第五章--土壤污染及其防治PPT课件

.,1,第五章土壤污染及其防治,第一节土壤污染与污染源第二节重金属在土壤中迁移转化的一般规律第三节土壤污染的防治（）,.,2,第一节土壤污染与污染源,一、土壤污染与土壤自净二、土壤环境污染物与污染源三、土壤污染的危害,.,3,一、土壤污染与土壤自净,（一）土壤污染与污染判定土壤背景值理论上：土壤在自然成土过程中，构成土壤自身的化学元素的组成和含量，即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。,介绍土壤污染之间先介绍土壤背景值！,.,4,未受人类活动影响的土壤存在吗？,土壤是一个复杂的开放体系，一直处在不断的发展和演变中，特别由于人类对土壤需求的日益扩展，地球上的土壤几乎不同程度地受到人类活动直接或间接的影响。目前已经很难找到绝对不受人类活动影响的土壤。因此，所谓土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。,.,5,土壤背景值的获得,确定土壤背景值是一项难度很高的基础性研究。我国在1990年出版了中国土壤元素背景值一书。土壤背景值的研究技术系统：情报检索、野外采样、样品处理和保存、实验室分析质量控制、分析数据统计检验、制图技术等。,.,6,土壤背景值的应用,农田施肥：是预测元素丰缺程度，制订施肥规划、方案的基础数据。土壤污染评价：土壤质量评价，划分质量等级和进行污染评价，划分污染等级，均必须以土壤背景值作为基础参数和标准。土壤环境容量：是研究和确定土壤环境容量，制订土壤环境标准的不可缺少的基础数据。环境医学和食品卫生：通过对元素背景值的分析，可以找到土壤、植物、动物和人群之间某些异常元素的相互关系。,“基准”数据,.,7,土壤污染的概念：,土壤污染就是指人类活动产生的物质（污染物），通过多种途径进入土壤，其数量和速度超出了土壤的容纳能力和土壤的净化速度，因而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然正常功能失调，土壤质量恶化，影响作物的生长发育，以致造成作物产量和质量的下降，并通过食物链引起对生物和人类的直接危害，甚至形成对有机生命的超地方性危害（鞠美庭，2004）。,现在介绍土壤污染的概念！,.,8,污染判定：,从土壤污染的概念来看，判断土壤是否发生污染有两个指标：一是土壤背景值（或本底值）：土壤中某元素的平均含量超过背景值，即发生了土壤污染。二是生物指标，土壤中某有害元素或污染物含量较高时，被植物吸收的量也相应增加，可引起植物的一系列反应，土壤微生物区系会发生变化，受污染的植物被人们食用后会对人体健康产生不良影响，上述植物、微生物及人体受到的危害程度等均可作为度量污染的生物指标。,.,9,（二）土壤污染的类型,1.水质污染型2.大气污染型3.固体废物污染型4.农业污染型5.综合污染型,.,10,1.水质污染型,这是土壤环境污染的最主要类型，污染源主要是工业废水、城市生活污水和受污染的地面水体。据报道，在日本曾有受污染的地面水体所造成的土壤污染占土壤污染总面积的80%的情况，而且绝大多数是由污水灌溉（污灌）造成的。目前，我国污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。近年来，广州近郊因为污水灌溉而污染农田2700ha，因施用含污染物的底泥造成1333ha的土壤被污染，污染面积占郊区耕地面积的46%。,.,11,很多年来污灌在我国北方地区已成为一种重要的农业灌溉形式。如果使用恰当，利用经过预处理的城市生活污水或某些工业废水进行农田灌溉，一般可有增产效果，因为这些污水中含有许多植物生长所需要的营养元素。采用污灌节省了灌溉用水，并且使污水得到了土壤的净化，减少了治理污水的费用。但因为城市生活污水和工矿企业废水中含有许多有毒、有害物质，成分相当复杂，如果将这些污水、废水直接输入农田，可能造成土壤环境的严重污染。,污灌有没有好处？,.,12,经由水体污染所造成的土壤环境污染，由于污染物质大多以污水灌溉形式从地表进入土体，所以污染物一般集中于土壤表层。但是，随着污灌时间的延续，某些污染物质可随水自土体上部向土体下部迁移，有时甚至达到地下水层。,水质污染型的土壤污染特征,.,13,2.大气污染型,污染物质来源于被污染的大气，其污染特点是以大气污染源为中心呈环状或带状分布，且长轴沿主风向伸长。污染的面积、程度和扩散的距离，取决于污染物质的种类、性质、排放量、排放形式及风力大小等。大气污染型的土壤污染特征是污染物质主要集中在土壤表层，主要污染物是大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等，它们通过沉降和降水而降落到地面。大气中的二氧化硫等酸性氧化物使雨水酸度增加，从而引起土壤酸化，破坏土壤的肥力与生态系统地平衡。各种大气飘尘中包括重金属、非金属有毒有害物质及放射性散落物等多种物质，它们也会造成土壤的多种污染。,.,14,.,15,3.固体废物污染型,固体废物系指被丢弃的固体状物质和泥状物质，包括工矿业废物、污泥和城市垃圾等。在土壤表面堆放或处理、处置固体废物、废渣会占用大量耕地。固体废物除了占用大量耕地之外，还可通过大气扩散或降水淋滤使周围地区的土壤受到污染，因此，将这种土壤污染称为固体废物污染型。有害固体废物长期堆存，经过雨雪的淋溶作用，可溶成分随水从地表向下渗透，并向土壤迁移转化，有害物质富集，使堆场附近土质酸化、碱化、硬化，甚至发生重金属型污染。这种污染的污染特征属点源性质，主要是造成土壤环境的重金属污染，以及油类、病原菌和某些有毒有害有机物的污染。,.,16,.,17,4.农业污染型,指由于农业生产的需要而不断使用化肥、农药、城市垃圾堆肥、污泥等引起的土壤环境污染。污染程度与化肥、农药的数量、种类、利用方式及耕作制度等有关。有些农药如有机氯杀虫剂DDT、六六六等，可在土壤中长期残留，并在生物体内富集。氮、磷等化学肥料中凡未被植物吸收利用和未被根层土壤吸附固定的养分都会在根层以下积累或转入地下水，成为潜在的环境污染物。残留在土壤中的农药和氮、磷等化合物在地面径流或土壤风蚀时，就会向其他地方转移，扩大土壤的污染范围。农业污染型的污染物质主要集中在土壤表层或耕层，其分布比较广泛，属于面源污染。,.,18,5.综合污染型,土壤环境污染的发生往往是多源性质的。对于同一区域受污染的土壤，其污染源可能同时来自受污染的地面水、大气，或同时来自固体废物以及农药、化肥等多方面。因此，土壤环境的污染往往是综合污染型的，但对于一个地区或区域的土壤来说，土壤污染可能是以某一污染类型或某两污染类型为主。,.,19,（三）土壤污染的特点,1、土壤污染具有隐蔽性（潜伏性）和滞后性2、土壤污染的易累积性3、土壤污染具有不可逆转性和长期性4、土壤污染的难治理性5、土壤污染具有后果严重性,.,20,1、隐蔽性（潜伏性）和滞后性,水体和大气的污染比较直观，严重时通过人的感官即能发现；而土壤污染则往往要通过农作物包括粮食、蔬菜、水果或牧草以及摄食的人或动物的健康状况才能反映出来，从遭受污染到产生恶果有一个逐步积累过程，具有隐蔽性或潜伏性。如日本痛痛病。,.,21,2、土壤污染的易累积性,污染物质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易导致污染物在土壤中不断积累而超标，由此也使土壤污染具有很强的地域性。,.,22,3、不可逆转性和长期性,土壤一旦遭到污染后极难恢复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时间。,.,23,4、难治理性,大气和水体受到污染，切断污染源通过稀释作用和自净化作用，有可能会不断逆转。但积累在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。靠换土、淋洗土壤才有可能解决。成本较高、治理周期很长。,.,24,5、后果严重性,由于土壤污染的隐蔽性或潜伏性以及它的不可逆性或长期性，因而往往通过食物链危害动物和人体的健康。如：土壤污染严重威胁着粮食生产三氯乙醛污染化学定时炸弹,.,25,（四）土壤的自净能力,土壤环境的自净作用，即土壤环境的自然净化作用，是指进入土壤的物质，可通过稀释和扩散等作用降低浓度，或被转化为不溶性化合物而沉淀，或被胶体牢固地吸附从而暂时脱离生物小循环及食物链，或通过生物和化学的降解作用，转化为无毒或毒性小的物质，甚至成为营养物质，或经挥发和淋溶从土体中迁移至大气和水体。土壤的自净主要是指生物和化学的降解作用。,.,26,按土壤自净作用机理的不同，可分为:,物理净化作用（如农药的挥发扩散）物理化学净化作用（如离子交换吸附）化学净化作用（如酸的中和）生物净化作用（如有机物的生物降解）,.,27,1.物理净化作用,土壤是一个多相的疏松多孔体，犹如天然的大过滤器，固相中的胶态物质土壤胶体又具有很强的表面吸附能力，因而，进入土壤中的难溶性固体污染物可被土壤机械阻留，而可溶性污染物又可被土壤水分稀释从而使得毒性减小，或被土壤固相表面吸附（指物理吸附），也可能随水迁移至地表水或地下水层；某些污染物可挥发或转化成气态物质在土壤孔隙中迁移、扩散，有时甚至迁移入大气。这些净化作用都是物理过程。,.,28,2.物理化学净化作用,指污染物的阳、阴离子与土壤胶体上原来吸附的阳、阴离子之间的离子交换吸附作用。污染物的阳、阴离子被交换吸附到土壤胶体上，降低了土壤溶液中这些离子的浓度，并相对减轻了有害离子对植物生长的不利影响。一般土壤中带负电荷的胶体较多，因此，一般土壤对阳离子或带正电荷的污染物的净化能力较强。,.,29,（土壤胶体）Ca2+HgCl2（土壤胶体）Hg2+CaCl2（土壤胶体）3OH-+AsO43-（土壤胶体）AsO43-+3OH-,.,30,3.化学净化作用,凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、配合螯合反应、酸碱中和反应、置换反应、水解、分解和化合反应，或者由太阳辐射能和紫外线等能流引起的光化学降解作用等。通过这些化学反应，污染物或者转化成难溶性、难解离性物质而危害程度和毒性减小，或者分解为无毒物或营养物质，这些净化作用统称为化学净化作用。,.,31,.,32,4.生物净化作用,土壤中存在着大量依靠有机物生活的微生物，如细菌、真菌、放线菌等，它们有氧化分解有机物的巨大能力。当进入土体后，污染物在这些微生物体内酶或分泌酶的催化作用下，会发生各种各样的分解反应，这些反应统称为生物降解作用，这是土壤环境自净作用中最重要的净化途径之一。,.,33,上述四种土壤环境的自净作用，其过程互相交错，其强度的总和构成了土壤环境容量的基础。,.,34,二、土壤环境污染物与污染源,（一）土壤环境污染物（二）土壤环境污染源,.,35,（一）土壤环境污染物,土壤环境污染物：把输入到土壤环境中的足以影响土壤环境正常功能，降低作物产量和生物学质量，有害于人体健康的物质，统称为土壤环境污染物质。根据污染物的性质，把土壤环境污染物质大致分为无机污染物和有机污染物两大类。,.,36,无机污染物,无机污染物主要有重金属和放射性核素物质，以及有害的氧化物、酸、碱、盐、氟等。重金属和放射性物质污染最难彻底清除，对人体最具潜在危害性。重金属：重金属指比重大于5.0g/cm3的金属元素。一般指汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡、锑等，从毒性角度通常把砷、铍、锂、硒等也包括在内。目前最受关注的5种重金属元素是汞、砷、镉、铅、铬。,.,37,有机污染物,有机污染物主要有人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、稠环芳烃、洗涤剂，以及有害微生物、高浓度耗氧有机物等；有机氯农药、有机汞制剂、稠环芳烃等是性质稳定不易分解的有机物，在土壤环境中易积累并造成污染危害。,.,38,（二）土壤环境污染源,根据污染物的来源不同，污染源大致分为：工业污染源：指工矿企业排放的废水、废气、固体废物（工业“三废”）。一般直接由工业“三废”引起的土壤污染属点源污染。而引起的大面积土壤污染往往是间接的、复杂的，并需经长期作用使污染物在土壤环境中积累才能造成。如将固体废物、污泥等作为肥料施入农田，或由于大气、水体污染所引起的土壤环境二次污染等会使大面积土壤污染。农业污染源：主要指由于农业生产本身的需要而人工施入土壤的化学农药、化肥，以及残留于土壤中的农用地膜等。生物污染源：指含有致病的各种病原微生物和寄生虫的生活污水、医院污水、垃圾以及被病原菌污染的其他水体等。,.,39,三、土壤污染的危害,（一）导致严重的直接经济损失（二）导致食物品质不断下降（三）危害人体健康（四）导致其他环境问题,.,40,第二节重金属在土壤中迁移转化的一般规律,物质迁移：各种元素在土壤中的转移和再分配，这是导致物质分散或集中的原因。重金属的迁移转化：指重金属在自然环境中空间位置的移动和存在形式的转化，以及由此引起的富集和分散问题。,.,41,重金属在土壤中的迁移,.,42,（一）物理迁移,土壤溶液中的重金属离子或配离子可以随水迁移至地面水体。而更多的重金属则可以通过多种途径被包含于矿物颗粒内或吸附于土壤胶体表面上，随土壤中水分的流动而被机械搬运，特别是在多雨地区的坡地土壤，这种随水冲刷的机械迁移更加突出；在干旱地区，这样的矿物颗粒或土壤胶粒还可以尘土的形式随风被机械搬运。,.,43,（二）物理化学迁移和化学迁移,土壤环境中的重金属污染物能以离子交换吸附、配合螯合等形式和土壤胶体相结合，或发生溶解与沉淀等反应。（土壤胶体）Ca2+HgCl2（土壤胶体）Hg2+CaCl2（土壤胶体）3OH-+AsO43-（土壤胶体）AsO43-+3OH-,.,44,.,45,1.重金属和无机胶体的结合,重金属与土壤无机胶体的结合通常分为两种类型：一类为非专性吸附，即离子交换吸附；另一类为专性吸附，它是由土壤胶体表面与被吸附离子间通过共价键、配位键而产生的吸附。,.,46,（1）非专性吸附,非专性吸附又称极性吸附，这种作用的发生与土壤胶体微粒所带电荷有关，因各种土壤胶体所带电荷的符号和数量不同，其吸附金属离子的种类和吸附交换容量也不同。离子从溶液中转移到胶体上是离子吸附过程，而胶体上原来吸附的离子转移到溶液中去是离子的解吸过程，吸附与解吸的结果表现为离子相互交换，即所谓的离子交换作用。在一定的环境条件下，这种离子交换作用处于动态平衡之中。,.,47,（2）专性吸附,重金属离子可被水合氧化物表面牢固地吸附。这些离子能进入氧化物金属原子的配位壳中，与-OH和OH2配位基重新配位，并通过共价键或配位键结合在固体表面，这种结合称为专性吸附（亦称选择性吸附）。,.,48,被专性吸附的重金属离子是非交换态的（如铁、锰氧化物结合态）这种吸附不一定发生在带电表面上，亦可发生在中性表面上，甚至在吸附离子带同号电荷的表面上进行。其吸附量的大小并非决定于表面电荷的多少和强弱，这是专性吸附与非专性吸附的根本区别之处。,.,49,2.重金属和有机胶体的结合,重金属可被土壤有机胶体络合或螯合，或者吸附于有机胶体的表面。必须指出，土壤腐殖质等有机胶体对金属离子的吸附交换作用和络合作用是同时存在的。一般当金属离子浓度较高时，以吸附交换作用为主；而在低浓度时，以络合一螯合作用为主。当生成水溶性的络合物或螯合物时，则重金属在土壤环境中随水迁移的可能性增大。,.,50,3.溶解和沉淀作用,溶解和沉淀作用是土壤重金属在土壤中迁移的重要形式，实际为各种重金属难溶电解质在土壤固相和液相之间的离子多相平衡。影响重金属在土壤中的溶解、沉淀的主要因素为土壤pH、Eh和土壤腐殖酸等。,.,51,（三）生物迁移,主要指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内积累起来。这一方面可以看作是生物对土壤重金属污染的净化；另一方面也可以看作是重金属通过土壤对生物的污染。如果这种受污染的植物残体再进入土壤，会使土壤进一步富集重金属。除植物的吸收外，土壤微生物的吸收以及土壤动物啃食重金属含量较高的表土，也是重金属发生生物迁移的一种途径。但是，生物残体又可将重金属归还给土壤。,.,52,影响生物迁移的因素：植物根系从土壤中吸收重金属并在体内积累，受多种因素影响，其中最主要的因素有以下4种：,（1）重金属在土壤环境中的总量和赋存形态一般水溶态的简单离子、简单配离子最容易为植物吸收，而吸附交换、配合次之，难溶态则暂时不被植物吸收。由于各种赋存形态之间存在一定的动态平衡关系，一般重金属含量越高的土壤中，其水溶态、吸附交换态的含量也相对较高，因此，植物吸收的量也相对较多。,.,53,（2）土壤环境状况,土壤环境的酸、碱度、氧化还原电位，土壤胶体的种类、数量，不同的土壤类型等土壤环境状况直接影响到重金属在土壤环境中的赋存形态及其相互之间量的比例关系。因此，不同的土壤环境状况成了影响重金属生物迁移的重要因子。在土壤环境重金属污染的调控与防治中，常常就是通过调节适宜的土壤pH、Eh值，增施有机胶体等措施，抑制重金属的生物迁移，以减轻对农作物的污染危害。,.,54,（3）不同作物种类,由于不同植物种类有不同的选择吸收性能，同一种重金属在不同的植物体内累积的程度亦有所不同。,.,55,（4）伴随离子的影响,指由于另一种金属离子的存在而影响到植物对某种金属离子的吸收效应。例如，土壤处于氧化状态时，Zn2+的存在可促进植物对Cd2+的吸收；但当土壤处于还原状态时，Zn2+的存在则抑制植物对Cd2+的吸收。把促进植物对某种重金属离子的吸收并增强重金属离子对作物的危害的效应称为协同作用；把减小植物对某种金属离子的吸收并减弱重金属离子对作物的危害的效应称为拮抗作用。协同作用与拮抗作用又统称为交互作用。,.,56,第三节土壤污染的防治（）,一、控制污染源二、增加土壤的环境承载力三、有机耕作四、解决土壤污染问题的几点建议,.,57,一、控制污染源,控制土壤污染源，即控制进入土壤污染物的数量和速度，使其在土体中缓慢地自然降解，而不致迅速、大量地进入土壤，才能控制土壤污染。控制和消除土壤污染源的措施有：控制和消除工业“三废”的排放；控制化学农药的使用；合理施用化学肥料；加强污灌区的监测和管理等。,.,58,二、增加土壤的环境承载力,土壤的环境承载力，应该说与土壤的环境容量没有本质的区别，可以说增加土壤的环境承载力就是要提高土壤环境的环境容量。一定土壤环境单元、在一定时限内、遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构与功能，保证农作物的生物学产量与质量，又不使环境受到污染时，土壤环境所能容纳污染物的最大负荷量。,.,59,土壤环境容量=静容量+土壤的净化量=（土壤环境标准值-背景值）+土壤的净化量（土壤环境的自净作用与缓冲性能）提高土壤环境容量应该从两个方面理解，一方面要降低土壤环境的本底值，另一方面要减少进入土壤的污染物质。,.,60,三、有机耕作,在过去几十年里，随着新的知识、机械和化学工业的发展，农业发生了质的变化。虽然农业产量得到了很大提高，但农业生产也产生了很多负影响。与此同时，有良好生态和环境意识的农民已经开发出了他们认为在生态友好和可持续的农业耕作方法和过程。这种农业系统以土壤、植物、动物、人类、生态系统和环境的动态相互作用为基础。这种农业系统的目标是增强自然生命循环，而不是去压抑自然。它在很大程度上依赖于当地可获得资源的数量和质量。如今我们称这些农民为有机农民，他们已经向世界证明：他们的农业系统与其他农业系统是有显著区别的。,.,61,而且，他们的农业系统更有竞争性，能够在减少副作用的同时为人类提供优质农产品。当有机农业的产品进一步进行加工时，基本的要求是保持其重要的内在质量。因此，应该限制加工过程，节省能源消耗，尽量减少加工助剂和食品添加剂的使用。有机农业能够为人类提供一个生态优良的未来。,.,62,有机农业（OrganicAgriculture）是遵照一定的有机农业生产标准，在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，遵循自然规律和生态学原理，协调种植业和养殖业的平衡，采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式。,.,63,有机