土壤污染与修复概述

河南科技学院,第四章土壤污染与修复,2015-04-09,农业工作者、环境工作者，或者是我们每一个人。,土壤环境污染概述土壤修复标准和修复效果土壤农药污染及修复土壤有毒有机物污染土壤中的重金属土壤重金属污染对环境质量的影响土壤重金属污染的控制与修复,章节提要,河南科技学院,土壤环境污染概述,土壤污染的概念、特点,污染物的来源及其危害,土壤净化污染物的过程,土壤污染的防治措施,5,1,3,4,河南科技学院,2,全国及河南省土壤污染现状,第一节土壤污染的概念、特点,一、土壤污染的概念,土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。,河南科技学院,土壤污染,河南科技学院,Human,Animal,Plant,河南科技学院,土壤,植物,水,人体,土壤污染对人体健康的危害,土壤污染造成有害物质在农作物或水中积累，并通过食物链进入人体，从而引发各种疾病，最终危害到人体健康，引发癌症和其他疾病等。,“漫话”土壤污染对地下水体的污染,土壤退化,土壤污染土地皲裂寸草不生,中国农药污染农田总计：中国每年施用农药的量达50万-60万t，其中约80%的农药直接进入环境。每年使用农药的面积在2.8亿hm2以上。中国重金属污染耕地总计：2000万公顷中国有机物污染农田总计：6000万公顷,河南科技学院,二、土壤污染的特点,隐蔽性和滞后性：土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。累积性：污染物在土壤中不断积累，同时也使土壤污染具有很强的地域性。不可逆转性：土壤重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。土壤污染治理难度大：土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净作用来消除。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。,人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。,三、土壤污染的原因,导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃物排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等等。,土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净积累。,土壤自净作用：指进入土壤的污染物，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，从而消除或降低污染物毒性的现象。,第二节土壤污染现状,一、我国土壤污染的现状,1、总体形势严峻1）土壤污染程度加剧。目前受Cd、Cr、Pb等重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5；其中工业“三废”污染耕地1000万hm2，污水灌溉的农田面积已达330多万hm2。,2）土壤污染危害巨大。据估算，全国每年因重金属污染的粮食达1200万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。,2004年全国因环境污染造成的经济损失为5118亿元，占当年GDP的3.05%。,3）土壤污染防治基础薄弱。全国土壤污染的面积、分布和程度不清，导致防治措施缺乏针对性；防治土壤污染的法律还是空白，土壤环境标准体系也未形成；资金投入有限，污染研究难以深入进行;有相当部分的干部群众对土壤污染的严重性和危害性缺乏认识，没有危机感和紧迫感。,4）经济快速发展地区土壤污染态势,污染面积在扩大；污染物种在增多；污染类型在叠加；污染浓度在提高。土壤污染表现多源性、多样性、复合性。,2.土壤污染的来源,沈阳张士灌区污灌面积约2800hm2，Cd污染严重，土壤含镉57mg/kg。稻米含镉0.41.0mg/kg，最高达3.7mg/kg。对张士灌区居民每人每天摄取的Cd量为558g。而对照区仅为17.6g。,污灌,我国粮食卫生标准：Cd:0.2mg/kg，Pb:1.0mg/kg，Cu:10.0mg/kg，Zn:50.0mg/kg。复合污染区稻米：Cu：2.938.2mgkg-1Zn:4.4045.8mgkg-1Pb：0.052.1mgkg-1,超标率为28Cd：0.072.9mgkg-1,超标率为92，最高的是限值的15倍（出现“镉米”）。,复合污染区稻米质量安全与健康风险,重庆北碚汞污染严重耕地能挖出水银!,引起土壤污染,19861988年期间，甘肃白银有色金属基地，由降水和降尘输入到农田的重金属为：Cd10.8g/(hm2a)，Pb414.9g/(hm2a)，Cu352.6g/(hm2a)，As241.6g/(hm2a),其中铅、砷均高于灌溉水的输入量。,大气沉降,固体废弃物,肥料和农药,大型养殖厂畜禽饲料、畜禽粪和商用有机肥中的Cu、Pb、Zn和Cd的含量都较高。,采矿和冶炼，造纸等,对江西省冶炼厂等8个主要区域农田附近调查，最高含Cd量达29.8mg/kg，含Cu量达2081mg/kg。,冶炼区农业土壤重金属复合污染毒害,mg/kgCu2000(100)Zn3000(250)Pb1000(300)Cd30(0.3)Ni100(50)As100(25),3.土壤污染的危害,1）土壤污染导致食物品质不断下降1992年全国有不少地区已经发展到生产“镉米”的程度，每年生产的“镉米”多达数亿kg。仅沈阳某污灌区致使粮食遭受严重的镉污染，稻米的含镉浓度高达0.41.0mg/kg。江西省某县多达44%的耕地遭到污染，并形成670hm2的“镉米”区。,广东最著名的“癌症村”上坝村蔬菜中重金属含量（mg/kg）,上坝村民生存在重金属污染到处存在的环境中，当地的香蕉，镉超标187倍。,沿途私采点的污水基本上是随意排放,据南京环保所报道，南京市的市售蔬菜几乎都受到一定程度的硝酸盐污染。其中，大白菜和青菜的硝酸盐污染最重，其次为菠菜；萝卜的污染相对较轻。北京、上海等大中城市蔬菜的硝酸盐污染超标现象也十分普遍。,2）土壤污染危害人体健康。如日本的“骨痛病”经过了1020年之后才被人们所认识。3）重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长时间才能降解，被某些重金属污染的土壤甚至可能要100200年时间才能够恢复。,4）土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。因此，治理污染土壤成本通常较高、治理周期较长。5）土壤杀手重金属离子。砷因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。,全球每年释放到环境中的有毒重金属：Hg为1.2万吨Cd为3.9万吨As为12.5万吨Cu为14.7万吨Pb为34.6万吨Ni为38.1万吨土壤重金属污染的共同特征（1）主要集中于土壤表层；（2）进入土壤之后常发生价态变化；（3）影响土壤微生物活性；（4）基本为永久性的污染。,长三角典型区农业土壤重金属含量表层与底层的比值,农业土壤中重金属的明显积累与工业活动有关,1.全国土壤现状调查及污染防治专项实施方案2005年11月17日,全国土壤现状调查是一项基础性工作，任务艰巨，意义深远。本着“以人为本”宗旨，把保障食品安全、提高人民生活质量放在突出位置。,四、环保部启动全国土壤污染现状调查,国家环保总局2006年5月25日召开全国土壤现状调查及污染防治项目专家咨询会，开展土壤污染调查是国家确定的重要任务。启动了经费预算达10亿元的全国首次土壤污染状况调查。,调查的总体目标是：掌握全国土壤环境质量总体状况，查明重点地区土壤污染类型、程度和原因，筛选并试点示范污染土壤修复技术。,调查的主要任务：一是开展全国土壤环境质量状况调查与评价。二是全国土壤背景点环境质量调查与对比分析。三是开展重点区域土壤污染风险评估。四是开展污染土壤修复与综合治理试点。五是建设土壤环境质量监督管理体系。六是完善国家土壤环境监测网络。,2008年1月，环保总局一共对全国26个省市进行了土地污染调查。重点区域是长三角、珠三角、环渤海湾地区、东北老工业基地、成渝平原、渭河平原以及主要矿产资源型城市。,中国受污染的土壤到底有多少？污染范围和程度究竟如何？土壤对污染的承受力在何时会达到极限？但是到目前为止，人们还无法准确地回答上述问题。,长江三角洲,珠江三角洲,高强度人类活动背景下,作物污染物时空分布,区域土壤环境质量风险预测系统,土壤污染物时空分布,土壤圈污染生态风险,食物链安全健康风险,环境安全容量,2.讨论：瞭望：如何看待土壤污染问题？赵其国院士：土壤污染是很重要的一个问题，是环境问题当中的核心问题。最近五年，土壤污染问题渐次浮出水面，受到人们的关注。瞭望：土壤污染不会被人们所注意，在于它看不见，它真的那么重要吗？赵其国院士：土壤污染本身就是看不见的。它被污染的化学元素，如重金属元素，铜、铬这些东西，都是人所看不见的细颗粒的元素。,瞭望：据你所知，中国土壤的污染状况是怎样的？赵其国院士：近20年来，我国因污染退化的土壤数量日益增加、范围不断扩大，土壤质量恶化加剧，危害更加严重，已经影响到全面建设小康社会和可持续发展的战略目标的实现，未来15年将面临更为严峻的挑战。,视频全国土壤污染状况调查公报公布,央视网消息（新闻联播）：国家环境保护部和国土资源部今天发布了全国土壤污染状况调查公报。调查结果显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。根据国务院决定，从2005年4月至2013年12月，环境保护部会同国土资源部开展首次全国土壤污染状况调查，实际调查面积达630万平方公里，调查显示，全国土壤总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。耕地、林地、草地土壤点位超标率分别为19.4%、10.0%、10.4%。以重金属为代表的无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。本次调查重点针对影响农作物产品的污染物和对人体健康有害的污染物。环保部有关负责人表示，土壤环境质量受多重因素叠加影响，我国土壤污染是在经济社会发展过程中长期累积形成的。工矿业、农业生产等人类活动和土壤本底状况是造成土壤污染或超标的主要原因。目前环保部组织专家已经开始对一些区域进行系统性分析。国家将在典型地区开展土地修复工作，环保部会同有关部门正在编制土壤污染防治行动计划，目前全国人大常委会已将土壤环境保护列入立法规划。,3.河南省首次土壤污染状况调查2006年12月6日全面启动,河南省首次土壤污染状况调查全面启动：重污染企业及周边地区等8类重点区域。此次调查的范围覆盖河南省18个省辖市的全部陆地面积，分析土壤中重金属、农药残留、有机物污染等的含量及土壤理化性质。,这8类区域包括：1）重污染企业及周边地区2）固体废物集中处置等场地及周边地区3）工业园区及周边地区4）油田、采矿区及周边地区5）污灌区6）主要蔬菜基地和规模化畜禽养殖场7）大型交通干线两侧8）社会关注的环境热点区域,2006年河南省环境监测中心站在全省个省辖市开展了土壤调查，从检测结果来看，河南土壤污染尚处于国家警戒线以下，即“安全地带”。但是，这份“质量报告”也同时显示，河南土壤中的镉、铅等重金属污染呈明显上升趋势。,河南省环保部门首次发布土壤污染情况,据介绍，在全省达到国家规模标准的近6000家养殖场中，没有进行环评、没有上标准设施、随意排放污染物的占95。畜禽饲料中添加的微量元素和有机污染物未被畜禽完全吸收，随粪便排出体外后对土壤构成了很大威胁。,思考题,简述我国和我省的土壤污染现状,第三节土壤污染物的来源及危害,工业污染源：交通运输污染源：农业污染源：生活污染源：,土壤中污染物的来源具有多源性，主要是工业“三废”，化肥农药、城市污泥、垃圾等。,1.土壤中污染物的来源,土壤污染源,工业区周围工业“三废”、污水灌溉等,农业生产本身产生的，农药和化肥，动物废弃物等,尾气等,生活垃圾、废水等废弃物,无机污染物:有机污染物:有害微生物：,三大类土壤污染物：,2.土壤污染物的种类,进入土壤中并影响土壤正常功能的物质，即会改变土壤的成分，降低农作物的数量和质量，有害人体健康的物质，统称土壤污染物质。,重金属、非金属、放射元素、无机酸碱等,有机农药、石油、酚类等,污染病虫害等,重金属,在当前环境污染研究中，重金属主要指标汞、镉、铅、铬、铜、锌。类金属砷和非金属氟也包括其中。,重金属元素对土壤的污染特点：不移动、微生物不分解,通过食物链积累。,重金属主要通过采矿、冶炼、污灌、污泥、施肥、大气沉降等流失到环境中。,城镇垃圾农用控制标准值,总镉，3mg/kg总汞，5mg/kg总铅，100mg/kg总铬，300mg/kg总砷，30mg/kg总氮(N)0.5%总磷（P2O5)0.3%总钾(K2O)1.0%,农用污泥污染物控制标准值(mg/kg干污泥）,pH6.5pH6.5Cd520Hg515Pb3001000Cr6001000As7575Cu250500Zn5001000Ni100200,我国无公害蔬菜卫生指标(重金属),宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查（陆正松等，2000年，内部资料）,温州市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查（王亮等，2000年，内部资料）,农药,农药是指用于防治、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成的或者来源于生物、其他天然物质的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂。,有机氯农药、重金属制剂、有机磷农药、氨基甲酸脂类杀虫剂、除草剂等在土壤中积累，引起土壤污染。,进入土壤中的农药通过吸附与解吸、径流与淋溶、挥发与扩散等过程，可从土壤中转移和消失，但往往会造成生态环境的二次污染。,化肥,建国初到2005年，化肥用量从1.3万吨增加到4146.4万吨，增长了3000多倍。,2005年化肥用量中，氮肥2126.5万吨，磷肥690.5万吨。,农业高强度投入浙江省化肥用量持续超过90万吨(纯养分),每公顷耕地用量达到了570多公斤，远远超出了国际上认可的维持土壤持续利用所允许化肥用量临界值（225公斤/公顷）,氮肥利用率仅35%左右，与发达国家的50%-60%相比差距很大,每公斤氮素的水稻生产力不及产量水平相当的日本和韩国的1/2。,浙江省农作物播种面积变化动态,浙江省每公顷播种面积化肥用量变化动态,浙江省单位耕地面积化肥用量与世界若干国家比较（2005）,部分肥料中的重金属含量,固体废物,城市生活垃圾有害有毒固体废物（即危险废物，包括医院垃圾、废树脂、药渣、含重金属污泥、酸和碱废物等）无毒无害固体废物（不含放射性物质的粉煤灰、建筑垃圾等）。,固体废物是固态或半固态废弃物的总称。三大类：,其中前两类固体废物的任意排放会严重污染和破坏环境。,3.土壤污染的危害,造成减产、导致严重的直接经济损失导致食物品质下降通过食物链危害人体健康导致其他环境（大气、地表水、地下水污染，生态系统退化等）问题,第四节土壤组成和性质对污染物毒性的影响,土壤的组成和性质决定土壤具有一定的净化能力,土壤的净化能力是有限的，当进入土壤的污染物质数量和速度超过了土壤的净化能力时，污染物在土壤中积累，危害作物的正常生长发育，通过食物链会直接影响人类健康。,土壤的净化能力是指污染物进入土壤后，经生物和化学降解成为无毒物质；通过化学沉淀、络合和螯合、氧化还原等作用转化为其它物质，被土壤牢固吸附，不被植物利用。,一、土壤组成对污染物毒性的影响,一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大，其对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态或矿物固定态含量越高，则其毒性越小。,粘粒矿物,有机质,土壤生物,吸附作用,静电吸附和络合(螯合)作用,土壤组成,降低、消除土壤污染物的主要机制,（对有机污染物的）降解、转化作用,土壤环境容量,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允许的最大数量或负荷量”。由定义可知，土壤环境容量实际上是土壤污染物的起始值和最大负荷量之差。,二、土壤性质对污染物毒性的影响,1、通过影响土壤组分和污染物的电荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和络合解络平衡来改变污染物的毒性；2、通过土壤微生物的活性来改变污染物的毒性。,土壤酸碱性,土壤氧化还原性质,土壤氧化还原状况主要影响沉淀溶解、变价元素。,三、土壤污染的定量化,如何判断土壤受到了污染？污染严重程度多少？方法：,1.定量方法,生物-土壤系统法化学法背景值法土壤污染指数法,生物土壤系统法：以植物从土壤中吸收污染物后，其可食部分污染物含量达到食品卫生标准，或产量因污染而减少10时的土壤污染物浓度为土壤污染临界值，超过该值为污染；化学法：是在生物-土壤系统法的基础上建立起来的。利用“土壤污染临界值”的概念，直接取其“临界值”的测定方法与指标（土壤全量或有效量），判断土壤是否受污染，或进行污染等级的划分；,背景值法：建立在环境背景值的统计基础上，能反映出环境变异的数量特征（以土壤背景值加二倍标准差为临界值）。在实践中使用较多。但不能反映出生物适应能力因环境和自身长势而变异的影响；,土壤背景值：未受到人类活动影响的土壤本身的化学元素组成。,土壤污染指数法：按污染物的污染指数（土壤中污染物的实测浓度与其污染临界浓度的比值）来划分污染程度。,即当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中积累量超过土壤基准量，而给生态系统造成了危害，此时才能被称为污染。,土壤污染“定量化”概念：,根据土壤环境质量的功能和保护目的，将我国土壤划分为三类：,2.土壤（环境）质量标准,类，主要适用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其它保护地区的土壤，土壤质量基本上保持自然背景值；类，主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；类，主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。,将土壤质量标准分为三级：一级标准为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值。,执行：I类土壤环境质量执行一级标准；II类土壤环境质量执行二级标准；III类土壤环境质量执行三级标准。,土壤环境质量标准(GB15618-1995)(mg/kg),宁波市江东等五个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg),引自：陆针松等，土壤环境、施肥与农产品品质的关系,温州市城郊兴通桥等六个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg),引自：王亮等，温州市城郊污灌对土壤和蔬菜品质的影响,杭州市城郊转塘等十一个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg),引自：谢正苗等，杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查研究,第五节土壤污染的防治,控制和消除土壤污染源：,增加土壤容量，提高土壤净化能力,“预防为主，防治结合”,一、土壤污染的防治原则,实行污染总量控制，严格控制工业“三废”的排放量和排放浓度，合理施用肥料和使用农药等。,污染土壤的治理,对已污染的土壤，采取措施防治土壤中污染物的迁移转化，进入食物链。,二、污染土壤的治理方法,由于土壤污染多为复合污染，且修复难度大，应根据污染物的来源及污染实际情况采取相应措施进行治理。通常需要结合不同方法，开展污染土壤的综合治理。,污染土壤的治理可分为原位或