第七章 土壤污染与防治.ppt

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,七,章,土壤污染与防治,土壤污染概述,土壤重金属污染与控制,土壤农药的污染与控制,化学肥料对土壤环境的污染,酸沉降对污染土壤环境的污染与,控制,有机污染物对土壤的污染及控制,第一节 土壤污染概述（,the conception of soil contamination）,一、土壤的,自净化作用,二、土壤污染的概念与特点,三、土壤污染的来源与类型,四、土壤中的主要污染物,一、土壤的自净化作用,什么叫土壤的自净化作用土壤经过自身的物理、化学和生物作用，使进入土壤中的有害物质浓度降低或毒性消失的过程。,为什么土壤具有净化功能？,土壤是一个多相的疏松多孔体系；,土壤是一个胶体体系；,土壤是一个氧化还原体系；,土壤是一个络合螯合体系；,土壤是一个化学体系；,土壤是一个生物体系。,第一节 土壤污染概述,物理自净作用：,污染物渗滤、吸附、挥发、稀释、扩散,等,化学和物理化学自净作用,土壤中污染物经过阴阳离子的,离子交换吸附、凝聚与沉淀、氧化还原、络合螯合、酸碱中和、同晶置换、水解分解化合反应或光化学降解反应,等使其毒性浓度降低的过程。粘粒和有机物是主要载体；酸碱反应和氧化还原反应起重要作用。,生物净化作用,有机污染物在微生物及其酶作用下，通过生物降解，分解为简单无机物而消散的过程。,进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除污染物毒性的现象。,土壤的自净作用,二、土壤污染的概念与特点,1,.,土壤污染的概念,通过各种途径进入土壤中的物质，其数量和速度超过了土壤净化作用的速度，使污染物质的积累过程占优势，从而导致土壤正常功能失调，质量下降，并影响到作物生长与发育及农产品品质的现象,。,（超过了环境背景值，抑制微生物和植物正常生长发育，危害人类健康）,二、土壤污染的概念与特点,2,.,土壤污染的特点,隐蔽性或潜潜伏性水体和大气的污染比较直观，可通过人的感官发现；土壤污染则要通过农作物及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生后果有一个相当长的逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性,不可逆性和长期性,:,土壤一旦遭到污染后极难恢复。重金属对土壤的污染是一个不可逆过程，许多持久性有机污染物的污染也需要一个比较长的降解时间。,后果的,严重性：,化学定时炸弹,二、土壤污染的概念与特点,后果的严重性,导致严重的直接经济损失,:,我国每年就因重金属污染而减产粮食,1000,多万,t,被重金属污染的粮食多达,l 200,万,t,，造成经济损失至少,200,亿元。,导致生物产量品质下降,土壤污染物危害农作物的正常生长和发育，导致产量下降，不影响品质；,农作物吸收土壤中的污染物质而使收获部分品质下降，不影响产量；,不仅导致农作物产量下降，同时也使收获部分品质下降。,健康品质,营养品质,商品品质,二、土壤污染的概念与特点,后果的严重性,土壤污染对生物体健康的危害,重金属污染的影响,引起急性中毒；引起慢性中毒；影响人体内分泌和免疫功能，使人体抵抗力下降；沉积在土壤中，毒害动植物。,农药等化学物质污染的影响,土壤病原体污染的影响,土壤中病原体进入食物或饮用水，通过消化系统进入人体；或附着于大气颗粒中，经呼吸系统进入人体，传播疾病。,伤寒、痢疾等肠道传染病，结核病，部分人畜共患的传染病均可通过土壤传播,二土壤污染的概念与特点,后果的严重性,土壤污染对生态环境质量的危害,污染物,对大气、水环境质量产生影响,二、土壤污染的概念与特点,3.,主要污染物,人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、多环芳烃、洗涤剂、及高浓度耗氧有机物等。其中有机氯农药、有机汞制剂、多环芳烃等性质稳定不易分解的有机物在土壤环境中易累积，造成污染危害。,无机物,重金属,(,汞、镉、铅、铜、锌、镍以及类金属砷、硒等,),、放射性元素,(,137,铯、,90,锶等,),、氟、酸、碱、盐等。以重金属和放射性物质受关注。,有机物,病原微生物,1,.,土壤污染的来源,原材料的开采过程,石油开采油类污染,矿山开采重金属污染,放射性元素开采放射性物质的污染,三、土壤污染的来源与类型,灌溉,Irrigation practices,施用,农药,Pesticide applications,施用,肥料,Fertilizer applications,畜牧,业,Animal feeding operations,产品的生产过程,工业生产过程工业“三废”的排放,农业生产活动,物质储存与运输过程中,废弃物产生及堆放,土壤与外界质能交换过程中,由工业废水和生活污水污染土壤。多是因污水灌田或废水排放造成。,特点：沿水系分布,Cd polluted soil,Soil sampling,水体污染型,2.,土壤污染的类型,途径：经,降雨和沉降污染土壤。,主要污染物：酸、铅、铜、砷和氟等。,特点：污染以污染源为中心呈椭圆形或沿主风向呈带状分布,或,沿交通道路两旁成带状分布,大气污染型,固体废弃物污染,垃极、粪便、工业废渣等污染土壤。,污染物：重金属、农药、病原菌,特点：污染范围比较局限或固定，但可通过风吹和雨淋冲刷污染较大范围的土壤和水体。,2.,土壤污染的类型,农业污染型,综合,污染型,2.,土壤污染的类型,由于农业生产的需要而不断地施用化肥、农药、城市垃圾堆肥、厩肥、污泥等所引起的土壤环境污染。其中主要污染物质是化学农药和污泥中的重金属，过量施用化肥也会引起污染。,第二节 土壤重（类）金属污染及控制,一、土壤中重（类）金属的来源,1,.,大气沉降,沉降物中的重金属：,Pb，Hg，Cd，As，Hg，Cr，Ni，Zn,和其他元素。,特点：污染物依其粒径大小而沉降在距污染源不同距离的土壤表面上，其中10,30%,分布在距工业企业十几公里的距离。,植物污染来源：气溶胶和粉尘在叶面上直接沉降和,来自根从（,大气,沉降,物）土壤,中,吸收,。,2,.,施肥,矿质肥料中含重金属，其含量与原料来源及加工工艺决定。,磷肥及利用磷肥为原料制成的化成复合肥或复混肥含重金属。,3,.,农药,含汞农药种子消毒，,C,2,H,5,HgCl，2%,粉剂，按1,1.5,kg/t,种子计,年进入土壤的汞为3,6g/ha；,含砷农药,含铜、锌农药：三氯酚铜(,C,6,H,2,Cl,3,O),2,Cu,铜锌合剂（37,.5%,王铜和15%代森锌），硫酸铜（,CuSO,4,5H,2,O）,王铜3,Cu(OH),2,CuCl,2,H,2,O,代森锌(,C,4,H,6,N,2,S,4,Zn)，,福美锌(,C,6,H,12,N,2,S,4,Zn)，,鼠药磷化锌(,Zn,3,P,2,),等,4,.,污灌、污泥农用、垃圾农用,污水、污泥中的重金属含量,5,.,工业废弃物,作肥料或土壤结构改良剂：,各种炉渣、粉煤渣、油页岩、磷石膏等,二、土壤中重金属的形态,1,.,土壤重金属污染的特点,1）在土壤中不能为微生物分解（某些元素可被微生物转化），不易随水分迁移，易在土壤表层富积；,2）容易,被生长于土壤中的生物积累；,3）以不同形态存在土壤中,存在与土壤溶液中或被胶体吸附的重金属为植物可利用的金属。,形态,分级,最为,广泛使用的一种,Tessier(1979):,交换态1,M MgCl,2,碳酸盐结合态,pH 5.0 NaOAc,有机结合态,HNO,3,-H,2,O,2,铁锰氧化物结合态,NH,2,HCl,残留态,HF-HNO,3,-HClO,4,无价态变化的离子：,Cd,Zn,Pb,Cu,等,汞在土壤环境中的转化,价态变化的离子：,As,Hg,Se,Cr,等,As,、,Se,、,Cr,在土壤环境中的转化过程及影响因素？,三、土壤中重金属的迁移转化过程,1,.,物理迁移,土壤溶液中以重金属离子或配位离子随水迁移；,被土壤颗粒吸附或包含于土壤颗粒内部被水、风等机械搬运,2.,物理化学迁移和化学迁移,重金属与无机胶体结合,离子交换作用（非专性吸附）和专性吸附,重金属与有机胶体结合,络合或螯合作用,沉淀,-,溶解,氧化,-,还原,3.,生物迁移,从根吸收进入植物体，受金属总量、土壤状况、植物类型及其他离子的影响。,四,、,影响土壤重金属有效性的因素,1,.,土壤,pH(,soil pH),不考虑其他反应，土壤中某些重金属元素与土壤,pH,的关系：,Cu(OH),2,，Zn(OH),2,为两性化合物，碱性条件下溶解。,一定,pH,范围，,pH,增高，土壤溶液中金属浓度降低,石灰性土壤，碳酸盐体系,2,.,土壤,E,h,E,h,降低，土壤某些重金属的溶出率降低,有效性降低，植物吸收量降低。,能与硫化物生成化学沉淀的元素,3,.,土壤胶体对金属的吸附,吸附能力强的，重金属被土壤保持多，不易被,作物吸收,吸附能力弱的，易从土壤胶体上解吸下，被作物吸收，增加污染或危害作物的可能性。,土壤,CEC,愈高，土壤吸持重金属的能力愈强，在一定程度上消除重金属在植物体内以及食用该植物的动物和人体内大量累积的可能性。,土壤质地、,pH、,有机质含量、矿物组成对土壤,CEC,影响很大，对重金属的有效性影响也很大。,4,.,土壤有机质（,soil organic matter）,5.,化学吸收（,chemical sorption）,不同栽培基质，作物对重金属的累积量不同,对植物的毒性,重金属是一种危害原生质的毒物，其毒性随原子量的增大而增加。根据发生毒害时的浓度大小，将元素的毒性分为：,毒性很大的元素,：溶液浓度,1800,mg/L,时产生不良影响的元素，如,Cl,-,Br,-,I,-,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,Rb,+,Sr,2+,Li,+,NO,3,-,SO,4,2-,等。,五、,重金属对生物的效应,1,.,对植物,对植物,毒害的机制,抑制酶的活性,如汞、铜、铍，镉、银等是抑制碱性磷酸酶、过氧化氢酶、氧化酶和核糖核酸酶的活性等；,与代谢产物形成螯和物或与,PO,4,2-,SO,4,2-,形成沉淀，干扰或参与代谢,多数重金属离子；,改变细胞膜的渗透性或其他特性,Au,Cd,Cu,和,Fe,2+,；,破坏其他元素的生理功能,与其他离子竞争,如,Cs,取代,K,Ba,和,Sr,取代,Ca,Cd,取代,Zn。,对植物,毒害的,症状,根据,Russler,提出的图式，当环境中离子浓度逐渐提高时，植物体受抑制的症状：生长受抑制；叶子失绿；叶尖和叶缘坏死；根死亡,.,不同元素出现症状不同,植物对重金属毒害的反抗机制,对,农产品品质,植物中的元素含量随土壤或大气、灌水中的元素浓度增加而增加，致使在矿区或工业周围农产品中的有害物质浓度增高，危及人体健康。,中华人民共和国国家标准,食品中镉限量卫生标准,GB 15201-94,mg/kg,六、,降低土壤重金属毒性的措施,研究现状,上世纪,70,年代,现在,土壤重金属污染治理方法,客土换土法,稀释法,电场法,化学固定法,植物修复法,六、降低土壤重金属毒性的措施,源头控制,建立相关农用,标准,，,禁止,含超过某污染物标准的农用物质,使用。,禁止三废的排放,末端治理,将重金属固定在土壤中,失活,将,重金属从土壤中取出,减少含量,.,六、降低土壤重金属毒性的措施,六,、,降低土壤重金属毒性的措施,1）施用改良剂,施用石灰等碱性物质，提高土壤,pH(,化学措施),Cd，Zn，Cu，Hg,：,酸性土壤，施用石灰提高土壤,pH。,通过氢氧化物,与钙的共沉淀作用，促进沉淀的生成，降低等的有效性。,常用的石灰：,石灰性物质有硅酸钙、碳酸钙、熟石灰、硅酸镁钙等。,中性及石灰性土壤，施用石灰，升高土壤,pH,不一定有效。,加入沉淀剂（化学措施）,磷肥：对,Fe,、,Mn,、,Cr,、,Zn,、,Cd,有沉淀作用，磷肥种类不同，效果不一样。过磷酸钙施用过多，作物吸收量反而增多。,砷：几种常见肥料对砷的沉淀能力(,NH,4,),2,SO,4,KCl NaNO,3,Ca(NO,3,),2,加入拮抗离子（化学措施）,Cd,Zn,Ca;Cs K;MoO,4,2-,SO,4,2-,关于化学固定技术,成功选择一种经济有效的抑制剂,常用的抑制剂,碱性物质、磷肥、吸附剂,局限性,效果不稳、施用量大成本高、有时减产,开发经济有效土壤重金属抑制剂极为迫切,向土壤添加抑制剂降低土壤重金属的生物活性,减少植物对重金属的吸收的技术,2)调节土壤,Eh,和水浆管理（农艺措施）,氧化难溶元素：,Fe,Mn,还原难溶元素：,Cd,Zn,Pb,Cd,2+,+S,2-,CdS,Zn,2+,+S,2-,ZnS,Hg,2+,+S,2-,HgS,Pb,2+,+S,2-,PbS,改变土壤,Eh,的措施,淹水栽培,水田持续保持淹水状况，将阻碍土地的高度利用和农田作业机械化，也不能获得与普通田相等的产量。,加入促进土壤还原的物质,最常施用的,堆厩肥、鲜稻草、稻草、淀粉和其他有机物。,土壤还原状态的程度依土壤种类而有不同,在有机质少的砂质稻田和透水性过强而持水性能不好的稻田上，效果好。,施用作为硫化氢给源的含硫物质,含硫少的土壤，即使在还原状态下，由于生成硫化氢少，也就很难形成重金属的,硫,化,物,。,施用含硫物质：石灰硫黄合剂、硫化钠和硫黄等。,含硫物质在促进土壤还原的同时，又可促进硫化氢和,硫化物生成,。,3）稀释法工程措施,翻耕,客土和换土,客土：在现有的污染土上置上一层未污染土壤，,换土：将受污染的耕层挖除至适当深度后再填入未污染土壤。,客土法治理土壤镉污染,客土的厚度愈大，糙米中镉的浓度愈低,采取客土和换土措施注意：,客土材料的选定,：客土的土壤多为山林或原野中的非耕作土壤，这样的土壤不能立即适应作物的生长需要；,客土和换土的厚度,：先掌握污染物和作物根的分布范围，然后再决定最适宜的厚度；如有效土层很深，即使10或20,cm,耕层土壤全部被换掉，作物仍可从下层吸收重金属，达不到治理效果；,客土和换土后,：对土壤进行改良,-,增施有机肥、磷钾肥等。,费用大，适用于污染严重、面积小的土壤；换土法还存在土壤的二次污染。,4）植物去除生物措施,植物挥发汞、硒等元素；,植物提取超积累植物和一般农作物如黑麦草、玉米等。,Environ.Pollut.2001(109):231-238,植物提取超积累植物,体内浓度高，但栽培难，生长量小。,东南景天,(,Sedum alfredii,H),能在锌浓度为,240,mg/L,的培养液,、,全锌含量为,7422,mg/kg,和,DTPA,可提取态锌为,703,mg/kg,的土壤中生长,。,地上部的锌含量可高达,1.9%.,生长快、生物量大、无性繁殖等优点,并能,100%,覆盖地面,。,Thlaspi caerulescens,遏蓝菜十字花科,不同生态型遏蓝菜,增加络合剂的用量不能增加植物对有毒元素的吸收,最高,植物提取,螯合剂促进提取,关于植物提取技术,利用植物吸收土壤重金属,从而降低土壤中的重金属含量的技术,面临的主要问题是如何提高植物修复效率和速率,向土壤添加活化剂,可提高土壤重金属的生物有效性,提高植物提取的效率,常用的活化剂,:EDTA,、,HEDTA,、,DTPA,、,EGTA,、,NTA,、,EDDHA,、,CDTA,等,局限性,效率不高、环境风险,大、成本,高、生物减产,必须开发经济、高效、安全的土壤重金属活化剂,一、,农药在农业生产中的作用,第三节 农药对土壤的污染及控制,农业增产的原因,:,品种；肥料；灌溉；农药,农药挽回作物产量损失25%,50%,二、农药种类,第三节 农药对土壤的污染及控制,1.,有机氯农药,DDT,、六六六、氯丹、狄氏剂、艾氏剂、毒杀芬等。（在,持久性有机污染的国际公约的名录中,）,有机氯农药属于高残留、高毒害农药,是造成土壤环境污染的最主要农药类型,对人体构成极大的危害,2.,有机磷,农药：磷酸酯类或酰胺类化合物,剧毒类：,对硫磷,(,别名,1605),内吸磷（,1059,）,中毒类：,敌敌畏和二甲硫吸磷,(,别名,M-81),低毒类：,乐果、敌百虫、马拉硫磷等,3.,氨基甲酸酯类农药,1947,年作为农药,使用,，,属,神经性毒剂，具有抗胆诚酪酶作用，中毒症状和有机磷相似，但中毒机理不同。,这类农药在自然环境中易于分解，在动物机体内也能迅速代谢，代谢产物的毒性多数低于其本身的毒性，属于低残留农药,选择性强，防治效果好等优点，世界各国都比较重视对这类农药的,开发,研究工作。二、农药种类,第三节 农药对土壤的污染及控制,4.,拟除虫菊酯类农药,天然除虫菊酯是白花除虫菊的花中含有的杀虫有效成分。其对光、热的稳定性较差，特别是在日光下被氧化，,药效降低，以致无法在农业上使用。,人工合成的拟除虫菊酯，其药效大大超过天然除虫菊，且性质较稳定，是一类高效、低毒、低残留、无污染的新农药，已在农业上广泛使用。,二、农药种类,第三节 农药对土壤的污染及控制,三、农药进入土壤的途径,第三节 农药对土壤的污染及控制,将农药直接施入,(,浸种、拌种、毒谷等方式,),土壤或施在土壤上,;,附着于植物体上的部分农药，因风吹雨淋落入土壤,40,60,落入土壤,;,随大气沉降物沉降在土壤表面或进入土壤,;,随,动植物残体,的,农药停留,在土壤上或进入土壤中,使用受农药污染的水进行灌溉,四、,农药的危害,第三节 农药对土壤的污染及控制,1,抗药性问题,某些害虫或病菌在长期连续使用某种单一的化学农药来防治时，会产生抗性，药效明显下降，甚至完全无效。,2,药害问题,如果使用化学农药不当，会使农作物产生不同程度的药,害,-,叶片,变黄、萎缩、出现斑点，甚至焦枯、死亡。,3,残遗农药问题,有些农药化学性质相当稳定，不易分解失效，能较长时间地残留在土壤和植物体内，即残效期较长,4,毒性过大,有些农药急性毒性过大。如特普、,1605,、,1059,、,3911,、有机汞制剂，甲胺磷、久效磷、呋喃丹等。使用时,很,不,安全,，若不注意易造成人、畜性中毒。,四、,农药的危害,第三节 农药对土壤的污染及控制,5.,危害天敌及益虫问题,长期使用农药，有可能杀死某些害虫的天敌，造成这些虫害的大量发生。,由于大量使用农药，使某种害虫被杀死，以此害虫为食的天敌，由于得不到足够食料而大量减少或绝迹。,6,环境污染问题,造成大气污染、水体污染、土壤污染、食品污染,第三节,农药对,土壤的污染及控制,五、农药,在土壤中的迁移与转化,有机污染物进入土壤后，可能经历以下几个过程：,与土壤颗粒的吸附与解吸。,挥发和随土壤颗粒进入大气。,渗滤至地下水或者随地表径流迁移至地表水中。,通过食物链在生物体内富集或被降解。,生物和非生物降解。,其中,吸附与解吸、渗滤、挥发和降解,等过程对土壤中有机污染物的消失贡献较大。,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,1,.,吸附,分子吸附：,范德华力、氢键,等,物理化学吸附：离子交换,配位交换吸附：与金属离子形 成配位,体，产生,吸附,土壤对各种农药吸附能力的强弱，主要决定于土壤和农药两者的性质及其所处的环境条件。,有机分子与粘粒的最重要结合机制,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,1,.,吸附,影响,吸附的,因素：,土壤胶体,类型：,有机,胶体蛭石蒙脱石伊利石绿泥石高岭石。,农药,性质：,带,以下官能团的各种农,药被吸附的能力强,其他,条件：,土壤,pH,愈低愈容易被,吸附，土壤水分,愈,低，也,容易被,吸附。,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,2,.,随水流失,农药从土壤进入水体主要途径。对水环境产生严重的影响。,迁移的两种形态：土壤溶液,迁移、随,土壤颗粒迁移。,迁移的方式：垂直迁移进入地下水,水平迁移进入地表径流水,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,2,.,随水流失,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,3,.,气态迁移,农药从土壤进入大气的主要途径。,农药的挥发损失取决于：,土壤,和空气的温度与湿度、土壤的吸附性能；农药的分子相蒸气压；,农药至蒸发表面的迁移速率。,五、农药在土壤中的迁移与转化,第三节 农药对土壤的污染及控制,4,.,降解,非生物降解,水解,光化学降解,氧化还原,生物降解,微生物的作用,六、农药在土壤中的残留,第三节 农药对土壤的污染及控制,半衰期：降解50%农药所需的时间(,a,d,h),残留量：土壤中某农药的数量,mg/kg,1.,施入,化学添加剂,通过改变农药的吸附、吸收、迁移、淋溶、挥发、扩散和降解，就能增强或减弱农药在土壤中的残留累积。,表面活性剂：,调节农药在土壤剖面中的渗透深度、活性和持留性；,石灰硫磺合剂：,加速西玛津在土壤中的降解；,脂类物质：,防止氟乐灵对敏感作物的伤害；,石灰：,改变土镶,pH，,调控一些农药在土壤中的持,留时间,；,能吸收或分解农药的特殊化学制剂：,是从土壤去除农药的较为快捷的方法。,七、土壤及植物农药污染防治措施,2,.,翻耕,农药,和土壤均匀混合，从而增强土壤对农药的吸附、稀释和去除作用。,3.,植物净化,玉米、高粱、甘蔗和某些杂草通过吸收和分解而从土壤中去除残留。,4.,农艺措施,灌溉,大量灌水可促使农药从根层淋失,灌溉可控制土壤湿度，为微生物降解农药创造最佳的水气条件。,作物改种,先种经济作物，降低农药浓度后再种粮食作物。,5.,科学,合理施用农药,施用时间,施用剂量,6.,高效低毒低残留农药,开发新型农药剂型。,7.,综合防治第四节 化肥对土壤环境的污染及控制,一、概述,1,.,施肥的,作用,:,增产,、提高品质,2,.,肥料的类型：,有机肥,氮肥、磷肥、钾肥、硅肥等,N-P，N-P-K，N-P-K（,微）,等,无机肥,单元素肥料,多元素肥料,肥料,厩肥、绿肥、畜禽粪尿、堆肥等,按组成划分,按养分释放的特点,长效肥、缓效肥、速效肥,按形状分,颗粒肥料、非颗粒肥料,固体肥料,液体肥料,3,.,作物,对肥料的利用率,我国的氮肥利用率：,30,-,35,，磷肥利用率为10,-,25,损失,的途径：,淋失,-,进入,地下水；,地表径流,-,进入,地表水；,挥发,-,进入,大气；,土壤固定,-,保存,在土壤颗粒或生物体中。4,.,氮,磷的损失途径,氮循环,进入水体；,进入大气,；,进入,食物。,二、施肥与水环境问题,二、施肥与水环境,1,.,水体富营养化,Eutrophication,2,.,水质硝酸盐浓度超标,当人、畜饮用后，可使血红蛋白转化为高铁血红蛋白，降低其携带氧的功能，造成血红蛋白的变性症。,硝态氮在硝酸还原酶作用下，迅速转化为亚硝酸盐，再与食物链中二级胺化物结合，形成亚硝酸胺。亚硝酸胺本身属于致癌物质，其危害性大。对过剩,NO,3,-N,的淋溶造成硝酸盐的富集，污染水质，尤其应值得重视。,WHO,标准：,NO,3,-,-N 10mg/L，NO,3,-,22mg/L,对硝酸盐作用的争议,对人体有害,三、施肥与全球性环境问题,全球温暖化：,温室气体,C0,2,、CH,4,、N,2,O、NO,2,和,CFCl,3,（,氯氟烃）等气体，其中,NO、NO,2,、N,2,O,三种气体均有可能在农业上盲目使用化学氮肥经过生物化学作用而形成的,；,臭氧层破坏：,根据对土壤肥料分析，大约5一25的矿质氮肥在变为二氧化氮（,N0,2，,N,2,0,），,气体进入大气层，直接影响到大气平流层中臭氧的浓度，致使臭氧层变薄。,四、施肥与土壤环境问题,1,.,增加土壤重金属元素含量,磷肥、某些有机肥中含大量的重金属。,当肥料中的重金属,植物带走的重金属时，施肥会导致土壤重金属积累。,2,.,土壤酸化板结,施入生理酸性肥料，阴阳离子吸收不平衡，阳离子,阴离子，为平衡电荷，植物根系分泌氢离子，使土壤发生酸化。,酸化后，土壤中的钙发生流失，土壤结构被破坏，从而板结。,3,.,土壤养分比例失调，农产品品质超标,长期偏施氮肥，土壤的氮过多，磷、钾不足。特别是蔬菜地。,氮肥的过量施用，蔬菜，特别是叶菜类作物的硝酸盐含量超标。,4,.,土壤微生物活性降低,五、施肥产生的环境问题的对策,1,.,新型肥料开发,2,.,施肥技术：,施肥量、时间、方式等,3,.,钾细菌等微生物资源的开发利用,4,.,发展有机农业,1,.,土壤酸碱性,酸性：土壤溶液中,H,+,OH,-,；,中性：土壤溶液中,H,+,=,OH,-,碱性：土壤溶液中,H,+,OH,-,第五节 酸沉降对土壤环境的影响及控制,一、土壤酸碱性,土壤,中 氢离子和铝离子,是土壤酸性的根源；,碳酸钙,是维持中性至微碱性反应的物质基础，,碳酸钠,的存在是土壤呈碱性与强碱性的原因。,2,.,土壤酸的类型与来源,1）类型,根据,H,+,在土壤中存在的形态将土壤酸分为两种类型：,活性酸和潜在酸,活性酸：,土壤溶液中的游离的,H,+,决定，以,pH,表示。根据土壤,pH,表示，可将土壤的酸碱度分为9级。,土壤酸碱分级,pH,酸碱度分级,pH,酸碱度分级,4.5,极强酸新性,6.57.0,中性,4.55.5,强酸性,7.07.5,弱碱性,5.56.0,酸性,7.58.5碱性,6.06.5,弱酸性,8.59.5,强碱性,9.5,极强碱性,北纬,33,以北，土壤大部分呈中性至碱性反应，含,CaCO,3,的土壤，在,7.5-8.5,之间；含,NaCO,3,土壤，,pH,可达,9.0,以上,我国土壤酸碱地域分布：以北纬,33,为界,北纬,33,以南，土壤大部分呈酸性，,pH,在,4.5-5.5,潜在酸：,由土壤吸附性,H,+,和,Al,3+,决定，,Al,3+,进入溶液后，发生如下反应：,潜在酸与活性酸的关系,由1,mol.L,-1,KCl,NaCl,NaOAc,0.05 mol.L,-1,CaCl,2,溶液浸提后，所测得的酸碱度。,2）来源,酸的自然来源：,生物呼吸作用和有机质分解作用：,CO,2,，,为土壤中碳酸的来源；,有机质在转化过程中形成：,醋酸、草酸、柠檬酸、草石酸、腐殖酸等多种有机酸及硫酸、磷酸等无机酸；,硝化细菌的活动：,硝酸；,土壤与成土母质中的硫化物氧化：,生成硫酸。,植物对阴阳离子吸收不平衡。,酸的人为来源,：,酸雨,-,化石燃料,的燃烧,SO,2,，NO,2,等；,生理酸性肥料：,(,NH,4,),2,SO,4,NH,4,Cl。,3,.,土壤碱度,土壤碱性的强弱程度。,碱性土壤中氢氧离子的来源主要是弱酸强碱盐水解的结果,土壤中常见的弱酸强碱盐：,碳酸根及重碳酸根的钾、钠、钙、镁盐。,土壤胶体上吸附的钠离子、钙离子的饱和度增加到一定程度后，也会引起代换水解使溶液呈碱性。,二、土壤酸碱性与植物反应,1,.,养分的有效性,酸性土壤有效性高的元素；,中性土壤有效性高的元素；,碱性条件有效性高的元素,2,.,植物的生长,植物生长有最适的,pH,牵牛花,三、土壤的酸碱缓冲性,1,.,概念,土壤缓冲性：当加酸或碱于土壤时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力,2,.,产生原因,土壤胶体及其吸附的阳离子,土壤所含的弱酸及其盐类,土壤溶液中所含的各种弱酸如碳酸、重碳酸，磷酸、硅酸和各种有机酸及这些弱酸的盐，都具有缓冲能力。,土壤酸碱输入过大，会改变土壤酸碱度，引起土壤环境的问题。,四、酸沉降对土壤环境的危害,1,.,酸雨的形成过程,2,.,酸雨对土壤的危害,对,酸敏感的生态系统,：,土壤酸化；,土壤钙及其它碱基离子的损失；,加速土壤铝的活化及其向水体的转移；,增加土壤氮、硫的含量；,土壤重金属的溶出。,3,.,控制,控制,SO,2,，NO,x,的排放；,平衡、合理施肥；,施入碱性物质。,第六节 有机污染物对土壤的污染及控制,优先控制污染物：,在众多污染物中筛选出潜在危害大的重点污染物作为优先研究和控制对象，这些污染物为优先控制污染物。,一、概述,土壤中的有机污染物主要包括：,有机农药、石油烃、塑料制品、染料、表面活性剂、增塑剂和阻燃剂、一般有机物。,土壤中的优先控制有机污染物主要包括：,有机农药、多环芳烃类,(PAHs),、多氯联苯,(PCBs),、二恶英（,dioxins,）等。大多为持久性有机污染物,持久性、长距离迁移性、高毒性、高脂溶性。,二、,有机污染物污染土壤,的物理化学修复,技术,1.SVE,技术,土壤气提技术（原位修复技术）,通过强制新鲜空气流经污染区域，将挥发性有机污染物从土壤中解吸至空气流并引至地面上处理的一种,技术,。,装置构成：气体抽排井、布气管道、测量装置、控制装置、抽排气处理系统。,空气喷射技术，又称地下水曝气技术,双相抽提技术：修复土壤及地下水,用于挥发性有机物和半挥发性有机物污染土壤修复，如汽油、苯和四氯乙烯。砾质土和砂质土效果,最好，粉砂土和壤土效果中等，黏质土和壤质粘土效果最差。,二、有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,2.,热处理技术,向土壤通入热蒸汽或用射频加热等方法把污染土壤加热，使污染物产生热分解或将挥发性污染物赶出土壤并收集起来进行,处理。,二、,有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,2.,热处理技术,包括：,热解吸技术：,通过直接或间接热交换将土壤中,的污染物加热,到一定温度后，使其转化气态得以挥发。,（加热温度,150540,，适用于挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃、氰化物和炸药,等。,有机质含量高，,pH,高，含有挥发性金属土壤处理困难,）,焚烧技术：,在高温条件下（,8002500,），通过热氧化作用以破坏污染物的异位热处理技术适用于,挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃,、,多氯联苯、二噁英、呋喃、除草剂和农药、,氰化物、炸药、,石棉及腐蚀性物质,等，不适合,非金属,和重金属。,）,97,二、,有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,3.,溶剂浸提技术,也称化学浸提技术，是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术，为异位修复技术。,（适用于挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤化有机污染物、多环芳烃、多氯联苯、二噁英、呋喃、除草剂和农药、炸药等，不适合氰化物、非金属和重金属、石棉及腐蚀性物质,。,）,最佳土壤条件：,黏粒低于,15%,湿度低于,20%,98,二、,有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,4.,原位化学氧化修复技术,通过掺进土壤中的化学氧化剂及污染物所产生的氧化反应，使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物，由注射井、抽提井和氧化剂等组成。,（用来修复油类、有机溶剂、多环芳烃、五氯苯酚、农药及非水溶态氯化物污染的土壤。,氧化剂主要过氧化氢、高锰酸钾和臭氧,）,99,二、,有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,5.,原位化学还原与还原脱氯修复技术,利用化学还原剂将污染物还原为难溶态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性和生物可利用性降低。,（还原条件方法向土壤中注射液态还原剂、气态还原剂或胶体还原剂。）,涉及三个阶段：,注射,反应,将试剂,与反应产物抽提出,来,三有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,1.,原位生物修复,指在不经搅动、挖出的情况下，通过向污染土壤中补充氧气、营养物或接种微生物对污染物就地处理，以达到污染去除效果的生物修复工艺。,（,1,）生物通气法,在受污染的土壤中至少打两口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排入不饱和土壤中，以增强空气在土壤中及大气与土壤间的流动，为微生物提供充足的氧气。然后抽出，土壤中一些挥发性污染物随着除去。同时，还可通过注入井或地沟提供营养液，从而达到强化污染物降解的目的。,101,三,、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,1.,原位生物修复,（,2,）生物注气法,也称生物搅拌法，是将空气压入土壤的饱和部分，同时从土壤的不饱和部分真空吸收空气，这样既向土壤提供了充足的氧气又加强了空气的流通，使挥发性化合物进入不饱和层而进行生物降解，同时饱和层也得到氧气而有利于生物降解。,三,、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,1.,原位生物修复,（,3,）生物冲淋法,也称液体供给系统，将含氧和营养物的水补充到亚表层，促进土壤和地下水中污染物的,生物降解。（,用于石油烃类和氯代脂肪烃类污染物处理,）,（,4,）泵出处理法,主要用于修复地下水污染和由此引起的土壤污染。,在受污染的区域钻井，井分为两组，一组注入井，用来将接种的微生物、水、营养物和电子受体等注入土壤；另一组为抽水井，通过向地面上抽取地下水造成地下水在地层中流动，促进微生物的分布和营养物质的运输，保持氧气供应。,103,104,三、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,（,5,）土壤耕作法,通过在受污染土壤上进行耕作、施肥、灌溉等活动，为微生物代谢提供一个良好的环境保证生物降解的发生，从而使土壤得到修复,。适合不饱和层土壤处理。,要考虑的因素：,修复范围，耕作场地、耕作设备、水分、营养条件等。,三,、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,2.,异位生物修复,将土壤挖出，在场外或运至场外的专门场地进行处理的方法。,（,1,）制备床法,也称通气土壤堆处理，污染土壤移入一个特殊的制备床上，制备床底部用一种密度较大，渗透性很小的材料装填好，铺上石子和沙子，将受污染的土壤以,15-30cm,的厚度平铺在上，然后通过施肥、灌溉、控制,pH,等方式保值最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂。,香港机场 重污染土壤,Biopiles,for the treatment of contaminated soil.,二、,有机污染物污染土壤的物理化学修复技术,（,2,）,生物堆肥,法,将土壤取出，进行堆垛，利用土壤中已有或外加的微生物通过鼓风、补充营养等方式实现有机污染物降解的一种异位修复方法。,土壤质地、土壤组成、气象条件等影响修复的效果,107,三,、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,（,3,）异位土壤耕作法,将污染土壤均匀撒到土地表面，然后用拖拉机作业使之与土壤混合，耕层深度为,15-30cm,，通过施肥、灌溉和耕作以增加土壤中有效营养物和氧气。,（,4,）土壤泥浆反应器,利用微生物将土壤中的有害有机污染物降解为无害的无机物质，降解过程在控制的理化条件下完成，也可接种特殊驯化或生物工程构建的微生物提高降解效率。通常有卧式、旋转鼓状和气体式。,108,三,、,有机污染物污染土壤,的生物修复,技术,（,5,）植物修复法,包括植物降解、植物刺激和植物挥发。,植物降解：,即植物转化，指植物从土壤中吸收有机污染物，通过新陈代谢作用将这些污染物降解，或者植物分泌化合物（如酶）到土壤中，从而催化有机污染物的,降解。,（,炸药，氯化溶剂，除草剂，杀虫剂）,植物刺激：,通过植物植物根际分泌物和根际脱落物作用刺激细菌和真菌的生长，并使有机污染物矿化的过程。,植物挥发：,通过植物蒸发作用将挥发性化合物或其新陈代谢产物释放到大气中的,过程。,（三氯乙烯，三氯乙酸，四氯化碳）,109,110,