环境概论__土壤环境.ppt

第四章土壤环境 1 土壤的组成和性质 2 土壤环境污染 3 重金属对土壤的污染 4 化学农药对土壤的污染 1 土壤的组成和性质 1 由于人类大规模的生产 生活等活动 改变了影响土壤发育的生态环境 使土壤本身受到破坏 这方面最明显的例子是人类对森林 草原等天然植被的破坏而引起的土壤侵蚀 水土流失 土地沙化和贫瘠化等 形成一系列生态环境破坏问题 2 大规模现代化农业生产的实现 大量使用化肥 农药杀虫剂等 使土壤遭受到不同程度的污染 此外 由于现代工业及城市化排出的废气 废水 废渣中的各种污染物 经不同途径使土壤受到污染 本章着重讨论由于各种污染物对土壤环境造成的污染问题 水土流失 1 土壤的组成和性质 一 土壤的组成和结构二 土壤的酸碱性和氧化 还原性 一 土壤的组成和结构 土壤是环境中特有的组成部分 是位于陆地表面呈连续分布 具有肥力并能生长植物的疏松层 它是一个复杂的物质体系 它的组成包括固相 矿物质 有机质 液相 土壤水分或溶液 和气相 土壤空气 等三相物质四种成分有机地组合在一起构成的一种特殊物质 按容积计 在较理想的土壤中矿物质约占38 45 有机质约占5 12 土壤孔隙约占50 土壤水分和空气存在于土壤孔隙内 三相之间亦经常变动而相互消长 按重量计矿物质可占固相部分的90 95 以上 有机质约占1 10 左右 土壤物质组成总的看来 大多是以矿物质为主的物质体系 一 土壤矿物质 1 原生矿物 是直接来源于岩石受到不同程度的物理风化作用的碎屑 其化学成分和结晶构造未有改变 土壤原生矿物主要种类有 硅酸盐和铝硅酸盐类 氧化物类 硫化物和磷酸盐类 以及某些特别稳定的原生矿物 2 次生矿物 岩石风化和成土过程中新生成的矿物 包括各种简单盐类 次生氧化物和铝硅酸盐类矿物等统称次生矿物 次生矿物多数是土壤矿物质中最细小的部分 粒径 0 001mm 具有胶体特征 所以又称之为粘土矿物 它影响着土壤许多重要的物理 化学性质 如吸收性 膨胀收缩性 粘着性强吸附能力 是土壤颗粒中最活跃的部分 3 土壤矿物质的机械组成 土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒 或土粒 组成的 它们的直径差异很大 从几微米到几厘米 大颗粒常由岩石 矿物碎屑或原生矿物组成 细颗粒主要由次生矿物所组成 二 土壤有机质 进入土壤中的有机物质包括植物 动物及微生物等死亡残体 经分解转化逐渐形成有机质 即腐殖质 成为土壤的组成部分 它与矿物质一起共同构成了土壤的固相部分 土壤有机质的含量并不高 一般仅占百分之几 高者也不过是10 左右 三 土壤空气 土壤空气的容量就是土壤固 液 气三相中气相所占的容积百分数 土壤液相与气相均以土壤孔隙为其存在与活动场所 四 土壤溶液 土壤的水分是土壤三相 固 液 气 中的要素 它把土壤 大气中的植物养分溶解组成营养溶液 输送到植物根部 因此土壤水是植物吸收养料的主要媒介 由于土壤溶液参加水的循环 所以土壤溶液的组成是经常变动的 当把养料输送到植物体后 水在叶部经蒸腾作用蒸发到大气中 参加水分的循环 二 土壤的酸碱性和氧化 还原性 1 土壤的酸碱性 土壤微生物的活动 有机物的分解 营养元素的释放和土壤中元素的迁移都与土壤溶液的酸碱性有关 各种植物都有各自适合的酸碱范围 超过这一范围 生长即受阻 1 土壤酸度 土壤溶液中的H 所引起的酸性和活性酸度 土壤胶体所吸附的可交换性H 及Al3 水解所产生H 总称为潜在酸度 包括交换酸和水解酸 活性酸度 由土壤溶液游离H 所引起的 酸度大小取决于溶液中的 H 像一般溶液酸度一样也用pH表示 潜在酸度 潜在酸度是胶体吸附H 及Al3 水解所引起的 它只在一定条件下才显酸性 通常用100g烘干土中H 的摩尔数表示 交换酸 常用过量的盐类 KCL NaCl或BaCl2 与土壤胶体发生交换 将H 及Al3 交换转入溶液所表现的酸度称为交换酸 水解酸 当用弱酸强碱盐 NaAC 溶液处理土壤时 交换的H 所表现的酸性称为水解酸 土壤的酸化主要发生在多雨的条件下 土壤中盐基离子淋溶于水体 而H 取代胶体上的金属离子被土壤吸附 此外 施肥所残留的酸根 有机酸及生物分泌物都将加强土壤的酸化作用 2 土壤碱度 土壤碱性主要来自土壤Na2CO3 NaHCO3 CaCO3以及胶体上交换性Na 它们水解显碱性 强碱性土壤 pH8 5 10 除含有易溶性碱性盐类外 主要是胶粒吸附的交换性Na 有关 通常把交换性Na 占交换量的百分数称为碱化度 通常应用碱化度划分土壤碱土的种类 碱土种类弱碱化土中碱化土强碱化土碱土碱化度 5 1010 1515 20 20除耐盐碱性植物外 强碱性土对大多数植物和微生物有害 并可使微量元素沉积 恶化土壤的物理化学性质 3 土壤酸碱性对元素有效性的影响 土壤中N P K S Ca Mg Fe及其他微量元素的有效性受土壤酸碱度变化影响 土壤中营养元素及微量元素的有效性与酸碱性的关系 土壤的pH随淋溶作用的增强而降低 相应硫的流失增大 有效硫减少 pH升高 有利于有机硫的矿化 增加土壤有机硫的供给 而无机硫在各pH值中有效性均良好 在pH7 8 5范围内 Ca2 Mg2 有效性最大 Fe3 Fe2 Mn2 Cu2 Zn2 等在微酸性中易溶解 在pH 5时 Fe3 溶解度更大 而Mn2 Cu2 Zn2 有效性减少 可造成Cu2 Zn2 Mn2 的缺乏 2 土壤环境污染 一 土壤污染和净化二 土壤污染源三 土壤污染物质 一 土壤污染和净化 一 土壤污染目前较普遍认为土壤污染的含意是 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度 起土壤质量恶化的现象 具体地说 污染物质是指与人为活动有关的各种对人体和生物有害的物质 包括化学农药 重金属 放射性物质 病原菌等 土壤污染不能像大气 水体那样以某种物质超出某种标准来表示 因为土壤污染是很难用化学组成的变动来衡量的 即使是净土其组成也是不固定的 某些物质含量的变动不意味着土壤功能的障碍 土壤功能的破坏最明显的标志是作物产量和质量的下降 然而某种污染物侵入土壤 影响到作物生长并不是立即反映出来的 要确定某化合物是否对土壤起污染作用 必须研究其毒性效应 研究污染物在土壤中的迁移和富集特点 二 土壤净化 土壤净化 是指土壤本身通过吸附 分解 迁移 转化 而使土壤污染的浓度降低而消失的过程 土壤所以具有净化功能 这是由于土壤在环境中起着三方面的作用 1 由于土壤中含有各种各样的微生物和土壤动物 对外界进入土壤中的各种物质都能被分解转化 2 由于土壤中存在有复杂的有机和无机胶体体系 通过吸附 解吸 代换等过程 对外界进入土壤中的各种物质起着 蓄积作用 使污染物发生形态变化 3 土壤是绿色植物生长的基地 通过植物的吸收作用 土壤中的污染物质起着转化和转移的作用 因此 某些性质不同的污染物在土体中可通过挥发 扩散 分解等作用 逐步降低污染物浓度 减少毒性或被分解成无害的物质 经沉淀 胶体吸附等作用可使污染物发生形态变化 变为难以被植物利用的形态存在于土体中 暂时退出生物小循环 脱离食物链 或通过生物和化学降解 污染物变为毒性较小或无毒性 甚至有营养的物质 有些污染物在土体中还会发生形态变化 而被分解气化 迁移至大气中 这些现象 从广义上都可理解为土壤的净化过程 只要污染物浓度未超过土壤的自净容量 就不会造成污染 综上所述可以看出 在土壤中污染物的累积和净化是同时进行的 是两种相反作用的对立统一过程 两者处于一定的相对平衡状态 如果输入土壤的污染物质其数量和速度超过了土壤的净化作用速度 打破了积累和净化的自然动态平衡 就使积累过程逐渐占据了优势 当污染物质积累达到了一定的数量 就必然导致土壤正常功能的失调 使土壤质量下降 开始影响植物生长发育 并通过植物吸收 通过食物最终影响到人体 这种现象即属于土壤污染 如果污染物进入土壤的速度和数量 尚未超过土壤的净化能力 虽然土壤中已含有污染物 但尚不致影响土壤的正常功能和植物的生长和发育 而且植物体内的污染物含量维持在食用标准之下 不会影响到人体健康 二 土壤污染源 一 工业污染源一般直接由工业 三废 引起的土壤污染仅限于工业区周围数千米 数十千米范围内 工业 三废 引起的大面积土壤污染往往是间接的 或由于以废渣形式作为肥料施人农田 或用污水灌溉等多种形式 经长期作用使污染物在土壤中积累而造成污染 二 农业污染 农业生产本身产生的污染和污染物包括 化学农药 除草剂等的使用范围不断扩大 数量和品种不断增加 在喷洒农药时 有一半直接落于土壤表面 一部分则通过作物落叶 降雨最后再归人土壤 经常使用农药是土壤中农药残留的主要来源 牲畜排出的废物长期以来被看成是土壤肥料的主要来源 对农业增产起了重要作用 但这些废物 有时除能传播疾病引起公共卫生问题外 还会产生严重的水体污染问题 三 生物污染源 人粪尿是农业生产重要的肥料来源 生活污水和被污染的河水等均含有致病的各种病原菌和寄生虫等 用这种未经处理的肥源施于土壤 会使土壤发生严重的生物污染 此外 在自然条件下 也有时会造成土壤污染 例如 强烈地火山喷发 含有重金属或放射性元素的矿床附近地区的土壤 由于这些矿床的风化分解作用 也可使附近土壤遭受污染 三 土壤污染物质 土壤污染物质指的是进入土壤中并影响土壤正常作用的物质 即会改变土壤的成分 降低农作物的数量或质量 有害于人体健康的那些物质 按污染物性质大致分为如下几类 一 有机物类 污染土壤的有机物 主要是化学农药 除草剂等 例如有机氯类 包括六六六 DDT 艾氏剂 狄氏剂等 有机磷类 包括马拉硫磷 对硫磷 敌敌畏等 氨基甲酸酯类 有的为杀虫剂 有的为除草剂 苯氧羧酸类 如2 4 D 2 4 5 T等除草剂 工业 三废 中的有机污染物 较常见的有酚 油类 多氯联苯 苯并芘等有机化合物 这类合成有机污染物通过不同途径进入土壤后 除一部分发挥作用之外 另一部分因其较稳定不易分解而在土壤中累积 造成土壤污染 二 重金属污染物 重金属是通过以下几条途径进入土壤的 由于使用含重金属的废水进行灌溉 随着含重金属的粉尘落人土壤中 使用含重金属的废渣作为肥料 使用含重金属的农药制剂等 常见的一些重金属污染物包括汞 镉 铅 铜 锌 镍 砷等 因为重金属不能为土壤微生物所分解 而且可为生物所富集 因此土壤一旦被重金属污染 是较难予彻底消除的 可对环境形成潜在的威胁 三 放射性物质主要是由于大气核爆炸降落的污染物 以及原子能和平利用所排出的液体和固体的放射性废弃物 最终不可避免地随同自然沉降 雨水冲刷和废弃物的堆放而污染土壤 四 化学肥科为了获得高产 农业上大量使用含氮和含磷的化学肥料 但是往往由于使用不当而造成这类物质从土壤中流失污染环境 特别是水体富营养化问题与此有关 五 致病的微生物 土壤中的病原微生物 主要来源于人畜的粪便及用于灌溉的污水 未经处理的生活污水及医院污水 当人与污染的封接触时可传染各种细菌及病毒 若食用被土壤污染的蔬菜 瓜果等会威胁人体健康 这些被污染的土壤经过雨水冲刷 又可能污染水体 上面分别介绍了几类对土壤污染有害的物质 在土壤中污染物质的浓度 或数量 一般仅为每千克土壤中只有几毫克的水平 因可被植物吸收富集而产生危害 日本富山骨痛病事件 19世纪80年代 日本富山县平原神通川上游的神冈矿山实现现代化经营 成为从事铅 锌矿的开采 精炼及硫酸生产的大型矿山企业 然而在采矿过程及堆积的矿渣中产生的含有镉等重金属的废水却直接长期流入周围的环境中 在当地的水田土壤 河流底泥中产生了镉等重金属的沉淀堆积 镉通过稻米进入人体 首先引起肾脏障碍 逐渐导致软骨症 在妇女妊娠 哺乳 内分泌不协调 营养性钙不足等诱发原因存在的情况下 使妇女得上一种浑身剧烈疼痛的病 叫痛痛病 也叫骨痛病 重者全身多处骨折 在痛苦中死亡 从1931年到1968年 神通川平原地区被确诊患此病的人数为258人 其中死亡128人 至1977年12月又死亡79人 3 重金属对土壤的污染 一 土壤中重金属元素的来源二 环境背景值的概念三 土壤中重金属元素的迁移转化规律四 主要重金属在土壤中的迁移转化 一 土壤中重金属元素的来源 土壤中的微量重金属元素主要来自原生岩石 原生岩石中重金属元素的组成和含量 决定着土壤重金属元素的组成特征 由于在成土过程中 产生各种微量重金属元素在发生层次中的再分配 使有些元素部分地损失了 而另一些元素富集起来 但重金属元素的化学特征则继承和保持下来 所以正常发育的自然土壤也会含有一定数量的重金属 人类大规模的地球化学活动 包括修建道路 建筑和其他工程等全世界可造成10 108m3的尘土 这些尘土都降落在地球表面 每年从地球内部把250 300 108t岩石挖到地球表面 其金属矿物加工的产物和尾矿部分地进人到土壤中 每年以肥料形式向土壤中施入数百万吨大量元素和微量元素 其中也含有微量重金属元素 二 环境背景值的概念 环境背景值是指环境中诸因素 如大气 水体 土壤以及植物 动物和人体组织等在正常情况下 化学元素的含量及其赋存形态 土壤环境中重金属元素背景值是指一定区域内自然状态下未受人为污染影响的土壤中重金属元素的正常含量 土壤环境背景值的测定和研究是环境科学中的一项基础工作 它能为土壤环境质量评价 污染趋势预测 重金属在土壤中的迁移转化规律的研究提供科学依据 在一定区域内研究土壤背景值时 首先要确定各种代表性土壤和母质中重金属元素的自然含量 一般在正常情况下 土壤中重金属元素的含量不致危害作物和人体 不致污染其他环境 因此 将已受人为污染的土壤中某种重金属元素的含量和其自然含量相比较 就可以获得该种元素是否因人为作用而在土壤中积累或积累量高低的基本概念 三 土壤中重金属元素的迁移转化规律 重金属在土壤中的迁移转化 决定于重金属在土壤中的化学行为 包括重金属在土壤中的溶解和富集状况 植物吸收和利用状况 重金属在土壤中的迁移转化 决定于重金属在土壤中的化学行为 包括重金属在土壤中的溶解和富集状况 植物吸收和利用状况 植物对各种重金属的需求有很大差别 有些重金属是植物生长发育中并不需要的元素 而且对人体健康直接危害明显 如Hg Cd Pb等 有些元素则是植物正常生长发育所必需的微量元素包括Fe Mn Zn Cu Mo Co 等但土壤中含量过高时 也会发生污染危害 土壤中因受重金属污染而对作物生长产生危害时 不同类的重金属危害必不相同 例如Cu Zu主要是妨碍植物正常生长发育 土壤中受铜污染后 可使水稻生长不良 过量铜被植物根系吸收后形成稳定的络合物 破坏植物根系正常代谢功能 引起水稻的减产 而受镉 汞 铅等元素污染 一般不引起植物生长发育障碍 但在植物体内累积 如镉可在水稻体内累积形成 镉米 还应指出 这些重金属元素之间存在着复杂的相互关系 例如铁与铜 锰 镉之间 镉与铜 锌之间存在着拮抗作用 在一定程度上可以减弱重金属对土壤污染影响 重金属元素对土壤环境污染危害作用还与它们的存在形态有关 其迁移转化的特点和污染性质也有密切关系 在土壤中的重金属元素可区分为五种存在形态 1 水溶态的 2 弱代换剂 如醋酸盐溶液等 可代换的 3 强代换剂 与螯合剂螯合的 提取的 4 次生矿物中的 5 原生矿物中的 其中 1 2 3 部分在土壤中可能为植物吸收 因此 它们的含量越高 越易对植物形成污染 因此 在研究土壤中重金属污染危害时 不仅应注意他们的总含量 还必须重视重金属各种形态的含量 四 主要重金属在土壤中的迁移转化 镉的迁移转化 重金属元素镉一旦进入土壤便会长时间滞留在耕作层中 由于它移动缓慢 故一般不会对地下水产生污染 土壤中镉的存在形态分为水溶性和非水溶性镉 离子态CdCl2 Cd NO2 2 CdCO3和络合态的如Cd OH 2呈水溶性的 易迁移 可有收 而难溶性镉的化合物如镉沉淀物 胶体吸附态镉等为难溶性镉 不易迁移和为植物吸收 但两种形态在一定条件下可相互转化 作物对镉的吸收 随土壤pH值的增高而降低 土壤中的有机质能与镉螯合成螯合物 从而除低镉的有效性 其次氧化 还原电位也影响作物对镉的吸收 Eh低或Eh降为零 则有利于形成难溶性的硫化镉 4 化学农药对土壤的污染 化学农药是消灭人类和植物病虫害的有效药物 对农林牧业的增产 保收和保存 以及人类传染疾病的预防和控制等方面都起了非常大的作用 迄今农药的品种已发展到上千种 农药的使用量也急剧增加 成为决定现代化农业生产效率和提高收获量的重要因素 自1939年瑞士科学家莫勒 Paul Miiller 发明了DDT杀虫剂以来 使农药的应用取得了很大进展 至现在世界农药的年产量已超过200万吨以上 每年农药的销售额平均增长率大于6 一8 化学农药的品种日渐增加 已研制成功并受到专利保护的品种有1200多种 约有500多个品种已投入市场使用 农药生产的发展所以如此迅速 这与它在保证农业增产方面所起的作用是分不开的 有人估计 如果不使用化学农药 现在全世界粮食总收成的一半将会被各种病虫害和杂草所吞噬 由于使用了化学农药 目前已能挽回总收成的15 但由于农药不足 每年造成的损失仍达总收成的35 其造成的损失中又以同人类关系最为密切的棉花 粮食等损失最多 因此 目前人类实际上已处于不得不用农药的地步 而且在未来的长时间内 农业的生命力仍将依赖化学农药的广泛使用 随着日益增加的化学农药等通过生产 运输 储存 使用 废弃等不同环节大量进人环境和生态系统 因而也产生了一些不良后果 主要表现为 1 有机氯农药不仅对害虫有杀伤毒害作用 同时对害虫的 天敌 及传粉昆虫等益虫益鸟也有杀伤作用 因而破坏了自然界的生态平衡 2 长期使用同类型农药 使害虫产生了抗药性 因而增加了农药的用量和防治次数 也大大增加了防治费用和成本 3 长期大量使用农药 使农药在环境中逐渐积累 尤其是在土壤环境中 产生了农药污染环境问题 目前 防止农药污染已成为当前世界上很多国家严重关切的环境问题 农药的使用和农业 林业 牧业等关系密切 因而 农药对土壤的污染是重要的环境问题之一 4 化学农药对土壤的污染 一 化学农药的分类二 化学农药进入人体的途径三 农药在土壤中的迁移 降解及残留四 土壤污染的防治 一 化学农药的分类 有工合成的化学农药 按化学组成可以分为有机氯 有机磷 有机汞 有机砷 氨基甲酸酯类等制剂 按农药在环境中存在的物理状态可分为粉状 可溶性液体 挥发性液体等 按其作用方式可有胃毒 触杀 熏蒸等 一般所谓农药包括有许多种类 除了最常见的杀虫剂 Insecticides 外 还有除莠剂 Herbicides 灭真菌剂 Fungicides 熏蒸剂 Fumigants 和杀鼠剂 Rodenticides 等 一 有机氯类农药 该类农药是含氯的有机化合物 大部分是含一个或几个苯环的氯素衍生物 最主要的品种是DDT 二氯二苯基三氯乙烷 和六六六 六氯环己烷 其次是艾氏剂 六氯 六氢化 二甲萘 狄氏剂和异狄氏剂 Dieldrin 六氯 八氢化 二甲萘 氯丹七氯等 有机氯类农药的特点是 化学性质稳定 在环境中残留时间长 短期内不易分解 易溶于脂肪中 并在脂肪中蓄积 长期使用是造成环境污染的最主要农药类型 目前许多国家都已禁止使用 我国已于1985年全部禁止生产和使用 二 有机磷类农药 有机磷类农药是含磷的有机化合物 有的也含硫 氮元素 其化学结构一般含有C P链或C O P链 C S P链 C N P链等 大部分是磷酸酯类或酰胺类化合物 一般有剧烈毒性 但比较易于分解 在环境中残留时间短 在动植物体内 因受酶的作用 磷酸酯进行分解不易蓄积 因此常被认为是较安全的一种农药 有机磷农药对昆虫及哺乳类动物均可呈现毒性 破坏神经细胞分泌的乙酰胆碱 阻碍刺激的传送机能等生物作用 使之致死 所以 在短期内有机磷类农药的环境污染毒性仍是不可忽视的 近年来许多研究报告指出 有机磷农药具有烷基化作用 可能会引起动物的致癌 致突变作用 1 剧毒类 如对硫磷 1605 难溶于水 毒性特强 对人 有剧毒 使用不安全 2 中毒类 如敌敌畏 二甲硫吸磷等属此类 敌敌畏为油状液体 有挥发性 稍溶于水 有较高的杀虫效力 易分解 残留时间短 3 低毒类 如乐果 敌百虫 马拉硫磷等 三 氨基甲酸酯类农药该类农药均具有苯基 N 烷基氨基甲酸酯的结构 它与机磷农药一样 具有抗胆碱酯酶作用 中毒症状也相同 但中毒机理有差别 是由对胆碱酯酶分子总体的弱可逆结合的抑制而引起的 在环境中易分解 在动物体内也能迅速代谢 而代谢产物的毒性多数低于其本身毒性 因此属于低残留的农药 四 除草剂 除莠剂 除草剂具有选择性 只能杀伤杂草 而不伤害作物 最常用的除草剂有2 4 D 2 4 二氯苯氧基醋酸 和2 4 5 T 2 4 5 三氯苯氧基醋酸 及其脂类 大多数除草剂在环境中会被逐渐分解 对哺乳动物的生化过程无干扰 对人 畜毒性不大 也未发现在人畜体内有累积 三 农药在土壤中的迁移 降解及残留 一 农药污染土壤的主要途径1 施用于田间的各种农药大部分落入土壤中 附着于植物体上的部分农药 也因风吹雨淋落入土壤中 这就是造成土壤污染的主要原因 有人观察到 施在作物叶部的杀虫剂有56 进入土壤造成残留 2 使用浸种 拦种 毒谷等就行了药方式 或是将农药直接撒至土壤中 造成污染的累积 3 近些年来采用喷射方法 如用飞机喷射 估计有50 以上的农约从叶面下落到土壤 也有大量农药撒在或蒸发到空气中 它们粘附在飘尘上 随气流扩散 一旦降雨 农药随雨水降落到土壤中 造成土壤污染 例如 英国某地区通过降雨进入土壤的DDT最大值可达7 3 10 4g km2 土壤受农药的污染程度与栽培技术和种植作物种类有关 栽培水平高的耕田与复种指数高的土地农药残留量也大 例如果园 棉田的施药量较多 因而果园和棉田土壤污染程度较高 二 农药在土壤中的残留 1 影响农药在土壤中的残留的因素 1 化学农药性质的影响 农药本身的化学性质 如挥发性 溶解度 化学稳定性 剂型等 有机氯农药挥发性小 但它们的蒸汽压和土壤中残留有一定关系 大多数的有机氯农药的挥发速率顺序为艾氏剂 七氯 环氧七氯 狄氏剂 DDT 而且挥发的速度与农药的浓度 大气的相对湿度 土壤表面上方空气的运动 风速 及土壤中的温度等因素有关 一般是浓度愈大 湿度大 含水量高 风速大则挥发作用愈强 2 土壤性质的影响 农药在质地粘重和有机质含量高的封中存留时间较长 土壤pH值对有机磷农药影响比对有机氯农药更敏感 这主要是pH对土壤中农药分解速度的影响与分解的主要途径是化学分解还是微生物降解有关 农药主要通过化学降解 细菌分解和挥发而消失 这些过程均受温度的影响 低温时这些过程减慢 农药失去速度减少 土壤水分对农药残留的影响主要是因为水是极性分子 同农药竞争吸附位置 被胶体强烈吸附 在较干燥的土壤中 与农药竞争吸附位置的水分子较少 2 农药在土壤中的残留量 农药在土壤中的存留时间常用两种概念来表示 即半衰期和残留期 所谓半衰期指施入土壤中的农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间 而残留量指土壤中的农药因降解等原因含量减少而残留在土壤中的数量 单位是mg kg土壤 残留量R可以用下式表示 R c kt式中 c 农药在土壤中初始含量 t 农药在土壤中的衰减时间 R 常数 从上式可以看出 连续使用农药 使农药在土壤中累积不断增加 但不会无限增加 达到一定值后趋于平衡 假定一次直接施用农药后 土壤中农药浓度为c0 一年后残留量为c 则c c0的比值 设等于f 一定小于1 f称为农药残留率 即第一年土壤中农药残留量为c0f 第二年后c0f2 c2 c0f f 第三年后为c0f3 n年后为c0fn 如连续施用农药 每年一次 n年后土壤中农药残留量 Rn 以下式表示 括号内级数等于时 即 如农药半衰期为一年 即一年农药降解消失一半 则 从上式计算 土壤中农药残留量为最初施用农药量的2倍达到平衡 实际上 由于影响农药在土壤中的持续性进行了测定 多数结果认为 有机氯类农药在土壤中残留期最长 一般都有数年之久 其次是均二氮苯类 取代脲类和苯氧乙酸类除草剂 残留期一般在数月至一年左右 有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂以及一般杀菌剂的残留时间一般只有几天或几周时间 土壤中很少有累积 但也有少数的有机磷农药在土壤中的残留期较长 如二嗪皮的残留期可达数月之久 三 农药在土壤中的降解及转化 1 土壤对化学农药的吸附作用 进入土壤的化学农药通过物理吸附 化学吸附 氢键结合和配价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面 农药被土壤吸附后 移动性和生理毒性随之发生变化 所以土壤对农药的吸附作用 在某种意义上就是土壤对农药的净化 但这种净化作用是不稳定的 也是有限度的 当被吸附的农药在土壤溶液中的被其他物质重新置换出来时 即又恢复了原来的性质 2 化学农药在土壤中的挥发和扩散 土壤中的农药 在被土壤固相物质吸附的同时 还通过气体挥发和水的淋溶在土体中扩散迁移 因而导致大气 水和生物的污染 大量资料证明 不仅非常易挥发的农药 而且不易挥发的农药 如有机氯 都可以从土壤 水及植物表面大量挥发 对于低水溶性和持久性的化学农药来说 挥发是农药进入大气中的重要途径 农药随水的迁移形式有两种 一些在水中溶解度大的农药可直接随水迁移 一些难溶性农药主要附着于土壤颗粒表面进行水的机械迁移 最终进入江河水体 3 农药在土壤中的降解 农药在土壤中的降解 包括光化学降解 化学降解和微生物降解等 1 光化学降解 指土壤表面接受太阳辐射能和紫外线光谱等能流而引起农药的分解作用 由紫外线产生的能量足以使农药分子结构中碳 碳键和碳 氢键发生断裂 引起农药分子结构的转化 这可能是农药转化或消失的一个重要途径 如对杀草快光解生成盐酸甲胺 对硫磷经光解形成对氧磷 对硝基酚和硫已基对硫磷等 光解产物在环境中仍会不断分解 2 化学降解 化学降解以水解和氧化最为重要 水解是最重要的反应过程之一 3 微生物降解 土壤中生物对有机农药的降解起着重要的作用 土壤中的微生物 包括细菌 霉菌 放线菌等各种微生物 能够通过各种生物化学作用参与分解土壤中的有机农药 由于微生物的菌属不同 破坏化学物质的机理和速度也不同 土壤中微生物对有机农药的生物化学作用主要有 脱氯作用 氧化还原作用 脱烷基作用 水解作用 环裂解作用等 土壤中微生物降解作用也受到土壤的pH 有机物 湿度 温度 通气状况 代换吸附能力等因素的影响 综上所述 农药在土壤中经生物降解和非生物降解作用的结果 化学结构发生明显地改变 有些剧毒农药 一经降解就失去了毒性 而另一些农药 虽然自身的毒性不大 但它的分解产物可能增加毒性 还有些农药 其本身和代谢产物都有较大的毒性 所以 在评价一种农药是否对环境有污染作用时 不仅要看药剂本身的毒性 而且还要注意降解产物是否有潜在危害性 四 土壤污染的防治 土壤污染的预防措施控制和消除土壤污染源 是防止污染的根本措施 土壤对污染物所具有的净化能力相当于一定的处理能力 控制土壤污染源 即控制进入土壤中的污染物的数量和速度 通过其自然净化作用而不致引起土壤污染 一 控制和消除工业 三废 排放大力推广