第5讲土壤污染及治理技术.docx

第5讲 土壤污染及治理技术5.1土壤的组成、结构和性质土壤是地球陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层，是连接无机界和有机界的纽带，是人类生存的重要自然资源，是陆地环境的重要组成部分。通常认为它是成土母质在一定水热条件和生物的作用下，经过一系列物理、化学和生物化学过程形成的。俄国土壤学家道库恰耶夫从土壤发生学的角度，提出了土壤的形成是气候、生物、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。5.1.1土壤物质组成土壤是由矿物质、有机质、水分和空气四大部分组成的三相多孔体系。组成土壤的矿物质是指含钠、钾、钙、铁、镁、铝等元素的硅酸盐、氧化物、硫化物、磷酸盐等。土壤矿物按成因分为原生矿物和次生矿物，前者由物理风化而成，后者经化学风化而成。次生矿物对土壤理化性质的影响较大，黏土矿是土壤中最普遍的次生矿物，亦称层状硅酸盐，它是构成土壤黏粒的主要成分。黏土矿有多各类型，主要有伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石、叶蜡石等。土壤有机质按其分解程度可以分为新鲜有机质、半分解有机质和腐殖质，其中以腐殖质的作用最大。腐殖质是指新鲜有机质经过微生物分解转化所形成的黑色胶体物质，它一般由C、H、O、N和少量S元素组成的具有多种官能团的天然络合剂，占土壤有机质总量的85%90%以上，腐殖质最重要的环境性质是其能够与金属离子结合，土壤中的腐殖质强烈吸收着水中的溶质，且对多价阳离子有特殊的亲和力，它的存在使土壤具有一定的净化能力。水是土壤的三相之一，土壤中的水分根据其移动的畅通性可以分为束缚水和自由水两种。束缚水是水分受土粒间的吸力所阻，不轻易在土壤中移动的水分，又细分为吸湿水和膜状水；自由水是在土壤中自由移动的水分，分为毛管水和重力水。正常情况下，水分是受重力作用影响向下移动，称为重力水，如果在气候干旱地区，蒸发率大于下渗率，水分会在泥土中向上移动，称为毛管水。土壤空气是存在于土壤中气体的总称，其分别以自由态存在于土壤孔隙中，以溶解态存在于土壤水中，以吸附态存在于土粒中。土壤空气主要来自大气，其组成与大气相似，但有差别。由于土壤生物活动的影响，土壤空气按其组成在质与量上均不同于大气中的空气，CO2比大气中含量高，氧含量比大气低，水汽含量比大气中含量高。5.1.2土壤的结构土壤是由无数土壤颗粒组成的。土壤颗粒并不是彼此孤立、毫不相关的堆积在一起，而往往是受各种作用，形成大小不等、形状不同的土团，也有没有胶结在一起的单粒。这种不同大小和形状的土壤颗粒在土壤中排列的方式称为土壤结构。土壤颗粒排列的方式大致可分为两大类：一种是以单粒为单位的排列方式，另一种是以土团为单位的排列方式。由于各种土壤本身性质及其影响因素的不同，不同土壤中或同一土壤的不同土层中土壤结构体的形状也不一样，通常是根据土壤结构体的形状来区分土壤结构，常见的土壤结构有四种，即粒状结构、块状结构、柱状结构和片状结构。粒状结构又称团粒结构，是土粒胶结成团，大小约在1-10毫米，呈小球状、多孔，在水中浸泡不易散碎，水稳性较强，这种结构对土壤的通气、透水蓄水和养分的保存、释放等都有良好的作用。块状结构主要出现在质地粘重、耕性不良的土壤耕作层内。柱状结构的土壤常见于碱土的柱状层以及粘质红、黄公古老风化壳上发育的侵蚀面上的土壤中。片状结构的土壤结构体呈片状，厚度约1-5毫米，碱土的表土，盐土表层的层状盐结皮以及某些砂性较重的灌溉地表层的结壳等均属片状结构。5.1.3土壤的性质（1）土壤的胶体性质土壤在风化过程中，可形成不同大小的颗粒。直径在1100nm之间的颗粒，一般称为胶体。胶体体系具有很多性质，如表面性质、电化性质、光学性质及动力学性质等，其中表面性质和电学性质对土壤吸收性能影响最大。土壤中含有无机胶体和有机胶体以及有机、无机的复合胶体。无机胶体包括土壤矿物和各种水合氧化物，有机胶体主要是腐殖质。（2）土壤的阳离子交换在通常情况下，土壤有机胶体或无机胶体都带负电荷，因此在表面上一定吸附很多阳离子，如H+、Al3+、Ca2+、Mg2+等，这些被土壤胶体所吸附的离子，可以和另一些阳离子进行相互交换。对于这种能互相交换的阳离子称为交换阳离子，而且把这种相互交换作用称为阳离子交换作用。（3）土壤的酸碱度土壤在形成过程受生物、气候、地质、水文等因素的综合作用产生了不同的酸碱性，土壤的酸碱度主要取决于土壤中含盐基的情况。我国土壤pH大多在4.58.5范围内，并且呈“东南酸西北碱”的规律。土壤的酸度分为活性酸度和潜性酸度。活性酸度又称有效酸度，是土壤溶液中游离H+浓度直接反映出的酸度。潜性酸度是由于土壤胶粒吸附H+和Al3+所造成的。当土壤溶液中OH-离子浓度超过H+离子浓度时就显示碱性，OH离子的大小表现了土壤碱性的强弱，通常把碳酸根和重碳酸根的含量作为土壤液相碱度指标。（4）土壤的氧化还原作用在土壤中存在着一些变价元素，例如Fe、Mn、As、Cu、Cr、Hg和Pb等。氧化还原反应对它们有很大影响。氧化还原反应受水中自由电子的活度控制。（5）土壤的缓冲作用 土壤缓冲性是指土壤具有抵抗土壤溶液或浓度改变的一种能力。一量施入酸性或碱性肥料时或当土壤在发展过程中产生碱性或酸性物质时，它可缓和土壤使之不发生剧变，而使pH保持在一定范围内。5.2土壤容量与土壤自净作用5.2.1土壤环境背景值土壤环境背景值是指在不受或很少受人类活动影响和不受或很少受现代工业污染与破坏的情况下，土壤原来固定有的化学组成和结构特征。但是人类活动与现代工业发展的影响已遍布全球，很难找到绝对不受人类活动和污染影响的土壤，只能去寻找影响尽可能少的地方。影响土壤背景值的因素包括：（1）成土母质：母质元素组成以及土壤元素组成（2）土壤类型：不同风化程度的土壤元素组成不同（3）气候：高温多雨，淋溶强烈，含量低（4）地形：凸起地形与平凹地形（5）植被：不同植被元素的生物富集特点不同5.2.2土壤环境容量土壤环境容量（或称土壤负载容量）是指一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，即保证农产品质量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。不同土壤其环境容量是不同的，同一土壤对不同污染物的容量也是不同的，这就涉及到土壤的净化能力的问题。 首先，土壤是一个多相的疏松多孔体系。污染物质在土壤中可进行挥发、稀释、扩散和浓集以至移出土体之外。这一过程与土壤温度和含水量的变化、土壤质地和结构，以及层次构型相关。 第二，土壤是一个胶体体系。对于某些可呈离子态的污染物质，如重金属、化学农药进入土壤后，土壤胶体的吸附作用可以大大改变其有效含量，成为土壤污染物，特别是重金属自净和富集的关键因子。 第三，土壤是一个络合螯合体系。土壤中有许多天然的有机和无机配位体，如土壤腐殖质、土壤微生物分解有机残体过程中产生的各种有机物质或分泌物，如酶等。也有人工合成的污染物质的有机配位体，如农药和其他有机污染物质。而土壤中几乎所有的金属离子都有形成络合物和螯合物的能力。但从形成的络合物或螯合物的稳定性看，则各离子间的差异较大。因而，土壤中络合螯合过程的存在，也显著影响污染物质在土壤中的迁移转化及其环境效应。 第四，土壤是一个氧化还原体系。其氧化还原作用影响有机物质分解的速度和强度，也影响有机和无机物质存在的状态（可溶性和不溶性），从而影响到它们的迁移转化。这也是一个关系到土壤污染物质迁移转化的重要的土壤环境条件。特别是对某些变价元素，如铁、锰、硫、砷、汞、铬、钒等尤为重要。 第五，土壤是一个化学体系。土壤中的化合物或进入土壤的污染物质，还直接受到土壤中化学平衡（溶解和沉淀）过程的控制，在重金属和磷的迁移转化中，化学平衡过程扮演着重要的角色。第六，土壤是一个生物体系。土壤微生物是土壤生物的主体。土壤微生物在土壤有机质的转化过程（有机质的分解和合成）中起着巨大的作用。土壤对有机污染物质之所以具有强大的自净能力，即生物降解作用，也主要是因为有种类繁多、数量巨大的土壤微生物存在。土壤微生物除参与有机质的转化外，还积极参与其他土壤过程。此外，土壤动物在有机污染物的分解转化中也起着一定作用。 上述过程，无论是个别地或是彼此联系地、同时地、相继地、或是相互交迭地发生，也还没有完全概括复杂的土壤污染物的迁移、转化以及净化机制。但是，我们必须看到，进入土壤的各种污染物质，一方面受上述土壤过程的控制和影响，会缓冲土壤污染的发生；另一方面，随着它们进入土壤数量的增加，也完全可能改变上述过程的方向、性质和速度，即土壤发生污染。5.2.3土壤环境自净作用土壤环境的自净作用即土壤环境的自然净化作用（或净化功能的作用过程），是指进入土壤的物质，通过稀释和扩散等作用可以降低其浓度，或者被转化为不溶性化合物而沉淀，或为胶体牢固地吸附，从而暂时脱离生物小循环及食物链；或者通过生物和化学的降解作用，转化为无毒或毒性小的物质，甚至成为营养物质；或经挥发和淋溶从土体中迁移至大气和水体，所有这些现象都可以理解为土壤的自净过程，但土壤的自净主要是指生物和化学的降解作用。 土壤的净化作用包括如下内容： （1）物理净化作用：土壤是一个多相的疏松多孔体，进入土壤中的难溶性固体污染物可被土壤机械阻留；可溶性污染物可被土壤水分稀释，降低毒性，或被土壤固相表面吸附，但可随水迁移至地表水或地下水层；某些污染物可挥发或转化成气态物质通过土壤孔隙迁移到大气介质中。 （2）化学净化作用：污染物进入土壤后，可以发生一系列化学反应。如凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、络合-螯合反应、酸碱中和反应、水解、分解化合反应，或者发生由太阳辐射能和紫外线等引起的光化学降解作用等。通过上述化学反应使污染物分解为无毒物质或营养物质。但对于性质稳定的化合物如多氯联苯、稠环芳烃医学教育网整理、塑料和橡胶等难以被化学净化；重金属通过化学净化不能被降解，只能使其迁移方向发生改变。 （3）生物净化作用：土壤中存在大量依靠有机物生存的微生物，它们具有氧化分解有机物的巨大能力，是土壤环境自净作用中最重要的净化途径之一。各种有机污染物在不同条件下分解的产物多种多样，并最终转化为对生物无毒的物质。 土壤的生物净化主要通过以下几种途径：一是病原体的死灭：病原体进入土壤后，受日光的照射，土壤中不适宜病原微生物生存的环境条件，微生物间的拮抗作用，噬菌体作用，以及植物根系分泌的杀菌素等许多不利因素的作用下而死亡。 二是有机物的净化：土壤中的有机污染物在微生物的作用下，使有机物逐步无机化或腐殖质化。 含氮有机物在土壤微生物的作用下，分解成氨或氨盐，称为氨化阶段。在氧气充足和亚硝酸菌的作用下，氨被氧化成亚硝酸盐，进一步在硝酸菌的作用下氧化成硝酸盐，称为硝化阶段。不含氮有机物也可在土壤微生物的作用下发生分解。含碳有机物在氧气充足的条件下最终形成二氧化碳和水，在厌氧条件下则产生甲烷。含硫和磷的有机物，在氧气充足的条件下最终分别形成硫酸盐或磷酸盐。在厌氧条件下则产生硫醇医学教育网整理、硫化氢或磷化氢的等恶臭物质，与含氮、碳有机物产生的氨、甲烷等一起以恶臭污染环境。有机物在土壤微生物的参与下不断分解又不断合成，最后变成腐殖质（humus）的过程称为有机物的腐殖化。腐殖质的成分很复杂，其中含有木质素、蛋白质、碳水化合物、脂肪和腐殖酸等。腐殖质的化学性质稳定，病原体已经死灭，不招引苍蝇，无不良气味，质地疏松，在卫生上是安全的，又是农业上良好的肥料。常用的人工堆肥法就是使大量有机污染物在短时间内转化为腐殖质而达到无害化的目的。 土壤中的污染物被生长的植物所吸收、降解，并随茎叶、种子离开土壤；或被土壤中的蚯蚓等软体动物所食用等也属于土壤环境生物净化作用。 5.3土壤污染概述一般来说,当外来污染物进入了土壤,就认为发生了“土壤污染”。然而，由于土壤对外来污染物具有一定的吸附-固定能力、化学氧化-还原作用及土壤微生物分解作用，可缓冲外来污染物所造成的危害，降低外来污染物进入自然生态系统的风险，只有外来污染超过其自净作用的负荷才成为土壤污染。5.3.1土壤污染源和污染物质大量的有毒有害物种通过大气沉降，废水和污水排放，工业固废和城市垃圾倾泻，化学农药施用进入土壤和水体，对环境和人体健康造成危害。土壤污染源可分为以下几种类型：（1）农业污染源：主要指出于农业生产自身的需要而施入土壤的化肥、化学农药，以及其他农用化学品和残留于土壤中的农用地膜等。相对于工业污染源，农业生产过程排放的污染物具有剂量低、面积大等特点，属于非点源污染。现代农业越来越依赖化肥与农药的使用，农业化学化趋势越来越明显，农业生产排放的污染物种类和数量日益增多。农业非点源污染日益成为土壤污染的最为主要的来源。（2）工业污染源：是指工矿企业排放的废水、废气和废渣等，是土壤环境中污染物最重要的来源之一，该类污染源对土壤环境系统带来的污染可以是直接的，也可以是间接的。工业“三废”在陆地环境中的堆积以及不合理处置，将直接引起周边土壤污染物的累积，进而引起动物、植物等生物体内污染物的累积。（3）生活污染源：居民生活产生的污染物既包括醇、糖、叶绿素以及脂肪等大量可降解的有机物，也包括木质素、塑料等难降解物质。随着城市化程度的逐渐提高，在城镇内部狭小空间内无法在短时间内将人类生产的废弃物降解，废弃物总量超出自然生态系统所能够消化的容量，大量的生活污水通过城市排水系统进入土壤、河流等自然环境，大量的生活垃圾被运出城市，堆放在城市周围，导致城镇及其周边地区局部的土壤污染。（4）交通污染源交通工具对土壤污染的贡献主要体现为汽车尾气中的各种有毒有害物质通过大气沉降造成对土壤的污染，以及事故中所排放的有毒有害物质对土壤造成的污染。汽车作为重要的交通工具已经成为现代人生产和生活中不可缺少的部分。随着经济的发展，汽车用量还将继续增加，由汽车尾气排放引起的土壤环境污染问题也日趋突出。（5）战争污染源作为人类社会矛盾最集中、最激烈的表现形式，战争给人类社会造成了极大的危害，其中也包括对土壤的污染和危害。随着各种现代化武器的大规模应用，战争对战区土壤污染的程度也越来越严重。越南战争、两伊战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗和伊拉克战争的战事活动等都对该地区的生态环境造成了严重的影响，其中也包括土壤环境的污染。其土壤污染物的主要来源可以归为以下三个方面：一是爆炸物、大气污染物落下灰等造成的土壤污染。主要污染物包括重金属污染物，如汞、铅、砷等，有机物，如多环芳烃类物质、二噁英等，以及二氧化硫、氮氧化物等多通过酸雨落入土壤中。二是化工厂、炼油厂等泄漏物对土壤的污染，主要包括化工原料（乙烯、氯乙烯、苯、酚等）、催化剂（铅、砷、汞等重金属）、添加剂、各种油料等，这些物质在排出过程中逐渐渗入地下而污染土壤，有的通过河流还可造成远程污染。三是贫铀弹的使用对土壤造成污染。贫铀弹对土壤的污染主要是由含放射性的爆炸物和空气中灰尘的沉降引起的。土壤中的放射性铀和分散在植物叶面上的放射性物质可被植物吸收，人或动物使用这类植物后可能造成再次污染。通过各种途径输入土壤环境的物质种类多种多样，可以认为，土壤环境中存在的污染物，应该包括自然界存在的几乎所有的物质，通常我们把输入土壤环境中的足以影响土壤环境正常功能、降低作物产量和生物质量、有害于人体健康的那些物质称为土壤污染物。其中主要指城乡工矿企业所排放的对人体、生物体有害的“三废”物质，包括重金属、石油烃、持久性有机污染物（POP）、化学农药、其他工业化学品、富营养的废弃物、放射性核素和致病生物等，它们危害较大，出现概率也较多。这些土壤污染物，可以划分为下列四类：（1）化学污染物，如汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物，各种化学农药，石油及其裂解产物，以及其他各类有机合成产物等；（2）物理污染物，指来自工厂、矿山的固体废弃物；（3）生物污染物，指带有各种病菌的城市垃圾，由卫生设施（包括医院）排出的废水、废物以及畜禽厩肥等；（4）放射性污染物，主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区，以锶和铯等在土壤中存在期长的放射性元素为主。也可以根据污染物的性质，将其分为无机污染物和有机污染物两大类：（1）污染土壤环境的无机污染物主要有重金属（汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍，以及类金属砷、硒等）、放射性元素（锶-90、铯-137等）、氟、酸、碱、盐等。其中重金属和放射性物质的危害最为严重。（2）污染土壤环境的有机污染物主要包括人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油类物质、多环芳烃、洗涤剂、有害微生物等。5.3.2土壤环境类型及污染过程土壤污染意味着能够引起土壤正常功能遭到破坏的任何干扰，可表现为突然的物理破坏、化学破坏和生物学破坏或土壤质量的下降。由于土壤-植物系统执行着决定生命存在的极为重要的功能，这些功能包括：不间断地进行光合作用，太阳能的转化和积累；维持氧、氢、碳、氮、硫、钙、镁、钾、铜、锌、钴、碘等对生物化学过程特别重要的生物循环。当外源污染物进入到土壤以后，对土壤正常的代谢功能进行了破坏，即污染物的污染改变了土壤的基本特性，我们称之为土壤污染的发生。土壤和污染物之间的接触主要有两个方面的因素速哦造成，一种是由于自然异常，由于该地区的地球化学过程引起的，该异常反应的是该地区某一种对土壤环境有影响的污染物质的天然富集；另一类则主要是由于人类活动引起的，这类人为的异常反映的是我们通常所谓的“土壤污染”。在一些人口较为集中的区域，人为的强烈活动很容易造成土壤污染的发生；而在一些工矿区，认为异常和自然异常往往同时存在，污染物在这些土壤上很容易形成富集而造成土壤污染的发生。污染物进入土壤系统，造成突然光污染的发生，主要通过以下四个过程来完成。（1）接触阶段接触阶段是污染物进入土壤的初始阶段。污染物与土壤之间的接触形式和途径多种多样，根据不停土壤的作用功能以及污染物的形态和来源，归纳起来，污染物和土壤直接接触主要包括以下三种形式。气型接触的污染：工业活动中的工业排出物随工业烟尘或废气排放，人为焚烧产生含有有毒、有害组分的气体，首先污染大气，然后沉降到地表和土壤接触；气型污染还包括汽车废气对土壤的污染，如使用含铅汽油引起的土壤铅污染；也包括农业活动中气雾剂的使用，一些有毒、有害组分沉降进入土壤。水型接触的污染：工业和生活污水排除后，通过灌溉农田而污染土壤。还包括随雨水及液相农药进入土壤后造成的污染。固体型接触的污染：工业废弃物、污泥、人类生活垃圾和放射性污染物等进入土壤以后，均可造成土壤污染。（2）反应阶段以不同途径进入土壤环境的污染物经过吸附-解吸、溶解-沉淀、氧化-还原、络合-解离、降解和沉积放大等一系列的生态化学过程，参与土壤系统功能的表达，影响土壤原始平衡，污染物作用过程中在改变土壤物理化学性状的同时，本身的形态、毒性、浓度等性质也发生相应的改变。污染物与土壤有机质及其他组分之间的相互作用，在影响各子系统的正常代谢过程中改变了土壤生态系统整体平衡发展的趋势。（3）污染中毒阶段污染物进入土壤并参与到土壤各个组分之间的物理化学反应当中，使土壤及其中的动植物和微生物的代谢能力、种的数量和生物量等不同的指标直接予以反应。急性中毒的土壤往往可以造成土壤动物、植物和微生物数量急剧下降，使农业产品的生物学质量不断恶化。大多数土壤污染都是慢性中毒的生物学过程。鉴于土壤特殊的理化性状和自净能力，使土壤污染具有隐蔽性、长期性和难恢复性的特点。不同的时间尺度内，污染物都在或大或小地影响着土壤系统功能的表达。长期慢性中毒给农产品的品质造成了很大的危害。（4）恢复阶段急性中毒后的土壤很难通过自身的作用恢复其初始的健康功能，因为发生急性中毒的土壤一般污染物的浓度过高或污染物的毒性过大，使土壤生态功能在短时间内受到不可逆的损害。通过土壤本身的自净作用不能降解或稀释这些污染物，只有借助人为的力量才能恢复的正常功能表达的状态。否则，受污染土壤将丧失其维持正常生产力和环境健康的功能。慢性中毒土壤，依据污染物的不同性质，其自身的恢复有不同的结果。对于一些易降解的污染物，其毒性将随着时间的延长而逐渐降低甚至消失，这种情况下受污染土壤通过一定时间以后将自然恢复其原有的功能，继续维持正常的生产力和健康质量。而对于一些难降解的污染物，如重金属污染的土壤，由于重金属在土壤中不容易被降解，长期受污染的土壤容易造成中技术的累积和放大，危害土壤的健康，造成土壤产出在质和量上下降。5.3.3土壤污染的危害土壤被有毒有害物质污染以后,除少数有害物质可以通过土壤的生化过程减轻以及少量挥发性污染物挥发外,还有很多有毒有害物质长期存留在土壤中,难于消除,尤其是一些重金属化合物以及多环芳烃等难降解有机污染物,残留时间长,而且多环芳烃等有机污染物降解过程的某些中间产物还具有更大的毒性,其危害性远大于水体和大气污染。土壤污染直接导致食物品质下降,影响农作物的品质,甚至严重影响了人的身体健康，给社会带来了无法估计的损失。（1）对植物和农作物的危害进入土壤-植物系统的许多污染物是可溶性的，可以通过植物根系进入植物体内。由于植物在吸收营养物质的过程中并没有绝对严格的筛选作用，植物对这部分污染物也可能有一定的吸收。大量研究结果表明，陆地生态系统中主要的有机与无机污染物可以被植物吸收积累。如DDT、阿特拉津、氯苯类、多氯联苯、氨基甲酸酯、多环芳烃等有机污染物以及众多的重金属均可被植物吸收和累积。农作物生长在受污染的土壤中，通过作物的吸收作用长期累积富集。如果浓度不大，植物具有一定的忍耐和抵抗力，当含量达到一定数量时，农作物就会产生一定的反映，发生代谢过程紊乱，导致声场发育受阻，作物的产量和品质都会下降。含有污染物的农作物通过食物链作用进入人畜体内，也会带来健康危害。（2）对动物的危害污染导致土壤原生动物群落组成和结构发生明显的变化，由于受污染因素的影响，污染土壤中原声动物群落结构要比无污染土壤中的简单。例如蚯蚓作为土壤动物区系的重压哦代表类群，具有改良土壤、增进土壤肥力的作用，同时在食物链中它是陆生生物和土壤生物之间的桥梁。然而现代农业的发展，使大量农用化学品进入土壤环境，对蚯蚓的生长、繁殖与生存等产生种种不利影响，从而导致了土壤生态系统功能的下降。（3）对微生物的危害土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分，它们不仅调节着土壤动植物残体和土壤有机物质及其他有害化合物的分解、生物化学循环和土壤结构的形成等过程，而且对外界干扰比较灵敏，微生物活性和群落结构的变化能明显地反映出土壤质量和健康状况。土壤污染会对土壤生物类型、生物数量、生物活性、土壤酶系统及土壤呼吸和代谢等作用产生较大影响，危及土壤生态系统的正常结构、功能与平衡。（4）对人体健康的危害污染物在被污染的土壤中迁移转化进而影响人体的健康，主要是通过气-水-土-植物-食物链途径，土壤动物和土壤微生物则直接从污染的土壤中吸收有害物质，这些有害物质通过土壤动物和土壤微生物参与食物链，最终进入人类食物链，因为作为人类主要食物来源的粮食、蔬菜和畜牧产品都直接或间接来自土壤，污染物在土壤中的富集必然引起食物污染，进而危害人体健康。如铅、镉、铝、金、锡和汞等，摄取量达到一定程度就会造成毒害作用，特别是汞、镉、铅、砷等毒性较强的元素，这些有害物质污染土壤后，人们通过食物链不断摄取有害物质，这些有害物质在人体内累积到一定数量是就会逐渐产生毒害症状。许多有毒污染物可引起致癌、致畸、致突变作用。污染物随血液循环过程中，与血红蛋白结合，分布在全身各器官中，一些脂溶性污染物，如苯、腈、酚及衍生物就会在人体脂肪中大量累积，导致病变发生。（5）对生态系统的危害进入土壤中的污染物累积到一定水平时，不仅其中的部分生物因为污染物的毒害作用表现出与正常环境条件下不同的生长特征，而且还可对整个生态系统健康产生重要影响，系统的物质循环和能量流动也表现出不同程度的变化。土壤污染对生态系统的影响不仅包括对生物个体的毒性，还包括对种群、群落乃至整个生态系统的影响，包括生物病变、减产、死亡等现象，还包括生物体遗传变异、种群数量变化、群落组成的异常以及生态系统组成与结构以及功能的变化或损害等。在生态系统水平上的土壤污染还表现为生物多样性的降低，进而威胁着人类的生存安全。土壤中的污染物不仅直接影响人体健康，而且以相同的方式影响其他生物的生存健康。这将导致物种减少，生物多样性下降，生态系统自我调节能力降低，人类赖以生存的生态环境受到威胁。5.4土壤污染防治5.4.1土壤重金属污染的防治（1）移土、客土、深翻土地对于受重金属污染严重而污染面积相对小的地块，由于其重金属污染不易降解，不易移动，可采取排土客土法，或采取深翻、使上下层混合，降级耕作层中重金属污染物的浓度。对于深翻土地来说，简单易行。但对于排土、客土法，工程量大。若适当考虑建筑用土和工业产品用途时，考虑就近污染土壤的排土、客土或者是建筑选址优先考虑已污染土壤也是很有意义的。（2）控制灌水条件，调节土壤氧化还原状态糙米含铬量与土壤淹水状况密切相关。凡地势低洼，水稻生长期间田面能保持水层的田块，其糙米含铬量均大大低于地势高、排水好的田块，这就是说，被铬、铅、铜、锌等重金属污染的水稻土，通常通过控制灌水条件，可以减少水稻糙米中的铬、前、铅的含量。由于重金属的硫化物溶解度很小，可降低重金属污染对作物的危害，因而，在含硫较少的土壤中，可适当施用石膏等韩流物质，以促进重金属元素的沉淀。（3）增施有机肥料，提高土壤对重金属元素的沉淀向污染土壤中增施堆肥、厩肥、绿肥、秸秆来增加土壤有机质，从而促使土壤中有机胶体和有机无机复合胶体的增加、阳离子交换量的提高，土壤对阳离子的吸附能力随之提高，同时有机胶体和有机-无机复合胶体同重金属离子发生络合、整合反映，生成稳定的络合物和螯合物的反映也很重要。增加有机质能够增加土壤对重金属吸附容量。（4）调节土壤pH值，调节重金属在土壤中的存在形态土壤pH值是影响土壤中重金属存在形态与活性的重要因素之一。一般来说，在酸性条件下，重金属对作物的危害较大，即有效态含量相对较高。因此，通过施用石灰等碱性物质来提高土壤pH值，是缓解重金属危害行之有效的途径，特别是对于酸性土壤来说更是利大于弊。需要注意的是要根据不同种类的重金属污染来确定石灰的最佳需用量，因为不同重金属有不同性质，它们被土壤中吸附及形成难溶化合物的pH值往往有一定的差异。（5）选择合适的作物来减轻土壤中重金属污染的危害程度对于重金属污染特别严重的土壤要改种非食用性作物，来避免重金属污染进入食物链，例如被铬严重污染的土壤可种植麻类、棉花或花卉、桑苗等作物。对于中等或轻污染的土壤可选用对重金属吸收和转移能力较差的作物品种。如铬污染的农田可种植玉米。灵台也可通过调查筛选一些对重金属能够进行超常积累或对重金属产生抗性的作物品种，来研究其积累机理与抗性机理。为土壤重金属污染的治理开辟一条新的途径。（6）改种法改变耕作制度或更换农作物品种，都有可能使污染的土壤继续维持农业生产，避免某些污染物的危害。我国苏北棉田，有些农药在土壤中降解缓慢，残留量大，积累明显。后来把棉花旱田改为水田，大大加速了降解过程，减少了污染。经测试，一年左右土壤中残留的DDT基本消失。（7）推行科学的污水灌溉科学地利用污水灌田是化害为利的有效措施，污水在灌溉过程中，受到土壤机械过滤吸附和微生物的分解转化，污水中的氮磷钾等肥分被植物吸收和利用，同时又减轻了城市处里污水的压力。这不仅有利于农业增产，同时也是利用土壤净化处理污水改善环境质量的一种方法。在污灌时，必须准确了解污水成分，必要时须进行适当处理后再用，污灌必须严格遵守农田灌溉水质标准、农用污泥中有害物质控制标准等规定。引用城镇污水处理厂的污水进行灌溉时，必须执行城镇污水处理厂污染物排放标准。5.4.2土壤化学肥料、农药污染的防治我国是世界上使用化肥、农药数量最大的国家之一。有关调查表明化肥的利用率低、流失率高，不仅导致农田土壤污染，还通过农田径流造成了对水体的有机污染、富营养化污染，甚至地下水污染和空气污染。我国的化肥利用率平均只有30%35%。每年有大量肥份流入水体，对环境产生了严重污染，对水体、土壤、大气、生物及人体健康造成严重危害。为防治化肥造成的土壤污染，应从以下几个方面采取措施：（1）科学施用钾肥。合理施用钾肥，要因地制宜，综合多种因素进行考虑并与氮、磷肥和微肥等进行配合施用。（2）科学施用磷肥。磷肥施入土壤后有两个特点：一是在土壤中移动性很小，其移动半径多在0.51厘米以内;二是容易被土壤中两价阳离子固定。这就造成作物根系吸收利用的困难，降低了肥效。（3）广泛施用有机肥。有机质是作物营养元素的主要来源，同时也是作物所需的各种微量元素的源泉。有机质是作物碳素营养的源泉，这主要靠土壤微生物分解有机质所产生的二氧化碳来满足作物生长的需求，另外它还能促进土壤有益微生物的活动。而且能形成土壤团粒结构，提高土壤保水、保肥和缓冲能力。（4）积极推广微生物肥料。土壤中的有机物质以及施用的厩肥、人粪尿和绿肥等，很多营养成分在未分解前作物是不能吸收利用的，也要通过微生物将它们分解，变成可溶性物质，才能被作物吸收利用。（5）积极推广垃圾堆肥。使用城市餐厨垃圾和绿化废物等有机质含量高的垃圾进行堆肥和生产复合肥，既处理了城市垃圾，防止了污染，又生产出能够满足农业需要的高质量的有机肥料，具有积极的社会效益和经济效益。为达到既高效又经济地把农药对土壤的污染降低到最低范围，目前已有诸多综合性防治措施：（1）选育良种，加强病虫害的预报、防治。一方面选用优良品种，利用职务的抗虫性，选育丰产、抗虫并具备其他性状的良种是害虫防治的较为经济简单的方法。另一方面破坏害虫的生存条件，如利用植物密度影响田间温湿度、通风透光等小气候条件，适时排灌从而迅速改变害虫生活环境、抑制其生长，进行土壤翻耕来迅速改变害虫的生活环境，将其埋入深土或翻至地面，使其暴露在不良的气候条件下或受天敌侵害或直接杀死害虫。此外，还要对害虫生活习性进行研究，做好预报、预测，做到治早、治小。（2）化学防治化学防治效果稳定。当害虫猖獗时必须用化学防治才能解决问题或者为了保证生物防治的有效应用必须先用化学防治方法。不过由于一方面诸多农药具有的污染，另一方面易产生抗药性，因此需不断培养抗病虫害的新品种。（3）生物防治生物防治具有不污染环境、专一性强、对人畜无害、对植物安全等优点。生物防治害虫是指用寄生真菌、细菌和病毒，或某些生物体的的代谢物或同类异性个体分泌的引诱激素等进行防治的方法。主要方法有昆虫天敌法、微生物防治法和害虫不孕化法。5.4.3土壤其他污染的防治导致土壤污染的因素出重金属和有机物外，还有由于工业污染排放和垃圾填埋、水体中的污染物渗透等生活污染源产生的各种无机污染和有机污染。有必要采取各种措施加强对土壤污染的防治。一是切断污染源。工业污染物排放导致的土壤污染，应通过发展清洁工艺，加强三废治理，消减、控制和消除污染源。清洁工艺主要是从原料到产品、最终处置的全过程中减少“三废”排放量，对所排放的“三废”要进行净化处理，并严格控制污染物排放量和浓度，使之符合排放标准，以减轻对土壤的污染。而是采取增施绿肥、厩肥、堆肥、腐殖酸类物质等有机肥料，以增加土壤有机胶体的含量，或砂质土壤掺入粘质土壤，改良砂质土壤等，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，提高土壤的缓冲能力和紫荆能力，增加土壤的环境容量。此外还可以采取控制和切断污染进入食物链的途径、避免二次污染等措施，来防治土壤污染。对于已经严重污染的土地，则需要采取土地修复技术，来治理土壤污染。5.5污染土地的修复技术污染土壤的修复是以去污染、复质量、再利用、保安康为目的的。土壤修复往往是控污、减污、降毒、化险的综合净化过程，可使土壤恢复生产力、场地安全健康、矿区及湿地生态安全和景观美化。但是，土壤修复也是耗人力、物力和财力的过程。只有做好土壤污染防控管理工作，才能避免或减少这样的消耗。“万物土中生”，土壤质量决定万物的质量。为保障人类的食物安全和身体健康，需要实施“净土”战略，制定土壤污染的“防控修复”行动计划。这对中国这样的拥有13 亿人口的农业大国尤为重要。5.5.1物理修复技术物理修复是指通过各种物理过程将污染物（特别是有机污染物） 从土壤中去除或分离的技术。热处理技术是应用于工业企业场地土壤有机污染的主要物理修复技术，包括热脱附、微波加热和蒸气浸提等技术，已经应用于苯系物、多环芳烃、多氯联苯和二噁英等污染土壤的修复。（1）热脱附技术热脱附是用直接或间接的热交换，加热土壤中有机污染组分到足够高的温度，使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术具有污染物处理范围宽、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点，特别对PCBs这类含氯有机物，非氧化燃烧的处理方式可以显著减少二噁英生成。目前欧美国家已将土壤热脱附技术工程化，广泛应用于高污染的场地有机污染土壤的离位或原位修复，但是诸如相关设备价格昂贵、脱附时间过长、处理成本过高等问题尚未得到很好解决，限制了热脱附技术在持久性有机污染土壤修复中的应用。发展不同污染类型土壤的前处理和脱附废气处理等技术，优化工艺并研发相关的自动化成套设备正是共同努力的方向。（2）蒸气浸提技术土壤蒸气浸提（简称SVE) 技术是去除土壤中挥发性有机污染物（VOCs) 的一种原位修复技术。它将新鲜空气通过注射井注入污染区域，利用真空泵产生负压，空气流经污染区域时，解吸并夹带土壤孔隙中的VOCs 经由抽取井流回地上；抽取出的气体在地上经过活性炭吸附法以及生物处理法等净化处理，可排放到大气或重新注入地下循环使用。SVE具有成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构和不引起二次污染等优点。苯系物等轻组分石油烃类污染物的去除率可达90 %25 。深入研究土壤多组分VOCs 的传质机理，精确计算气体流量和流速，解决气提过程中的拖尾效应，降低尾气净化成本，提高污染物去除效率，是优化土壤蒸气浸提技术的需要。5.5.2化学修复技术相对于物理修复，污染土壤的化学修复技术发展较早，主要有土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术和电动力学修复等。（1）固化-稳定化技术固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法，对同时处理多种重金属复合污染土壤具有明显的优势。固化和稳定化具有不同的含义。固定化技术是将污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的；稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其对生态系统的危害风险。固化产物可以方便地进行运输，而无需任何辅助容器；而稳定化不一定改变污染土壤的物理性状。固化技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点，但常规固化技术也具有以下缺点，如固化反应后土壤体积都有不同程度的增加，固化体的长期稳定性较差等。而稳定化技术则可以克服这一问题，如近年来发展的化学药剂稳定化技术，可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效率和经济性；还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。由此可见，稳定化技术有望成为土壤重金属污染修复技术领域的主力。水泥和石灰的水化作用是其凝固和硬化的必要条件，因此影响水化反应的因素都会影响污染土壤固化/稳定化的效果。主要分为以下两个方面：a）污染土壤的理化性质，包括：土壤pH值，土壤物质组成；b）固化/稳定化工艺，包括凝胶材料和添加剂品种与用量、水分含量、混合均匀程度、养护条件等。例如，CCT重金属稳定化剂就拥有三个类别的药剂，针对不同重金属污染土壤选择性采用不同类别的稳定化修复药剂。其中，CCT01是一种普适用于绝大部分Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ag、Hg、Mn、Fe 等非变价重金属污染的稳定化剂，CCT02是一种适合于三价砷等需氧化后处理的重金属污染稳定化剂，而CCT03是一种适用于六价铬等需还原后处理的重金属污染稳定化剂。判断一种固化/稳定化方法对污染土壤是否有效，主要可以从处理后土壤的物理性质和对污染物质浸出的阻力两个方面加以评价。（2）淋洗技术土壤淋洗修复技术是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸P碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中，洗脱和清洗土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放，处理后的土壤可以再安全利用。这种离位修复技术在多个国家已被工程化应用于修复重金属污染或多污染物混合污染介质。由于该技术需要用水，所以修复场地要求靠近水源，同时因需要处理废水而增加成本。研发高效、专性的表面增溶剂,提高修复效率，降低设备与污水处理费用，防止二次污染等依然是重要的研究课题。（3）氧化-还原技术土壤化学氧化-还原技术是通过向土壤中投加化学氧化剂（Fenton 试剂、臭氧、过氧化氢、高锰酸钾等）或还原剂（SO2 、Fe0 、气态H2 S 等），使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤的目的。通常，化学氧化法适用于土壤和地下水同时被有机物污染的修复。运用化学还原法修复对还原作用敏感的有机污染物是当前研究的热点。例如，纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已被接受和运用于土壤与地下水的修复。但是，目前零价铁还原脱氯降解含氯有机化合物技术的应用还存在诸如铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题，需要开发新的催化剂和表面激活技术。（4）光催化降解技术土壤光催化降解（光解） 技术是一项新兴的深度土壤氧化修复技术，可应用于农药等污染土壤的修复。土壤质地、粒径、氧化铁含量、土壤水分、土壤pH 值和土壤厚度等对光催化氧化有机污染物有明显的影响：高孔隙度的土壤中污染物迁移速率快，粘粒含量越低光解越快；自然土中氧化铁对有机物光解起着重要调控作用；有机质可以作为一种光稳定剂；土壤水分能调解吸收光带；土壤厚度影响滤光率和入射光率。（5）电动力学修复电动力学修复（简称电动修复） 是通过电化学和电动力学的复合作用（电渗、电迁移和电泳等） 驱动污染物富集到电极区，进行集中处理或分离的过程。电动修复技术已进入现场修复应用。近年来，中国也先后开展了铜、铬等重金属、菲和五氯酚等有机污染土壤的电动修复技术研究。电动修复速度较快、成本较低，特别适用于小范围的粘质的多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复；对于不溶性有机污染物，需要化学增溶，易产生二次污染。发展电动强化的复合污染土壤联合修复技术将是值得研究的课题。5.5.3植物修复技术土壤生物修复技术，包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术，在进入21 世纪后得到了快速发展，成为绿色环境修复技术之一。从20 世纪80 年代问世以来，利用植物资源与净化功能的植物修复技术迅速发展。植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态功能的植物稳定修复、利用植物代谢功能的植物降解修复、利用植物转化功能的植物挥发修复、利用植物根系吸附的植物过滤修复等技术；可被植物修复的污染物有重金属、农药、石油和持久性有机污染物、炸药、放射性核素等。其中，重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了广泛研究，已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复，并发展出包括络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植物处理处置的成套集成技术。这种技术的应用关键在于筛选具有高产和高去污能力的植物，摸清植物对土壤条件和生态环境的适应性。植物修复技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除，而且同时应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢复、生物栖身地重建等。近年来，植物稳定修复技术被认为是一种更易接受、大范围应用、并利于矿区边际土壤生态恢复的植物技术，也被视为一种植物固碳技术和生物质能源生产技术；为寻找多污染物复合或混合污染土壤的净化方案，分子生物学和基因工程技术应用于发展植物杂交修复技术；利用植物的根圈阻隔作用和作物低积累作用，发展能降低农田土壤污染的食物链风险的植物修复技术正在研究。5.5.4微生物修复技术微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或者与其他有机物质进行共代谢而降解有机污染物。利用微生物降解作用发展的微生物修复技术是农田土壤污染修复中常见的一种修复技术。这