ch5土壤污染.ppt

第一节土壤基本知识 5 1 1土壤组成5 1 1 1土壤固 液 气三相组成土壤是指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层 它介于大气圈 岩石圈 水圈和生物圈之间 是环境中特有的组成部分 土壤是由矿物质 动植物残体腐解产生的有机物质 土壤生物 水分和空气等固 液 气三相组成的 土壤 土壤固相 占容积的50 空隙 矿物质 质量占固相总质量的95 98 有机质和生物 质量占固相总质量的2 5 土壤溶液 空气 土壤溶液和空气占土壤总体积的50 且二者之间经常处于彼此消长的状态 土壤矿物质是由岩石经风化而来的 一般占土壤固体部分质量的95 98 矿物质直接影响土壤性质 又是植物矿质养分的主要来源 故同土壤肥力有密切关系 1 土壤矿物质的组成 1 原生矿物质 岩石经过物理风化作用被破碎形成的碎屑 其原来的化学组成没有改变 2 次生矿物质 原生矿物质经过化学风化后形成的新矿物 其化学组成和晶体结构均有所改变 5 1 1 2土壤矿物质 2 土壤化学组成氧 硅 铝 铁 钙 钠 钾 镁八大元素含量约占96 以上 与岩石中各元素的含量相似 3 土壤机械组成指不同大小颗粒 沙砾 粉粒 黏粒 的相对含量 不同粒径的矿物质颗粒的成分和物理化学性质有很大差异 如对污染物的吸附 解吸和迁移 转化能力 有效含水量及保水 保温能力等 我国土壤质地分类参见表5 1 国际制土壤质地分类见表5 2 土壤中生活的微生物 细菌 真菌 放线菌 藻类等 及动物 原生动物 蚯蚓 线虫类等 对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物 如重金属 的形态转化起着主导作用 是土壤净化功能的主要贡献者 5 1 1 4土壤生物 细菌 放线菌 蚯蚓 线虫 图5 1土壤微生物和动物 土壤被污染 土壤积累毒素的主要种类 1 无机有害物 如重金属 酸 碱 盐和无机化肥的填充物等 2 有机农药 如杀虫剂 杀菌剂 除草剂等 3 种植物自体根系分泌物 4 化学肥料 如氮 磷肥过量 5 放射性物质及寄生虫 病原菌和病毒等 化学生长激素的毒性研究 口罩的来历 土壤剖面 A層 表土 生物活動 物質溶解及懸浮水移動最大的一層 B層 底土 為植物提供營養物的寶貴資源 C層 土壤母質組成 下方為尚未風化的堅硬岩石 O層 A00層 為表面垃圾層 或稱有機層 脱除土壤积累毒素 摘口罩 消除土壤板结 活土 全面营养 全营养 機械動能產生的土壤退化 由機械能產生的土壤退化的種類 水蝕 風蝕等自然因素引起的土壤侵蝕 化學退化 包括營養物的耗盡 鹽類聚集 酸化和污染 物理退化 機械的壓密 牲畜的踐踏 淹水 過量灌溉或排水不良等 土壤侵蝕指地表受外力的剝蝕作用 自固結的土體分離 搬運及沉積的現象 非腐殖物质 包括糖类化合物 如淀粉 纤维素等 含氮有机合物及有机磷和有机硫化合物 腐殖物质 是植物残体中稳定性较大的木质素及其类似物在微生物作用下 部分被氧化形成的一类特殊的高分子聚合物 具有芳环结构 苯环周围连有多种官能团 如羧基 羟基 甲氧基及氨基等 使之具有表面吸附 离子交换 络合 缓冲 氧化还原作用及生理活性等性能 土壤水分及其所含溶质的总称 溶有土壤中可溶成分的稀溶液 来源主要有 大气降水 降雪 地表径流 灌溉 地下水 5 1 1 5土壤溶液 浅层地下水 农田灌溉 河流 雾 雨 雪 图5 2土壤溶液的来源 土壤空气存在于未被水分占据的土壤孔隙中 来源于大气 生物化学反应和化学反应产生的气体 如甲烷 硫化氢 氢气 氮氧化物 二氧化碳等 积水的土壤通气不良 导致对植物的危害 茶树最忌积水 积水的土壤不应用于种茶树 5 1 1 6土壤空气 5 1 2 3氧化 还原性因土壤中含有氧化性和还原性无机物质和有机物质 使其具有氧化性和还原性 可以用氧化还原电位 Eh 来衡量 Eh 300mV 氧化体系起主导作用 土壤处于氧化状态 Eh 300mV 还原体系起主导作用 土壤处于还原状态 判断土壤是否受到污染或污染程度的标准 土壤背景值又称土壤本底值 它代表一定环境单元中的一个统计量的特征值 背景值 地质学 指在各区域正常地质地理条件和地球化学条件下元素在各类自然体中的正常含量 环境科学上 指在未受或少受人类影响的情况下 尚未受或少受污染和破坏的土壤中元素的含量 不同土壤的本底值相差很大 见下页表5 3 5 1 3土壤背景值 5 1 4土壤污染 天然污染源 矿物风化后自然扩散 火山灰人为污染源 农药 化肥 污水灌溉 污泥 垃圾 工业废渣 施肥 化学污染物污染物种类生物类污染物 病原微生物放射性污染物 90锶 137铯 重金属硫化物氟化物农药 规定了土壤中污染物的最高允许浓度或范围 是判断土壤质量的依据 我国颁布的这类标准有土壤环境质量标准 GB15618 1995 无公害农产品蔬菜产地土壤环境质量指标 GB T18407 2001 无公害农产品茶叶产地土壤环境质量指标 NY5020 2001 有的省 市 还制定了这类地方标准 5 1 5土壤质量标准 表5 4土壤环境质量标准值 GB15618 1995 单位 mg kg 表5 5无公害农产品蔬菜地土壤环境质量指标 GB T18407 1 2001 单位 mg kg 第二节土壤环境质量监测方案 5 2 1监测目的 1 土壤质量现状监测监测土壤质量标准要求测定的项目 判断土壤是否被污染及污染水平 并预测其发展变化趋势 2 土壤污染事故监测调查分析引起土壤污染的主要污染物 确定污染的来源 范围和程度 为行政主管部门采取对策提供科学依据 图5 4用于农业灌溉的闸门内充满了污水 5 2 2资料的收集自然环境方面的资料 土壤类型 植被 区域土壤元素背景值 土地利用 水土流失 自然灾害 水系 地下水 地质 地形地貌 气象等 社会环境方面的资料 工农业生产布局 工业污染源种类及分布 污染物种类及排放途径和排放量 农药和化肥使用状况 污水灌溉及污泥施用状况 人口分布 地方病等 5 2 3监测项目根据监测目的确定 背景值要求测定土壤中各种元素的含量 污染事故监测仅测定可能造成土壤污染的项目 土壤质量监测测定影响自然生态和植物正常生长及危害人体健康的项目 5 2 4采样点的布设 一 布设原则 1 合理地划分采样单元 2 对于土壤污染监测 哪里有污染就在哪里布点 3 采样点不能设在田边 沟边 路边 肥堆边及水土流失严重或表层土被破坏处 二 采样点数量根据监测目的 区域范围大小及其环境状况等因素确定 一般每个采样单元最少设3个采样点 单个采样单元内采样点数可按下式估算 式中 n 每个采样单元布设的最少采样点数 s 样本相对标准偏差 即变异系数 t 置信因子 当置信水平为95 时 t值为1 96 d 允许偏差 当规定抽样精度不低于80 时 d取0 2 三 采样点布设方法1 对角线布点法适用于面积较小 地势平坦的污水灌溉或污染河水灌溉的田块 2 梅花形布点法适用于面积较小 地势平坦 土壤物质和污染程度较均匀的地块 3 棋盘式布点法适用于中等面积 地势平坦 地形完整开阔的地块 一般设10个以上分点 该法也适用于受固体废物污染的土壤 应设20个以上分点 对角线布点法 梅花形布点法 棋盘式布点法 4 蛇形布点法适用于面积较大 地势不很平坦 土壤不够均匀的田块 5 放射状布点法适用于大气污染型土壤 6 网格布点法适用于地形平缓的地块 农用化学物质污染型土壤 土壤背景值调查常用这种方法 对于综合污染型土壤 还可以采用两种以上布点方法相结合的方法 蛇形布点法 放射状布点法 网格布点法 5 2 7农田土壤环境质量评价 一 评价参数 二 评价方法以单项污染指数为主 当区域内土壤质量作为一个整体与外区域土壤质量比较时 或一个区域内土壤质量在不同历史阶段比较时 应用综合污染指数评价 表5 7土壤污染分极标准 2 剖面样品了解土壤污染深度时采集剖面样品 按土壤剖面层次分层采样 A层 耕作层 B层 亚层 淀积层 C层 风化母岩层 母质层 底岩层 图5 5土壤剖面土层示意图 图5 6土壤剖面挖掘示意图 剖面规格一般为长1 5m 宽0 8m 深1 0m 每个剖面采集A B C三层土样 过渡层 AB BC 一般不采样 当地下水位较高时 挖至地下水出露时止 现场记录实际采样深度 如0 20 50 65 80 100cm 在各层次典型中心部位自下而上采样 切忌混淆层次 混合采样 图5 7土壤剖面A B C层示意图 2 仪器及条件主要仪器是 带电子捕获检测器的光色谱仪 硬质玻璃载玻片 3000倍电子显微镜 色谱条件 固定液 1 5 OV 17 甲基硅酮 1 95 QF 1 氟代烷基硅氧烷聚合物 80 100目ChromosorbWAW DMCS担体 图5 11六六六 滴滴涕气相色谱图 1 六六六 2 六六六 3 六六六 4 六六六 5 p p DDE 6 o p DDT 7 p p DDD 8 p p DDT 二 苯并 a 芘的测定测定方法有 紫外分光光度法 荧光分光光度法 高效液相色谱法等 紫外分光光度法适于苯并 a 芘含量 5 g kg的土壤 如苯并 a 芘含量 5 g kg 则用荧光分光光度法 1 阳离子交换量及其影响因素2 盐基饱和度 交换性阳离子种类 盐基饱和 不饱和 土壤3 影响交换性阳离子有效性的因素4 阳离子的非交换性吸附中的晶格固定5 土壤活性酸 潜性酸及其表示方法 潜性酸的分类6 土壤缓冲作用的机制 LastClass 一 我国耕地的肥力状况 1 耕地总量1 3亿公顷左右 高 中 低产田各占1 3 2 第二次土壤普查资料显示 优质地只占12 3 总的看来 耕地土壤肥力水平不高 培肥土壤是今后一个战略措施 二 高产肥沃土壤的特征 1 良好的土体结构土体结构是指土壤在1cm深度内上下土层的垂直结构 它包括土层厚度 质地和层次结合 高度肥沃的旱地土壤一般都具有上虚下实的土体构造 即耕作层疏松 深厚 一般在30cm左右 质地较轻 心土层较紧实 质地较粘 2 适量协调的土壤养分 北方高产旱作土壤 有机质含量一般在15 20g kg以上 全氮含量达1 15g kg 速效磷含量10mg kg以上 速效钾含量150 200mg kg以上 阳离子交换量20cmol kg以上 肥沃水稻土的适量有机质含量为20 40g kg 全氮量为1 3 2 3g kg 全磷和全钾量分别为1 15g kg以上 阳离子交换量一般为10 25cmol kg 3 良好的物理性质 肥沃土壤大小孔隙1 2 4 土壤容重1 10 1 25g cm3 土壤总孔度50 或稍大于50 其中通气孔度一般在10 以上 三 土壤培肥的基本措施 1 增施有机肥料 培育土壤肥力 2 发展旱作农业 建设灌溉农业 3 合理轮作倒茬 用地养地结合 4 合理耕作改土 加速土壤熟化 5 防止土壤侵蚀 保护土壤资源 3 合理轮作倒茬 用地养地结合 我国传统经验 轮作倒茬一方面要考虑茬口特性 另一方面要考虑作物特性 合理搭配耗地作物 自养作物 养地作物等 4 合理耕作改土 加速土壤熟化 合理的耕作可以调节土壤固液气三相物质比例 增强土壤通透性 深耕结合施有机肥料 是增肥改土的一项重要措施 深耕的作用是加厚耕作层 改善土壤结构和耕性 降低土壤容重 使土肥水相融 促进微生物的活动 改善作用的环境条件 加速土壤熟化 earthsoil 土壤质量是根据土壤的主要功能来定义三大功能 生产力 生产功能 环境质量 环境功能 动物健康 健康功能 土壤肥力 动物健康 环境质量 生态平衡 二 土壤质量的评价指标 物理指标 生物指标 化学指标 OM pH EC N P K Eh等 质地 容重入渗速率 田持 含水量 水吸力等 微生物量碳和氮 潜在可矿化氮 土壤呼吸量 土壤酶等 土壤质量评价的农艺指标 质地 耕层厚度 pH 有机质 全氮 碱解氮 速效磷 速效钾 容重 CEC 土壤质量评价的生态学指标 种群丰富度 多样性指数 均匀度指数 优势性指数 美国土壤学家提出的土壤质量分析的最小指标矩阵 团聚性 容重 至硬盘的距离 渗滤性 电导率 持水率 pH 有机质 可矿化氮 呼吸作用 土壤质量指标体系 三 土壤质量的评价方法 美国SCS 土壤保持局 的土壤质量评价目标 农业发展面临的挑战 80年代 增长的极限 90年代美国布朗的著作 谁来养活中国人 使中国人不得不考虑 饥饿会再次敲响中国的大门吗 一 来自人口膨胀的挑战 如何保证粮食的持续增产中国目前以每年净增人口1600 2000万速度增长 现已达13亿左右 迄今为止 人类粮食的来源仍主要来源于土壤 尽管设施农业发展迅速 但要大规模地进行粮食生产的工厂化是不太可能的 人类对粮食的需求仍必须通过土壤这个载体来实现 以人均400kg的消费水平 需要粮食5 2亿吨 比1990年净增长1 1亿吨 平均每年要增加2000万吨 年增长率为2 2 我国耕地面积不到世界耕地的7 粮食产量已占世界产量的23 6 而自1984年以来 我国粮食增产速度变慢 如1978年到1984年粮食产量由3亿吨突破4亿吨 只用了6年时间 而1984到1993年近10年 粮食产量从4073亿公斤增长到4564 5亿公斤 仅上升了半个台阶 化肥的效益下降 从1978年起 化肥用量几乎直线上升 产量增长速度远远低于化肥用量的增长 如1984年每公顷化肥的用量是1977年的3 69倍 而粮食产量仅是1977年的1 67倍 1984年后 虽然化肥每年仍以53kg hm2的速度增加 而粮食年产却近乎停滞不前 二 来自全球生态环境的挑战 如何保护水土资源 建立良好生态环境 全球变化包括土壤退化及淡水资源短缺 森林锐减 物种灭绝 温室效应 臭氧破洞增加等 我国目前面临生态环境问题也十分严峻 其中土壤荒漠化 水土流失 水资源紧缺 森林滥伐 草原退化 温室气体的排放 土壤污染 酸化 盐渍化的问题都十分严重 如我国CO2的排放量90年代初为6 2亿吨 占全球排放量的10 7 居世界第3 CH4排放量为2612万吨 占全球的4 7 现在的排放数量更大 一 土壤退化面积广 强度大 类型多 全国总水土流失面积 1 5亿公顷 几乎1 6国土 荒漠化面积 262万平方公里 占国土27 3 草地退化面积 8700万公顷 占全部草地30 全国受污染农田2000万亩 西部荒漠化 东部肥力退化 西南石质化 华北 东北盐碱化 黄土高原水土流失 长江 第二黄河 二 土壤退化速度快 影响深远 1980 1996年农业供水耕地分别减少3 4 而同期人口增22 年前耕地占用总规模达 万公顷 目前每年损失耕地达300 600万亩 荒漠化面积发展速度 2640平方公里 年 过去30年中 土壤侵蚀面积的增长速率为1 2 2 5 致使长江成为中国的第二条 黄河 我国每年流失土壤50亿吨 流失的土壤养分4000万吨化肥 流失的土壤相当于10mm的土层 我国土壤退化类型的发展速度 三 局部改善而总体继续恶化治理速度比退化速度慢 向上级回报工作时 大谈治理效果向上级要钱时 大谈问题和危害 沙越治越多 树越种越少 有灾易致富 救灾升官快 执行者 管理者 资金 问题 谁来救救地球 谁来救救人类 谁来救救中国 1 增加耕地面积 我国是一个后备土地资源贫乏的国家 我国目前未开垦的荒地共有3300万公顷 荒坡7100公顷 可利用的草原2亿公顷 可利用的沿海滩涂1300万公顷 总量十分有限 而且开垦这些后备资源的投入和代价很高 据估算本世纪开发1100万公顷的宜农荒地和90万公顷的滩涂 需要投资740 1060亿元 而且要付出巨大的生态代价 2 是提高现有资源的利用率 我国现有耕地