第三章-土壤污染概述分析.ppt

1,第三章土壤污染概述,2,土壤环境问题,土壤生态环境破坏问题土壤侵蚀水土流失土壤沙化土壤盐碱化土壤酸化等土壤污染问题,3,4,土壤侵蚀,土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。广泛应用的“水土流失”一词是指在水力作用下，土壤表层及其母质被剥蚀、冲刷搬运而流失的过程。,5,土壤沙化,自然因素和人为活动共同作用的结果。我国北方降水稀少，植被稀疏，加之全球气候变暖，持续干旱少雨，对土地沙化起到了加剧作用。然而，人口增长对生态环境容量的压力，“五滥”等人为因素是造成土地沙化扩展的根本原因：滥牧，滥伐，滥挖，滥垦，水资源的无序利用。,6,土壤盐碱化,土壤盐碱化，又称土壤盐渍化或土壤盐化，是指土壤含盐量太高（超过0.3%），而使农作物低产或不能生长。土壤中可溶性盐类随水向表层移动并积累下来，而使可溶性盐(如石膏)含量超过0.1%或0.2%。土壤中盐分的主要来源是风化产物和含盐的地下水。灌溉水含盐和施用生理碱性肥料也可使土壤中盐分增加。土壤盐碱化后，土壤溶液的渗透压增大，土体通气性、透水性变差，养分有效性降低，植物不能正常生长。,7,土壤酸化,土壤吸收性复合体接受了一定数量交换性氢离子或铝离子，使土壤中碱性(盐基)离子淋失的过程。酸化是土壤风化成土过程的重要方面，导致pH值降低，形成酸性土壤，影响土壤中生物的活性，改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤溶液中，对作物产生毒害作用。,8,土壤酸化,活性酸是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，其强度用pH来表示。土壤pH越小，表示土壤活性酸越强。潜性酸其由交换态的氢离子和铝离子等离子决定。当这些离子处于吸附态时，潜性酸不显示出来。当它们被交换入土壤溶液后，增加其氢离子浓度，才显示出酸性来。是可逆的过程。,9,第一节土壤污染概述第二节土壤重金属污染第三节土壤有机污染,10,第一节土壤污染概述,土壤污染的概念及评价指标土壤背景值、土壤环境容量的定义土壤净化的含义及主要机理了解土壤污染的来源、类型及主要污染物,11,一、土壤污染与净化,1、土壤污染（1）土壤污染定义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。,污染物：日本学者馆捻，人工引入土壤的化学物质；荷兰迪哈纳，土壤中出现的新的化合物，特别是有毒化合物，土壤原来含有的化合物不应包括在内，主要是指合成化合物；污染物是指与人为活动有关的各种对人体和生物有害的物质，包括化学农药、重金属、放射性物质、病原菌等,12,（2）土壤环境容量土壤背景值：指土壤在无污染或未污染时元素含量，特别是有害元素的含量。是指一定区域和时间范围内土壤中某些成分的代表性背景含量。无污染与未污染是相对于污染环境而言的，它指距污染源很远，污染物不易达到、而且生态条件正常的地区。,13,土壤背景值意义：环境科学的基础工作为农业、牧业服务地方病的诊治,14,土壤环境容量：土壤中的有害物含量从背景值起到达污染水平值之间的浓度范围就是土壤的环境容量。是针对土壤中的有害物质而言的。污染水平：在生物开始表现受害症状时的土壤有害物质浓度称为临界浓度或称土壤达到了污染水平。对于耐性强的植物，土壤的污染水平就应当以其体内有害物达到卫生标准时的土壤浓度作为土壤污染的标准。影响因素：土壤条件生物条件,15,（3）土壤污染指标a.植株减产10%时土壤中污染物的浓度b.植物可食部分的污染物浓度达到国家食品卫生标准时土壤中污染物的浓度c.土壤中污染物的背景值（X）加3倍的标准差（S），即X+3S,16,（4）土壤污染特点隐蔽性富集作用主要通过植物表现毒性持久性,17,2、土壤净化,（1）土壤净化的含义指土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化，而使土壤污染物的有效浓度降低，直至消失的过程,18,（2）土壤净化的机理：物理作用：挥发、稀释、扩散；决定因素有温度、湿度、土壤质地和结构、污染物特性化学作用：溶解、氧化还原、化学降解、化学沉淀作用，使污染物迁出土壤外，转化为其它物质，或变成难溶物不被植物吸收，而不改变土壤的结构和功能物理化学作用：土壤中有机和无机胶体的吸附、解吸、代换等过程生物化学作用：土壤微生物和动物降解污染物，植物吸收积累污染物,19,土壤被污染物污染的程度，决定于进入土壤的污染物的数量、强度和土壤自身净化能力的大小。,积累,净化,土壤污染,20,（1）、工业污染源按产品分冶金工业化学工业轻工业石油工业电力纺织工业机械工业建材工业,废气,废渣,土壤,废水,二、土壤污染源,21,（2）农业污染源农药、化肥及农用塑料薄膜造成土壤污染，虽然主要是工业产品造成，但主要仍由于农业活动所引起，所以，称它们为农业污染源。,22,化学农药产量高2000万吨（全球/年），我国50多万吨品种多500多种化肥产量高7000万吨（我国，1991年数据）利用率低30%左右有毒元素,23,农用塑料薄膜塑料薄膜覆盖技术的优点始于70年代，提高地温，保持土壤水分，抑制杂草生长，调节土壤营养，抑制盐碱上升等功能。在各种蔬菜、农作物、苗木培育、改良盐碱地等方面均取得极其明显的效果增产增收。塑膜面积已达226.67万公顷，农用薄膜数量超过百万吨。,24,塑料薄膜覆盖技术的问题作物农作物生长后期的早衰，产品品质相对低土壤理化性质土壤肥力的降低，水分、养分、空气、热量的传导受阻（薄膜碎片）。塑料污染土壤和农产品的污染问题。,25,塑料污染,26,（3）交通污染源有机污染物：PAHs等；有机物热裂化、焦化、燃烧等过程中生成。每燃烧1克的汽油可生成1250.4微克的BaP。无机污染物：Pb及其化合物；汽油添加剂（防爆）。在公路两侧100米范围内，土壤中含铅量可高达1000ppm。全世界有汽车两亿辆，所使用的四乙基铅达到40万吨，成为土壤的重要污染源无铅汽油,27,尘土样品中PAHs浓度(ng/g),28,（4）生活污染源生活废物的土地处理。煤灰、煤渣，生活垃圾,29,三、土壤污染发生类型,根据土壤污染的发生途径，可把土壤污染类型分为：水体污染型：沿河流或干支渠呈枝形片状分布大气污染型：以污染源为中心呈环状或带状分布，长轴沿主风向伸长农业污染型：与化肥、农药的数量、种类、利用方式及耕作制度有关。固体废弃物污染,30,四、土壤中主要污染物,有机物类,重金属,放射性物质,致病微生物,化学肥料,农药、多环芳烃（PAHs）等,Cd、Cr、Hg、Pb、Zn、Cu、Ni,Cs147,NO3-,病原菌,31,污染物分类,32,第二节土壤重金属污染,了解土壤重金属污染的特点以汞为例，分析土壤中重金属的主要迁移转化过程,33,土壤中常见重金属：主要有汞、镉、铅、铜、砷、铬、镍等。主要来源：母岩、污水灌溉、农药、化肥,一、土壤中重金属的来源,34,岩石-土壤-植物中元素的相关性,35,土壤重金属污染的特点积累性一般易于在土壤表层积累难治理性不降解，一旦表现出毒害作用，就难以消除危害性易在植物体内富集，影响作物生长、农产品安全、人类健康；危害性强弱与重金属形态有关,36,二、主要重金属在土壤中的迁移转化,37,一汞,1汞在土壤中的含量和形态（1）含量背景值：未受污染土壤中汞的背景值约在0.0l0.15毫克/千克。影响含量的因素：成土母质沉积岩比火成岩易于富集;成土过程石灰岩风化的土壤0.047，花岗岩风化的土壤0.026毫克/千克；污染程度城市土壤高于农村土壤,水俣病,38,39,（2）形态影响因素：pH值、氧化还原条件以及配位体有关。存在形态：离子吸附和共价吸附的汞（被粘土矿物和腐殖质所吸附）、可溶性汞、难溶性汞（如磷酸汞、碳酸汞和硫化汞）。按化学组成存在有金属汞、无机汞和有机汞。,40,2汞在土壤中的迁移转化在正常的土壤Eh和pH值范围内，汞能以元素汞存在，是土壤中汞的重要特点。硫化汞可看作为土壤汞化物转化的最终产物。（1）吸附固定主要吸附载体：土壤有机质腐殖质吸附的汞比粘土矿物吸附的汞高二倍；土壤有机质增加1%，汞的固定率可提高30%；去除腐殖质后，黑土和红壤对汞的固定率下降50%左右。土壤粘土矿物pH高时，汞主要被粘土矿物吸附；pH低时主要被腐殖质吸附。,41,1,1,1,1,1,42,主要吸附作用：电性吸附（库仑力）离子态汞易被粘土矿物吸附。络合（配位）吸附土壤中的RSH和RNH2等有机物络合汞。吸附的汞积聚在土壤表层。土壤对汞的吸附是相当牢固的，用水或EDTA络合剂都很难把吸附的汞浸提出来。,43,（2）氧化还原汞有三种价态：0、+1、+2。,44,（3）甲基化作用不溶性的无机汞易被生物吸收的有机汞,45,食物链,人体,46,（4）络合与螯合作用土壤溶液中存在的无机和有机配位体，最常见的无机配位体有Cl-、SO42-HCO3-、OH-，在某些情况下还有氟、硫化物和磷酸盐等，能与汞生成络离子。自然环境中最常见的是Cl-和OH-。可提高汞的溶解度和迁移能力,氧气充足,海水,47,（5）挥发作用受微生物群体所调节，如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和几种特殊的假单胞菌族能将Hg2+还原为元素汞，使元素汞因蒸汽压升高而挥发掉。,48,升汞泄露急救常识,泄漏：隔离泄漏污染区，限制出入。建议应急处理人员戴自给式呼吸器，穿防毒服。不要直接接触泄漏物。小量泄露：避免扬尘，用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器内。大量泄露：用塑料布、帆布覆盖，减少飞散。然后收集、回收或运至废物处理场所处置。,49,升汞摄入急救常识,吸入：迅速脱离现场至新鲜空气处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。误食：误服者用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。皮肤接触：脱去被污染衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。,50,二镉,1、来源镉矿、镉冶炼厂；常与含锌矿物共存；燃油和轮胎,2、含量未受污染土壤中镉的背景值约在0.0l0.7毫克/千克（0.06）。污染土壤含镉量可达10mg/kg，炼锌厂的土壤1700mg/kg。3、危害镉入植物体后，对某些酶的活性基团(SH)有特别强的亲和力，从而抑制或破坏酶活性，影响作物的正常生长。,痛痛病,51,湖南浏阳镉污染,镉污染威胁湘江水质,52,镉中毒的防治,吸入大量氧化镉烟雾所致的急性中毒其治疗与一般刺激性气体中毒的处理相同。关键在于防止肺水肿。应及早撤离出事现场保持安静卧床休息吸入氧气保持呼吸道畅通可用10%硅酮雾化吸入以消除泡沫肾上腺皮质激素能降低毛细血管通透性宜早期定量使用。限制液体入量给予抗生素防止继发感染急性食入性镉中毒时主要采用对症治疗给予大量补液注射阿托品用来止吐和消除腹痛。,53,镉中毒的防治,慢性镉中毒引起肾脏损害者膳食中应增加钙和磷酸盐的摄入，供给充足的锌和蛋白质，金属络合剂依地酸二钠钙(caNa2EDTA)可增加镉的排出但可加重肾脏的损害目前在急慢性中毒时均不主张使用。有报导口服氮川三乙酸(NTA)能促使镉排出(主要经由粪便)从而降低在体内的蓄积而不损害肾脏功能。镀镉器皿不能存放食品特别是醋类等酸性食品。,54,镉中毒的防治,镉污染土壤可造成公害病痛痛病。镉对土壤的污染主要通过两种形式一是工业废气中的镉随风向四周扩散经自然沉降蓄积于工厂周围土壤中另一种方式是含镉工业废水灌溉农田使土壤受到镉的污染。因此为了防止镉对环境的污染必须做好环境保护工作严格执行镉的环境卫生标准。,55,4、形态分类1：水溶性（离子态的CdCl2、Cd(NO3)2，络合态的（CdCl+）和难溶态(CdS、Cd(OH)2、难溶性螯合物)分类2：可溶态、代换态、碱溶态、不溶态。分类3：交换态、碳酸盐结合态、有机结合态、氧化锰结合态、非晶形氧化铁结合态、晶形氧化铁结合态、残渣态。,56,5、镉在土壤中的迁移转化受pH、Eh、有机质含量和粘土矿物类型的影响，尤其是土壤的pH、Eh和有机质含量影响最大。（1）pH影响酸性条件下，镉的溶解度增加，作物对镉的吸收量相应增加，毒害增强。pH值每增加一个数量级，水溶性镉大致要减少l00倍。pH值影响Cd(OH)2的溶解度。,57,（2）Eh影响Eh值下降，土壤中有效镉减少，作物中镉含量降低。还原条件硫化氢CdS受镉污染的水田，不宜采用晒田、排水或间歇灌溉等措施，以利于控制镉污染。,58,（3）土壤质地和有机质的影响质地越粘，镉吸附越强，危害小。约有50%镉与土壤腐殖质螯合。胡敏酸与镉的螯合起固定作用，富里酸与镉的螯合提高镉的活性。（4）土壤中配位离子的影响另外，由于镉与羟基和氯离子络合形成的络离子是溶于水的，因此，土壤中羟基和氯离子数量愈多，镉的活性愈强，毒性愈大。,59,第三节土壤有机物污染,农药污染土壤的主要途径半衰期的概念影响土壤中农药生物降解的主要因素,60,一、非农药有机污染物耗氧有机物污染所有有机物分解时都需消耗氧气。主要指易分解有机物，它们自身分解和被微生物分解，都需在短时间内大量耗氧，从而带来环境缺氧与还原过程的发展，造成危害。水田土壤尤为显著废水灌溉后果缺氧，Eh下降，有害物质产生，作物减产,61,富营养化有机物含有机营养物质丰富的有机物后果耗氧，有害物质（Fe2+，Mn2+，CH4）产生有机毒物三氯乙醛来自农药厂的废水，以及用含三氯乙醛废酸处理磷矿粉所制成的磷肥。是生理紊乱剂，破坏细胞分化，可使植株矮小，并使整个植株体内生理机能紊乱或死亡。,62,酚类来源于冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料等工业企业排放的含酚废水。单元酚能损伤细胞膜，使细胞吸水能力降低，联苯二酚可使细胞内的水分外渗而致蔫萎，多羟基酚类化合物能抑制植物生长。石油类炼油厂，事故性泄漏；隔绝空气，降低Eh值等。氰化物来源于工业排放的含氰废水；易挥发、氧化分解，强毒性。,63,病源微生物病源微生物不是来自土壤本身，而是来自病源地，包括医院的废水、生活垃圾渗滤水以及未经腐熟消毒的人畜粪尿。土壤是病源污染的媒介之一。18481854年间英国发生的两次霍乱，以及洪水后容易泛滥疫病的现象，都是病源生物污染土壤后转嫁的祸患。,64,产量高200万吨/年（全球）品种多500多种（市场）1、分类从作用对象上分为：除草剂：西玛津、2,4-滴、非草隆杀虫剂：敌百虫、马拉硫磷、呋喃丹、六六六杀菌剂：硫、砷、氯、锡、汞、铜等的有机化合物，常用的如波尔多液、托布津,二、土壤农药污染与危害,65,从化学结构上分为：有机氯农药：DDT、六六六、狄氏剂、艾氏剂等有机磷农药：敌敌畏、敌百虫、杀螟松、马拉硫磷、乐果氨基甲酸脂类农药：西维因、呋喃丹、拟除虫菊脂有机汞农药：赛力散、西力生、富民隆有机砷农药：稻脚青、稻宁、田安、甲基硫砷,66,农药的发展方向高效：防治病虫、除草的毒效要高低毒：对人畜及有益生物的毒性要低（施药方式）无药害：对作物无药害低残留：分解快、残毒消失快,67,土,壤,农药施用,污,水,灌,溉,沉,降,2、农药污染土壤的主要途径,68,农业管理中的农药直接施用。农药的利用率低。喷洒农药中附着在作物上的粉剂不超过10%，液剂为2030%，530%飘浮于空气中，4060%落入土壤。农药干湿沉降农药废水灌溉,69,农药在土壤中的持续性是不同的。常用两种概念来表示：即半衰期和残留期。半