土壤资源..doc

农业与土壤环境农业的土壤环境土壤的环境容量与缓冲性土壤污染来源农药对土壤的污染 土壤污染的防治 环境背景值环境容量土壤污染土壤污染来源农药的概念 农药在土壤中的迁移转化土壤污染的防治1 农业的土壤环境1.1 土壤环境土壤是覆盖在地球表面的疏松表层。这个覆盖在地球岩石表层的连续体被称为土壤圈。近几年关于土壤圈的研究越来越多，因为大家逐渐认识到土壤是生物和环境之间物质和能量交换的主要场所，是全球物质和能量进行传递、转化的一个主要载体。决定土壤质量优劣的因素是土壤的物理、化学和生物学性质的优劣程度，以及土壤的污染程度。土壤是一个开放的系统，其大环境包括：土壤的物理环境、化学环境和微生物环境。1.2 土壤的物理环境和生物生长土壤的固、液、气三相。固体包括岩石风化的矿物质、生物残体和腐殖质组成的有机质和各类生物。矿物总重量占土壤重量的95%、土体容积的38%；有机质和各种生物占固体重量的5%以下、土体容积的12%。液相主要是土壤水分，是溶解有各种物质的土壤溶液。气相是土壤空气，和土壤溶液互为消长，浮动范围在15%35%。矿物质：土体容积的38 重量95有机质：土体容积的12 重量 5土壤水分：1535土壤空气：1525自然界的土壤都是由大小不同的土壤颗粒组成的。土壤学上把大小相近、性质相似的土壤颗粒分为一组，称为粒级。各粒级在土壤中的相对比例或重量百分数为土壤的机械组成或者土壤质地。土壤是个复杂的多孔体，因此土壤中孔隙度容积较多，并且大小孔隙度搭配和分布要适当。与土壤物理性状有关的因素有土壤质地、土壤孔性（孔隙度）、土壤水分及导水性、土壤空气及通气性、土壤温度及导热性。其中，土壤质地是决定土壤水、肥、气、温等特性的重要因素。良好的土壤质地和结构可以提供作物生长所需要的水、肥、气、热条件。土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换，以及土体内允许气体扩散和通气的能力。土壤通气状况影响根系吸收矿质营养、土壤微生物的活动。土壤的通气状况又与土壤的导水性、导温性有关，最终影响作物的生长。1.3 土壤的化学环境与植物生长土壤的化学性质主要是指土壤胶体性质和土壤的酸碱性。直径在1100微米的土壤颗粒为土壤胶体。胶体在土壤中分布均匀，且具有很大的比表面和自由电位，可以与土壤溶液中的离子发生离子交换吸附和配位吸附。土壤吸附阳离子的数量称为阳离子交换量（CEC），单位为mol/kg 。土壤阳离子交换量影响土壤缓冲能力的高低，是衡量土壤肥力的重要指标，也是评价土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依据。阳离子交换量的主要影响因素土壤胶体类型，不同类型的土壤胶体其阳离子交换量差异较大。例如，有机胶体蒙脱石水化云母高岭石含水氧化铁、铝。土壤质地越细，其阳离子交换量越高。对于实际的土壤而言，土壤黏土矿物的SiO2/R2O3比率越高，其交换量就越大。土壤溶液pH值，因为土壤胶体微粒表面的羟基（-OH）的解离受介质pH值的影响，当介质pH值降低时，土壤胶体微粒表面所带的负电荷也减少，其阳离子交换量也降低；反之就增大。1.3 土壤的化学环境与植物生长土壤酸碱性通过土壤中氢离子和铝离子的活度对根系的生长产生作用。胶体吸附较多的氢离子和铝离子是土壤变酸的主要原因；吸附较多的钠离子则是碱性土壤的特征。我国土壤以长江为界具有“南酸北碱”的规律。1.3 土壤的化学环境与植物生长土壤的养分状况 土壤的全量养分和有效养分 前者反映了土壤养分的资源储量，后者反映了土壤养分对植物的有效程度。大量施用氮肥土壤酸化污水灌溉或长期施用重金属含量高的磷肥重金属污染农用化学药剂有机物污染1.4 土壤的生物环境和植物生长土壤中的生物在生态系统中既是消费者也是分解者，对土壤的物质循环和肥力形成有着巨大的贡献。但目前的农业栽培模式（高化肥投入、低有机质返还）一方面影响了土壤的物理性质和化学性质，另一方面也造成了土壤中微生物食物来源的不足和微生物种群数量的减少。另外，重金属对土壤微生物的生存状况造成一定程度的影响。2 土壤的环境容量与缓冲性进入土壤中的有机和无机污染物质是否影响植物的生长品质，主要受土壤环境容量和缓冲性质的影响。 2.1 环境背景值岩石在风化过程中，自然界的各种化学元素都可能存在于土壤中，其化学元素的组成受母质、成土因素等的影响，所以不同地带和不同母质形成的土壤，其化学元素组成存在差异。在未受或少受污染的土壤中，元素和化学物质的组成就是土壤的环境背景值。土壤的环境背景值是评价土壤环境质量的基本依据。污染物进入土壤后的组成、数量、形态和分布变化都要和背景值相比才可以分析和判断。2.2 环境容量 土壤环境静容量：土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大允许量或负荷量，实际上是土壤污染的起始值和最大负荷之间的差值。土壤环境动容量：一定时限内，在遵循环境质量标准的前提下，一定土壤环境单元既维持土壤生态系统正常的结构与功能、保护农产品的产量和质量，又不使环境受到污染时，土壤所能容纳的污染物的最大负荷量。土壤环境动容量考虑了土壤环境的自净作用与缓冲性能，即土壤污染物的输入、输出过程及累积作用等。土壤的动容量（环境容量）=土壤环境静容量+土壤的净化量 土壤环境容量的影响因素：环境质量标准值、污染物的性质、土壤生态系统的抵抗力、自净力和恢复能力。环境质量标准值通常根据土壤的应用功能和保护目标来确定。2.3 环境的缓冲性 土壤对进入其中的污染物质所具有的缓和污染物的能力。土壤的缓冲作用取决于土壤的组成及其性质，主要的影响因素有：土壤的物理性质、胶体吸附、对污染物的配位和鳌合、氧化还原反应、酸碱性、微生物降解。2.4 土壤污染土壤污染的概念：土壤污染是指污染物质进入土壤，并在土壤中不断累积，引起土壤的组成、结构和功能发生变化，从而影响植物正常的生长和发育，以致在植物体内积累，使作物产量和质量下降，最终影响人体健康。 污染物质进入土壤后，并不一定引起土壤污染，因为土壤自身有净化能力，进入土壤的污染物，一方面通过土壤的物理吸附、过滤阻留、胶体的物理化学吸附、化学沉淀、生物吸收等过程，使污染物在土壤中不断累积，当其含量达到一定数量时，便引起土壤污染。 同时，某些污染物可以在土壤中通过挥发、扩散、分解等作用逐步降低污染物浓度，减少毒性或经沉淀、胶体吸附等作用使污染物发生形态变化，变成难以被植物利用的形态存在于土壤中，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甚至有营养的物质，这些都是土壤的净化。 3.1 工业污染源工业废水、废气、废渣中其污染物浓度一般较高，一旦进入农田，在短时间内即可引起土壤污染。一般来说直接由工业“三废”引起的土壤污染仅限于工业区周围数公里，数十公里范围内。而大面积的由工业“三废”引起的土壤污染则是间接的，或由于以废渣形式作为肥料施入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。3 土壤污染来源3.2 农业污染农业本身产生的污染主要是由于化学农药，除草剂等的施用范围不断扩大，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、降雨最后再归入土壤，经常使用农药是土壤农药残留的主要来源。3.3 生物污染源人粪尿和畜禽养殖业废弃物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，疾病蔓延。 2011年美国毒生菜（毒菠菜）事件点源污染和面源污染点源污染：因污染物发生于某一局部较小范围而引发污染的方式。有集中的污染发生点，污染物以发生点为中心或起始点进行扩散，污染物浓度较高且呈梯度下降。面源污染：污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体。起源于分散、多样的地区，地理边界和发生位置难以识别和确定；随机性强，成因复杂且潜伏周期长；污染物浓度常较点源污染低，但总负荷非常大；防治困难。3.4 土壤污染物质的主要种类(1) 有机物质 其中，数量较大而又比较重要的是化学农药， 化学农药的种类繁多，主要分为有机氯和有机磷两大类。 有机氯类：如DDT、六六六、艾氏剂、狄氏剂等。 有机磷类：马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等。 氨基甲酸脂类：其中有除草剂和杀虫剂。 苯氧羧酸类：主要有除草剂如2,4-D、2,4-T等。 苯酰胺类：全部为除草剂(2)氮素和磷素肥料；(3)重金属 如：As，Cd，Hg，Cr，Cu，Zn，Pb等；(4)放射性元素：如铯、锶等；(5)有害微生物类：如肠细菌、破伤风杆菌、肠寄生虫、结核杆菌、大肠杆菌等。 4 农药对土壤的污染4.1 农药的概念 所谓“农药”是泛指农业和林业上用来防治农作物病虫害和调节植物生长所施加的药剂的总称，主要有杀虫剂、除草剂、杀真菌剂、植物生长调节剂等。农药的有效利用率低。5-30%的药剂漂浮于空气中，40-60%的降落在地面上。4.2 农药在土壤中的迁移转化（1）土壤对农药的吸附作用进入土壤的农药，可通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配位键结合等形式吸附在土壤颗粒表面。本质上是土壤对农药的净化。 但这种净化作用不稳定（动态平衡），也是有限的。当加入的农药的量超过土壤的吸附能力，土壤就失去了对农药的净化效果。影响土壤吸附能力的因素 土壤胶体的种类和数量、胶体的阳离子组成、农药的成分和性质都直接影响土壤对农药的吸附。(2) 农药在土壤中的挥发、扩散和迁移进入土壤中的农药，在被土壤固相物质吸附的同时，还通过气体挥发、随水淋溶、为生物体吸收，进而导致大气、水体和生物污染。农药在土壤中的挥发速度主要取决于农药本身的溶解度和蒸汽压，与土壤温度、湿度有关。浓度越大、湿度越大、含水量越高、风速越大则挥发作用越强。（3）化学农药在土壤中的降解作用 农药在土壤中的降解包括光化学降解化学降解微生物降解光化学降解是指土壤表面受太阳辐射和紫外线等作用而引起的农药分解，大部分除草剂、DDT都能发生光化学降解。由于紫外光难于穿透土壤，故对土表以下的农药的作用较小。 化学降解包括水解、氧化、异构化、离子化等作用，其中以水解和氧化最为重要。例如有机磷农药主要是发生酸性水解。微生物降解是微生物通过各种生物化学作用参与农药的分解，是农药在土壤中的主要降解过程。受土壤的pH、有机物含量、温度、湿度、通气状况、代换吸附能力等因素的影响。农药绝大部分是有机化合物，所以，可被微生物降解，最终分解为CO2而消失。 土壤微生物对农药的降解，是土壤对农药最彻底的净化，但各种农药的性质和降解过程是很复杂的，有些剧毒农药，一经降解就失去了毒性，而另一些农药，虽然自身的毒性并不大，但它们的分解产物毒性很大；还有些农药，其本身和代谢产物都有较大的毒性。所以，在评价某一农药是否对环境有污染的时候，不仅要看药剂本身的毒性，而且还要注意代谢产物是否有潜在的危害。 （4）化学农药在土壤中的残留由于各种农药的化学性质及分解难易程度的不同，在一定的土壤条件下，每一种农药都有各自相对的稳定性，农药在土壤中的存留时间可用半衰期和残留量表示。半衰期：进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。 残留量：土壤中的农药因降解等原因导致含量减少而存留在土壤中的数量(mg/kg)。有机氯农药在土壤中的残留期最长，一般都有数年； DDT、六六六已被很多国家禁止使用（1986）；其次，是一些除草剂（均二氮苯类、取代脲类和苯氧乙酸类），在土壤中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的残留期只有几天或几周时间，所以它们在土壤中很少有积累。农药残留时间的长短还与土壤的性质有关，如土壤矿物质组成、有机质含量、土壤的酸碱度、氧化还原状况、湿度和温度，以及作物种类和耕作情况。 水溶性农药易随降水、灌溉水淋溶、渗滤，沿土体纵向进入地下水，或由地表径流、排灌水流失，沿横向迁移、扩散至周围水源，进而构成对水生环境中自、异养型生物的污染。脂溶性或内吸传导性农药易被土壤吸附，移动性差，而被作物根系吸收或经茎叶传输、分布、蓄积在当季作物体内，甚至对后季作物的二次药害和再污染，引起陆生环境中自、异养型生物的慢性危害。5 土壤污染的防治 基本方针是 “预防为主”。防治土壤污染的首要任务是控制和消除土壤污染源；对已经污染的土壤，要采取有效措施，清除土壤中的污染物，控制其迁移转化。 农业措施应与生物措施、改良剂措施配合使用5.1 控制和消除工业“三废”的排放大力推广闭路循环、无毒工艺，以减少或消除污染物质；对工业“三废”进行回收处理，化害为利，对“三废”的排放，一定要做到达标排放。利用污水灌溉、或使用污泥时要经常了解污染物质的成分、含量及其动态，控制污水灌溉数量和污泥施用量，以免引起土壤污染。 5.2 控制化学农药的使用对残留量高、毒性大的农药，应控制使用范围、施用的数量、次数和时间，提高喷洒技术；大力试制和发展高效、低毒、低残留的农药新品种，应大力研制那些对病虫害有防治效果、对非生物目标（如农作物）却没有妨害的新品种，即重视低毒、低残留农药的开发，以取代剧毒农药。 5.3 合理施用化肥，增施有机肥使用化肥的主要目的是补充土壤中缺乏的各种元素，但过量施用或施用不当，不但会造成土壤污染，还会引起水体污染。所以，应根据土壤特性、气候状况和农作物生长发育特点，配方施肥；控制有毒化肥的施用范围和用量；增施有机肥，以提高土壤有机质含量。由于不同形态的化肥对土壤特别是根际环境的理化性质有不同的影响，因此在污染土壤上施用恰当的肥料可以减少植物对重金属的积累。如不同磷肥降低作物体内镉浓度的能力依次为钙镁磷肥Ca(H2PO4)2 磷矿粉过磷酸钙；钾肥为K2SO4KCl。有机肥进入土壤