第五章 土壤污染及其防治.ppt

第五章土壤污染及其防治,1,内容,第一节土壤污染概述第二节土壤重金属污染及其防治第三节土壤农药污染与防治第四节土壤化肥污染,2,对于各种土壤污染造成的经济损失，目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元。,3,我国耕地污染形势非常严峻，受污染的耕地大约1.5亿亩。污水灌溉污染耕地3250万亩。固体废弃物堆存占地和毁田200万亩。合计约占中国耕地总面积的1/10以上。,4,国土资源部与国家环保总局共同承担的全国土壤现状调查及污染防治项目，已经开始启动。据介绍，预计用3年半左右的时间，投入10亿元，完成对全国土壤污染开展系统调查。,5,国家环保总局和国家统计局今天联合发布了中国绿色国民经济核算研究报告2004，这是我国第一份将环境污染纳入国内生产总值的核算报告。报告显示，2004年因环境污染造成的经济损失占当年国内生产总值3.05%，环境形势十分严峻。,6,7,因土壤受到金属污染导致秧苗在不同时期的外在表象,8,金昌市造纸厂的废水流到灌溉水渠，用于灌溉,张掖市郊的农民说，“废水、废气对庄稼的影响越来越大”,9,造纸厂排出的废水发出浓浓的丑味,古浪县泗水造纸厂将黑液排向20公里外的树林，在这里留下了一层黑纸浆,10,第一节土壤污染概述,一、土壤的组成1、土壤的定义：土壤是指位于陆地表面具有肥力的疏松层次，它具有独特的组成成分、结构和功能。,2、土壤的组成土壤由矿物质、有机质、水分、空气和土壤生物五种成分组成，是固体、液体、气体三相共存的多相体系。其相对含量因时因地而异，大体上固体部分占50，土壤空气占20，土壤水分占30。,11,12,第一节土壤污染概述,二、土壤的基本特征1、土壤的基本物理、化学及生物学性质2、土壤是一个复合体系3、土壤的功能,（1）土壤的基本物理、化学、生物学性质土壤剖面的异质性；土壤的独特物理性质；土壤的独特化学性质；土壤的独特的生物性质。,（2）土壤是一个复合体系土壤是固液气三相的疏松多孔体；土壤是一个带电的胶体体系；土壤是一个络合螯合体系；土壤是一个氧化还原体系；土壤是一个酸碱平衡体系；土壤是一个沉淀溶解体系；土壤是一个生命体系,（3）土壤的功能土壤是可更新的农业自然资源；土壤是个强大的净化场所；土壤具有自动调节的能力。,13,14,第一节土壤污染概述,三、土壤污染,1、土壤污染概念表示人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，超出自净能力的限度，导致土壤性状发生不良的变化，构成对生物和人体直接或潜在的危害，这种现象称土壤污染。,2、土壤污染类型及主要污染物水体污染型;大气污染型;农业污染型;固体废弃物;生物污染型;综合污染型无机物；化学肥料；有机农药；废弃物（污泥、矿渣）；放射性物质；病原微生物,3、土壤污染的判断与评价1）土壤背景值：在未受人类活动或少受影响的土壤本身化学元素组成及其含量2）判断土壤污染的方法：介绍国内外的四种主要方法,15,第一节土壤污染概述,四种方法(1)测定表土和底土样品间污染物的平均含量，作统计分析，是否显著(2)采用土壤评价指标方法：Ii（CiBi）/（CioBi）(3)依据现行的食品卫生标准和敏感作物的毒害指标（减产10%）(4)土壤微生物或酶活性作指标,16,17,第一节土壤污染概论,4、土壤污染与危害的特点1）土壤污染的隐蔽性：水、大气通过感观即可直接发现，比较直观；土壤污染无法直接观察出，通过食物链才能表现出来，需要一个缓慢的过程。如骨痛病，食用大米后的几十年才出现这种病，查明原因时造成危害的那个矿早已开采完毕。2）土壤污染的持久性：难于治理3）土壤污染的间接危害性：食物链，地下水地表水；风蚀扩大污染,18,人的行为导致土壤污染，进而影响到食物的安全：,从卫星拍摄的图片，小麦到了收获前会发光。,检查时发现，发光是因为小麦上有各种病虫害。产生病虫的主要原因，竟是这些年大量使用化肥、农药造成的。,小麦为什么会发光,19,铅超标,20,21,土壤污染造成的土壤钙化,22,第二节土壤重金属污染及其防治,土壤污染物种类很多，最突出的而又很难降解的有两类：重金属、有机合成农药在环境中，土壤重金属污染物主要有Hg、Cd、Pb、Cr及As等毒性强，其次有一定毒性的一般重金属Zn、Cu、Sn、Ni、Co等。目前最引人关注的是Hg、Cd、Pb、Cr、As等。,23,第二节土壤重金属污染及其防治,一、重金属在土壤中的行为特征（一）土壤对重金属的吸持,24,第二节土壤重金属污染及其防治,（二）土壤性质与土壤中重金属的富集,1、土壤质地的影响,质地越粘，吸附越多。,25,2、土壤有机质的影响,有机质含量越多，吸附越多。,26,3、土壤PH值与Eh的影响PH值：Cd、Pb、Cu、Zn等在碱性条件下易固定积累，在酸性条件下易迁移；As则不同，以阴离子形式存在，强酸或强碱其溶解度均增加。Eh：影响重金属价态的变化，从而影响到它的富集和迁移。如Cd，Eh低会产生CdS,4、土壤化学组成的影响土壤化学组成对重金属的形态和毒性也有明显影响。如：Fe、Al、Ca含量与As易形成难溶性化合物Na与As易形成易溶，增加了毒性。,27,第二节土壤重金属污染及其防治,（三）重金属进入土壤后的形态变化,1、土壤中重金属的形态（1）水溶态：土壤pH降低,重金属易以水溶性较高的盐类存在,而当pH升高时,则转化为难溶性化合物。铜、锌、镉、铬等金属元素在还原条件下多生成难溶性化合物,而在氧化条件下则以可溶性化合物的形态存在。,（2）交换态：由于重金属离子带有正电荷,它们被土壤胶体吸附一解吸就成为其在土壤中最重要的物理化学过程。,28,（3）结合与整合态土壤中重金属离子往往不是单独存在的,而大都与配位体络合成络合物形式存在。,4.其他形态主要包括碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态几种形态,它们一般以化合物的形式存在,受土壤条件的影响而发生溶解、沉淀等反应,从而决定着这些重金属在土壤中的活性及毒性的大小。,29,2、重金属在土壤中的形态变化（图）,第二节土壤重金属污染及其防治,30,31,（四）重金属对土壤微生物和酶的影响A、对微生物的影响,第二节土壤重金属污染及其防治,32,33,B、对土壤酶活性的影响,34,第二节土壤重金属污染与防治,二、几种主要重金属在土壤中的行为、危害及防治（一）Hg1、来源及特性来源（1）汞是一种自然存在的化学元素，汞元素可以通过火山爆发及地壳的风化被自然的释放，（2）燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂等废水,35,汞在自然界的循环,36,第二节土壤重金属污染与防治,特性：唯一呈液态和气态的有毒金属金属几乎不溶于水，汞盐有可溶盐和不溶盐不溶性盐：多数一价汞盐，难溶性二价汞盐低溶性汞可与烷基、烯烃基、芳基等形成有机汞化合物环境中的汞多以Hg（OH）2HgCl2还原性极强下，HgS存在。,37,2、Hg对土壤的污染地壳中Hg的平均含量为0.08mg/kg土壤Hg的背景值为0.01-0.15mg/kg我国的土壤：南方Hg为0.032-0.05mg/kg北方Hg为0.17-0.24mg/kg土壤Hg的转化：无机Hg之间的转化：金属Hg和Hg2相互转化无机Hg和有机Hg之间的转化,38,第二节土壤重金属污染与防治,3、Hg对作物的影响对作物的危害因作物种类和生育期而有差异：针叶阔叶；水稻玉米高梁小麦；叶菜根菜果菜植物对Hg的吸收不仅是土壤总量问题，而是与Hg形态及所处的环境条件有关CH3HgClC2H5HgClHgCl2HgOHgSHg在植物体内各器官并不均匀分布，一般顺序：根茎叶穗部Hg对植物株高、根系、叶片、长势及叶绿素含量上有明显影响，危害严重时产生明显症状,39,重庆北碚汞污染严重，有的地方一锄头下去，就能挖出水银来。,40,4.对人体的危害,41,水俣病病人,42,43,44,第二节土壤重金属污染与防治,5、防治措施控制三废和含Hg农药的施用量，并达施用标准已污染的农田（1）适当施用石灰肥料提高至6.5以上。（难溶性HgCO3Hg（OH)2等），Fe、Cu、Zn缺乏，叶面喷施（2）施用磷肥能降低Hg的毒害（Hg的正磷酸盐溶解度小）（3)不易施用堆肥:因堆肥有机物会将氯化汞催化分解，产生汞蒸气，增加植物的呼吸速率，降低光合速率，增加对作物的毒性。,45,1、来源：主要来源于Cd矿和Cd冶炼厂2、Cd对土壤的污染地壳中含Cd一般0.18mg/kg土壤的背景值为0.06-0.7mg/kg我国未污染地区土壤含Cd量一般低于1mg/kg水溶态（离子态和络合态）难溶态(CdS等被植物吸收难被植物吸收,（二）、Cd,46,第二节土壤重金属污染与防治,二形态的转化与PH、Eh和土壤性质有关PH：偏酸，Cd2浓度高，易迁移；偏碱，沉淀，难吸收Eh：好气条件（旱田），Cd易变为溶解态，植物吸收多；嫌气条件（水田），Cd与S易形成沉淀，作物难以吸收。土壤粘粒和腐殖质多，吸附络合多，不易移动，毒性降低。,47,3、Cd对作物的影响Cd被作物吸收后，可使叶绿素结构遭到破坏，降低叶绿素含量，对植物的光合作用产生不利的影响。Cd严重污染时，可使植物可溶性糖的含量下降，其影响程度因作物种类不同而异。不同作物对Cd污染的忍受能力是有差异的。,2006年12月15号，广东北江的韶关段突然发现有毒物质严重超标的情况，沿江群众的饮水安全受到了威胁。沿江群众的饮水安全受到了威胁。,48,4、对人的危害,引起肾脏损害但肾小管的回吸收功能却减低，尿镉排出增加。急性食入性镉中毒主要进行对症治疗；给予大量补液，注射阿托品用来止吐和消除腹痛；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。镉中毒可使肌内萎缩关节变形，骨骼疼痛难忍，不能入睡，发生病理性骨折，以致死亡。若长期食用含镉的大米，或饮用含镉的污水，容易造成“骨疼病”。,49,50,5、防治措施严格控制污灌水和农用污泥等肥料中Cd的含量，凡超过标准的禁止施入农田。严重污染的农田可采用排土和客土法污染较轻的地块：施用石灰肥料以及磷酸肥料，使土壤中Cd转化为难溶态旱改水田，做好水田管理，保持淹水条件。还可增加还原性物质，如未腐熟的有机质,51,（三）Pb1、来源（1）主要来源于矿山、蓄电池厂、合金厂、涂料厂的三废；汽车的含Pb废气及农业上的含Pb农药。（2）吸烟。（3）室内装饰。2、Pb对土壤的污染Pb在地壳中的含量平均为16mg/kgPb的背景值为2200mg/kg，平均为10mg/kg我国部分地区的土壤背景值约为16.828.8mg/kgPb不易向下迁移，主要积累在表层。Pb在土壤中的形态主要以Pb（OH）2、PbCO3、；Pb易与有机物络合、螯合形成稳定性化合物，并随PH升高稳定性增强，不易降解。,52,3、Pb对作物的危害作物吸收的Pb，绝大部分积累于根部，转移到茎叶中的很少。Pb对植物的危害主要是影响植物的光合作用和蒸腾强度。一般植物对Pb的敏感性较低，土壤达到2000mg/kg才出现症状。Pb污染区禾谷类作物根部、茎干含量较高，不易做饲料,53,4、对人的危害,河南省修武县五里源乡马坊村259名常住儿童参加体检，近90的儿童铅中毒。在上访、举报都没有结果的情况下，该村儿童纷纷被家长送往外地躲铅。原本有百余名学童的村办小学，到今年放暑假时，只剩下4名学生、1名教师。,临床表现为恶心、呕吐、腹绞痛和便秘等胃肠道症状。患者早期症状是乏力，口中有金属味，肌肉、关节酸痛，接着发生腹痛和神经衰弱综合征，随着病情发展，还可出现运动和感觉神经传导速度减慢、贫血、腹绞痛、腕下垂、尿蛋白和肾功能改变等。,54,5.防治措施,（1）在铅污染的农田里,施用石灰性肥料,通过提高土壤pH可使铅转变为氢氧化物或碳酸盐沉淀,降低铅对作物的有效性,另一方面又可通过钙与铅竞争抑制作物对铅的吸收,从而减轻土壤铅污染的危害。（2）施用磷肥或有机肥,使铅转变为难溶态的磷酸盐或形成较为稳定的整合物也可抑制作物对铅的吸收。（3）对于污染极严重局部地块,可采用排土、客土法予以改良。,55,（四）Cr1、来源：金属加工、电镀、制革等行业的废水2、Cr对土壤的污染Cr在地壳中的平均含量200mg/kg；我国部分地区的土壤Cr背景值60mg/kg；Cr在土壤中主要Cr3和Cr6存在，以Cr3为主；Cr3易形成难溶物Cr(OH)3，PH提高到5.5时，Cr3全部沉淀。,粘土矿物对Cr有较强的吸附能力，尤其Cr3对更强。因此，Cr在土壤中移动性很小，绝大部分集中在表土层。,56,4、对作物的危害微量Cr可刺激植物的生长，过量则影响作物生长；高浓度影响作物生长，阻碍水分和养分向地上部输送，阻碍作物对Ca、Mg、P、Fe吸收，抑制光合作用；Cr对作物种子萌发有影响，在生长期忍受力较高；不同的土壤条件，Cr对作物的毒性不同：有机质含量和粘土矿物多，吸附大，作物不易吸收；不同作物所受Cr的危害不同：烟草吸收Cr6，玉米拒吸Cr6。,57,5、对人的危害,铬酸、重铬酸及其盐类对人的粘模及皮肤有刺激和灼烧作用、并导致伤、接触性皮炎。这些化合物以蒸气或粉尘方式进入人体，均会引起鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白血球下降、类似哮喘的肺部病变。皮肤接触铬化物，可引起愈合极慢的“铬疮”，当空气中铬酸酐的浓度达0.150.31毫克/立方米时就可使鼻中隔穿孔。三价铬还是一种蛋白凝聚剂。六价铬可诱发肺癌。,58,6、防治措施酸性土壤适当施用石灰肥料；水旱轮作，污染严重田块，改旱田为水田增施有机肥料；污染土壤可用磷酸氢钙，减轻受害；污染严重的小块农田，可采用排土和客土法。,59,（五）As1、来源：含砷农药的施用、矿山、工业废水排放等2、As对土壤的污染As在地壳中的平均值为5mg/kg我国部分土壤背景值为810mg/kg一般土壤含As510mg/kg,60,土壤中As的形态主要As3和As5，三价砷酸盐毒性大于五价。土壤As与Fe、Al、Ca等形成难溶性As化合物，如铝型砷、铁型砷、钙型砷。土壤对砷的吸附，主要是粘土矿物中的铁铝氢氧化物，其次是有机胶体。土壤主要积累于土壤表面，很难向下迁移。土壤pH和Eh对As可溶性影响较大：Eh降低，还原为亚砷酸，吸附少；PH低于3或大于9的情况下，砷的溶解性增高，PH接近中性状态，溶解度较低。微生物可促进As化物的转化：无机砷转化为有机砷,61,3、As对作物的危害微量Cr可刺激植物的生长，过量则影响作物生长高浓度影响作物生长，主要破坏叶绿素、阻碍水分和养分向地上部输送，致使植物枯死。土壤中过量As对作物生长的影响又与As存在的形态、数量、作物种类、土壤条件密切相关。如豆类和黄瓜易受害、谷物和牧草不易受害等。,62,水稻田可进行垄作栽培或浅灌勤排水，必要时施入氧化剂，使土壤呈氧化状态，防治转化为亚砷酸。施入Fe、Al等盐类或氯化镁，便于吸附，旱田可施入堆肥，水田不行。P对As有拮抗作用，施磷肥可抑制As对作物的毒性。改水田为旱田，旱作耐As能力强，不易受害,63,4、对人的危害饮水砷对儿童智力发展，每升水中如果砷的浓度超过005毫克就会对儿童的智力发展产生副作用；砷对孕妇影响调查发现，有30的孕妇手掌和脚底都得了表皮角化病；在那些用含砷煤的地区，新生畸形儿的比例比其他地区要高得多。5、防治措施严重污染的小块农田：采用排土、客土、上下层深,64,食用含过量重金属砷的蔬菜，导致人患皮肤病。,土壤健康对人类至关重要,65,第二节土壤重金属污染与防治,三、土壤重金属污染的调控与防治措施1、发展清洁生产发展清洁生产、加强三废治理是控制消减、消除重金属污染源的最有效措施2、严格执行污灌水质和污泥施用标准3、提高土壤的缓冲性和自净能力增施绿肥、厩肥、堆肥、腐质酸类等有机肥，有机胶体多砂掺粘，以改良砂性土壤非石灰性土壤增施CaCO3等,66,4加强土壤水分管理Eh与土壤水分关系密切，Eh又在很多程度上控制重金属的行为。如Cd、Cu、Zn等5施用改良剂如：石灰、CaCO3、磷酸盐、硅酸钙炉渣和有机物质腐殖酸、堆肥、鸡粪等6排土客土法和水浇法7电化学法8利用植物吸收去除重金属9加强土壤环境及其生物产品的监测,67,第三节土壤农药污染与防治,一、农药在土壤中的残留由于农药本身物理化学性质和其它影响农药消解因子的综合作用，各种农药在土壤中的残留性差别较大。如有机氯农药残留较长，有机磷残留较短。农药在土壤中的残留主要是土壤对它的吸附作用。当然也与化学农药本身的性质有关。,68,二、农药在土壤中的降解与迁移1、降解：水解作用、氧化还原作用光化学降解、微生物作用2、迁移土壤中的农药大部分降解消失外，部分通过挥发成气体消失在空中污染大气；或随地表径流污染水系（因土壤有机质和粘土矿物对农药的强烈吸附，土壤中的农药不易随水流向下迁移，多积累在表层土壤）；或被生物吸收污染。,69,三、农药污染的防治措施1、农业防治:利用耕作和栽培技术，改良环境条件以避免或减轻病、虫、草害。2、物理防治:利用各种物