地面临的问题,：,1,、土地资源匮乏。,1/5,人口，,7,的土地,;20,亿亩耕地。,2,、土地资源不断减少。,城市化，工矿、交通用地。十年减少上亿亩。仅,2003,年，全国净减少耕地,253.74,万公顷，人均耕地已由,2002,年的,0.098,公顷降为,0.095,公顷。,3,、环境恶化的威胁。,沙漠化、水土流失。我国土地沙漠化的发展速度惊人，上世纪,50,年代至,70,年代，年增,1500,平方公里，,80,年代达,2100,平方公里，,90,年代末达到,3460,平方公里，目前总面积已达,267.4,万平方公里。,4,、环境污染,2.010,7,hm,2,（,耕地面积的,1/5,）,一、概念,指由于人类活动产生的有害、有毒物质进入土壤，积累到一定程度，超过土壤本身的自净能力，导致土壤性状和质量变化，构成对农作物和人体的影响和危害的现象,称为,土壤污染,。,第一节 土壤污染概述,掌握,5,是指以各种方式进入土壤的污染物，通过土壤的物理、化学和生物学的复杂作用，使污染物质逐渐转化、减毒、消失，最终使土壤恢复到原有的生态功能。,土壤自净,掌握,土壤背景值的概念,严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。,土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，,掌握,7,指土壤对污染物的最大承受能力或负荷量。,土壤容量,掌握,环境容量,土壤污染物,国家标准含量上限,土壤污染物背景值,减去,镉：,0.20mg/kg,镉：,0.002mg/kg,土壤环境质量标准：一级土壤镉含量标准,1,、隐蔽性和潜伏性,2,、不可逆性和长期性,3,、后果严重性,二、土壤污染的特点,掌握,三、土壤污染类型和污染物类型：,来源：人为污染、自然污染,土壤污染按污染进土壤的方式：,1.,水型污染,污染来源主要是以未经处理的生活污水、工业废水或医院污水灌溉农田，或利用渗水坑来处理污水而使土壤受到重金属、有机物或病原体污染，例如土壤中镉多不超过,0.5mg/kg,，而为铅锌矿废水污染的农田土壤中含镉高达,10,136mg/kg,。又如保定污水灌溉的稻田表土含铅比对照高,64,倍。,2.,气型污染,企业排出的污染物如二氧化硫、氮氧化合物、铅、镉、汞、氟等，经过自然沉降或降雨而污染土壤，如电解铝厂、磷肥厂、细铁厂排出的废气中含有高浓度的氟，据某铝厂调查，厂内土壤氟浓度为,2200mg/kg,，厂外为,490mg/kg,，对照为,330mg/kg,。,3.,生物污染型,4.,固体废弃物型污染,工业固体弃废物或生活垃圾在土壤上堆放和填埋，或作农田基肥，由于淋浴、渗透，可使其中的有害物质有机物、病原体进入土壤中，如武汉市生活垃圾含汞,9.5mg/kg,、铅,13.8mg/kg,、大肠菌值,10-2,10-9,，特别是有毒的工业固体废弃物更可严重污染土壤，并通过土壤污染地下水。,5.,农业生产污染物,目前我国大量使用农药与化肥，我国目前生产的农药包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、氮化肥增效剂等有,100,多种，我国化肥用量全年约,1,亿吨。,农药的利用率只有,10,，化肥利用率也只,30,40,，其余均进入环境主要是土壤之中。残留在土壤中的农药、化肥可以通过食物链危害人体键康。,污水渠旁边种的菜苗已经奄奄一息,这样的水灌出来的蔬菜你敢吃么？,工业废气,电子垃圾，已经成为产业，我们只能关注,露天堆放的电子垃圾，将会直接污染土壤及地下水源,在广东某处，土壤重金属钡的浓度,10,倍于土壤污染危险,临界值,，锡为,152,倍，铬,1338,倍，铅为危险污染标准的,212,倍，而水中的污染物超过饮用水标准数千倍。,我们如何为下一代，争取更多的生存空间？,四、主要污染物质,1,、重金属污染,重金属主要指汞、镉、铅、铬、铜、锌。类金属砷和非金属氟也包括其中。我国受重金属污染的土壤面积达,2000,万公顷，占总耕地面积的,1,6,，因工业,“,三废,”,污染的农田近,700,万公顷，使粮食每年减产,100,亿公斤。,有资料显示，华南地区有的城市有,50%,的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类的污染；长江三角洲地区有的城市连片农田受镉、铅、砷、铜、锌等多种重金属污染，致使,10%,的土壤基本丧失生产力,。,2,、农药残留,农药污染触目惊心,我国农药总施用量达,130,余万吨（成药），平均每亩施用接近,1,公斤，比发达国家高出一倍。农药施用后在土壤中的残留量一般为,50%,60%,，已经长期停用的,“,滴滴涕,”,等农药目前在土壤中的检出率仍然很高。,3,、化肥污染,化肥污染令人震惊,上世纪,90,年代，全世界氮肥使用量为,8000,万吨（纯氮），其中我国用量达,1726,万吨（纯氮），占世界总用量的,21.6,。,我国耕地平均施用化肥氮量为,224.8,公斤公顷，其中有,17,个省的平均施用量超过了国际公认的上限,225,公斤公顷。据,31,个省、市、自治区的调查，目前蔬菜、瓜果地里，单季作物化肥用量通常很高。,4,、有机矿物油,石油、多环芳烃类（,PAHs,）、各类烷烃、芳烃的混合物，如萘、菲、芘、苯并芘、苯并嗯。,5,、放射性,天然放射性：宇宙射线、天然放射物,人为放射性：核爆炸、放射性物质排放,6,、致病微生物,细菌、病毒、寄生虫、传染性疾病病原体等,7,、酸性大气和固体沉降物,酸雨、重金属、有机污染物,第二节 土壤污染物,对土壤的危害,一、重金属及其他有毒物质对土壤危害,土壤重金属污染物,(heavy metal pollutant),主要有铜、铬、镉、砷、汞等。它们在土壤中的活性小，易于积累，土壤一旦被其污染则极难消除。其中镉和砷是极毒的；汞、铅、镍是中等毒性；硼、铜、锰、锌的毒性较低。,（一）土壤重金属背景值,表,9,1,表,9,2,不同土壤类型背景值不一样,不同地区土壤背景值不一样,掌握,（二）对土壤的代谢影响,1,微生物群落影响,减少微生物种群的数量，如镉使微生物数量减少,50,倍。,抑制有益菌类的活性：如固氮菌、解磷菌、枯草杆菌、纤维分解菌等,。,土壤微生物反过来也对重金属和有害金属代谢，改变其毒性,.,、,掌握,2,、对土壤酶活性影响,破坏酶类活性基团和空间结构。,抑制微生物生长,如氧化还原酶、碱基磷酸酶、多酚氧化酶等,3,、生化过程的影响,有机质降解,土壤呼吸,土壤氨化和硝化作用抑制,二、农药,（一）农药种类,1,、杀虫剂：无机、有机、微生物杀虫剂,2,、杀菌剂：有机、无机、抗生素、植物,3,、杀螨剂：,4,、杀线虫剂,5,、除草剂,6,、杀鼠剂,7,、植物 生长调节剂,8,、杀软体动物,（二）、农药在土壤中的迁移转化行为,（三）、,对土壤环境的危害,1,、对微生物群落,使群落发生变化，减少或增加,2,、硝化和氨化影响,有的细菌有抑制作用，有些没有影响。,对氨化和硝化的影响也不同,3,、对呼吸作用的影响,掌握,三、化肥使用,1,、对理化性质的影响,土壤酸化,有些微量元素增加,元素有效磷降低,上层水稳性团聚体直径增加、下层,减少,土壤板结：,Ca,2,减少,2,、污染土壤,过多的,F,、,CI,、,NO,2,、,NO,3,-,3,、重金属污染,4,、对土壤微生物影响,掌握,四、放射性,虽然切尔诺贝利核电站核泄漏事故已经过去了,24,年，但是当年核电站释放出来的放射性元素对当地的核污染仍然存在。照片上有关专家正在展示受核污染死亡的鹿。,生活在核污染区域的许多人都有慢性呼吸道疾病以及内分泌失调的症状。乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯以及东欧一些国家每年都要为治疗受核辐射污染的人花大量医药费。,切尔诺贝利核电站核泄漏事故发生后，,11.6,万人被及时撤出了灾难区域，但没有及时离开污染区的人则受到大量辐射出现身体残疾甚至死亡。,1789,年，德国化学家 克拉普罗特,1828,年，瑞典化学家 贝采利乌斯,放射性元素及其特征,射线：带,2,个电荷的氦核流，穿透能力比较弱，有很高的电离能,氦原子由原子核与核外电子构成，核内有,2,个质子（带正电）、,2,个中子（电中性），核外有绕核高速运动的,2,个电子（带负电）。原子核的半径约占原子半径的几万分之一。,粒子飞行速度大约是光度的,1/10,，一个移动的,粒子容易从原子和分子中移去电子。,射线：高速电子流，具有较低的电离能力和较大的穿透能力，质量小，运动速度大。容易造成射线伤。,射线：波长极短的光射线，穿透力特别强，能穿透,20-25cm,的铅，不受电磁场的影响。,射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。,射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤,。,表：,9-13,五、矿物油和多环芳烃的影响,1,、微生物群落,2,、酶活性影响,六、致病生物体的影响,病原菌传染人畜的媒介。三种途径,1,、人土壤人,2,、动物土壤人,3,、土壤人,课后作业,名词解释：土壤污染 土壤自净 土壤环境背景值 土壤环境容量,基本常识：,不同土壤类型背景值不一样,不同地区土壤背景值不一样,简答：重金属、农药、化肥对土壤环境质量的影响？,讨论：如何防止土壤污染？,第三节 土壤污染监测,2006,年,7,月，全国土壤污染状况调查工作全面展开，为了做好这项工作，国家投入了,10,亿元专项资金，耗时,3,年半时间，调查范围覆盖除台湾省和港澳地区以外的所有省、市、自治区的全部陆地。,由法学家、环境专家、农业专家、水利专家等组成的土地污染防治法专家组认为，我国现阶段的土壤污染防治立法，可侧重于,“,治,”,，但,“,防,”,不能偏废。我国目前土壤污染的状况之所以比较严重，恐怕与过去不注重土壤污染的预防有关。,中国土壤污染防治法,的专家意见稿已经完成，并提交有关部门征求意见，在完善之后将提交全国人大审议。,我国仅北京地区而言，将工厂外迁转产遗留的场地进行无害化处理，就将带来,300,亿,500,亿元的土壤修复市场。,自,2006,年以来，每年有,20,家意欲来我国开拓土壤修复市场的国外环保企业，国外环保企业进入中国土壤修复市场的欲望非常强烈。,一、监测的目的和特点,目的：,特点,:,痕量性,混合性,代表性,二）、土壤监测分类,目的,对象,监测方式,二、土壤样品采集和制备,1,、采样点,对角线,棋盘法,蛇形法,2,、深度、时间、取样量,3,、样品制备,三、土壤污染的监测方法,一）物理化学法,二）生物法,第四节 污染土壤的治理措施,1.,重金属污染土壤的治理措施,土壤中重金属的显著化学行为是不移动性、累积性，具有不可逆性的特点。因此，对受重金属污染土壤的治理要根据污染程度的轻重进行改良。从降低重金属的活性，减小它的生物有效性入手，加强土、水管理。,（,1,）通过农田的水分调控，调节水田土壤,Eh,值来控制土壤重金属的毒性,（,2,）施用石灰、有机物质等改良剂,重金属的毒性与土壤,pH,关系密切。,（,3,）客土、换土法,对于严重污染土壤采用客土或换土是一种切实有效的方法。但此法的代价较高，对大面积治理难以推广。,（,4,）生物修复,对污染严重的土壤，尤其是那些矿山土壤的治理，在复垦前，采用超积累植物的生物修复技术是一个可取的方法。,三、有机物（农药）污染土壤的防治,对于有机物、农药污染的土壤，除合理施用农药、采用病虫害综合防治，改进农药剂型等以预防为主的系列技术措施外，对污染土壤的治理应从加速土壤中农药的降解入手。其中采取以下措施：,（,1,）增施有机肥料，提高土壤对农药的吸附量，减轻农药对土壤的污染。,（,2,）调控土壤,pH,和,Eh,加速农药的降解。,三、防止土壤污染，可采取以下措施：,（）加强对于工业废气、废水、废渣等的治理和综合利用，防止向土壤任意排放含各种污染物质的废物；,（）合理施用农药和化肥，积极发展高效、低毒、低残留的农药；,（）对粪便、垃圾和生活污水进行无害化处理；,（）慎重推广污水灌溉，对灌溉农田的污水要严格进行监测和控制，最好使用处理后的污水灌田。,土壤污染事件,1992,年,10,月和,1993,年,5,月，在未经有关部门同意的情况下，发生了辽宁省沈阳冶炼厂两次非法向黑龙江省鸡西市梨树区转移有毒化工废渣造成重大环境污染的案件。转移的废渣中含有三氧化二砷（俗称砒霜）等,10,多种有毒物质,332,吨。这些有毒物质使穆棱河下游约,20,平方千米范围内的土壤、植物和地下水环境造成不同程度的污染。其中以土壤和植被受到的污染和破坏最为严重，残留在废渣堆放地及周围的砷、铜、铅、钢等重金属污染平均超标为,75,倍，其中砷的超标指数最高，是,103,倍。废渣倾倒现场寸草不长，,26,棵,20,厘米直径树木枯死，地表裸露面积达,500,平方米，大约,7,公顷地表植物受到较严重污染，污染深度,0,140,厘米。经预测，在自然状况下，要想将土壤恢复到原有水平，大概需要几百年，甚至几千年以上。,土壤污染的自净,土壤的自净作用是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化学和生物化学等的作用，在 一定时间后，各种病原微生物、寄生虫卵、有机物质和有毒物质等，逐渐达到无害化的程 度。土壤的自净过程很复杂，主要有以下几个方面：,(,一,),物理作用,主要是日光、土壤温度、风力等因素的作用。日光可使土壤表层温度升高，再加上风 的作用，可使某些污染物挥发，能减少其在土壤中的含量。例如，六六六在旱田施用后，主要靠挥发散失；氯苯灵等除草剂在高温条件下极易挥发，可迅速失去其活性。,(,二,),土壤的过滤作用和吸附作用,污染物通过土壤时，比孔隙大的固体颗粒被阻溜。土壤颗粒表面还具有很大的吸附作 用，能吸附溶于水中的气体、胶体微粒及其他物质，并将它们聚积或浓缩在土壤颗粒表面，逐渐形成一层胶质薄膜,(,生物膜,),，增强了土壤的吸附作用。,(,三,),化学作用,土壤中某些金属离子，可与进入土壤的污染物发生中和、氧化、还原、水解等反应，改变污染物的化学性质而降低其毒性。例如酸、碱可被中和，铜在碱性土壤中可生成难溶性的氢氧化铜，使铜的生物活性下降。,(,四,),生物化学作用,有机污染物在各种土壤微生物,(,包括细菌、真菌、放线菌,),的作用下，将复杂的有机物逐步无机化或腐殖质化而达到自净。,1,有机物的无机化,(1),含氮有机化合物的无机化：含氮有机物,(,蛋白质、氨基酸、硫氨、尿素等,),在微生物的作用下首先分解成氨或铵盐，称为氨化阶段。在氧气充足条件下，氨,(,铵盐,),在亚硝酸菌作用下，被氧化成亚硝酸盐，并进一步在硝酸菌作用下氧化成硝酸盐，称为硝化阶段。硝酸盐是蛋白质无机化的最终产物，表示土壤已达自净。,在土壤微生物作用下，蛋白质中的硫和磷也转化成硫醇、硫化氢及磷化氢，最终形成 硫酸盐及磷酸盐供植物吸收利用。,(2),含硫和磷有机物的无机化：,在氧气充足的条件下，它们分解迅速而彻底，最终转化为硫酸盐或磷酸盐而达到无机化。但在厌氧条件下，产生疏醇、硫化氢或磷化氢等。,脂肪在水解能力很强的细菌、真菌及放线菌作用下分解为甘油和脂肪酸，再分解为水 和二氧化碳。,有机物的无机化可在需氧和厌氧两种条件下进行。在需氧条件下自净过程迅速，氧化 完全，不产生恶臭物质。在厌氧条件下的腐败发酵过程时间长，并产生许多还原性产物，如各种有机酸、氨、硫化氢、沼气等，大都有恶臭。有机酸在土壤中积聚过多，常抑制土 壤微生物的生长，减弱土壤的自净能力。,2,有机物的腐殖质化,有机物的腐殖质化过程是有机物在土壤微生物作用下，不断分解又不断合成的过程，参与这一过程的微生物有细菌、真菌、放线菌等。腐殖质化的最终产物是腐殖质，它是一 种疏松的褐色物质，含有多种有机化合物，其中主要的是腐殖酸，即胡敏酸,(,腐土酸,),、乌敏酸,(,腐木质酸,),、克连酸,(,矿泉酸,),等。另外，尚有木质素、纤维素、蛋白质、脂肪酸等多种物质。腐殖质的性质较稳定，不再继续腐败和产生臭气，也不招引苍蝇。、随着有机物的腐殖化，病原菌,(,芽胞菌除外,),及寄生虫卵逐渐死灭，因此在卫生上也是安全的。,土壤中的有机物达到腐殖质阶段便达到了无害化要求，腐殖质还具有持续提供植物的养料、促进植物生长发育、改善土壤的物理性质、提高土壤的蓄水和缓冲能力以及促进土壤微生物活动的作用。,(,五,),病原体在土壤中的死灭,有机物的无机化过程和腐殖质化过程是促使病原微生物和蠕虫卵死亡的重要条件。还 由于日光的照射、土壤中温度的改变、微生物生长繁殖条件的不适宜、土壤微生物的拮抗 作用和噬菌作用、一些植物根系所分泌的植物杀菌素对某些真菌类的余灭作用等，都影响 病原微生物和蠕虫卵的生存。例如，日光中的紫外线能杀灭土壤中的蛔虫卵，末成熟的蛔 虫卵更为敏感。对于干燥的土壤日光作用更强。在通常情况下，土壤中的蛔虫卵要,1,年左 右才死亡，但在,50,以上数天后可被杀灭。土壤中的蚯蚓、昆虫及其幼虫也能吞食蠕虫 卵，故对土壤中蠕虫卵的死灭也有一定的意义,。,由于上述自净作用的结果，使进入土壤中的各种污染物质包括一些有机物、化学毒物 的有害作用降低或消失。但土壤的自净作用有一定限度，超过了限度就会造成危害。某些 重金属和农药等污染物质，在土壤中尽管也可以发生一定的迁移、转化，但最终并不能完 全降解、消失而仍蓄积在土壤中。对这些污染物质就更应加强预防措施，以减少污染和危 害健康。,土壤的生物治理,广义的生物修复：指一切利用生物为主的黄静污染的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散，一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型，根据生物修复的污染物种类，它可分为有机污染生物修复、重金属污染的生物修复和放射性污染的生物修复。,重金属超积累植物,近年来，利用超积累植物清除土壤和水体环境中的金属和类金属污染,植物修复技术以其潜在的高效、廉价及其环境友好性日益受到各国政府、科技界和企业界的广泛关注。,超富集植物起码需满足两个条件：,1,）,Zn,、,Mn10000ppm;,Pb,、,Cu,、,Ni,等,1000ppm;,Cd100ppm.2,）地上部高于地下部,1,、,遏蓝菜属（,Thlaspi,）,目前世界上研究最多的超富集植物,十字花科。具有富集重金属,Zn,和,Cd,的能力。其地上部,Zn,、,Cd,的含量分别可高达,33600ppm,和,1140ppm,（干重）,宝宝山堇菜（,Viola baoshanensis,）,山堇菜宝山堇菜,一种,Cd,的超富集植物，其地上部含量达,1168ppm,，地下部含量达,981ppm,。,、蜈蚣草（,Pteris vittata Linn.,）,第一种在我国发现的,As,超富集植物，由陈同斌等发现,补充,:,凤尾蕨科。多年生草本；株高,20-110,厘米，根状茎短，直立；叶片倒披针形，长,15-88,厘米，宽,5-20,厘米，一回羽状，羽片线状披针形。孢子囊群线形，沿羽片边缘着生。分布于长江以南诸省。多生于石灰岩山地或墙缝间。优美的株形，已被广泛引种，可用于配置山石盆景和假山。全草入药，性温，味淡，苦，有解毒、祛风除湿、止血、止泻的功效。,研究证实，在南方湖南、广西等地大面积分布的蕨类植物蜈蚣草对砷具有很强的超富集功能，其叶片含砷量高达,，远超过植物体内的氮磷养分含量。,2,、东南景天,(Sedum alfredii H),由杨肖娥等发现的第一种,Zn,超富集植物。地上部的,Zn,含量达,5000ppm.,富集系数达,1.9,以上。,