农业环境学第四五六章

1、 第四章 土壤污染对作物的危害 第一节 土壤污染概述 一、土壤和土壤污染的基本定义 土壤的基本定义 1、概念 发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结 构表层。 2、土壤组成 矿物质、有机质、土壤水分、土壤空气和微生物 3、土壤的基本性质 土壤的吸附性 土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性 土壤中的生物体系 土壤污染的含义 进入土壤中污染物质的数量和速度超过了土壤本身的自净 能力时,就会使污染物质逐渐积累,改变土壤成分的组成,导致土 壤理化性质变劣,肥力下降,从而影响作物的生长、发育，影响 农产品的产量和品质；或者有毒物质被作物吸收，在农产品中 残留，通过食物链危害人体和动物健康，这种现象称之为

2、“土 壤 污染”。 土壤中污染物的输入途径主要有： 水体污染 固体废弃物污染 大气污染 二、土壤污染的特点 1、蓄积性 2、不可恢复性 3、隐蔽性 4、间接危害性 三、土壤污染量度指标 1、土壤背景值 2、植物中污染物质的含量 3、生物指标 第二节 土壤环境污染物与污染源 一、土壤环境污染物 定义：输入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，有害于人体健康的那些 物质。 污染物 1、无机污染物 重金属、类金属和放射性元素及酸、碱、盐 2、 有机污染物 人工合成有机农药、酚类物质、氰化物、石油、洗涤 剂，以及有害微生物和高浓度耗氧有机物等。 二、土壤环境污染源 工业污染

3、源 农业污染源 生物污染源 自然污染源 特殊污染源 第三节 土壤环境污染发生类型及其特征 一、土壤污染发生类型 水质污染型 大气污染型 固体废弃物污染型 农业污染型 综合污染型 二、影响土壤环境污染的因素 “三废”排放总量 灌溉、施药、施肥方式及施用城市污泥、垃圾是否 按标准有关 污染物种类和性质 土壤性质及种类、作物种类 第四节 土壤环境背景值及土壤环境容量 一、土壤环境背景值 定义 在不受或很少受现代工业污染与破坏和不受或很 少受人类活动影响下，土壤原来固有的化学组成和结 构特征。 我国土壤背景值研究 应用 1、农田施肥 2、土壤污染评价 3、土壤环境容量 4、环境医学和食品卫生 二、土壤

4、环境容量 定义 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，土壤所能承纳的污染物的最大数量或负荷 量。 土壤环境容量的理论依据 1、土壤环境的净化功能 2、土壤环境的缓冲性能 土壤环境容量的计算 1、基本的土壤环境容量（对污染物来说，只考虑其 总量，不论存在形态和各种形态毒性的差异和污 染物在土壤中的衰减和转化等因素） Q=（A-B）2250 Q：基本的土壤环境容量（g/hm2)；A：土壤环境标准值(mg/kg) B:区域土壤背景值（mg/kg）；常数：每公顷农田土壤的数量取值 2、根据污染物的残留率计算土壤环境容量 AT=K（B+Q） AT

5、：污染物在土壤中的年累积量（mg/kg） K：土壤污染物年残留率（%） B：污染物的区域土壤背景值（mg/kg） Q：土壤污染物的年输入量（mg/kg） 第五节 土壤环境重金属污染及其防治 一、土壤环境重金属污染的基本特征 土壤环境中的重金属 元素周期表中比重大于4或5的金属元素，通常称为重金属元 素。环境污染中主要是指汞、镉、铅、铬、砷等生物毒性大的 元素。从毒性角度通常把铍、硒、硼、铝等也包括在内。 土壤环境重金属污染的分布特征 1、重金属在土壤环境中的分布特征 积累在土壤表层。一方面是由于重金属元素本身化学性质 不活泼。迁移能力低；另一方面土壤无机和有机胶体的吸附和 固定作用。 2、重金

6、属污染的化学特征 价态可变 易水解生成氢氧化物 易生成络合物及螯合物 3、重金属污染的生态效益特征 金属有机态的毒性大于金属无机态 价态不同毒性不同 迁移转化形式多样 重金属的物理化学行为多具有可逆性 产生毒性效应的浓度范围低 微生物不能降解重金属 重金属可在生物体富集 重金属对人体的毒害是积累性的 二、重金属在土壤环境中的行为特征 重金属在土壤中的赋存形态 不同的提取剂连续提取，土壤环境重金属赋存形态分为： 水溶态（去离子水提取） 交换态（中性MgCl2溶液提取) 碳酸盐结合态（NaOAc-HOAc） 铁锰氧化态（以NH2OH-HCl溶液提取） 有机结合态（H2O2溶液提取) 残留态（酸消化

7、或差减法） 重金属在土壤环境中的迁移转化 1、物理吸附 2、物理化学和化学迁移 重金属与无机胶体结合 非专性吸附 专性吸附 重金属和有机胶体结合 溶解和沉淀作用 3、生物迁移 概念 植物通过根系（土壤生物）从土壤中吸收某些重金属， 并在植物体内（土壤生物体内）积累起来。 影响生物迁移的因素 重金属在土壤中的总量和赋存形态 土壤环境状况 不同作物种类 伴随离子的影响 重金属元素间的协同和拮抗作用 协同：促进植物对某金属离子的吸收并增强重金属离子对作 物的危害的效应。 拮抗：减小植物对某金属离子的吸收并减弱重金属离子多作 物危害的效应 三、主要重金属元素的污染危害 汞污染 土壤中汞的本底值在10-

8、300ug/kg。 1、汞污染的特点 Hg0 Hg22+ + Hg2+ Hg2+ Hg2+ + Hg0 Hg2+ Hg0 2、汞的甲基化 在嫌气微生物的作用下，无机汞转化为甲基汞。一般在 土壤水分过多、质地沾重、地下水位过高的土壤中。 歧化反应 土壤微生物作用 3、汞对人体的危害 4、土壤汞污染 5、汞对作物的危害 镉污染及危害 土壤中镉的本底值在0.01-0.7mg/kg。 1、镉对人体的危害 2、土壤镉污染 3、镉对作物的危害 砷污染及危害 土壤中砷的本底值在0.1-58mg/kg。 1、砷对人和动物的危害 2、土壤砷污染 3、砷对作物的危害 铬污染及危害 土壤中铬本底值在61.0mg/k

9、g。 1、铬对人体的影响 2、土壤铬污染 3、铬对作物的危害 铜污染及危害 土壤中铜本底值在2-250 mg/kg。 1、土壤铜污染 2、铜对作物的危害 锌污染及危害 土壤中锌本底值在40-90 mg/kg。 1、锌对人体的危害 2、土壤锌污染 3、锌对植物的影响 铅污染及危害 土壤中铅本底值在15-25m/kg。 1、铅对人体的危害 2、土壤铅污染 3、铅对作物的危害 四、土壤环境重金属污染的调控与防治 土壤环境重金属污染的调控与防治的基本原则 1、切断污染源 2、提高土壤环境容量 3、控制或切断重金属进入食物链 4、避免二次污染 土壤重金属污染的调控与防治措施 1、发展清洁工艺 2、严格执

10、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 4、加强水分管理 5、施用改良剂 6、客土、换土和水洗法 7、电化法 8、植物修复技术 9、加强土壤环境及其生物产品的监测 第六节 其他污染物对土壤的污染 一、氟污染污染 二、油类 三、废塑料制品 第五章 农用化学物质与环境 第一节 化肥对环境的影响 一、氮肥施用对环境的影响 氮是植物体内许多重要有机化合物如氨基酸、蛋白质、核 酸、酶、叶绿素及生物膜、植物激素等的主要成分，在许多方 面直接或间接地影响植物代谢活动和生长发育。 常用氮肥的品种、施用方法和利用率 碳酸氢氨、尿素、硝酸氨、氯化氨、硫酸氨和氨水等。 我国化肥利用率仅30左右，各

11、种作物对化肥氮的平均利用 率为40%-50%，大部分肥料通过各种途径对周围环境造成危害。 氮肥在土壤中的流失去向及转化 1、铵盐施入土壤后被土壤胶体吸附 尿素水解形成氨态氮。土壤胶体通常带负电荷，氨态氮易被 土壤胶体吸附。 2、亚硝化及硝化作用 2NH4+ + 3O2 2NO2- + H2O + 4H+ （亚硝化作用） 2NO2- + 3O2 2NO3- (硝化作用） 3、反硝化作用 反硝化脱氮是陆地上氮素重新回到大气中的主要途径。硝 态氮在嫌气条件下经过微生物作用发生反硝化脱氮，形成氧 化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和氮气（N2），释放到大气 中。 氮肥施用的危害 1、增加植物体内硝酸盐

12、的积累 硝酸盐对人体的危害 硝酸盐转化为亚硝酸盐，使人体中毒缺氧，引起高铁血红 蛋白症，严重可致死；间接与次级胺结合形成致癌物质亚硝 胺，诱发消化道系统癌变。 亚硝化细菌 硝化细菌 蔬菜中硝酸盐的积累特点 A：种类不同的差异 B：蔬菜不同器官部位的差异 C：同类蔬菜不同品种间的差异 D：不同生长期的差异 E:蔬菜中亚硝酸盐的含量 影响硝酸盐积累的外界因素 A：施肥 B：光照 C：贮存 蔬菜硝酸盐含量的卫生评价 ADI为3.6mg/kg，作为评价蔬菜硝酸盐含量依据。 降低蔬菜硝酸盐含量积累宜采取的措施 A：合理施肥，多施有机肥，注意N、P、K平衡施肥 B：控制施肥时间 C：蔬菜页面喷施钼、猛等微

13、肥 D：施用氮抑制剂 E：减少蔬菜贮存时间 2、土壤物理性质恶化、农产品质量下降 单施氮肥降低土壤有机质含量及活性和土壤供肥能力、 土壤CEC，并影响道有机无机复合体的性质。 3、造成水体富营养化 暴雨冲刷和地表径流失肥料流失的一个主要途径，易造成 水体富营养化。 4、增加温室气体，破坏臭氧层 反硝化脱氮形成温室气体N2O，与O3作用，生成NO，破坏臭 氧层。 二、磷肥对环境的影响 磷是构成植物体内许多重要有机化合物如核酸、磷脂、植 素、高磷化合物及酶等的成分，积极参与植物体内的多种代 谢活动，如碳水化合物、氮代谢、脂肪的代谢等等，磷对植 物来讲可称为“能量元素”，对根、根茎类药用植物的产量

14、及 品质改善有非常重要的作用，同时还能提高植物的抗性，如 抗旱、抗寒等的能力。 常用磷肥的品种、利用率 过磷酸钙、钙镁磷肥、利用率仅为1020。磷易被土 壤吸持固定，移动性小。 磷在土壤中的去向及对环境的影响 1、土壤中的吸附、固定 2H2PO4- + 3Ca2+ Ca3(PO4)2 + 4H+ Al3+ + H2PO4- + H2O 2H+ + Al(OH)2H2PO4 2、水土流失与水体富营养化 3、磷肥与重金属污染 4、磷肥与三氯乙醛污染 目前，在一些乡镇企业中小磷肥厂仍利用含三氯乙醛的废 硫酸制造磷肥，或用造纸厂废纸浆，废碱液生产胡敏酸肥 料，这些肥料中含有较多的三氯乙醛。三氯乙醛对作

15、物(特 别是苗期)会产生很大的生理毒害。 控制化肥对环境污染的措施 1、适时、适量施用化肥 2、做好N、P、K的平衡施肥 3、有机、无机肥配合使用，走生态农业道路 4、广泛、深入推广配方施肥技术 5、改进、革新施肥机具，推广深施、条施、穴施方法，并 建立良好耕作制度 6、开发化肥新品种，改进化肥的制造方法 7、加强管理，防止水土流失 第二节 农药对环境的影响 一、农药的概念 农药是指用于防治危害农林作物及农林产品的害虫、螨类、 病菌、杂草、线虫等有害生物的化学物质，包括提高这些药剂效 力的辅助剂、增效剂等，以及用来控制和调节农作物生长发育的 化学物质。 二、农药的分类 按防治对象分为杀虫剂、杀

16、螨剂、杀菌剂、杀线虫剂、杀鼠 剂、植物生长调剂剂。 三、农药对环境的影响 1、农药对水体的影响 2、农药对大气的影响 3、农药对土壤系统的影响 农药在土壤中的迁移转化 土壤对农药的吸附作用 植物对农药的吸收与代谢 土壤中有机农药的代谢与降解 A：光化学降解 B：化学讲解 C：生物降解 农药在土壤中挥发扩散和迁移 农药在土壤中的残留毒性 有机氯农药：性质稳定，脂溶性大，易在生物体脂肪 中积累 有机磷农药：有机磷农药可以使乙酞胆碱脂酶磷酸化，从 而其水解内源性底物乙酞胆碱的能力大为下降。乙酞胆碱脂 酶是一种重要的调节酶，它通过水解兴奋性神经质乙酞胆碱 来调节突触的神经冲动传导。有机磷农药的急性毒性

17、:流 涎、腹泻、肌束震颤直至死亡。 四、农药对农业生态系统的影响 农药在农业生态系统中的生物富集 图12 生物与生物、生物与环境的关系 人 植食性动物 陆生植物 空气 土壤水域 浮游生物 鱼类及水生动物 食鱼动物 土壤无脊椎动物 陆生脊椎动物 肉食性动物 农药的生物富集系数 农药对昆虫的影响 农药对水生生物的影响 鱼类受有机农药的污染特点： 1、淡水鱼海水鱼 2、内脏肌肉，鱼头 肌肉， 鱼卵肌肉 3、鱼类死亡，鱼体畸形 3、可形成抗性 农药在作物上的残留 影响因素： 1、农药品质和性质 2、施药浓度和施药次数 3、作物种类和施药部位 4、栽培方法 5、施药方法 生物体中的农药 水中的农药 农药

18、对人体的危害 1、农药的急性中毒 2、农药的慢性中毒 四、农药污染的控制 利用害虫综合防治系统以减少农药的施入量 现有农药的安全使用 加强农药管理 开发高效、低毒、低残留农药新品种 研究、推广生物防治法 第六章 固体废弃物的农业利用及污染防治 第一节 固体废弃物对农业环境的影响 一、概述一、概述 定义：在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的一般 不再具有原使用价值而被丢弃的以固态和泥状赋存的物质，或是 提取目的组分后不用的物质。 固体废弃物的来源、分类固体废弃物的来源、分类 1、来源 固体废弃物来自人类生产和生活的许多环节，也包括来自各种 废物处理设施的排弃物。矿业、建筑业、食品加工业、

19、石油化工 业、居民生活、农业、造纸、木材、印刷、核工业和放射性医疗 单位。 2、分类 工业固体废弃物 来自工业生产过程和工业加工过程产生的废渣、粉尘、 污泥等。包括冶金固体废物、燃料灰渣、化学工业固体 废物、石油工业固体废物、粮食和食品工业固体废物等。 矿业固体废物 包括废石和尾矿。 城市固体废物 指居民生活、商业活动、市政建设与维护机关等办公 等过程中产生的固体废物。一般分为生活垃圾、城建渣 土、商业固体废物和粪便。 农业固体废物 农业生产、畜禽饲养、水产养殖、农副产品加工以及农 村居民生活活动排出的废物，如秸秆、粪便、水果、蔬菜、 果树枝条等。 放射性固体废物 包括核燃料生产、加工同位素应

20、用及核电站、核研究机构 、医疗单位、放射性废物处理设施产生的废物。如尾矿、污 染的废旧设备、仪器、防护用品、放射性残渣等。 固体废弃物对农业环境的危害 1、对土壤的危害 侵占土地 污染土壤 2、对大气的污染 工业固体废物核垃圾在堆放过程中，有机物发生分解，产生 有害气体，造成空气污染；微粒存在的固体废物，污染环境，影 响身体健康，污染建筑物、树木，危害市容与卫生。 3、对水体的污染 固体废物进入水体不仅会淤积江、河、湖，而且会造成水体污 染，影响水生生物的繁殖和水资源的利用。 4、影响环境卫生 生活垃圾、粪便的无害化处理率低，广泛传播肝炎、肠炎痢 疾以及各种蠕虫病；不合理的堆放城市垃圾，导致蚊

21、蝇繁殖，传 播疾病，成为严重污染源。 固体废弃物对农业环境的污染与危害主要表现在： 对土壤理化性质产生不良影响 长期施用垃圾将导致农田中重金属含量积累 有机合成材料和塑料及其制品，随垃圾进入农业 环境，不利于作物生长发育 城市垃圾未经无害化处理直接施用于农田，从而 将大量的细菌类病原菌、病毒和寄生虫卵带入土壤， 成为各种疾病的传播源 污泥农业利用的危害 第二节 固体废弃物的农业利用 一、有机固体废弃物的农业利用技术 有机固体废弃物的能源利用 1、厌氧发酵产沼气 厌氧发酵的生物学原理 复杂的有机质 简单的有机酸、醇、CO2、H2O等 甲烷 厌氧发酵的工艺类型 分批发酵和连续发酵 固体厌氧发酵 渗

22、滤床固相发酵 产甲烷细菌作用 细菌分解 影响厌氧发酵的因素 厌氧条件 温度 酸碱度条件 搅拌 物料性质 有机质负荷 厌氧活性污泥的浓度 有毒物质含量 厌氧发酵产物的农业利用 1、培肥土壤 2、用作饲料 3、用作食用菌培养基 2、固体废弃物的热解处理 热解原理 将有机化合物在缺氧条件下利用热能使化合物的化合键 断裂，由大分子量的有机物转化成小分子量的燃料气、液状 物（油、油脂等）及焦碳等。 热解工艺 外热式:将垃圾置于密闭容器中，在绝氧的条件下，热量 由反应器的外面通过器壁进行传递，垃圾被间接加热而发生 分解。 内热式：是反应器中的可燃性垃圾或热分解中生成的碳部 分燃烧，利用此燃烧热使垃圾发生热

23、分解的过程。 有机废弃物的饲料利用 1、微生物处理 2、化学方法处理 有机废弃物的无害化处理与肥料化 1、堆肥的基本概念及原理 高温堆肥 细胞物质（微生物生长）+ 腐殖酸物质 合成 堆肥有机物+O2+微生物 氧化 CO2、H2O、NH3、PO42-、SO42- 图13 堆肥的好氧发酵过程 排入环境 能量 释放能量 转换为热 厌氧堆肥 产酸阶段（产酸菌的作用） 产气阶段（甲烷菌的作用） 图14 有机物的厌氧堆肥阶段 堆肥有机物 +微生物 细胞物质 有机酸、醇类 CO2、NH3、H2S 微生物+能量 细胞物质 CO2、CH4+能量 2、堆肥工艺、设备及参数 堆肥工艺 前处理 主发酵 后发酵（二次发酵） 后处理 脱臭 贮藏 影响堆肥的因素 有机物含量：20%-80% 水分：50%-60%（以重量计） 温度：35-550C 通风及耗氧速率：O2浓度14%-17% C/N比：