《环境与食品原料》PPT课件.ppt

第二章 环境与食品原料,第一节 水与食品原料 第二节 土壤与食品原料 第三节 大气与食品原料 第四节 环境干扰与食品原料 第五节 动物福利与食品原料,第一节 水与食品原料,一、水资源与水污染,（一）水资源概述 水资源：广义上所有水体的总称，狭义上是指陆地上的淡水资源。 1.世界水资源 地球上拥有的天然水大约为13.6亿km3。但93.7%以上的水是难以被直接利用的海水，余下的淡水资源分布于高山冰冠、极地冰川、江河、湖泊和地下水中，目前人类直接利用的淡水资源大部分取自河流、淡水湖泊和浅层地下水，仅占全球天然水总储量的l%左右，地球上可利用的淡水资源是相当有限的。,水是一种宝贵的自然资源，是维持包括人类在内的地球生物生存和保证整个社会经济发展的最基本物质条件之一。 近一个世纪以来，由于社会生产力的发展和全球人口的急剧增长，全球范围内的水消耗量不断上升，近20年来，世界年用水量几乎以4%左右的速度递增。 到今天，全世界的淡水使用量已是50年前的4倍。据估计，2000年以来世界耗水量已达600万km3kd甚至更多，约占全球淡水总贮量的16%，相当于地下水和地表水总资源的68%。 水资源严重缺乏已成为当前最突出的全球性环境问题之一。,2.我国水资源 （1）自然概况 我国江河众多，流域面积在l亿m2以上的河流约有5万多条，流域面积在10亿m2以上的约有1500多条。但由于受地形和气候的影响，河流在地区上的分布很不均匀。,北少,南多,东多,西少,我国湖泊众多，面积在100万m2以上的湖泊有2300多个。总面积为717.87亿km2，占全国总面积0.8%左右；湖泊总贮水量约为7088亿m3，其中淡水的贮量占32%。 我国又是世界上中低纬度地带冰川资源最多的国家之一，共有冰川4300余条，集中分布在西部地区。总面积为587亿m2，占亚洲各国山岳冰川总量的一半以上，总贮量约为52000亿m3。 我国平均年降水总量为61889亿m3，平均降水量为648.4mm，年均河川径流量27115亿m3。我国河川径流量主要由降水补给，由冰川融雪水补给的只有500亿m3左右。 我国地表水和地下水资源的量分别为271158亿m3和8288亿m3，扣除二者之间重复水量7297亿m3后，则我国多年平均水资源总量为28124亿m3。,（2）特点 我国水资源的时空分布特点，可通过降水、蒸发、径流等水平衡要素的分布反映。 降水 我国降水量受海陆分布和地形等因素的影响，在地区分布上很不平衡，年降水量由东南沿海向西北内陆递减。,在季节分配上是不均匀的，全年降水主要集中在下半年。另外，降水年际间变化大，而且在降水越少的地区和季节，降水量在年际之间变化也越大。,蒸发：我国干旱和半干旱地区，由于降水稀少，蒸发能力大大超过供水能力。在西部内陆沙漠和草原地区，年蒸发能力达到1600-2000mm，是我国蒸发能力最强的地区。而在东北大小兴安岭、长白山、千山丘陵区和三江平原，气温低、湿度大，因此，年蒸发量仅为600-lOOOmm。,径流：我国地表径流的地区分布，其不均匀性较为严重，径流的季节性分配具有夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点，而且年际变化北方大于南方。 地下水：我国东北平原、黄淮海平原以及长江中下游平原的地下水补给以降雨为主；而在西北内陆河盆地则主要以河川径流补给为主。南方山丘区地下水补给量大，一般为20万-25万m3/年；而东北西部、内蒙和西北内陆河山丘区一般小于5万m3/年,（3）主要问题 我国水资源人均和亩均水量少：总量为28124亿m3，居世界第6位，人均水资源量只有2710m3，约为世界人均水资源量的1/4，列世界第88位。亩均水资源量只有1770 m3，相当于世界平均数的2/3左右。 水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡：我国水资源的地区（空间）分布很不均匀，与耕地、人口的地区分布也不相适应。,水量年内及年际变化大，旱涝灾害频繁：我国位于东亚季风区，降水和径流的年内分配很不均匀，年际变化大，少水年和多水年持续出现，平均约每三年发生一次较严重的旱涝灾害。,水土流失严重，许多河流含沙量大：由于自然条件的限制和长期人类活动的结果中国森林覆盖率只有12%，居世界第120位。水土流失相当严重，全国水土流失面积约为150万km2，占国土面积1/6左右。,曾经,如 今,谁能想到,这里曾是黄河的故道?,我国水资源开发利用各地很不平衡：在南方多水地区，水的利用率较低，如长江只有16%，珠江只有l5%，浙闽地区河流不到4%，西南地区河流不到1%。在北方少水地区，地表水开发利用程度比较高，如海河流域利用率达到67%，辽河流域达到68%，淮河达到73%，黄河为39%，内陆河的开发利用达到32%。地下水的开发利用也是北方高于南方，目前海河平原浅层地下水利用率已达到83%，黄河流域为49%。,（二）水污染及现状 1、相关概念 （1）水体污染源：按来源不同可分为以下两种形式： 点源：主要指工业污染源和生活污染源。其变化规律服从工业生产废水和城镇生活污水的排放规律，即具有季节性和随机性。 a 工业废水是水体最重要的污染源：它量大、面广、含污染物多，成分复杂，在水中不易净化，处理也比较困难。 b 另一个大的点源是城市生活污水：生活污水中物质组成与工业废水组成截然不同，它主要是日常生活中各种洗涤水，固体物质含量小于l%，而且多为无毒物质。,面源：农村污水和灌溉水是水体污染的主要面源。由于农田施用化肥和农药，灌溉后排出的水或雨后径流中，常含有农药和硝酸盐，对水体影响很大。在污水灌溉区，河流、水库、地下水均会出现不同程度的污染。面源的变化规律主要服从作物的分布和管理。 此外，由于地质溶解作用以及降水对大气的淋洗作用，使污染物进人水体，这也是一种面源。,（2）反映水污染的主要指标及污染物 主要指标： a 悬浮物，或称悬游物，是污水中里固体状的不溶解物质，是水体污染基本指标之一。 b 废水中有机物浓度，也是反映污水水质的一个重要指标。 由于有机物的组成比较复杂，分别测定各种有机物的含量比较困难，一般采用下面几个指标来表示有机物的浓度： 生物化学需氧量（BOD）:表示水中的有机污染物经微生物分解所需的氧量(单位体积的污水所消耗的氧量，mg/L)。生化需氧量越高，表示水中需氧有机物质越多。,化学需氧量（COD）:用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量。COD越高，表示有机物质越多。目前常用的氧化剂主要是重铬酸钾或高锰酸钾。 总有机碳（TOC）:碳是有机物的基本元素，利用有机物分解产生CO2的原理就可以得到有机物的绝对量，通常通过采用TOC分析仪中的红外线分析装置来测定有机碳在燃烧时产生的CO2量的方法来计算的。 颗粒状有机碳（POC）：是富营养化湖泊中藻类现存量的测量指标，通过测定藻类细胞的方法，可以大概知道水体富营养化的程度。 总需氧量(TOD)：指有机物经热分解所需要的总氧量。,c pH：污水的pH对污水处理及综合利用，对水中生物的生长繁殖，对排水管道等都有很大影响，所以被列为检验污水水质的重要指标之一。 d 污水的细菌污染指标：1mL污水中的细菌总数要以千万计。其中大部分是寄生在已丧失生活机能的机体上，这些细菌是无害的；另一部分细菌，如霍乱菌、伤寒菌、痢疾苗等则寄生在有生活机能的活的有机体上，它们对人、畜禽是有害的。 e 污水中有毒物质指标：各种有机和无机的微量有毒成分，如各种重金属、氰化物等无机物及多氯联苯、多环芳烃、有机农药等，我国已制定出“地面水中有毒物质的最高容许浓度”的标准，列出了40种有毒物质。 以上五个指标是表示水体污染情况的重要指标，此外还有温度、颜色、放射性物质浓度等。,主要污染物： 引起水体污染的物质有很多种，主要有以下5种污染物： a 需氧污染物：生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素、纤维素等有机化合物可在微生物作用下最终分解为简单的无机物质，这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧气，故被称为需氧污染物。 b 植物营养物：所谓植物营养物主要是指氮、磷、钾、硫及其化合物。从农作物生长的角度看，植物营养物是宝贵的物质，但过多的营养物质进入天然水体，将使水体质量恶化，影响渔业的发展，危害人体健康。,C 重金属：主要指汞、镉、铅、铬以及各类金属砷等生物毒性显著的金属元素，也包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡等。采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要污染途径，此外不少工业部门也通过“三废”向环境中排放重金属元素。 重金属元素污染物最主要的特性是：在水体中不能被微生物降解，只能发生各种形态之间的相互转化，以及分散和富集，这些过程统称为重金属迁移。通过食物链的生物放大作用，重金属可以在较高级生物体内成千上万倍地富集，然后通过食物进入人体，在人体某些器官中积累造成慢性中毒。,d 放射性物质：大多数水体在自然状态下都有极微量的放射性。第二次世界大战后，由于原子能工业，特别是核电站的发展，水体的放射性日益增高。 放射性物质来源主要有三个途径：核电站，会带来放射性污染问题；放射性废水经浓缩后，有的用混凝土固化，装入容器内（如钢筋混凝土的大盒子或金属缸）投入到海中，如果容器破损，放射性污染物质据出可造成对水体的污染；放射性同位素在化学、冶金、医学、农业等部门的广泛应用，均会不同程度地随污水进入水体，造成水体放射性污染。,e 病原微生物和致癌物： 病原微生物：水体中病原微生物主要来自生活污水和医院废水、制革、屠宰、洗毛等工业废水以及牧畜饲养产生的污水。其传染病的发病率和死亡率均很高。病原微生物有三类：病菌、病毒、寄生虫。 致癌物：如炼焦废水中的焦油含有多种致癌芳香烃；印染废水中的染料含有多种芳香胺类致癌物，如联苯胺、2 -萘胺（均可致膀胱癌）；植物营养物中的亚硝基化合物（向各种胺类、亚硝酸盐转化）；农药中有机氯化合物；重金属中铬、镍；水体中的某些藻类和嫌气细菌能合成有毒物质，其中有致癌物质。海底嫌气细菌可合成3，4-苯并芘致癌物质。,2我国水污染现状 从我国总体情况看，废水排放量增长速度极快，城市生活污水总量也不断增加，由于废水处理量低（估计仅为20%-30%），大部分废水未经处理直接或间接排入水体，严重污染了水资源。 我国七大水系中近一半河段污染严重，全国被污染水系，比较严重的是淮河、海河、松花江、辽河、长江中下游以及珠江三角洲等工业比较发达地区。河流的城市段污染明显，小河重于大河，北方重于南方。据调查，全国有7亿人的饮用水大肠杆菌超标，1.64亿人的饮用水有机污染超标，3500万人的饮用水硝酸盐超标。,二、水与食品原料,（一）水与农产品 1、概况 水质对农产品产量起着至关重要的作用，随着工农业生产的发展和城市人口的增加，工业废水和生活污水的排放量日益增加，大量污染物进入河流、湖泊、海洋和地下水等水体，使水和水体底泥的理化性质或生物群落发生变化，直接或间接影响农作物的生长发育，造成作物减产，同时也给食品的安全性带来严重的影响。 水体污染引起的食品安全性问题，主要是污水中的有害物质在动植物体内累积而造成的。,2、污染物对农产品的影响 （1）有机物 灌溉水中有机物的含量不太高时，对农作物的生长一般无不良影响，甚至至还有改良土壤、促进增产的作用。通常认为水田土壤有机质含量在3%左右最适合水稻等作物的生长；但若大量有机物随废水进入水田，由于有机物分解过程消耗大量氧气，土壤氧化还原电位不断下降，使水田土壤处于强还原状态，土壤中原先存在的硫酸盐、高价铁和锰等物质，就会被转化成硫化物、二价铁、二价锰等对水稻根系有毒害作用的还原性物质。同时，在强还原性条件下，有机物厌氧分解，也会产生硫化物和有机酸等对水稻有毒害的物质，抑制水稻根系生长，并引起烂根。,（2）酸碱类物质 大部分作物最适土壤pH范围在5.5-8.0,由于土壤有较强的缓冲能力，pH在5.5-8.5范围内的酸碱废水，不会对农作物产生不良影响，只有酸、碱性较高的废水或灌溉时问较长，才会对农作物产生危害。 长期用酸性较强的污水灌溉农田，土壤会酸化，金属离子的溶解度加，会随植物对水分和营养物质的吸收进入各营养器官进行富集，有些金属离子会对植物根系生长产生直接毒害作用，如铝离子；另一方面，酸化土壤对磷的固定作用进一步加强，引起磷的缺乏。 长期用碱性废水灌溉农田，土壤会碱化，使土壤中植物生长所需的许多微量元素的溶解度降低，导致作物发生营养缺乏症，特别容易产生缺锌症。此外土壤中钙离子含量往往会有所增加，也会与有效态磷生成难溶性的磷酸钙而减少。,(3)盐类 含盐量高的各种废水和海水对作物产生危害主要由高浓度的盐分造成，称为盐害。其中以氯化钠最为常见。用盐分含量较高的水灌溉水稻，发生危害时，主要表现为叶片枯萎，分蘖减少。如果灌溉水中盐分很高，能在短时间内使全部叶片失水干枯至死。,（4）酚类物质 酚类化合物对农作物的毒性并不很强，这是因为植物具有多种降解酚类物质的酶，能将本身存在或吸收的酚类物质进行分解，最后代谢为二氧化碳。 各种作物对酚类物质的耐受性不同，适当浓度的酚类物质虽不会影响作物的生长，但由于会在作物体内积累，而使农产品产生异味，影响产品的品质和食用安全性，特别对蔬菜作物的品质影响较大。废水酚类物质含量高于1mg/L时，田间操作人员即能感受到异臭味。 酚类物质在植物体内的分布是不同的，一般茎叶含量较高，种子较低；不同植物对酚类物质的积累能力也有差别。研究表明，蔬菜中以叶菜类较高，其排列顺次是：叶菜类茄果类豆类瓜类根菜类。,(5)氰化物 氰及其化合物主要来自于电镀、化纤、炼焦、煤气、制药、矿石浮选等工矿排放的废水。氰化物对人和动物有很强的毒性。研究表明，氰化物浓度低时，可刺激植物生长（30mg/L以下），浓度高则抑制生长（50mg/L以上）。 植物对氰化物有一定的同化能力，污水中的氰化物可被作物吸收，其中一部分通过自身解毒作用形成氰糖苷，储藏在细胞里，另一部分分解成无毒物质，其吸收量随污水浓度的增大而增大，但一般累积量不高。 根据我国规定，灌溉水中的氰含量在0.5mg/L以下时，对作物、人畜安全。应禁止用舍氰废水灌溉蔬菜和青饲料作物，以免危害人体和家畜。对水稻等粮食作物在生长前期可用含氰废水灌溉，在生长后期则不能灌溉。,（6）氟化物 高氟地区的生活用水及氟化工厂和萤石矿排放的废水中含有较多的氟化物。含氟废水进人农田，对作物叶片的危害症状与含氟废气的危害症状相似。 当灌溉水氟浓度在lOOmg/L以上时，对水稻根系生长有明显抑制作用，并且水稻叶边缘出现褐色条斑。玉米对灌溉水中的氟化物的毒害最为敏感。当水中氟浓度达到1Omg/L以上时，玉米根系生长就会受到抑制。当水中氟浓度在6-9mg/L时，玉米籽粒中氟含量有明显增加。 通常灌溉水中氟的浓度在5mg/L以上时，作物体内氟的积累量会明显提高，其中以根部提高最多，一般是：根叶茎果实或籽粒。,（7）氮素过剩 氮肥的过量便用和化肥厂排放的废水都会使当地水质氮含量增加。由于农作物正常生长发育需要一定量的氮素，在氮素不足情况下，灌溉含氮废水会提高农作物产量。 但是若废水中氮含量过多，也会造成作物氮素过剩的危害。如氮素过剩会引起水稻徒长、倒伏、贪青、晚熟，且易发生病虫害，最终导致水稻产量降低。,（8）石油类 石油类污染物主要指原油、石油产品和其他矿物油等。目前引起灌溉水石油类污染的主要污染源是油田、炼油厂排放的含油废水。 用高浓度的石油废水灌溉生产的稻米和蔬菜均含有汽油味，人食用后会感到恶心。 石油类污染物进入农田后，能引起土壤障碍并对作物产生直接危害。 另外，石油类污染物中还含有致癌物3，4-苯并芘，这种物质能在灌溉的农田土壤中积累，并能通过植物的根系吸收进入植物而在植物体内积累。研究表明，用未处理的含石油5mg/L的炼油废水灌溉农田，土壤中3，4-苯并芘的含量比一般农田土壤要高出5倍，最高可达20倍。,（9）苯及其同系物 苯及其同系物主要来自于化工、合成纤维、塑料、橡胶、制药、电子和印刷等行业产生的废水，炼焦和石油废水中，苯的同系物含量最高。 苯影响人的神经系统，严重中毒能麻醉人体，失去知觉，甚至死亡，轻则引起头晕、无力和呕吐等症状。 含苯废水浇灌作物，对农产品安全性的影响在于它能使粮食，蔬菜的品质下降，且在粮食蔬菜中残留，但其残留量较小。尽管蔬菜中苯的残留率较低，但蔬菜的品质下降。例如，用含苯25mg/L的污水灌溉的黄瓜淡而无味，涩味增加，含糖量下降8%，并随着废水浓度的增加，其涩味加重。 试验表明，污水含苯量在5 mg/L以下，浇灌作物与清水浇灌无差异，不引起粮食、蔬菜污染。,（二）畜产品、水产品与水 1、水污染对畜产品、水产品的影响 水污染对畜产品和水产品的影响也是十分严重的，重金属不仅可以直接毒害水产品，更为严重的是，这些污染物通过富集作用，最终会以较高浓度进入人体内，对人造成伤害。 前面所说的水中影响农产品的各种污染因素也会不同程度地影响畜产品、水产品的质量和食用安全性。水体中酚类物质的浓度达到0.1-0.2mg/L时，鱼肉会有酚味。而水体中游离氰含量超过0.03mg/L时就会引起鱼类中毒。高浓度石油类污染物的废水，也能引起鱼虾死亡，特别是幼鱼、幼虾，浓度较低时，石油中的油臭成分能从鱼、贝的腮黏膜侵入，通过血液循环和体液循环迅速扩散到全身。,2、水体富营养化的危害 富营养化也是水体污染的一种表现，一般认为，总磷含量超过20mg/m3，或无机氯含量超过300mg/m3，即可认为水体处于富营养化状态。 在未发生富营养化的湖泊水域内，生长的藻类主要是以硅藻和绿藻为主，这些藻类是各种鱼类的食物，各种藻类将光合作用固定的太阳能通过水生食物链传递给鱼类等生物，使水体保持良好的生态平衡。 富营养化水体，水质较肥，水中各种藻类大量增加，为以吞食浮游生物和碎屑为主的鲢鱼、鳙鱼、鲤鱼、鲫鱼和虾等提供了充足的食料，有助于提高鱼产量。所以一定程度的富营养化对渔业来说，是有利的。,当水体富营养化进一步发展后，原来不占主导地位的蓝藻异军突起，迅速增长，其他许多种藻类便渐渐地衰落，或者消亡。但湖泊中许多非常有价值的鱼类是不能食用蓝藻的，因此鱼类种群结构也随之发生了明显的变化。原来对人们非常有价值的鱼类种群（小虾、鳟鱼和鲑鱼）被价值小得多的种群所替代（鲢、鳙鱼）。 更为严重的是，富营养化水域，由于藻类过量繁殖，一般在春夏季节凌晨期间最容易发生因缺氧导致鱼死亡的情况。 水体富营养化的另一个不利影响是某些优势藻类大量繁殖后能够分泌释放有毒性的物质，例如，不定腔球藻、微囊藻等分泌有毒的藻青蛋白，能导致鱼类死亡。,3、海洋污染的危害 （1）海洋污染的特点 污染源广：人类活动产生的废物由于风吹、雨淋和江河径流作用，最后都有可能进入海洋。因此，海洋具有“一切污染物的垃圾收集桶”之称。 持续性强：海洋只能接受来自大气和陆地的污染物质，很难再向其他场所转移污染物。一些未溶解的和不易分解的物质就长期在海洋中积蓄，且降解缓慢。,扩散范围大：工业废水排人海洋后，被带到很远的海域。例如，在远洋环境中多氯联苯本来是不存在的，但从北冰洋和南极洲捕获的鲸鱼中分别检出了0.2mg/kg和0.5mg/kg的多氯联苯，说明污染物质在海洋中的扩散范围是相当大的。 控制复杂：上述三个特点决定了海洋污染控制的复杂性。要防止和消除海洋污染，必须进行长期的监测和综合研究，对污染源进行严格管理，包括对工业的合理布局和资源的综合利用，实施以防为主，以管促治。,（2）海洋污染的种类 石油污染：沿岸石油企业发生溢油事故时，海上石油运输事故也时有发生，导致大量原油泄人海洋。另外，油气田开发和油井失事可导致全世界每年约100万t的石油流人海洋。2011年6月康菲漏油事件，渔民养殖损失惨重 。,赤潮：由于大量陆源污染物向海洋超标排放，使入海河口、内湾和沿岸水域富营养化，导致某些浮游植物大量繁殖，形成赤潮。,毒物污染：向海洋排放污水量最大的是化学工业污水，占入海总污水量32.1%。此类废水含大量有毒物质，如汞、氰化物等，且毒性强，化学性质稳定，往往造成海域的严重污染。 塑料垃圾：海洋环境中塑料垃圾主要来自船只的抛人、河流输入、沿岸工厂废水排放及滨海旅游者。,核污染：核工业有控制地向海洋排放放射性物质和核动力舰船对海洋造成的放射性污染也应引起足够的重视。目前世界海洋已被锶90和铯137这两种放射性同位素所污染，其在动物体内的含量已达到可检出的程度。,2011年3月11日，日本里氏9.0级强震以及随之而来的巨大海啸重创日本，并造成福岛核电站发生严重核泄露事故及爆炸。,三、食品原料水,水不仅是影响各种食品原料产量和质量的重要环境因素，而且本身也是食品加工中不可缺少的原料之一，原料水的质量在很大程度上影响着产品的质量，食品原料水不仅需达到国家饮用水标准，还应满足各种食品加工工艺要求。 在各类食品生产中，酒类、饮料生产用水最多，对水质的要求最高，水的硬度和pH是影响食品加工工艺的主要因素。,Thank You !,第二节 土壤与食品原料,（一）概述 土壤的自然本底：土壤是指位于陆地表面具有肥力的疏松表层，它具有独特的组成成分、结构和功能。土壤是由岩石风化生成的矿物质与动植物残体分解生成的腐殖质所构成，土壤本身存在的矿物元素含量，如钙、镁、铁、汞、镉、砷、铬等含量，称作土壤的自然本底。 土壤自净作用 ：污染物进入土壤能被土壤颗粒吸附并固定，使污染物毒性降低，而且土壤中还存在着复杂的物理、化学作用，对污染物的毒性产生强大的解毒作用。 土壤的生物净化：土壤中存在着无数土壤微生物和小动物，它们在为作物制造营养物的同时，还可以使许多有毒有机物变成无毒物质。,一、土壤与土壤污染,有害物质进入土壤，如果其数量超过了土壤的自然本底含量和土壤自净能力的限度，就会在土壤里累积，使土壤理化性质发生变化，从而影响作物生长，并使有害物质在作物内残留或积累。 当进入土壤的污染物不断增加，致使土壤结构严重破坏，土壤微生物和小动物减少或死亡，这时农作物的产量会明显降低，收获的作物体内毒物残留量很高，严重影响了食品的安全性。 从全球范围看，当今特别引起人们重视的土壤环境问题是土壤沙化（包括沙漠、戈壁和土地沙漠化）、水土流失和土地盐渍化问题，还有由于各种化学物质残留造成的对土壤的污染。,（二）土壤污染 1、土壤污染的主要途径 (1)水体污染：利用工业废水和城市、生活污水进行灌溉时，污染物随水进入土壤，造成土壤污染。,(2)固体废弃物污染：垃圾、矿渣、污泥等工业和城市固体废弃物的堆放，污水处理产生的污泥，都会由于地表水的径流而进入农田，而使土壤受到不同程度的污染。,(3)大气污染：一些厂矿排放的粉尘经大气传播沉降到地面，引起土壤污染。如各种金属粉尘，各种硫化物、氮化物造成的酸雨，也会破坏土壤原有的生态平衡。,(4)农事操作：各种不合理的农事操作，如化肥、农药的滥用，使污染物质进入土壤。 污染物的种类常常与所处的环境相关联，且种类复杂。,2、土壤污染的特点 (1)蓄积性：污染物在土壤中的运动速度比较缓慢，很多污染物质都能被土壤无机胶体和有机胶体所吸附。因此某些化学性质稳定的污染物可以在土壤表层不断蓄积，在一定时期内，污染越来越严重。“蓄积性”是土壤污染的显著特点。 (2)不可恢复性：土壤的自净能力是有一定限度的，当污染物数量大大超过土壤本身的自净化能力时，特别是一些不能被分解的重金属大量进入土壤后，就会使土壤受到严重污染，这时再去治理就十分困难，难以恢复。 (3)隐蔽性：土壤污染一般不能通过感官观察，往往要通过对农作物生长产生的影响，或通过吃食物的人或动物的健康状况变化才能反映出来。即土壤从开始污染到导致后果的出现，有一个较长时期的隐蔽过程。,（三）土壤背景值和环境容量 1、土壤环境背景值 土壤环境背景值是指在不受或很少受现代工业污染与破坏并不受或很少受人类活动影响的条件下，土壤原来固有的化学组成和结构特征。但是由于人类活动与现代工业发展的影响已遍布全球，己很难找到绝对不受人类活动和污染影响的土壤，只能去寻找污染影响尽可能少的土壤。因此通常所说的土壤环境背景值在时间上与空间上的概念都具有相对的含义。土壤环境背景值是一个范围值，而不是一个固定的基准值。,2、土壤环境容量 土壤环境容量目前还没有非常确切的定义，通常认为，污染物质在土壤中的含量未超过一定浓度之前，在作物体内不会产生明显的积累或危害作物正常生长，只有超过一定浓度之后，才有可能使作物受到危害，或使作物体内污染物的积累达到危害人体和食草性动物的健康的程度。因此土壤存在一个可承纳一定的污染物而不致污染作物的数量。 一般将土壤所允许承纳污染物质的最大数量，称为土壤环境容量。,土壤环境容量具有限制性。污染物向土壤散布的数量不能超过容量，否则就会引起明显的污染问题。如果土壤的利用方式改变，土壤环境容量的限值也会发生变化。因为在一种利用方式上出现了污染危害，换一种利用方式可能不产生危害。 土壤环境容量还具有一定的可再生性。因为有机污染物可以逐步分解；无机污染物有的可以流失，有的可被作物吸收带走，有的还可以被甲基化或气化挥发。因此，保护土壤免遭污染，不仅有必要控制总量，还有必要控制污染物的接纳速率。科学利用土壤环境容量的可再生性，可以使土壤的自净化能力保持常新。,二、农产品与土壤,（一）重金属污染 重金属在土壤中大多呈硫酸盐、硫化物、碳酸盐或磷酸盐等固定在土壤中，难于发生迁移，并随污染源（如污灌）年复一年地不断积累。它的危害不像有机物那样急性发作，而是慢性蓄积性发生，即在土壤中积蓄到一定程度后，才显示出危害。 许多情况下作物受害程度和体内重金属积累量并不与土壤中该元素的总浓度相关，而与该元素在土壤中某种形态的含量相关性较大。重金属的存在形态按在土壤中对植物的有效程度分为以下三类： 可溶态可交换态不溶或难溶态,（二）土壤中几种主要的重金属污染 1、镉 镉在生物圈中普遍存在，是生物非必需营养元素。在低浓度条件下镉或许具有刺激生物体生长和发育的作用，但在生物圈的存在常常只会给生物带来有害的效应，被看作为一种污染元素。 在世界范围内，未污染土壤中镉的含量较低，一般无污染土壤的镉含量小于1mg/kg，在0.0l-0.7mg/kg，平均为0.06mg/kg。日本对照区土壤镉含量为0.4mg/kg。中国土壤镉的背景值为0.097mg/kg。,我国规定食品中镉的容许限量为0.03-0.2mg/kg。土壤受镉污染后，农作物由于摄取过量的镉而产生不良影响。其受害表现症状为：叶片发黄、退绿，叶脉呈褐色斑痕，叶绿素含量降低，光合作用减弱。 受镉污染的土壤可改为水田，镉易转化为难溶性硫化物，以减轻危害。,2、砷 早在4000多年前我国就知道了雄黄、雌黄等砷化物具有药用功能，也知道砒霜是无臭无味的剧毒物。但关于砷对环境污染以及对人体健康的影响，还是在最近几十年。由于砷化物已成为一个常见的重要环境污染物，可引起作物减产，人体中毒，而日益受到人们的重视。 砷在世界土壤中的含量，一般在O.l-58mg/kg，平均值为1Omg/kg，我国砷元素土壤背景值平均为11.2mg/kg。 许多试验结果表明，土壤中添加少量(5-lOmg/kg)的砷，可刺激植物生长，提高产量。但植物裉系吸收过量的砷后，会使根系的生长发育不良，变黑、坏死。,水稻受砷毒害后，分蘖减少，生长减弱，抽穗扬花时间稍有推迟，产量下降。砷对植物的危害最明显的表现是阻碍根系对水分的吸收和输送，造成叶片凋萎。 在砷污染较严重的农田，可以改水作为旱作，一般旱作的水稻耐砷能力强，而且旱作的各物中砷的积累量也很少，一般不会超过砷的粮食卫生标准0.7mg/kg。 对土壤砷抗性较强的作物有马铃薯、番茄、胡萝卜、烟草等；抗性中等的作物有甜玉米、甜菜、南瓜、草莓等；较敏感作物有葱、豌豆、黄瓜、苜蓿和豆类作物等。在受到砷污染的农田中，可选择种植抗性作物，以减少对农产品的污染。,3、汞 汞是一种毒性较大的有色金属，汞也是室温下唯一的液体金属。汞在自然界以金属汞、无机汞和有机汞形态存在，有机汞的毒性比金属汞、无机汞的毒性更大。 汞在世界土壤的平均含量为0.03-0.1mg/kg；我国土壤汞的平均背景值为0.065mg/kg。在我国，不同土类的土壤汞的含量有较大差异，石灰土、水稻土的汞背景值含量最高，分别为0.91mg/kg和0.183mg/kg。 石灰土汞背景值偏高是受石灰岩风化特性的影响而造成的，而水稻土汞背景值偏高主要是由于历史上长期施用含汞农药及灌溉含汞污水，这些农业措施可带人一部分汞进人土壤中。,汞与土壤有机质的结合能力较强，土壤有机质对汞表现出较强的富集性。因此，有机质含量高的土壤，其汞背景值含量一般也相对较高。我国不同土壤系列汞背景值总体趋势为：森林土壤草原土壤高山土壤荒漠土壤。 金属汞最容易被作物根系吸收，其次是有机汞，而无机汞很少被吸收。汞进入植物体内后，主要集中于植物根部，植物叶部汞的浓度仅为根部的1/500-1/10。粮食作物中吸收积累汞能力的大小顺序为：水稻玉米高粱小麦。 水稻比其他作物容易吸收汞，主要原因是：水田在淹水还原条件下，无机汞会转化成金属汞，使水田土壤中金属汞含量高于旱地土壤。,4、铬 随着工业的发展，特别是电镀业的发展，铬及其化合物的用途越来越广泛，使用量也不断增加。含铬污染物的排放量也随之增多，铬已成为环境中主要的污染物之一。 土壤中铬的含量取决于母质及生物、气候、土壤有机质含量等条件。世界范围内土壤铬元素背景值为70mg/kg，我国土壤铬元素背景值为61mgkg。 根据我国41个土类铬元素背景值的研究，土壤中铬元素含量受土类的影响较大。含量最高的土类为石灰土，108.6mg/kg。而在赤红壤中铬元素随铝、硅等强烈流失，铬含量仅为41.5mg/kg，明显低于其他土壤类型。,微量铬对植物的生长有促进作用，但当农业环境中铬的含量超过一定量时，就会危害作物生长。从对作物毒性来看，六价铬的毒性要比三价铬强。 试验结果表明，当灌溉水中六价铬的浓度在0.1mg/L以上时，就会抑制水稻种子萌发；当水中六价铬浓度为10mg/L时，水稻生长不良而减产。而三价铬浓度要达到lOOmg/L时，才表现出对水稻生长的不良影响。 通常土壤中铬的浓度耍达到500-lOOOmg/kg时，才会使水稻生长产生不良反应。由于进入土壤中的铬绝大部分会转化为不溶态而沉淀。因此土壤铬污染对作物的影响，远没有含铬废水的影响严重。 铬进入植物根部后可与根细胞内的蛋白质牢固结合，较难向植株地上部分大量输送，故各种粮食作物的籽粒中铬的残留量较少。,5、铜 铜在自然界分布极广，地壳中含量居第22位。铜具有很强的亲硫性，是典型的亲硫元素，主要以硫化物和含硫酸盐矿物存在。 土壤中铜的含量几乎完全取决于成土母质及其所经历的地球化学与土壤化学的成土过程。 根据各国报道的资料，世界土壤铜的含量范围为2-250mg/kg，平均值范围为15-40mg/kg，均值为30mg/kg。我国土壤铜的平均值为22.6mg/kg。 我国土壤中铜的环境背景值，一般受成土母质影响较大。基性火成岩、沉积页岩、沉积石灰岩等母质发育的土壤铜背景值较高，其平均值大多数在28-31mg/kg之间。火山喷出物和风沙母质发育的土壤铜背景值较低，在10-13mg/kg之间。,铜是动、植物生长的必需元素。植物缺铜，幼叶尖端缺绿并且干枯，最后叶片脱落。谷类作物缺铜一般不能结实。 当土壤中铜含量低于40mg/kg时，适量增加铜含量对作物生长有促进作用。当土壤铜含量提高到150-200mg/kg以上时，就会对一些较敏感的作物生长产生危害。主要原因是作物吸收过量的铜，会引起根系发育不良，主根生长受抑制，须根丛生且又细。水田土壤铜含量在350mg/kg时，水稻有较明显的减产。 铜被作物吸收后，主要积累在根部，较少向植株的地上部输送。在受铜污染土壤中生长的作物，其籽粒中的铜的含量一般不随土壤中铜含量的增加而有明显的增加，或者说增加量很少。,6、锌 锌是一种微带蓝色的金属，能与很多元素如铅、铜、镉等共成矿物，广泛存在于自然界中。由于锌能防止铁件腐蚀，保护钢材及制品，为此镀锌是锌在工业上的主要用途。用锌与许多有色金属制造合金，已广泛用于各个工业部门。 世界各地土壤锌的平均含量在都在40-90mg/kg。我国土壤锌的平均值为74.2 mg/kg。 锌元素在土壤中的自然分布不仅受控于母岩物质中锌元素的含量，而且受到不同生物、气候条件下土壤成土过程的类型及土壤自身理化性质等因素的影响。 根据我国41个主要土类锌元素背景值的研究，大多数土类的锌背景值都在世界土壤报道的正常值范围内。我国含锌量比较高的土类是石灰土，其平均含量达到111.7mg/kg。比较低的土类是磷质石灰土和风沙土，其平均含量都在27mg/kg左右。,锌是植物必需的微量元素，土壤中维持一定量的锌，有利于作物的生长。在我国，缺锌土壤分布面积很广，玉米、水稻缺锌的报道屡见不鲜。 如果土壤受锌的污染，过量的锌可使作物受害。敏感植物受害的土壤锌临界浓度报道值为300-500mg/kg。部分作物受害症状分别为：大豆新叶缺绿或出现褐斑；洋葱黄化，苗生长停滞，叶尖褐色枯死，球茎小，根尖粗大，弯曲。当土壤锌含量达到800mg/kg以上时，会对大多数植物生长产生不良影响。饲料作物在锌污染土壤生长，可残留过量的锌。当饲料含锌300-lOOOmg/kg时，会危害反刍动物。 土壤锌含量过高还可引起植物出现缺铜症状。锌不同于铅和镉，它在人体内不具有累积特性，故锌对人及动物的毒性要比对植物的毒性小。,7、铅 铅是两性金属，能溶于酸或碱。同时铅也属于亲硫元素，在自然界中多以硫化物形式存在。 世界土壤铅平均背景值在1525mg/kg范围内，我国土壤铅的平均背景值为26.Omg/kg。 我国41个土类铅背景值的统计结果表明，土类间铅背景值差异明显。说明土壤的成土环境及成土过程明显地影响了土壤中铅的含量。赤红壤和燥红土的铅含量较高，其平均值均为40-43mg/kg范围。而磷质石灰土铅的含量较低，其平均值仅为1.7mg/kg。,虽然铅对生物的毒性较强，但铅对作物的危害性却比较小。原因是土壤对铅的吸附固定作用特别强，使土壤中有效态铅的存在量极少。 当土壤铅含量达到300mg/kg时，敏感作物会受到不良影响，例如，大豆产量将会减产10%左右。当土壤中铅含量在lOOOmg/kg时，水稻生长和产量均无明显影响。土壤铅含量达到2000mg/kg时，水稻减产15%左右；当土壤含铅量在4000mg/kg以上时，水稻植株僵化，根系发黑，枯萎而死亡。小麦对铅的抗性较强，当土壤铅在3000mg/kg时，对小麦生长无不良影响。 一些研究报告表明：禾本科作物从土壤中吸收铅后，主要积蓄在根系和茎部，较难向穗部迁移，故稻、麦等谷物中对铅的富集系数很低，且与土壤含铅量无十分明显的相关性。 但也有调查报告指出，在一些常年污灌区，土壤铅超过300mg/kg时，铅在谷物中的累积量可能会超标。,第三节 大气与食品原料,一、大气与大气污染,大气的组成,（一）大气污染及其自净作用 1、大气污染的定义 是指大气中有毒有害物质或由它转化成的二次污染物的含量达到一定的浓度，以至破坏人和生态系统的正常存在和发展，对人体、生态和材料造成危害的现象。 2、污染源 一是在自然界各种过程中产生的，即所谓“自然源”，主要指火山喷发、森林火灾释放出的有害物质；二是在人类生产和生活活动过程中产生的，即所谓的“人工源”。 主要的大气污染源可分为工业企业污染源、交通运输污染源、农业污染源。,3、自净作用 进入大气的污染物经过物理、化学和生物作用，可以使其从大气中排除或减少。主要包括以下几个方面： (l)污染物在大气中的扩散、稀释。 (2)在重力作用下的沉降和降水洗涤作用。 (3)在大气中发生化学反应而分解成为无害物质。 (4)由于地面植被的吸收、吸附而从空气中分离。 这就是大气的自净作用，其中植物的吸收作用在大气的自净中占有重要地位。 自净能力不是无限的，当向大气中排放的污染物超出一定量后，由于大气自净能力的有限性，大气中的污染物浓度会不断上升，就产生了大气污染问题。,（二）危害农作物的大气污染物及毒性分级 1、分类 根据大气污染物的化学性质，可大致分成六类： (1)氧化性污染物：臭氧、氯气、氮氧化物和过氧乙酰硝酸酯(PAN)及其同系物等。 (2)还原性污染物：二氧化硫、硫化氢、甲醛、乙醛、丙烯醛等。 (3)酸性污染物：氟化氢、四氟化硅、氯化氢、氰化氢、硫酸和硝酸烟雾等。 (4)碱性污染物：氨气、水泥、粉尘等。 (5)有毒有机物：乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、甲醇等。 (6)固体颗粒物：烟尘、粉尘、重金属及其氧化物悬浮颗粒物。,2、毒性分级 各种大气污染物对植物的毒性强弱有很大的差异，大致可分为三级： A级（强毒性）：有HF、SiF4、03、乙烯、过氧乙酰硝酸酯及其同系物等。 B级（中等毒性）：有SO2、SO3、NOx、C12、HCl、硫酸烟雾和硝酸烟雾。 C级（毒性较弱）：有甲醛、NH3、HCN和H2S等。,3、剂量和阈值 大气污染物对植物产生的毒害大小，主要由污染物浓度和相互接触时间这两个因素决定。大气中污染物浓度越高，植物与污染物接触的时间越长，则植物受害的程度越深。 在一定的时间和浓度范围，可以采用剂量来表示某种污染物对植物的影响程度。 剂量=大气污染物浓度( mL/m3)接触时间 把污染物浓度和接触时间的联合作用称为剂量。能引起植物伤害的最低剂量称为临界剂量。 植物在长时间接触污染物时，使植物发生伤害的污染物最低浓度称为阈值。,二、大气质量对食品原料的影响,（一）大气污染物影响的一般规律 1、入侵途径 存在于大气中的各种气体、液体、固体形态的污染物，主要以气体及气溶胶状态与植物发生接触，气体以及一般小于lum的物质，能通过植物叶片气孔进入植物体内。 气孔的孔径一般为1um左右，植物叶片吸收二氧化碳进行光合作用，放出氧气，蒸发水分，主要通过气孔进行。气孔张开时，小于1un的大气污染物就能进入植物组织，而大于lum的物质，一般不能通过气孔直接进入，它们只能吸附在植物器官表面，在具备一定条件时，也可能渗入植物组织内。 因此植物气孔是污染物入侵植物组织的最主要途径。气孔开闭状况，对植物受害程度有重要的影响。气孔张开时，大气污染物就容易进入，气孔关闭时就难以进入。,2、受害基本类型 大气污染物对植物造成的危害，一般可分为可见危害和不可见危害两种。 可见危害是肉眼可以明显直接观察到的危害，此时植物有明显的受害症状表现。根据症状出现的快慢可见危害又可分为：急性危害和慢性危害两种。 急性危害是在污染物浓度较高条件下，短时间内（几小时至一两天内）植物就出现明显伤害症状，一般易于发现。 慢性危害是在污染物浓度较低的情况下，经长时间接触（几十天）后，植物逐渐出现一些不良反应，如生长不够茂盛，生育不良等，受伤害症状不明显或逐渐显现出来，往往不易被人们注意。,不可见危害又称隐性危害或生理危害，一般在污染物浓度特别低时，污染物对植物的生理生化过程产生一定的影响，但其影响程度未达到叶片表现受害症状的水平，而仅对生育有一定的抑制，对产量有轻微的影响。 其中一种隐性危害类型，污染物逐渐在植物体内积累而不影响植物本身的正常生长，但当积累量达到一定程度后会毒害取食的动物和人类。 不可见危害需要有精密的方法、良好的对照和监测分析才能准确识别，一般常被忽视。,3、产生危害的影响因素 大气污染物对各种植物产生的直接或间接的影响，是需要在一定条件下才会发生。 (l)污染物的浓度和接触时间 各种大气污染物必须达到一定的浓度，即在阈值以上才会对植物产生危害。只要采取各种措施减少大气污染物的排放，把污染物的浓度控制在阐值以下，就能保护植物的正常生长。 接触时间也是重要的因素。污染物浓度相同，植物与污染物的接触时间越长，进入植物体的污染物就越多，影响也越大。,(2)植物类型 在同一污染物、同样剂量、同样环境条件下，不同植物受害的情况有很大差异，不仅在植物种间表现差异，而且同一种类作物的不同品种间也有很大不同。 可以利用这些差异选育抗性强的农作物品种，以适应在大气质量不佳的环境中生长。也可以利用某些植物对某些污染物特别敏感的特点，作为指示植物，反映大气污染状况。 在对敏感性不同的植物种类或品种进行敏感性分级时，确定评价敏感性植物的反应基准是至关重要的。 目前，绝大多数关于植物敏感性分级都根据各种植物在大气污染物暴露时出现的叶面积伤害程度来划分其敏感性等级。,通常将植物对大气污染物的抗性强弱分为三级： 敏感植物：不能长时间生活在一定浓度的有害气体污染的环境中，生长点常干枯，叶片伤害症状明显，全株叶片受害普遍，长势衰弱，受害后生长难以恢复或恢复缓慢。 抗性中等植物：能较长时间生活在一定浓度的有害气体环境中，在高浓度有害气体袭击后，植物表现伤害症状；生长恢复比较缓慢，表现为节间缩短、小枝丛生、叶形缩小、产量下降等。 抗性强植物：能正常地长期生活在一定浓度的有害气体环境中，基本不受伤害或受害轻微，在高浓度有害气体袭击后，叶片虽也会遭受较明显的伤害。但受害后生长恢复较快，能迅速萌发出新叶。 植物在不同生长阶段对大气污染物的抗性也有很大的差别。多数植物在开花期容易受大气污染物的危害。,(3)污染物的作用时段 由于污染物进入植物体的主要途径是气孔，植物受大气污染物危害的程度与其气孔的活动规律有密切的关系。白天植物叶片气孔张开，大气污染物容易侵入，夜间大多数植物叶片气孔关闭，污染物不易侵入。所以大多数植物在夜间耐污染物的抗性强于白天。也有少数植物夜间叶片气孔不关闭（如马铃薯），其抗性昼夜无明显差别。 大气污染物在春夏季节容易对植物产生危害。由于这些季节，植物生命活动旺盛，叶片与外界物质交换频繁，污染物容易侵入。同时叶片组织较为幼嫩，抵抗力也较弱。而秋冬季节，叶片组织发育完成，生理上逐渐经受锻炼，已形成防御系统，抵抗力增强，故较少发生受害情况。,(4)气象条件 一般植物在温度高、湿度大、光照强等条件下，气孔开放度增大。此时污染物易侵入，抗性降低。当温度小于5，相对湿度在30%时，气孔基本上处于关闭状态，在这些条件下，植物对污染物的抗性较强。 (5)田间管理 若植物营养供给不平衡，氮过多也会降低植物的抗性。若钾、钙、硅等营养供应充足，可以提高植物的抗性。当农作物在营养生长期间受到大气污染物的危害后，若能加强田间管理，增施追肥，可促进植物恢复生长，从而可明显减少作物产量的损失。,（二）几种典型大气污染物的影响 1、S02 (1)对植物的危害症状 当大气环境中SO2,的浓度超过阈值，可使植物体内发生各种各样的不良反应。 双子叶植物：双子叶植物受到S02危害后，植物叶片叶脉间出现伤斑，伤斑由漂白引起失绿，并逐渐呈现棕褐色坏死。 单子叶植物：SO2对单子叶植物（主要是禾本科作物）产生危害时，可见症状主要表现在叶尖及其附近部位。叶片上有点状或条状伤斑，组织脱水坏死，且功能叶片容易受伤害。,(2)植物对SO2抗性的概况 植物对SO2的抗性是由生理上的缓冲作用，酶的忍耐性，体内解毒机制，受毒害后的恢复能力，以及机械的屏蔽性和形态解剖结构等方面的因素所决定。不同种类的植物在这些因素组成上存在较大的差异，而抗性是这些因素的一个综合反映指标。 不同的植物对SO2的抗性必然会有强弱之分。现已公认，紫苜蓿对SO2最为敏感，小麦麦芒对SO2也很敏感，是较好的SO2污染指示植物。,为了能定量地体现抗性这一综合指标，美国科学家OGara提出了抗性指数评价系