环境学概论(4-5章).ppt

1 第四章土壤环境 土地是地球生物圈的一个重要组成部分 提供陆生植物所需的营养源和水分 提供植物进行光合作用 进行能量交换的场所 土壤 2 土壤 植物 动物系统 3 土壤在生物生长繁育中的作用 1 营养库的作用 2 养分转化和循环作用 3 雨水涵养作用 4 生物支持作用 5 稳定和缓冲环境变化的作用 4 目前的土壤环境问题 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 土壤侵蚀 水土流失 土地沙化和贫瘠化 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 使土壤受到不同程度的污染 废气 废水 废渣污染土壤严重 5 人类当今面临的重要问题是 保护土壤环境防止土壤环境污染对已经污染的土壤环境进行治理 6 一 土壤的组成和性质 一 土壤的组成 土壤是环境中特有的组成部分 是一个复杂的物质体系 它的组成包括 1 固相 矿物质与有机质 2 液相 土壤水分或溶液 3 气相 土壤空气 7 三相在土壤中的比例分配 按容积计分在较理想的土壤中 矿物质约占 38 45 土壤孔隙约占 50 有机质约占 5 12 按重量分 余下为土壤孔隙 包括水分 空气 有机质约占 1 10 矿物质约占 90 95 8 二 土壤的矿物质 岩石 生物活性和疏松多孔的土壤 风化 成土过程 土壤矿物是土壤的主要组成物质 构成了土壤的 骨骼 一般占土壤固相部分重量的95 98 固相的其余部分为有机质和土壤微生物 9 1 土壤矿物质的组成 结构和性质 1 土壤的物理性质 2 土壤的化学性质 3 生物与生物化学性质 土壤矿物组成是鉴定土壤类型 识别土壤形成过程的基础 10 土壤矿物质 地壳岩石和母质 原生矿物 直接来源于岩石的物理风化作用的碎屑 次生矿物 1 原生矿物的分解 2 次生粘土矿物的合成 次生矿物是土壤矿物质中最细小的部分 粒径 0 001mm 具有胶体特性 影响土壤许多物理化学特性 11 2 土壤矿物的机械组成 土壤矿物质 岩石风化 成土过程 12 书P111页表4 2 13 不同土壤 其机械组成各不相同 根据土壤中各种粒级的重量百分数组成 可把土壤分为若干类 自然界的土壤都是由很多大小不同的土粒 按不同的比例组合而成的 各粒级在土壤中所占的相对比例或重量百分数称为土壤的机械组成 土壤质地 14 书P112图4 3 15 三 土壤有机质 植物 动物 微生物 分解转化 土壤有机质 10 腐殖质 16 腐殖质在土壤中的存在方式 1 以有机 无机复合体存在 2 与粘粒结合 3 游离的腐殖酸 4 腐殖酸盐类 5 以Fe Al的凝胶态存在 17 土壤有机质的意义 1 含有植物生长所需营养元素 是土壤微生物生命活动的能源 2 对重金属 农药等各种有机 无机污染物的行为有显著的影响 3 土壤有机质对保持肥力 保护环境和农业可持续发展具有重要的作用 18 土壤有机质的化学组成 糖类 木质素 有机氮 脂肪 蜡质 单宁 木栓质 角质 有机磷 灰分 19 土壤中的有机质组成及作用4 3P112 20 四 土壤空气 土壤孔隙 土壤空气 甲烷 硫化氢 磷化氢 二硫化碳 乙烷等二十多种气体 21 五 土壤溶液 土壤水分 钠 钾 镁 钙 氯 硫酸根 碳酸氢根 硝酸根 土壤溶液 22 六 土壤剖面形态 在土壤的形成过程中 由于物质在土壤中的垂直迁移和累积的结果 促使土壤中物质发生淋溶和聚集 因而在土壤层次中发生垂直分化 土壤剖面 覆盖层 A0 有机质 淋溶层 A 发生水溶性物质向下淋溶作用 淀积层 B 位于表土与底土之间 母质层 C 岩石风化的残积物或运积物 风化层 D 没有受成土过程的影响 23 二 土壤的物理化学性质 一 土壤的物理性质 1 土壤结构 一般把土壤颗粒 包括单独颗粒 复粒和团聚体 的空间排列方式及其稳定程度 孔隙的分布和结合的状况 一定条件下 良好的土壤结构有利于植物根系活动通气 保水和保肥等 良好的土壤结构 土壤颗粒小 土粒细 粘结力强 利于形成复粒 24 2 土壤孔隙 以上性质决定于土壤的密度 土壤的粘结性和结持性等土壤的物理性质 从而决定土壤的可耕性 土壤孔隙包括 大孔隙 非毛管孔隙 不能吸收水分 易通气 透水 小孔隙 毛管孔隙 能吸持水分 不易通气透水 土壤质地 结构性能 有机质含量都对土壤孔隙状态产生重要的影响 25 二 土壤胶体及土壤吸收交换性 1 土壤胶体 颗粒直径小于2微米或1微米 具有胶体性质的微粒 一般土壤中的黏土矿物和腐殖质都有胶体性质 直径小于2微米的土壤胶粒带有大量的负电荷 特点 土壤胶体是固体颗粒中最细小的微粒 也是物理性质和物理化学性质最活泼的部分 26 土壤胶体 其他物理性质 土壤污染与净化 氧化 还原反应 缓冲作用 酸碱反应 保肥 供肥能力 土壤胶体的作用 27 2 土壤胶体的类型 1 有机胶体 主要是腐殖质和生物生理活动的产物 2 无机胶体 主要是细颗粒的粘土微粒 3 有机 无机复合胶体 是由土壤中的一部分矿物胶体和腐殖质胶体结合在一起所形成的 按其成分及来源分为 28 3 土壤胶体的性质 A 巨大的表面积和表面能 B 电荷性质 C 分散性和凝聚性 土壤胶体主要是阴离子胶体 它在阳离子作用下凝聚 阳离子凝聚能力大小顺序为 Fe3 Al3 Ca2 Mg2 K NH4 Na 29 溶胶 胶体微粒分散在水中成为胶体溶液 凝胶 胶体微粒相互凝聚呈无定形的凝胶体 凝聚作用 由溶胶凝聚成凝胶的作用 分散作用 由凝胶分散成溶胶的作用 30 4 土壤的吸附与交换 吸附 生物吸收 植物和土壤微生物对营养物质的吸收保蓄作用 机械吸收 对不溶性颗粒的作用最有效 物理吸收 分子吸收 是对分子态物质的吸附作用 化学吸收 土壤溶液中的可溶性物质相互作用 产生难溶性化合物而固定在土壤中 物理 化学吸收 离子交换 1 土壤的吸附作用类型 31 交换类型 阳离子交换 土壤胶体吸附的阳离子和土壤溶液的阳离子进行交换 阴离子交换 土壤胶体主要带负电荷 但在酸性土壤中 也有带正电荷胶体 所以可进行阴离子交换 2 离子交换作用 32 三 土壤的酸碱性和氧化 还原性 一 土壤的酸碱性 土壤pH值 微生物活动 有机物分解 营养元素释放 元素的迁移 33 1 土壤酸度 1 活性酸度 由土壤溶液游离的H 所引起的 酸度大小取决于溶液中的 H 土壤酸碱度 强酸性 pH 5 0 酸性 pH5 0 6 5 碱性 pH7 5 8 5 中性 pH6 5 7 5 强碱性 pH 8 5 34 2 潜在酸度 土壤胶体吸附的H 及Al 水解所引起的 3 交换酸 过量的盐类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 4 水解酸 用弱酸强碱盐溶液处理土壤时 交换的H 所表现出的酸性 35 2 土壤碱度 土壤中的Na2CO3 NaHCO3 CaCO3以及胶体上交换性的Na 水解后 使土壤显碱性 碱土种类 弱碱化土 5 10 中碱化土 10 15 强碱化土 15 20 碱土 20 36 3 土壤酸碱性对元素有效性的影响 当pH7 8 5范围内 Ca2 Mg2 有效性最大 土壤中的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的影响 即pH值影响 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Mn2 Cu2 Zn2 的缺乏 37 4 土壤的氧化 还原性 土壤中有很多有机和无机的氧化性和还原性物质 因此 使土壤具有氧化 还原的特性 土壤中的氧化 还原物质种类繁多 大致可分为无机体系和有机体系两大体系 1 无机体系中有 氧体系 铁体系 锰体系 硫体系 氢体系 2 有机体系中有 a 不同分解程度的有机物b 微生物及其代谢产物c 根系分泌物d 能起氧化还原反应的有机酸 酚醛 糖类 38 四 土壤环境污染 概念 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度 引起土壤质量恶化的现象 土壤 污染物 物理吸附 生物吸收 化学沉淀 理化吸附 过滤阻留 土壤污染 一 土壤污染和净化 1 土壤污染 39 2 土壤净化 土壤本身通过吸附 分解 迁移 转化等 而使土壤污染物质的浓度降低或消失的过程 土壤净化的原因 1 土壤含有微生物和土壤动物 分解转化外界物质 2 土壤中含有各种胶体 对外界物质有蓄积作用 3 植物吸收作用 土壤污染物质发生转化和转移 40 土壤污染物 挥发 扩散 分解 逐步降低污染物的浓度 减少毒性 沉淀 胶体吸附 污染物发生形态变化 退出生物小循环 生物化学降解 毒性减弱或转变为营养物质 分解 汽化 进入大气 挥发 扩散 分解 挥发 扩散 分解 挥发 扩散 分解 挥发 扩散 分解 挥发 扩散 分解 挥发 扩散 分解 沉淀 胶体吸附 沉淀 胶体吸附 沉淀 胶体吸附 沉淀 胶体吸附 沉淀 胶体吸附 生物化学降解 生物化学降解 生物化学降解 生物化学降解 生物化学降解 生物化学降解 分解 汽化 分解 汽化 分解 汽化 分解 汽化 分解 汽化 分解 汽化 41 污染物质 土壤 土壤功能失调 土壤质量下降 影响植物生长 植物吸收富集 42 二 土壤污染源 1 工业污染源 主要为 三废 废水 废气 废渣 影响 三废 中含有多种污染物 其浓度较高一旦进入农田 在短时间内即可引起土壤 作物危害 土壤是一个开放系统 与其他环境要素进行着能量和物质的交换 因而造成土壤污染的物资来源是极为广泛的 主要有 43 2 农业污染源 农业生产本身带来的污染物包括 1 化学农药 杀菌剂 杀虫剂 除草剂等 2 化学肥料 N P K肥的施用 3 牲畜排除的废物 44 3 生物污染源 主要为人粪尿 生活污水及被污染的河水等 若直接施用于土壤 会使土壤产生严重的水体污染问题 4 其他污染源 1 自然状况 火山喷发 自然灾害等 2 大气污染源 沉降物 非工业污染物 3 矿山附近的土壤 风化 分解 45 三 土壤污染物质 1 有机物类 2 重金属污染物 3 放射性物质 4 化学肥料 5 致病的微生物 土壤污染物质是指进入土壤中并影响土壤正常作用的物资 即会改变土壤的成分 降低农作物的数量或质量 有害于人体健康的物资 按污染物的性质分为 46 四 土壤污染的发生类型 1 水体污染型来源 工矿企业废水和城市生活污水特点 沿河流或干支渠呈枝形片状分布 2 大气污染型 3 农业污染型 4 固体废弃物污染型 47 五 重金属对土壤的污染 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 48 49 六 化学农药对土壤的污染 一 农药与生态系统 目前 世界上生产使用的农药已达1000多种 其中大量使用约100多种 每年化肥农药的产量约300万吨 主要为有机氮 有机磷 有机氯 有机砷和氮基甲酸酯等五大类 现代农业增产 农药是主要手段和措施 且在未来长时间内 农业生产力的提高在一定程度上仍依靠农药所广泛利用 50 我国农药产量为20万吨 占世界第四位 农药品种近百种 而且每年还从国外进口70万吨 平均使用农药量位100g 亩 由于日益增加的化学农药的施用 又带来了一系列的环境污染和生态失衡问题 51 化学农药进入环境和生态系统的危害有 1 大量的农药使用 不仅对害虫有杀伤作用 而且对害虫的 天敌 及传粉昆虫 益虫 益鸟也有杀伤作用 52 2 长期施用同类农药 致使病虫害产生抗药性 因而增加农药用量 种类和次数 增加农药费用和成本 3 长期大量使用农药 使之在环境中逐渐积累 造成严重的大气 水体及土壤污染 危及人类和生物的生存 53 4 对人体健康的影响 农药与生态的关系主要表现在 1 对大气的污染 2 对水体的污染 3 对土壤的污染 54 农药对人体健康的影响主要有 2 致癌作用 当农药通过大气 水体 土壤等途径进入人体后 积累于脂肪和肝脏中 其危害有 1 对神经的影响 3 对肝脏的影响 4 诱发突变 5 慢性中毒 55 二 主要的农药类型 1 按化学组成分为 有机汞农药 有机磷农药 有机氯农药 有机砷农药 氨基甲酸酯 56 2 按环境中存在状态 粉状 可溶性液体 挥发性液体 3 按其作用方式分 胃毒性 触杀性 熏蒸性 57 三 农药在土壤中的迁移 降解及残留 1 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 也会因外界因素落入土壤 2 使用浸种 拌种 毒谷等施药方式 或是将农药直接撒至土壤中 造成污染的积累 3 近年来所采用的喷射方式 58 七 土壤污染的防治 土壤污染的几个特征 1 土壤污染的潜伏性 2 土壤污染的不可逆性 3 土壤污染的长期性 4 土壤污染的后滞严重性 59 一 控制和消除土壤污染源 1 控制和消除工业 三废 排放 2 加强土壤污灌区的监测和管理 3 合理施用化肥和农药 4 增加