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1 第三章环境与食品原料 2 第一节水与食品原料 一 水资源与水污染 水资源非常丰富 但是可以利用的淡水资源非常有限 1 世界水资源 一 水资源概述 3 由于受地理位置和地形地貌的影响 世界水资源在时间和空间上都存在分布不均匀的状况 水资源的缺乏已成为当前最突出的全球环境问题之一 4 5 2 我国水资源概况 我国江河湖泊众多 但水资源总量不是特别丰富 河川径流总量次于巴西 俄罗斯 加拿大 美国 印度尼西亚 位居世界第六位 地下水资源较为丰富 由于降水 蒸发 径流等水平衡要素的影响 我国水资源分部不均 在季节分布上 夏秋多 冬春少 在时空分布上 东多 西少 南多 北少 同时 降水量在年际之间的差别也比较大 旱涝灾害发生频率高 6 我国水资源总量水平居世界第六位 但是同时由于我国国土面积辽阔 人口资源丰富 人均水资源量和亩均水资源量较少 水资源地区分部不均匀 水土资源组合不平衡降水量年际变化非常大 旱涝灾害严重 水土流失严重 许多河流含沙量非常大水资源的开发利用在各个地区也不均衡 南方水的利用率和开发程度均低于北方水资源短缺与水资源浪费并存 洪涝灾害与生态失衡并存 七大江河水系普遍受到污染 我国水资源存在主要问题 7 我国水污染现状 从20世纪80年代开始 我国的水污染趋势一直没有停止 现在全国七大水系近一半河段污染严重 各地大小水系 水体功能已严重衰退 出现了 有河皆臭 有水皆黑 的局面 全国有50 以上的河段不适合鱼类生存 有85 以上的城市河段水质不能满足饮用水源要求 有50 以上的城市地下水受到严重的污染 我国几大淡水湖泊出现了严重的富营养化 我国淮河等流域出现的污染 已给两岸人民带来生存威胁 除非采取全国性的统一的大规模的控制与治理污染行动 否则 我国的水质还会进一步恶化 带来不可逆转的毁灭性效应 8 水质评价标准 通常国家GB3838 2002标准 GB3838 2002标准的水质分类及水域功能 9 2002年七大水系水质类别比例 全国水环境质量状况 10 七大水系干流及主要一级支流水质总体呈改善趋势 1998年2000年2002年 类水质33 4 42 6 49 8 类水质类别比例及降水量年际变化 11 金陵晚报报道 05年11月23日晚8点半 记者得到群众举报 位于下关区窑上村的南京长安汽车有限公司每天晚上10点至第二天凌晨3点之间偷偷排放不经过任何处理的工业污水50至60吨 这股污水沿地沟直接注入护城河后再进入长江 不仅严重影响了住在附近的居民生活 也对长江水质造成了严重污染 关于哈市市区临时停水的公告2005年11月13日 中石油吉化公司双苯厂胺苯车间发生爆炸事故 据环保部门监测 目前松花江哈尔滨城区段水体未发现异常 但预测近期有可能受到上游来水的污染 为确保市区内人民群众和机关 企事业单位用水安全 市人民政府决定市区供水管网临时停止供水 12 09年2月20日早晨 江苏省盐城市居民打开水龙头 却惊讶地看到 水龙头里流出的是黄色的水 且带异味 城西水源遭酚类化合物污染 两家自来水厂随即关闭 数十万盐城市民饮水受到影响 盐城水污染事件 饮水中酚浓度达7000mg L时 阻碍生长或引起死胎 人类急性酚中毒的主要表现为大量出汗 肺水肿 吞咽困难 肝及造血器官损害 黑尿 受损组织坏死 虚脱甚至死亡 13 二 水污染指标 2006年颁发 生活饮用水水质标准 4项 14 15项 五毒重金属 富营养化指标 15 感官指标 一般化学指标13项 16 物理指标 色度 气味 电导率 温度 浑浊度等浑浊度 是表征水中不溶解物质含量的指标 水体污染的基本指标之一 悬浮物数量多 水的浊度比较大 电导率 水的导电能力的强弱程度就称为电导率 通常用它来表示水的纯净度 由于水中含有各种溶解性盐类 并以离子的形态存在 可以导电 1 反映水污染的主要指标 17 温度过高 热污染废水温度过高而引起的危害 叫做热污染 热污染的主要危害有以下几点 1 使水体溶解氧浓度降低 大气中的氧向水体传递的速率也减慢 2 导致生物耗氧速度加快 促使水体中溶解氧更快被耗尽 水质迅速恶化 造成鱼类和水生生物缺氧死亡 3 加快藻类繁殖 从而加快水体富营养化进程 4 导致水体中的化学反应加快 使水体的物化性质发生变化 可能对管道和容器造成腐蚀 5 加速细菌生长繁殖 增加后续水处理的费用 18 化学指标废水中有机物的浓度生活污水和工业废水中所含的碳氢化合物 脂肪 蛋白质 木质素等有机化合物 可在微生物作用下分解生成简单的无机物CO2 H2O等 这些有机物在分解的过程中需消耗大量的溶解氧 因而称为需氧污染物 有机物组成复杂 分别对有机物测定比较困难 通常由BOD COD TOD等指标来表示 19 中国部分江河水中检测出的有机污染物 20 生物化学需氧量 BOD 在有氧条件下 好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量 mg 1 化学需氧量 COD 用化学氧化剂 高锰酸钾或重铬酸钾 氧化水中有机物时 所需氧量总需氧量 TOD 有机物经热分解需要的含氧量 有机物主要元素是C H O N S等 在高温下燃烧后 将分别产生CO2和H2O 所消耗的氧量称为总需氧量TOD 21 总硬度表明水中钙镁离子含量的多少 如果硬度过高 则有对人类的生活造成危害 烧开的水口感差 且常常造成壶底结垢 严重影响饭菜的味道和质量 沐浴时 头发 皮肤常有干涩 发紧的感觉 伤害皮肤加速衰老 洗涤衣物时 浪费洗涤剂 且衣物不易洗净 洗后的衣物发脆发硬 并残存有洗涤剂的味道 餐具 洁具上常常会出现水渍 斑点 需要经常清洗 水池甚至墙壁上出现水垢等 热水器随着使用时间的增加而热效率降低 这也是因为积存的水垢增加了 不仅浪费能源还形成了不安全隐患 22 pH值反映了水体酸碱性的强弱 对污水的处理及综合利用 对水中生物的生长繁殖 对排水管道等有很大影响 酸碱污染物使水体的PH值发生变化 破坏自然缓冲作用 抑制微生物生长 妨碍水体自净 使水质恶化 土壤酸化或盐碱化 各种生物都有自己的PH适应范围 超过该范围 就会影响其生存 对渔业水体而言 pH值不得低于6或高于9 2 当PH值为5 5时 一些鱼类就不能生存或生殖率下降 农业灌溉用水的pH值应为5 5 8 5 此外酸性废水也对金属相混凝土材料造成腐蚀 23 植物营养素氮 磷 钾 硫及其化合物为植物需要的营养物质 但是进入水体 会造成水体富营养化 24 中国部分江河水中检测出的有机污染物 25 三湖 湖体水质均为劣 类 主要污染指标为总氮 总磷 太湖 巢湖处于轻度富营养状态 滇池处于重度富营养状态 三湖 水质变化趋势 2002年 26 污水中的有毒理学指标污水中可能存在的各种有机和无机的微量有毒成分 如重金属 氰化物 有机农药等 重金属是具有潜在危害的重要污染物质重金属污染引起关注 五毒 汞 镉 铅 铬 砷重金属污染物不能被微生物降解 只能发生各种形式的转化 但是可能通过食物链进入人体 引起健康问题 特点 毒性作用大 易引起人们的注意 在水体中不能为微生物降解 只能产生各种形态间的相互转化以及分散和富积 在水中进行迁移 27 生物指标污水的细菌污染指标生物污染物主要是指废水中的致病性微生物 它包括致病细菌 病虫卵和病毒 未污染的天然水中细菌含量很低 当城市污水 垃圾淋溶水 医院污水等排入后将带入各种病原微生物 水源一旦受到病原微生物的污染 就有可能引起介水传染病的传播或流行 如生活污水中可能会有能引起肝炎 伤寒 霍乱 痢疾 脑炎的病毒和细菌以及蛔虫卵和钩虫卵等 生物污染物污染的特点是数量大 分布广 存活时间长 繁殖速度快 28 3 水体污染分类 按污染源的分布特征分为点污染源 面污染源点源 工业废水和城市生活污水 面源 农村污水和灌溉水按污染源释放的有害物质种类分为物理性污染源 化学性污染源 生物性污染源按受污染的水体分为地面水污染源 地下水污染源和海洋污染源按造成水体污染原因分为天然污染源和人为污染源 29 1 水体污染对农产品影响概况 二水与食品原料 一 水与农产品 植物生长需求水分动物生长离不开水 生长地水体遭到污染 植物通过根系 动物通过饮水等吸收有害物质 有害物质在动植物内蓄积 超过标准 植物或动物被做成食品 食品安全问题爆发 30 值得注意的是 污水污染物在植物体内的累积量已达到对人 畜危害标准时 其产量和外观性状仍看不出明显影响 从而被人们所忽视 粮食作物 果蔬类的生产用水需符合国家标准农业灌溉的用水要求 才能保证水作为一种食品原料的安全性 才能保证食品安全 用含酚50ppm以下的水灌溉 对农作物产量无明显影响 但实际上在低于此浓度 5ppm 时 就会使酚在黄瓜体内累积 使黄瓜带有异味 31 2 污染物对农产品影响 有机物水中有机污染物种类很多 通常指碳水化合物 蛋白质和油脂类等 它们的共同点是容易被微生物氧化分解 来源 食品 制革 造纸 畜禽养殖企业排放废水灌溉水中有机物含量较低时 无任何不良影响 反而会改良土壤 促进增产 一般认为水田有机质含量在3 左右最合适水稻等作物的生长 污水中的有机物进入农田后 在旱地氧化条件下 有机物分解迅速 变成二氧化碳和其它无机形态 32 在水田 分解过程消耗大量氧气 因氧化还原电位的降低 土壤处于强还原状态 氧化物 如三价铁 硫酸根 锰等被还原 生成的过量亚铁和硫化氢使水稻的养分吸收和体内代谢过程受抑制 导致减产 估计 1ppm化学耗氧量 能使水田氧化还原电位降低6 7毫伏 氧化还原电位过分降低 招致水稻的还原障碍 直接影响水稻的产量 强还原条件下 有机物厌氧分解过程中生成的氢 甲烷等气体及醋酸 丁酸等有机酸和醇类等中间产物中相当部分对水稻有毒害 抑制水稻生长 并引起烂根采用有机物含量较高的污水灌溉 应采用清水 污水轮灌或混灌的方法 减少有机物进入农田 进行浅水灌溉 在水稻生长后期或收割后进行排水 翻耕 晒田 33 2 酸碱类物质用pH低于3 高于11的水灌溉作物 作物很快死亡 大部分栽培植物喜欢在弱酸性和弱碱性条件下生长 水稻 5 7 6 5 小麦 6 7 7 6 蔬菜 6 0 8 0国标要求灌溉水的pH值允许范围是5 5 8 5 污染水体的酸主要来自于矿山排水及人造纤维 酸法造纸 酸洗废液等工业废水污染水体中碱的主要来源是碱法造纸 化学纤维 制碱 制革 炼油等工业废水 水体遭到酸 碱污染后 会使水中酸碱度发生变化 即pH发生变化 当pH8 5时 水的自然缓冲作用遭到破坏 使水体的自净能力受到阻碍 消灭和抑制细菌及微生物的生长 长期采用酸碱性较高的废水灌溉 土壤pH值会发生较大变化 34 土壤经酸性废水灌溉 土壤发生酸化 金属被大量溶解成离子状态 水田土壤表面呈赤褐色 铁 铝溶出 在这种情况下 金属离子被农作物富集 例如 铬 汞 镉 铅等 土壤酸度高 固化了土壤中的磷元素 影响磷的吸收 引起磷营养缺乏 土壤经碱性废水灌溉 土壤发生盐碱化 微量元素溶解度大大降低 导致作物营养缺乏 尤其是缺锌症 同时 土壤中的钙离子含量高 易使磷元素生成难溶的磷酸钙 而减少作物磷元素的吸收 35 3 盐类含盐量高的各种废水对作物的危害主要由高浓度的盐分所造成 其中氯化钠最为常见 高浓度的含盐污水危害水稻后 能在短时间内全部叶子失水干枯致死 低浓度的含盐污水危害水稻时 首先表现叶色变浓 接着下部叶片枯萎 分蘖受到抑制 生长期受低浓度盐度时 稻根逐渐变成黑色且腐烂 氯化钠危害小麦发芽的临界浓度为2000mg l 危害水稻发芽的临界浓度为1000mg l 国标要求灌溉水的氯化物的含量应小于250mg l 国标要求灌溉水的全盐量在非盐碱地区应小于1000mg l 在盐碱地区应小于2000mg l 有条件的地区可以适当放宽 36 4 酚类物质在酚类化合物中苯酚毒性最大 炼焦 生产煤气 炼油 树脂等行业所排废水中以苯酚为主 含酚污水进入土壤 主要分布在土壤表层 50厘米以下的土层中酚的含量极少 土壤对酚具有较强的净化能力 酚在土壤中的年净化率在90 以上 因此 低浓度含酚污水灌溉后 不会影响土壤肥力 也不会造成土壤污染酚类对农作物的毒害不是很强 不会明显影响农作物的生长 因为绝大多数植物中含有能够将将酚类分解为二氧化碳的酶 废水中过量的酚容易在蔬菜中富集 造成蔬菜异味 影响食品安全 国标要求灌溉水的挥发酚的含量应小于1 0mg l 37 酚类物质在植物体内分步 茎 根 籽粒不同植物对酚的累积能力叶菜类 茄果类 瓜果类 根菜类 38 5 氰化物含氰废水来源 金银的湿法提取 化学纤维的生产 炼焦 合成氨 电镀 煤气生产等行业排放氰化物属剧毒物质 0 1g即可使人致死植物本身含有氰化物 污水中的氰化物可被吸收 或通过自身解毒形成氰糖苷储存 或分解为无毒物质 50mg L以上氰对水稻 油菜的生长 发育和产量有影响 并开始在糙米 油菜中有残留 残留量随灌溉浓度最高而加大 100mg L以上 作物出现死亡现象或氰含量迅速增加 残留量 根 茎叶 谷壳 糙米 根残留量占80 左右 茎叶占15 左右 39 氰化物随水进入土壤后消失的速度较快 在土壤中不会逐年积累 一般稻田土壤中 氰的年净化率都在90 以上 采取隔年清污轮灌 不会造成土壤和水稻的明显污染 国标要求灌溉水的氰化物的含量应小于0 5mg l 根据不同生育期污灌氰残留量不同 在生产上利用含氰污水灌溉水稻宜在前期 不宜在后期 禁止用含氰废水灌溉蔬菜和青饲料作物 以免危害人体和家畜 40 6 氟化物氟在植物体的积累随着植物种类不同而有所差异 氟化物含量在34 0mg l以下 水稻生长发育未受影响 113 25mg l以上 水稻生长发育受到抑制 453mg l可致水稻死亡 但此浓度以下对茄子无影响 含氟污水中有一定的磷酸盐 污灌后硫化细菌增加 可促进磷酸盐的转化 提高了土壤中可溶性磷的含量 有利作物生长 含氟污水灌溉后细菌数量增大 生物学过程旺盛 产量增加 由于不同作物对氟敏感程度不同 为避免对地面水和渔业的污染危害 为保护整个农业环境和人民健康 规定氟的灌溉标准为高氟区应小于2 0mg l 一般地区应小于3 0mg l 残留量 根 叶 茎 果实或籽 41 7 氮素过剩氮肥过量使用 化工产废水等使水质氮明显增加氮素作为营养元素 如土壤和肥料中氮不满足生长需要的话 灌溉水中的氮会提高农作物的产量 若废水中含氮太多 会造成作物氮素过剩 引起水稻徒长 倒伏 贪青 晚熟 易发生病虫害 最终导致水稻产量降低 水稻在不同时期 对氮吸收量的变化 分蘖初期 肥料氮 土壤氮 灌溉水氮分蘖后期 土壤肥 肥料氮 灌溉水氮幼穗形成以后 灌溉水氮 土壤氮 水稻在幼穗形成以后 应避免用含氮过高的灌溉水灌溉 42 8 石油类灌溉水石油类污染的污染源是油田 炼油厂排放的含油废水各种矿物油和动植物油进入农田后 能引起土壤障碍和对植物的直接危害 油类物质进入农田 水面被油覆盖 影响土壤中氧气的供给 且引起地温上升 促进了土壤异常还原而造成水稻烂根 石油不仅影响农作物的生长发育 还会被作物吸收残留的植物体内 使粮食 蔬菜变味 所谓 油味饭 就是引用炼油厂含石油浓度高 而未经处理的废水灌溉稻田的结果水稻早期受石油类污染物危害 一般较易恢复 对米质影响不大 分蘖期受污染 会影响稻米品质 米色发青 褐色 畸形米增多 43 44 9 苯及其同系物 芳香烃 芳香烃主要来源于化工 合成纤维 塑料 橡胶 制药 电子和印刷行业废水中 芳香烃影响人的神经系统 严重中毒能麻醉人体 甚至死亡 轻则引起头晕 无力 呕吐等 含苯废水浇灌溉物 使粮食 蔬菜品质下降 且在蔬菜中残留 其残留量较小 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 并随着废水浓度增加 涩味加重 污水含苯量在5mg L时 浇灌作物不会引起粮食 蔬菜污染问题国家标准规定 灌溉水中苯的含量不超过2 5mg L 45 二 出产品 水产品与水 水污染对畜产品 水产品的影响 污水中的低浓度的酚类物质影响鱼类洄游繁殖 高浓度的酚能引起鱼类大量死亡 水中氰化物有剧毒 氰化物使水呈杏仁气味 其嗅觉阈浓度为0 1mg L 国家规定饮用水标准是0 01mg L世界卫生组织订出鱼的中毒限量为游离氰0 03mg L 水中游离氰含量超过0 03mg L 引起鱼类中毒含高浓度石油的污水能够引起鱼虾死亡 海水中石油浓度超过0 01mg L 鱼虾产生石油臭味 46 废水中的重金属会经过水产品富集 最后通过食物链富集到人体 引起食品安全问题 造成人类健康威胁 如水俣病等 47 2 水体富营养化 水体富营养化 藻类过分繁殖 消耗水中溶解氧 水体缺氧 造成鱼类生物缺氧死亡藻类大量繁殖 释放藻毒素 人体通过饮水或是食用以藻类为生的水产品都会造成中毒 48 水体富营养化 水中营养生物的来源 主要来自农业中的氮 磷 以及动植物尸体 水体对氮和磷的允许负荷 如表 克 米2 年 如果超过表的数值 会使水体处严重缺氧状态 从而影响鱼类生存 防治方法主要有减少化肥的使用 多用农家肥代替 使用无磷洗衣粉 49 50 6月7日在太湖边拍摄到的死鱼 6月7日 有关人员在把蓝藻抽送到废弃的石宕 6月8日 有关人员在打捞蓝藻 遭太湖蓝藻之害的江苏 浙江有关市 县 组织了数十条船只 数百位市民到太湖之滨以及连湖内河打捞蓝藻 并且进行深埋 干枯等处理 以保护太湖水质 优化生活环境 51 3 海洋污染的危害 近年来 近海大部分海域水质良好 但局部海域污染加重 远海海域水质保持良好状况 四大海域比较 黄海和南海水质总体上较好 一 二类海水比例较高 分别达到83 4 77 8 渤海一 二类海水比例为40 4 四类和劣四类海水占45 3 东海无一类海水 二类海水比例为17 2 四类和劣四类海水占61 3 渤海和东海污染有加重趋势 主要污染因子为无机氮 活性磷酸盐 石油类 52 广西 海南 山东 江苏 广东海水水质较好 一 二类海水比例均达到68 以上 其中海南一类海水比例最大 达50 其次是广东达24 1 以下依次是山东21 1 江苏13 3 广西无一类海水 二类海水比例86 4 浙江 天津 福建 河北无一类海水 二类海水比例分别为31 1 10 0 5 7 57 1 四类及劣四类海水比例分别62 2 50 48 6 42 9 上海 浙江近岸海域水质较差 上海无一 二类海水 劣四类海水比例达92 3 53 感官指标 微生物指标 54 一般化学指标 55 营养学指标 重金属指标 56 57 海洋污染的种类 陆源性排放引起的海洋污染来自陆地排放的各种业污水来自陆地的各种垃圾人群活动的影响赤潮石油污染 石油开发 海船排放 58 污染源广人类的海洋活动主要是航海 捕鱼和海底石油开发 目前全世界各国有近8万艘远洋商船穿梭于全球各港口 总吨位达5亿吨 它们在航行期间都要向海洋排出含有油性的机舱污水 仅这项估计向海洋排放的油污染每年可达百万吨以上 除人类在海洋的活动外 人类在陆地和其他活动方面所产生的各种污染物 也将通过江河径流入海或通过大气扩散和雨雪等降水过程 最终都将汇入海洋 海洋污染的特点 59 持续性强海洋是地球上地势最低的区域 它不可能像大气和江河那样 通过一次暴雨或一个汛期使污染得以减轻 甚至消除 一旦污染物进入海洋后 很难再转移出去 不能溶解和不易分解的物质在海洋中越积越多 它们可以通过生物的浓缩作用和食物链传递 对人类造成潜在威胁 美国向海洋排放的工业废物占全球总量的1 5 每年因水生物污染或人们误食有毒海产品造成的污染中毒事件达1万起以上 60 扩散范围广全球海洋是相互连通的一个整体 一个海域出现的污染 往往会扩散到周边海域 甚至扩大到邻近大洋 有的后期效应还会波及全球 比如海洋遭受石油污染后 海面会被大面积的油膜所覆盖 阻碍了正常的海洋和大气间的交换 有可能影响全球或局部地区的气候异常 在南极企鹅体内发现DDT的存在 说明污染物质在海洋中的扩散范围是非常大的 防治难危害大海洋污染有很长的积累过程 不易及时发现 一旦形成污染 需要长期治理才能消除影响 且治理费用较大 造成的危害会波及各个方面 特别是对人体产生的毒害更是难以彻底清除干净 61 啤酒生产用水包括酿造用水 直接进入产品中的水如糖化用水 洗糟用水 啤酒稀释用水 和洗涤 冷却用水及锅炉用水 成品啤酒中水的含量最大 俗称啤酒的 血液 水质的好坏将直接影响啤酒的质量 因此酿造优质的啤酒必须有优质的水源 酿造用水的水质好坏主要取决于水中溶解盐的种类与含量 水的生物学纯净度及气味 这些因素将对啤酒酿造 啤酒风味和稳定性产生很大影响 因此必须重视酿造用水的质量 三 食品原料水 一 酒类生产用水 62 1mmol L 2 804 d 1升水中含有10mg氧化钙为1 d 德国度 淡色啤酒酿造用水质量要求 63 64 65 面包生产用水面包面团用水的硬度不能太大硬度过大 会降低面筋蛋白的吸水性 使面筋硬化 过度增强面筋的韧性 且推迟发酵时间 不利于面包生产 口感粗糙干硬 易掉渣 硬度过小的水会使面筋过分柔软 骨架松散 面团黏性大 不利于操作且成品面包个子小 易 塌架 面包的最适PH为5 2 5 6 微酸性的水有利于酵母的发酵 酸度过大 发酵速度过快 面筋过分软化 导致面团持气性差 影响成品体积 同时面包带酸味 口感不好 酸度小或者说碱性水会中和面团的酸度 影响酵母活性 抑制酶的活性 延缓发酵速度 影响面筋的形成 降低面团弹性 使面包组织粗糙 发黄 并产生不愉快的异味 66 第二节土壤与食品原料 土壤的概念土壤是陆地表面由矿物质 有机质 水 空气和生物组成 具有肥力 能生长植物的输送表层 67 地球元素含量与人体含量关系图 68 土壤自净作用指进入土壤的污染物 在土壤矿物质 有机质和土壤微生物的作用下 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 从而消除或降低污染物毒性的现象 土壤污染是指进入土壤中的有害 有毒物质超出土壤的自净能力 导致土壤的物理 化学和生物学性质发生改变 降低农作物的产量和质量 并危害人体健康的现象 土壤污染直接的影响是土地生产力的下降 通过土壤 植物 动物 人体食物链的污染 危害人体健康 威胁人类生存 土壤污染还危害其他环境要素如水体 大气等 一 土壤与土壤污染 69 是指一定环境单元 一定时间内 在不超过土壤卫生标准的前提下土壤对该污染物能容纳的最大负荷量 如 某地土壤中As的自然本底值为9mg kg 土壤As的卫生标准为15mg kg 则该土壤对As的环境容量为6mg kg 土壤环境容量 土壤环境背景值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 土壤原来固有的的化学组成与结构特征 70 污染物进入土壤的途径污水灌溉 用未经处理或未达到排放标准的工业污水灌溉农田是污染物进入土壤的主要途径 其后果是在灌溉渠系两侧形成污染带 污水造成土壤污染的有害物质主要有 各种有害金属 如汞 镉 铅 铬 锌 钢等 砷化物 氰化物等有害无机化合物 油类 酚类 醛类 胺类等有害的有机化合物 酸碱和盐类 其他如致病菌类 悬浮物等 71 酸雨和降尘工业排放的SO2 NO等有害气体在大气中发生反应而形成酸雨 以自然降水形式进入土壤 引起土壤酸化 冶金工业烟囱排放的金属氧化物粉尘 则在重力作用下以降尘形式进入土壤 形成以排污工厂为中心 半径为2至3公里范围的点状污染 汽油中添加的防爆剂四乙基铅随废气排出污染土壤 行车频率高的公路两侧常形成明显的铅污染带 污染物进入土壤的途径 72 向土壤倾倒固体废弃物 垃圾 矿泥 矿渣堆积场所土壤直接受到污染 自然条件下的二次扩散会形成更大范围的污染 农事操作 过量施用农药 化肥 重施化肥 轻施有机肥 致使土壤板结 结构变差 土壤养分供应能力降低 土壤综合肥力下降 氮肥施用还可引起土壤酸化 过量的使用农药化肥会降低微生物活性 土壤微生物是个体小而能量大的活体 具有转化有机质 分解矿物和降解有毒物质作用 73 土壤污染源 生活污染源 工业和交通污染源 农业污染源 74 隐蔽性 人不易察觉 肉眼是看不见的 只能通过农作物的生长情况 或是吃过食物的人或动物的健康状况反应出来 蓄积性与地域性污染物在土壤中的运动速度较慢 污染物质不易扩散 很多化学性质稳定的污染物在土壤表层不断蓄积 不可逆转性 土壤的自净能力较弱 一旦土壤环境遭到污染 欲恢复土壤环境十分困难治理周期长存在治理成本高和周期较长的矛盾 土壤污染的特点 75 二 农产品与土壤 一 重金属污染 从农作物对重金属吸收富集的总趋势来看 土壤中重金属含量越高 农作物体内的重金属含量也越高 土壤中的有效态重金属含量越大 作物籽实中的重金属含量越高 植物对土壤中的重金属的富集规律不同的作物由于生物学特性不同 对重金属的吸收积累有明显的种间差异 一般顺序为豆类 小麦 水稻 玉米 重金属在农作物体内分布的一般规律为 根 茎叶 壳 籽实 76 重金属在土壤中的结合态可交换态 碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态 有机结合态 残渣态 77 镉 Cd 镉不是生物必须元素 对人体有害在自然界中含量很低 大气中镉含量一般不超过0 003mg m3 水中不超过10mg L 土壤中不超过0 5mg kg 镉对环境的污染主要是对土壤的污染 78 痛痛病发生在1931年日本富山县神通川流域 患者神经痛 骨痛 骨骼软化萎缩 并多处骨折 女儿村福建省清流县高坂村的水井中镉量特别高 从迁入起的20多年间 全村不生男孩 成了名副其实的女儿村 癌症村山东省肥城市肖家店村的土壤 蔬菜以及人畜均不同程度地受到剧毒元素的污染 使该村成为 癌症村 79 食品中镉限量卫生标准GB15201 94 国家标准农田灌溉水中含镉最高容许浓度为0 005mg L GB5084 92 生活饮用水中含镉最高容许浓度为0 005mg L GB5749 85 地面水中含镉的最高容许浓度为0 01mg L工业废水中镉的最高容许排放浓度为0 1mg L 80 在世界范围内 未污染土壤中镉的含量不是很高 大致在0 01 0 7mg kg 平均为0 5mg kg 在中国 土壤镉的背景值为0 097mg kg 我国地域辽阔 土壤类型众多 致使土壤镉的背景呈现一定的差异 石灰土的镉背景值最高 达到1 115mg kg 磷质石灰土 达到0 751mg kg 砖红壤 赤红壤和风沙土 均在0 06mg kg以下 农田土壤是镉循环的重要介质 土壤中镉的存在形态及变化受土壤pH和氧化还原条件等因素的影响 81 水溶性镉CdCl2等能为作物吸收 对生物危害大 而非水溶性镉CdS CdCO3等不易迁移 不易被作物吸收 但随环境条件的改变二者可互相转化 当土壤溶液中化学平衡被打破时 难溶态的镉会转入土壤溶液中被植物吸收 由于土壤在淹水还原条件下 镉易转化为难溶性硫化物 旱地可溶态镉比水田明显增加 镉在稻谷中的富集量要明显比小麦要低 受镉污染的土壤可改为水田 以减轻危害 作物在抽穗期间 根系吸收的镉可直接向籽粒中输送 这是镉富集的关键时期 此时吸收的镉对米粒中的镉的贡献可达70 所以水稻抽穗期间要灌水 使土壤保持厌氧还原状况 可减少对镉的吸收及向米粒中输送 82 砷 As 砷土壤背景值 砷元素在世界土壤中的含量一般在0 1 58mg kg 平均值是10mg kg 我国砷元素土壤背景值为11 2mg kg 83 土壤在淹水条件下 可溶性的亚砷酸含量提高 所以当土壤中含砷量相同 种植的水稻米粒中的砷明显高于麦粒中的砷砷污染严重的农田 可以改水为旱作 旱作的水稻耐砷能力强 而且旱作的谷物中砷的含量积累较少 一般不会超过卫生标准0 7mg kg对土壤砷抗性抗性较强 马铃薯 番茄 胡萝卜 烟草抗性中等 甜玉米 甜菜 南瓜 草莓敏感作物 葱 豌豆 黄瓜 苜蓿 豆类作物在砷污染的农田 可以选择种植抗性较强作物来减少砷对农产品的污染 84 汞 Hg 汞在世界土壤中的平均含量0 03 0 1mg kg 我国土壤中汞的背景值为0 065mg kg不同类型土壤汞含量有较大差异 汞与土壤有机质结合能力比较强 土壤有机质对汞有强的富集能力 所以有机质含量高 汞背景值高 汞背景值森林土壤 草原土壤 高山土壤 荒漠土壤金属汞最易被作物根系吸收 其次是有机汞 而无机汞很少被作物吸收 水田在淹水还原条件下 无机汞会转化成金属汞 水田中金属汞含量多 所以水稻比其他作物易吸收汞 粮食作物吸收积累汞的顺序 水稻 玉米 高粱 小麦注意 土壤中汞含量 5mg kg时 会引起稻米生长不良 但是土壤汞含量 0 5mg kg 并不影响稻米生长 稻米中积累的汞已经超过粮食卫生标准0 02mg kg 85 铬 Cr 世界范围内铬元素的背景值为70mg kg 我国土壤铬元素背景值为61mg kg不同存在形式的铬 其毒性相差很大 六价铬的毒性远大于三价铬 进入土壤的绝大部分铬会转换为不溶态而沉淀 土壤中的铬含量达到100mg kg时 才会使水稻产生不良反应 土壤铬对农作物的危害远小于含铬灌溉水的影响 植物吸收铬约 留在根部 据研究 低浓度的 r6 能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量 高浓度时则阻碍水分和营养向上部输送 并破坏代谢作用 铬对人体与动物有利有弊 人体中含铬过低会产生食欲减退症状 但饮水中超标 倍时 会发生口角糜烂 腹泻 消化紊乱等症状 86 铜 Cu 世界土壤铜的土壤背景值含量在2 250mg kg 平均值范围在15 40mg kg 均值30mg kg 我国土壤铜背景值平均值为22 6mg kg铜是动植物生长必须元素 当土壤中铜含量低于40mg kg 铜对作物的生长起促进作用的 但当土壤铜含量在150 200mg kg时 作物生长受到抑制 水田铜含量在350mg kg时 水稻明显减产 玉米缺铜叶片失绿变灰 卷曲反转 87 锌 Zn 世界土壤锌的土壤背景值平均含量在40 90mg kg 我国土壤铜背景值平均值为74 2mg kg锌是动植物生长必须元素 土壤中含有一定的锌 有利于作物生长 作物缺锌会生长不良 但是过量的锌会引起作物危害引起敏感作物受害的土壤锌临界浓度为300 500mg kg土壤锌含量过高有可能引起作物缺铜锌对于作物的危害较大 但是对人体危害较小 因为在人体内不累积 88 铅 Pb 世界土壤铅的土壤背景值平均含量在15 25mg kg 我国土壤铜背景值平均值为26mg kg进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合 极不易溶解 土壤铅大多发现在表土层 表土铅在土壤中几乎不向下移动 土壤对铅的吸附固定作用非常强 土壤中有效态铅的含量很少 铅对作物的影响很小 铅对植物的危害表现为叶绿素下降 阻碍植物的呼吸及光合作用 谷类作物吸铅量较大 但多数集中在根部 茎秆次之 籽实中较少 因此铅污染的土壤所生产的禾谷类茎秆不宜作饲料铅对动物毒性较强 对作物影响相对较小 89 二 土壤化肥污染与食品安全 1 化肥施用增加土壤重金属与有毒元素如过磷酸钙中砷的含量每公斤达104毫克 含镉10 20毫克 含氟296 4960mg 硫酸铵 硫酸钾中砷的含量也比较高 施用后会造成土壤的超量污染 结果不可避免地造成农产品污染 90 2 导致营养失调与硝酸盐的积累化肥施用不平衡 N P K投入比例失调 重氮 轻磷 不施钾导致土壤钾的急剧消耗 硝酸盐积累 国外研究表明 植物体内硝酸盐的积累量随施肥量的增加而上升造成蔬菜 水果品质下降 甚至不能食用 苹果因偏施氮肥含糖量下降2 3 酸糖比提高0 1 0 2 城郊菜农往往以增施氮肥以获得高产 一般施用氮肥50 100kg mu 高的可达100 150kg mu 南海菜地更是高达260kg mu 超量使用化肥不可避免的使蔬菜体内形成硝酸盐积累 中科院测定 天津的大白菜可食部硝酸盐含量为3173mg kg 91 FAO WHO蔬菜硝酸盐含量标准 92 第三节大气与食品原料 主要组成 稳定组分 O2 N2及几种惰性气体 三者占空气总量99 9 干洁空气 除水蒸气 杂质外的大气组分 属于稳定组分 大气的组成 可变组分 CO2 水蒸气影响可变因素 地区 季节 气象 人类活动影响水蒸气 0 4 CO2 0 02 0 04 不定组分 自然灾害和人类活动造成的局部和暂时的污染性的尘埃 硫化物 氮氧化物等 93 大气污染源 不定组分的来源 向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所 设备和装置 污染物的来源 天然污染源 经过一定时间后可恢复 火山喷发 森林火灾 自然尘 地震 海啸 海浪飞沫 人为污染源 较难恢复 大气污染主要指人类活动造成的污染 工业生产过程排放 交通运输过程中排放 农业活动排放 94 1 煤炭利用不合理 能源利用率低我国一次能源消费结构中 煤炭始终占到70 以上而大气中74 的SO2 85 的CO2 60 的NO2和70 的TSP来源于煤炭的直接燃烧 2 工业超标现象普遍 工业发展不平衡工业企业排放超标现象普遍能耗高 污染重的工业比重仍过大西部地区污染严重 人类活动造成大气污染原因 95 3 机动车污染控制尚未建立起有效的运行机制2005年机动车保有量3100万在用机动车管理不善摩托车 农用车管理不力对车用燃料管理力度也不够 4 颗粒物污染突出TSP未得到有效控制可吸入颗粒物污染未见明显好转缺水地区颗粒物污染严重大量建筑实施导致颗粒物控制困难 5 室内空气污染刚起步2002年制定的 室内空气质量标准 2004年3月1日开始正式实施七十家具有室内环境检测资质的机构室内空气管理开始示范 96 大气污染指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中 呈现出足够的浓度 达到足够的时间并因此而危害了人体的舒适 健康和福利或危害环境的现象 根据化学性质不同 一般把大气污染物分为以下八类 1 碳氧化物 主要指CO和CO2 2 氮氧化物 主要指NO和NO2 用NOx表示 3 硫氧化物 主要指SO2等 用SOx表示 4 碳氢化合物 通常包括醛 酮等化合物 5 卤素化合物 主要指氟利昂 6 氧化剂 主要指O3 PAN和过氧化物等 7 颗粒物及气溶胶 8 放射性物质 97 大气污染物的剂量 剂量 大气污染物浓度 mL m3 接触时间 d或h 剂量由污染物的浓度和污染物接触植物的时间两个因素共同决定 临界剂量 能引起植物伤害的最低剂量阈值 植物在长时间的接触污染物时 使植物发生伤害的污染物最低浓度大气中的污染物使农作物产生可见伤斑时的污染物浓度进行毒性强弱分级 可分为三级 A级 强毒性 HF SiF4 O3 乙烯 过氧乙酰硝酸酯及其同系物B级 中等毒性 SO2 SO3 NOx Cl2 HCl 硫酸烟雾 硝酸烟雾C级 弱毒性 甲醛 NH3 HCN H2S 98 A级B级A级A级B级A级 99 对农作物危害最大 造成农业经济损失最严重的大气污染物主要是二氧化硫和氟化物 国家制定保护农作物的大气污染物最高允许浓度标准 GB9137 88 规定了二氧化硫和氟化物最高浓度限制 100 注意 氟化物敏感农作物的浓度限值 除保护作物 蔬菜 果树 桑叶和牧草的正常生长 不发生急 慢性伤害外 还保证桑叶和牧草一年内月平均的含氟量分别不超过30mg kg和40mg kg的浓度阈值 保护桑蚕和牲畜免遭危害 101 二 大气质量对食品原料的影响 大气污染物入侵植物性食品的主要途径植物气孔是污染物入侵植物组织的最主要途径 气体及一般小于1um的物质都可以通过植物叶片气孔进入植物体内 气孔开闭状况 对植物受害程度有重要影响 大气对植物危害的基本类型 102 大气污染物产生危害的影响因素 污染物的浓度和接触时间植物类型污染物的作用时段气相条件田间管理 103 污染物的浓度和接触时间污染物对植物的伤害有一个阈值 只要控制污染物浓度在阈值之下 能够保护植物生长污染物浓度相同时 接触时间越长 进入植物体污染物越多 对植物影响越大 104 植物类型不同物种的植物对大气污染物的抗性不同 根据各种植物在大气污染物暴露时出现的叶面积伤害成对来划分敏感性等级 敏感植物不能长时间生活在一定浓度的有害气体污染环境中 否则 植物的生长点将干枯 全株叶片受害普遍 症状明显 大部分受害叶片迅速脱落 生长势衰弱 植物受害后生长难以恢复 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 在遭受高浓度有害气体袭击后 生长恢复慢 植株表现出慢性中毒症状 如节间缩短 小枝丛生 叶形缩小以及生长量下降等 105 抗性强植物能较正常地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 慢性受害症状不明显 在遭受高浓度有害气体袭击后 叶片受害轻或受害后生长恢复较快 能迅速萌发出新枝叶 并形成新的树冠 106 污染物的作用时段大多植物在夜间对污染物的抗性更强 因其气孔在夜间关闭大气污染物在春夏季节容易对植物产生危害 这些季节 生命活动旺盛 植物叶片与外界物质交换频繁 污染物容易侵入 春夏叶片幼嫩 抵抗力较弱 气象条件温度高 湿度大 光照强的条件下 叶片气孔开放较大 植物抗性较弱 田间管理植物缺乏营养元素 会导致抗污染能力低下 107 二氧化硫对农作物的影响 二氧化硫自古以来作为植物 烟斑 的原因物质对植物产生危害 典型的二氧化硫伤害症状是出现在植物叶片的叶脉间的伤斑 伤斑由漂白引起失绿 逐渐呈棕色坏死 二氧化硫对双子叶植物的影响 表现在植物叶片叶脉间 其中首先受伤的是功能叶 二氧化硫对单子叶植物的影响 表现在叶尖及附近部位 SO2的漂白性 108 对污染物反应比较敏感症状明显 典型是当地常见种 分布广生长期长 能不断地萌发新叶 指示植物应具备的条件 监测二氧化硫的指示植物 监测二氧化硫的植物有紫花苜蓿 一年生早熟禾 芥菜 堇菜 百日草 欧洲蕨 苹果树 颤杨 美国白蜡树 欧洲白桦 大麦 荞麦 南瓜 美洲五针松 加拿大短叶松 挪威云杉 以及苔藓和地衣等 百日草 紫花苜蓿 109 紫苜蓿对二氧化硫最为敏感 紫苜蓿受危害所需的二氧化硫浓度最低 所以紫苜蓿是较好的二氧化硫指示植物 把紫苜蓿的抗性指数定为1 抗性指数越大 对二氧化硫的抗性就越强 反之亦然 110 氟化物对农作物的影响 氟具有在生物体内积累的特点 农作物可直接吸收空气中的氟化物使植物体内的含氟比空气中含氟的浓度高百万倍之多 尤其是茶叶 老茶叶中含氟老叶1324 1826mg kg 四川藏族居民中发现有饮茶所致的氟中毒 茶水含氟2 3mg l 饮水含氟 1 0mg l 氟在蔬菜中的含量一般在0 5 100mg kg 在果实中含量为0 5 5 0mg kg 而在根中的含量较低 111 氟污染容易危害正在伸展中的幼嫩叶子 因而出现枝梢顶端枯死现象氟化物对植物花粉萌发有强抑制作用 氟污染地区 很多果树 桃 杏 梅 柿子 李 樱桃等 容易出现开花不结果的情况 典型症状是叶尖和叶缘坏死 伤区和非伤区之间常有有一红色或深褐色界线 最敏感的植物是唐菖蒲 此外 金荞麦 梅 葡萄 玉簪 玉米 烟草 苹果 郁金香 金钱草 山桃 榆叶梅 紫荆 杏 落叶杜鹃 梓树 北美黄杉 美洲云杉 美国黄松 小苍兰 欧洲赤松 挪威云杉等都能作为监测HF的指示生物 112 唐菖蒲 郁金香 玉簪 金荞麦 113 酸雨对食品原料的影响 水产品 水域酸化可引起鱼类血液与组织失去营养盐分 导致鱼类烂腮 变形 甚至水体 值的突然改变 使鱼类不能很快适应 而造成大批鱼类死亡 水域酸化杀死水中的浮游生物 还导致水生植物死亡消失 破坏各类生物间的营养结构 造成严重的水域生态系统紊乱 农作物 酸雨引起植物叶片出现枯死斑点 使植物的叶绿素含量下降 植物叶片对酸雨的敏感程度是 草本双子叶植物 木本双子叶植物 单子叶植物 针叶植物酸雨会抑制植物生长发育 降低生物产量 我国每年二氧化硫排放所造成损失约为1165亿元 其中农作物损失218亿元 114 2004年度全国酸雨分布情况 115 温室效应对食品原料的影响 气温上升使海水变暖膨胀 冰雪融化 海面上升 对占地球表面8 的海岸地区将产生极大影响 海水倒灌 盐渍化范围扩大 台风灾害增多 我国三角洲地带地下水位升高 盐溃化面积扩大 地下水位和含盐量处于临界状态 中纬度降水减少 温度提高 地表蒸发 作物蒸腾加剧 造成作物体内水分失调 病虫害向北扩展 越冬菌量和虫源数增大 虫代数增多 虫生长期延长 提高外来害虫侵入 夏季酷热干旱 引发家禽 家畜传染病 喜温作物会有较高的产量 但由于病虫害增加 降雨量减少 降雨规律变化 所造成的损失更大 116 气温升高将打破现有生态平衡 种植地区将改变 全世界作物生长会出现重新安排的局面 如生长季节温度提高1 预计美国玉米生产区将向东北迁移175km温室气体 还破坏臭氧层 过多的紫外线将会降低土壤的生产力和动物抗病性 气候变暖伴随降雨量减少 土壤有机物质分解加快 土壤养分淋失 肥力下降 117 环境干扰与食品原料 环境干扰 人类活动排出的能量作用于环境而产生的不良影响特点 干扰源停止排出能量以后 干扰立即会很快消失 环境污染特点 污染源停止排出污染物 污染不会马上消失 还会存在较长时间 种类 噪声干扰 热干扰 电磁干扰 核辐射干扰 118 噪声干扰人类活动引起的噪声强度超过人的生活和生产活动所容许的环境状况 对人的健康或生产发生危害 噪声干扰对食品原料的影响 主要体现在对动物性食品的影响 1 干扰睡眠 2 损伤听力 甚至造成其他非听觉器官的病理性变化 3 影响神经及心血管等系统功能 4 影响消化及内分泌系统功能 5 影响繁殖及幼小动物生存 119 噪声干扰实例一 强噪声使鸟羽脱落 不下蛋 内出血 死亡 20世纪60年代初期 美国F104喷气机在俄克拉荷马市上空作超声速飞行试验 飞行高度为10000m 每天飞越8次 共飞行6个月 导致附近一个农场的10000只鸡被轰声杀死6000只 实例二 葫芦岛市南票区一养殖场业主将一开山修路者告上法庭 要求赔偿经济损失2 5万元 理由是修路者开山凿石的隆隆炮声惊吓了其养殖的狐狸和母鸡 南票区黄土坎乡申家屯村养殖场业主李宝华发现养殖场接连出现一些意外现象 养殖的狐狸在笼里上蹿下跳 惊慌不安 有两只狐狸流产 刚产下的44只仔狐 被突然 乱性 的母狐追咬 不到9天就有41只仔狐夭折 其中的10多只仔狐竟被母狐吃掉 饲养的母鸡整日 咯咯 叫个不停 浑身发抖 产蛋量明显下降 120 热干扰 工业生产和现代生活中排出的废热所造成的环境干扰 主要包括城市热岛效应和水体热干扰 热干扰的危害由于水温升高使水中溶解氧减少 水体处于缺氧状态 同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧 造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡降低生物繁殖率 改变某些生物的回游路线 改变污染水域藻类结构发生变化 使生物种类和个