环境管理_土壤退化污染

土壤退化与防治 土壤退化 土壤退化指数量的减少和质量的降低 即在自然环境的基础上 因人类不合理开发利用而加速的土壤质量和生产力下降的现象和过程 数量退化指具有农林牧生产力的土壤面积的减少 质量退化指土壤性质的恶化 土壤肥力与环境质量的下降 土壤退化的分类 土壤退化 土壤侵蚀 土壤沙化 土壤盐化 土壤污染 土壤性质恶化 耕地的非农业占用 水蚀 冻融侵蚀 重力侵蚀 风蚀 盐渍化和次生盐渍化 碱化 重金属 盐碱 农药 有机废物 化肥 废矿物 放射性物质 虫菌病毒 土壤板结 潜育化 酸化 养分亏缺 我国土壤资源面临的主要问题和格局具有明显的区域特征 西北地区 水土流失和各种营力作用下的土壤侵蚀 土地荒漠化与土壤盐渍化是土壤退化作用的主要表现形式 东北地区 水土流失和土壤肥力衰退是黑土资源当前面临的主要问题 东南沿海地区 耕地资源大规模占用 土壤污染日趋严重 西南地区 酸雨导致土壤酸化等因素造成土壤质量下降 中部地区 中低产田分布面积比例大 土壤相对贫瘠 养分不平蘅 1 土壤沙化 土壤沙化 主要是风蚀和风力堆积过程 1 1原因 极端干旱及大风过渡放牧乱挖乱樵水资源萎缩过渡开垦森林植被破坏 土壤沙化 1 2土壤沙化的危害 土地贫瘠化 1 2土壤沙化的危害 植被退化 适宜性变差 1 2土壤沙化的危害 土地沙化 利用程度降低 1 2土壤沙化的危害 沙尘暴 环境恶略 1 3土壤沙化的防治 草方格沙障 1 3土壤沙化的防治 营造防护林 1 4土壤沙化的防治 选种适生植物 1 5土壤沙化的防治 种植耐旱作物 1 6土壤沙化的防治 培育生物土壤结皮 1 7土壤沙化的防治 退牧还草 1 8土壤沙化的防治 减少耕作次数 少耕免耕 1 9土壤沙化的防治 秸杆覆盖 2 土壤 水土 流失 2 1概念土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型 水土流失 洪水引起的冲刷 降雨对裸土产生的沟蚀 2 3水土流失的危害 2 3 1土壤薄层化2 3 2土壤质量下降2 3 3生态环境进一步恶化 水土保持 等高种植 水土保持 沿等高线营造防护林 水土保持 陡坡地退耕还林 水土保持 水土保持 修水窖雨季蓄水 水土保持 生物工程 水土保持 生物措施 水土保持 生物措施 水土保持 工程措施与生物措施结合 南方丘陵山区的石埂梯田 水土保持 修建梯田 水土保持 沟道种植灌木防切沟发展 水土保持 梯田及培肥 水土保持 粮食作物与水保林间作 水土保持 沿等高线修梯田 3 土壤盐渍化 概念 土壤地表面积盐的过程 3 1土壤盐渍化的三条件3 1 1蒸发量大于降水量 3 1 2地下水位超过临界水位 3 1 3地下水矿化度高 3 4土壤次生盐渍化的防治 合理利用水资源 灌排配套发展 实施合理的灌溉制度 采用节水灌溉技术 减少渠系渗漏损失 改变种植制度 因地制宜建立生态农业结构 精耕细作 第四节土壤污染概述 1 1土壤背景值 土壤背景值是指未受人类污染影响的情况下 土壤在自然界存在和发展过程中其本身原有的化学组成 化学元素和化合物的含量 也称本底值 土壤背景值的应用 1 2土壤的自净作用 进入土壤的污染物 在土壤矿物质 有机质和土壤微生物的作用下 经过一系列的物理 化学及生物化学反应过程 降低其浓度或改变其形态 从而消除污染物毒性的现象 土壤自净作用的三种类型 物理自净化学和物理化学自净生物化学净化 土壤是一个疏松多孔的多相体系 污染物质在土壤中可通过挥发 稀释 扩散和随水迁移而排出土体 此过程是与土壤温度 含水量的变化 土壤质地以及层次构型相关的 土壤的自净作用 三相体系 物理自净 土壤是一个胶体体系 络合 螯合体系 氧化还原体系和酸碱缓冲体系 进入土壤中的污染物质通过与土壤进行吸附解吸 沉淀溶解 络合解络 氧化还原等作用过程而改变其存在形态及其生物有效性 土壤的自净作用 土壤无机胶体 蒙脱石粘粒矿物 土壤有机胶体 腐殖质 粘粒胶膜 化学和物理化学自净 土壤的自净作用 生物化学自净 土壤是一个生物体系 有机污染物通过生物吸收 降解而发生转化或消散 进入到土壤中的各种污染物质 一方面受到上述土壤物理 化学及生物化学过程的控制和影响 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 完全可能改变上述过程的方向 性质和速度 当进入量超过土壤的净化力时 就将导致土壤污染即土壤污染发生 1 3土壤环境容量 指土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准 既保证农产品产量和生物学质量 同时也不使环境污染时 土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量 根据土壤环境容量与实际含量相比较 反映区域内的污染状况和环境质量水平 从总量控制上提出环境治理和管理的具体措施 一般根据田间采样测定和盆栽试验 求出土壤中不同污染物使某一作物体内残毒达到食品卫生标准或使作物生育受阻时的浓度 1 4土壤污染的概念及特征 土壤污染的概念 土壤污染的特点隐蔽性和滞后性累积性和持久性间接有害性 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 作物中某些指标超过国家标准的现象 1 5土壤污染源 污水灌溉污染 利用城市污水或工业废水灌溉农田或是污染水质随着灌溉而进入土壤施肥污染使用农药污染如杀虫剂 杀菌剂 除草剂等 工业废气污染工业废气和粉尘 烟尘 金属飘尘等随大气沉降进入土壤 工业废渣和城市垃圾污染 1 6土壤污染物质 有机农药 如杀虫剂 杀菌剂 除草剂等 化学肥料 主要为氮 磷肥的过量施用所造成 重金属 主要指镉 汞 铅 铬 铜 锌 砷 镍等 有机废弃物 矿物油类 表面活性剂 废塑料制品 酚 三氯乙酸 是许多化工产品的原料 有机垃圾等 放射性污染物 存在于土壤本底的放射性元素有40K 14C等 磷肥中含铀系放射性衰变物质对农田也会产生一定程度的污染 有害微生物 寄生虫 病原菌 病毒等 1 6土壤污染的危害 土壤 土地 生产力下降 环境污染加剧 1 6土壤污染的危害 云南滇池爆发蓝藻 政府 军队 村民紧急出动治理 食品质量受到威胁 1 6土壤污染的危害 据2000年全国14个省会城市2110个样品的抽样调查 蔬菜中农药 重金属和亚硝酸盐超标率分别高达31 1 23 5 和12 1 据不完全统计 广州自1997年至2001年共发生因蔬菜农药残留引发的食物中毒事件28起 中毒415人 第二节土壤的农业污染 2 1农药污染 农药在防治植物病 虫 草害和防治传染病害等方面起着重要的作用 土壤是农药的主要承受者 大量而连续地施用 导致土壤污染 根据农药防治对象的不同 可将其分为 杀虫剂 杀菌剂 除草剂 灭鼠剂 2 1 1土壤农药的污染概述 1 土壤对化学农药的吸附作用 2 农药在土壤中的挥发 扩散和迁移 3 化学农药在土壤中的降解作用 2 1 2农药在土壤中的转化 施用化学肥料是提高农业生产产量的重要措施 但如果不考虑具体的土壤 气候条件以及农作物的营养特点 而长期过量的使用化肥 就会破坏土地资源 造成环境污染 对人类健康构成威胁 2 2化肥污染 2 2 1氮肥对环境的污染对土壤及作物的影响 硝酸盐及亚硝酸盐的毒性 造成水体的富营养化对大气的污染2 2 2磷肥对环境的污染施入土壤中的磷肥除少部分被作物吸收利用外 大部分被土壤所固定 磷肥因其本身含有各种污染物质 从而造成土壤 作物的污染 主要有 1 重金属污染 2 氟污染 3 放射性污染 4 造成水体的富营养化 我国化肥利用率低 氮仅为30 35 低于世界发达国家10 15个百分点 我国每年损失肥料氮量达900万吨 相当于尿素1900多万吨 约合人民币350亿元 大棚种植的蔬菜硝酸盐超标严重 如北京市人均每日从蔬菜中摄入的硝酸盐为885mg 超出WHO规定摄入量的302 化肥大量施用和损失还导致湖泊河流富营养化和全球气候变暖等 30 以上湖泊富营养化 三 重金属污染物在土壤中的变化 目前我国受镉 砷 铬 铅等重金属污染的耕地面积近2000万公顷 约占总耕地面积的1 5 其中工业 三废 污染耕地1000万公顷 污水灌溉的农田面积已达330多万公顷 土壤重金属污染物主要有主要指镉 汞 铅 铬 铜 锌 砷 镍等 它们在土壤中的活性小 易于积累 土壤一旦被其污染则极难消除 其中镉和砷是极毒的 汞 铅 镍是中等毒性 硼 铜 锰 锌的毒性较低 土壤中的重金属来源主要是 三废 的排放所致 酸性条件下 镉化合物的溶解度增大 毒性增强 碱性条件下 形成氢氧化镉沉淀 氧化条件下 活性或毒性增强 还原条件下 形成CdS2和其他难溶性化合物 3 1主要重金属在土壤中的行为 镉 Cd 金属镉无毒性 但镉的化合物毒性极大 而且属于积蓄型 引起慢性中毒的潜伏期可达10 30年之久 铬 Cr 金属铬无毒性 三价铬有毒 六价铬毒性更大 还有腐蚀性 对皮肤和粘膜表现为强烈的刺激和腐蚀作用 还对全身有毒性作用 铬对种子萌发 作物生长也产生毒害作用 土壤有机质 促进对铬的吸附与螯合作用 Cr6 被还原成Cr3 粘土矿物 铬有较强的吸附作用 粘土矿物对Cr3 的吸附能力为Cr2O72 的30 300倍 PH 中性和碱性条件下 Cr3 可以形成Cr OH 3沉淀 Eh 低Eh值时 Cr6 被还原成Cr3 土壤中铬存在形态的影响因素 土壤中的砷由于易于为胶体所吸附 或与有机物络合螯合 或与土壤中的铁 钙 镁等结合成难融性化合物 而难以迁移而在土壤中累积 砷 As 土壤中的砷酸和亚砷酸随氧化还原电位的变化而相互转化 土壤中的砷多呈砷酸形态 包括砷酸盐 五价 和亚砷酸盐 三价 无机或有机砷化合物都有毒性 有机砷对植物的可给性或毒性较弱 且易在土壤中转化为无机态 无机态亚砷酸盐类的毒性比砷酸盐类强 一般认为亚砷酸盐对作物的危害高达砷酸盐的3倍 铅对人体神经系统 血液和血管有毒害作用 并对卟啉转变 血红素合成的酶促过程有抑制作用 早期症状为细胞病变 引起慢性中毒后 出现贫血 高血压 生殖能力和智能减退 特别是儿童脑机能减退 等症状 铅急性中毒的症状为便秘 腹绞痛 伸肌麻痹等 铅 Pb 在中性至碱性条件下形成的Pb3 PO4 2和PbCO3的溶解度很小 植物难以吸收 故在石灰性及碱性土中 铅的污染实际上并不严重 土壤的粘土矿物及有机质对铅也起者强吸附作用 且随土壤pH的增高而增强 除镍以外都是植物生长所需的微量元素 但在土壤中的累积量超过一定限度 对植物有害 而成为土壤的污染物 土壤pH值 有机质含量以及氧化还原条件等显著影响着这些元素在土壤中的变化 在pH 6 5 同时 土壤通气良好时 它们可分别形成植物不易吸收的氧化物或氢氧化物而沉淀 粘土矿物可牢固的吸附锌 铜 镍而使它们失去活性 锌 铜 镍 锰 有机质能对这些离子进行鏊合 从而增加了它们的移动性 植物的吸收可能增加 有机质对它们鳌合能力的大小为铜 镍 锌 锰 pH的影响pH值降低 铅 铜 锌 铬等易转化为水溶性的重金属盐类 pH值越低其活动度越大 越易于迁移 pH增高 某些重金属则转化为难溶性化合物如CdS HgS等 pH值越高 它们越易于趋于固定而减低其活性 在土壤中容易积累 类金属砷例外 3 2土壤性质与土壤重金属污染 重金属进入土壤后除发生空间的位移外 还必然出现形态上的变化 从而改变其活性 以致表现出不同的毒性 重金属在土壤中存在的形态 受pH Eh 有机质 质地等各种因素的影响 Eh的影响通过影响在土壤中的各重金属价态变化影响到重金属在土体中的富集量和毒性 有机 无机胶体的吸附作用 贯彻 预防为主的原则 彻底清除污染源 对已经污染的土壤 必须采取一切有效的措施加以改良 从而提高土壤的环境质量 促进人类与动植物的健康成长 珍惜财富之源保护土壤资源 土壤污染的防治 依法预防 彻底消除污染源 发展清洁生产严格执行国家有关污染物排放标准 如农药安全使用标准 工业三废排放标准 农用灌溉水质标准 生活饮用水质标准等 控制 三废 的排放 加强污灌管理 控制化肥农药的使用 植树造林 保护生态环境 建立土壤污染监测 预报与评价系统 4 1土壤污染的预防措施 当前的主要工作是继续进行区域土壤背景值的研究 调查区域土壤污染状况和污染程度 对土壤环境质量进行评价和分级 确定区域污染物质的排放量 允许的种类 数量和浓度 生物修复 通过生物降解或植物吸收净化土壤 4 2污染土壤的综合治理措施 蚯蚓 作物 蚯蚓能够富集污泥中重金属重金属Cd Cr Cu Zn并降低其交换态的含量 进而降低小白菜中重金属的含量 超积累植物 东南景天SedumalfrediiH Zn Cd hyperaccumulator 河流植被生态修复工程 木栅栏石笼生态护岸技术 湿地植被的多级抗污调控 拦截型生态沟渠 河网区农村面源污染控制成套技术 施用化学物质 通过施用化学改良剂及抑制剂改变污染物质在土壤中的存在形态及转化方向 如 酸性土壤施用石灰 可提高土壤pH值 使镉 锌 铜 汞等形成氢氧化物沉淀 从而降低它们在土壤中的浓度 减少对植物的危害 对于硝态氮积累过多并已造成地下水污染的土壤 可施用配施脲酶抑制剂 硝化抑制剂等化学抑制剂 以控制硝酸盐和亚硝酸盐的大量累积 4 2污染土壤的综合治理措施 增施有机肥料 增加土壤胶体对重金属和农药的吸附能力 同时土壤腐殖质可络合污染物质 显著提高土壤钝化污染物的能力 从而减弱其对植物的毒害 调控土壤氧化还原条件 Eh是影响重金属变价元素在土壤中化学行为的重要因素 通过调节土壤水 气比例来调节土壤Eh 使某些重金属污染物转化为难溶态沉淀物 从而降低其危害程度 如水田淹灌 Eh可降至160mv时 许多重金属