土壤污染与防治

1、第八章 土壤污染与防治 1938年马特森（S.Matson）提出了土壤圈 （pedosphere）的概念：土壤圈是岩石圈、水圈、 生物圈及大气圈在地表或地表附近相互作用的产 物。现代土壤学、环境科学和生态学的研究进展 加深了对土壤圈本质的理解：土壤圈是“覆盖于 地球陆地表面和潜水与底部的一种疏松而不均匀 的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球 系统的重要组成部分，处于大气圈、水圈、生物 圈和岩石圈的界面和中心位置，既是它们所长期 共同作用的产物，又是对这些圈层的支撑”。 土壤圈的功能如下：影响大气圈的化学 组成、水分与热量平衡，吸收氧气、释放CO2、 CH4、H2S和N2O等，对全球大气变

2、化有明显 影响；影响降水在陆地和水体的重新分配、 影响水分平衡及水圈的化学组成；支持和调 节生物过程、提供植物生长的养分、水分与适 宜的物理条件、决定自然植被的分布与演替； 作为地球的“皮肤”，对岩石圈有一定的保 护作用。 “土壤”一词，不同的学科对其的定义不同。工程 专家将土壤看作建筑物的基础和工程材料的来源；生 态学家从生物地球化学观点出发，认为土壤是地球系 统中生物多样性最丰富、能量交换和物质循环最活跃 的层面；经典土壤学和农业科学家则强调土壤是植物 生长的介质，含有植物生长所必需的营养元素、水分 等适宜条件，将土壤定义为“地球陆地表面能生长绿 色植物的疏松层”，其具有不断地、同时地为植

3、物生 长提供并协调营养条件和环境条件的能力；环境科学 家认为，土壤是重要的环境要素，是具有吸附、分散、 中和、降解环境污染物功能的缓冲带和过滤器。 土壤具有如下特征：具有生产力 含有植物生 长所必需的营养元素、水分等适宜条件；建筑物的基 础和工程材料；具有生命力 生物多样性最丰富、 能量交换、物质循环最活跃的地球表层；具有环境 净化力 是具有吸附、分散、中和、降解环境污染物 功能的环境仓；中心环境要素 是由矿物颗粒、有 机质、水、空气和生物组成的地球表层，是一个开放 系统，使自然环境的中心环节。基于上述，可将土壤 定义为“土壤是历史自然体，是位于地球陆地表面和 浅水域底部的具有生命力、生产力的

4、疏松而不均匀的 聚积层，使地球系统的组成部分和调控环境质量的中 心要素”。 本章的主要内容 第一节第一节 土壤的组成与性质土壤的组成与性质 第二节第二节 土壤污染土壤污染 第三节第三节 土壤退化过程土壤退化过程 第四节第四节 污染土壤的防治污染土壤的防治 第一节 土壤的组成与性质 一、土壤的结构和组成 1、土壤的剖面构型 1）土壤质地和团聚体结构 2）土壤的组成 2、土壤的性质 1）土壤的物理性质 2）土壤的化学性质 土壤胶体的吸附性 土壤的酸碱性 土壤的氧化-还原性 土壤中的配位化学反应 3）土壤的生物性质 土壤酶特性 土壤微生物特性 土壤动物特性 二、土壤的形成 1、土壤形成因素 1）母质

5、 2）生物 3）气候 4）地形 5）时间 6）人类活动 2、土壤形成过程 土壤的形成过程是地壳表面的岩石风化体 及其搬运的沉积体，受其所处环境因素的作用， 形成具有一定剖面形态和肥力特征的土壤的历 程。根据成土过程中物质交换和能量转化的特 点和差异，土壤形成过程主要有以下几个过程： 1）原始成土过程 2）有机质积聚过程 3）富铝化过程 4）钙化过程 5）盐化过程 6）碱化过程 7）灰化过程 8）潜育化过程 1）原始成土过程 从岩石露出地表着生微生物和低等植物开 始到高等植物定居之前的土壤形成过程，称为 原始成土过程。包括三个阶段：岩石表面着生 蓝藻、绿藻和硅藻等岩生微生物的“岩漆”阶 段；地衣

6、对原生矿物发生强烈的破坏性影响的 “地衣”阶段；生物风化与成土过程的速度大 大增加，为高等绿色植物的生长准备了肥沃的 基质的“苔藓”阶段。原始成土过程多发生在 高山区，也可以与岩石风化同时同步进行。 2）有机质积聚过程 有机质积聚过程是在木本或草本植被下、 土体上部有机质增加的过程，它是生物因素在 土壤形成过程中的具体体现，普遍存在于各种 土壤中。由于成土条件的差异，有机质及其分 解与积累也可由较大的差异。据此可将有机质 积聚过程进一步划分为腐殖化、粗腐殖化及泥 炭化三种。具体体现为六种类型：漠土有机 质积聚过程；草原土有机质积聚过程；草 甸土有机质积聚过程；林下有机质积聚过程； 高寒草甸土有

7、机质积聚过程；泥炭积聚过 程。 3）富铝化过程 富铝化过程又称作脱硅过程、脱硅富铝化 过程。它是热带、亚热带地区土壤物质由于矿 物的风化，形成弱碱性条件，促进可溶性盐及 硅酸大量流失，而造成铁铝在土体内相对富集 的过程。因此它包括两方面的作用，即脱硅作 用和铁铝相对富集作用。 4）钙化过程 钙化过程主要出现于干旱及半干旱地区。 由于成土母质富含碳酸盐，在季节性的淋溶作 用下，土体中碳酸钙可向下迁移至一定深度以 不同形态（假菌丝、结核、层状等）累积为钙 积层，其碳酸钙含量一般在10%至20%之间，因 土类和地区不同而异。 5）盐化过程 盐化过程是指地表水、地下水以及母质中含 有的盐分，在强烈的蒸

8、发作用下，通过土壤水 的垂直和水平移动，逐渐向地表积聚（现代积 盐作用），或是已脱离地下水或地表水的影响， 而表现为残余积盐特点（残余积盐作用）的过 程，多发生于干旱气候条件。参与作用的盐分 主要是一些中性盐，如NaCl、Na2SO4、MgCl2、 Mg SO4等。在受海水影响的滨海地区，土壤也 可发生盐化，盐分一般以NaCl占绝对优势。 6）碱化过程 碱化过程是土壤中交换性钠或交换性镁增加 的过程，又称作钠质化过程。碱化过程的结果 可使土壤呈强碱性反应，pH9.0，土壤黏粒被 高度分散，物理性质极差。土壤碱化的原因比 较复杂，主要涉及脱盐交换、生物积聚和硫酸 盐还原等三种机制。 7）灰化过程

9、 灰化过程是指在冷湿的针叶林生物气候条 件下土壤发生的铁铝通过配为反应而迁移的过 程。在寒带和寒温带湿润气候条件下，由于针 叶林的残落物被真菌分解，产生强酸性的富啡 酸，对土壤矿物起着深刻的分解作用。在酸性 介质中，矿物分解使硅、铝、铁分离，铁、铝 与有机配位体作用而向下迁移，在一定的深度 形成灰化淀积层；而二氧化硅残留在土层上部， 形成灰白色的土层。 8）潜育化过程 潜育化过程的产生要求具备土壤长期渍 水、有机质处于嫌气分解状态这两种条件。 该过程中铁锰强烈还原，形成灰蓝-灰绿色的 土体。有时，由于“铁解”作用，而使土壤 胶体遭到破坏，土壤变酸。该过程主要出现 在排水不良的水稻土和沼泽土中，

10、往往发生 在剖面下部的永久地下水位以下。 在自然情况下，某一土壤的形成总有几种 成土过程同时进行或叠加发生作用，风化过程 也是如此。土壤形成过程中成土因素与成土过 程的相互关系见图8-1。 图8-1 土壤形成中成土因素与成土过程的关系 第二节第二节 土壤污染土壤污染 土壤污染是指进入土壤中的废物和有毒有 害物质数量超过了土壤自净能力，破坏了土壤 系统自然平衡状态，从而造成土壤质量完全恶 化会衰退的现象。土壤污染物主要来自以下几 个方面：来自含有有机毒物和重金属的污水和 废水的农田灌溉；来自含有有机毒物和重金属 的污水和废水的土地处理；来自固体废弃物堆 放或填埋等污染物的渗漏液；来自地下储油罐

11、的泄漏；来自于喷洒农药等。 一、土壤污染的特点 1、隐蔽性和潜伏性 2、可逆性和长期性 二、土壤污染的类型 1、水体污染型 水体污染型是指利用工业废水、城市生活 污水和受到污染的地表水进行灌溉而导致的土 壤污染。 2、大气污染型 大气污染型是指大气污染物通过干、湿沉 降过程而导致的土壤污染。如大气气溶胶的重 金属、放射性元素和酸性物质等造成的土壤污 染。 3、生物污染型 对土壤施用垃圾、粪便、生活污水时，如 不进行消毒灭菌处理，土壤常容易遭受生物污 染，成为某些病原菌的疫源地。 4、固体废弃物污染型 固体废弃物污染型是指工矿企业排出的废 渣、污泥和城市垃圾在地表堆放或处置过程中 通过扩散、降水

12、淋溶、地表径流等方式直接或 间接地造成的土壤污染。 5、农业污染型 农业污染型是指农业生产中因长期施用化 肥、农药、垃圾堆肥和污泥而造成的土壤污染。 6、综合污染型 综合污染型是指由多种污染源和多种污染 途径同时造成的土壤污染。 三、土壤污染物质及其来源 按土壤污染物质的性质，可将土壤污染物分为六类。 1、有机污染物 2、无机污染物 3、重金属污染物 4、固体污染物 5、生物污染物 6、放射性污染物 四、土壤污染程度的量化指标 土壤污染程度的确定是以土壤环境背景值、 植物和土壤生物的生态效应、土壤环境效应、 土壤环境基准或环境标准等为重要依据。但由 于土壤污染的复杂性，目前尚未有统一的标准。

13、一般认为，土壤中污染物累积总量达到土壤环 境背景值得2倍或3倍标准差时，就说明土壤中 该污染元素或化合物含量已属异常。 它是土壤污染的起始值，此时土壤属于轻 度污染；当土壤污染物含量达到或超过土壤环 境基准或环境标准时，说明该污染物的输入、 富集速度和强度已超过土壤环境净化能力和缓 冲能力，属于重度土壤污染。而中度土壤污染 则参照上述量化指标，根据土壤中污染物含量 水平和作物生态效应的相关性具体而定。 五、污染物在土壤中的迁移和转化 1、物理过程 2、化学过程 3、物理化学过程 4、生物过程 第三节第三节 土壤退化过程土壤退化过程 土壤自然演化过程实质上是一个熵增加或 熵减少的过程。 导致土壤

14、退化的因素分为自然因素和人为 因素（图8-2），而人为因素是加快土壤退化 速度最重要的因素，本节主要讨论人为造成的 土壤退化。 土壤退化主要包括：土壤侵蚀、土地荒漠 化、土壤酸化和土壤盐渍化。 图8-2 土壤退化的主要因素 一、土壤侵蚀 土壤侵蚀是土壤及其母质在水力、风力、 冻融、重力等外营力的作用下，被破坏、剥蚀、 搬运和沉积的过程。简单地说，土壤侵蚀就是 土壤物质从一个地方被移动至另一个地方的过 程。 水力或风力所造成的土壤侵蚀也相应地简 称为水蚀或风蚀。 在土壤侵蚀的影响因素中，气候因素是决 定土壤侵蚀量的最重要影响因子。 地形是影响土壤侵蚀的另一个主要因素。 人类活动是影响土壤侵蚀最重

15、要的因素。 深翻耕作土地增加了土壤侵蚀危险，反之，免 耕则相对降低了土壤侵蚀危险。 土壤侵蚀造成水土流失，其结果是： 破坏了土地资源，使土壤肥力大大下降； 淤积水库、阻塞江河、破坏交通，导致水旱等 自然灾害不断加剧； 生态环境严重恶化，区域性贫困加剧。 二、土地荒漠化 荒漠化是指干旱、半干旱、干旱的半湿润 地区在自然和人为活动影响下造成的土壤退化。 荒漠化是一个复杂的土壤退化过程，其既包括 土壤退化，也包括土壤生态与环境的退化，前 者包括侵蚀、盐碱化、肥力衰竭等土壤演变过 程，后者包括植被覆盖率降低、生物量减少和 生物多样性等生态系统变化过程。 荒漠化的发生与特定的干旱、半干旱环境 有关，主要

16、原因在于水分严重短缺导致植被生 长困难，有机质不足而且分解较快，土壤结构 破坏等互相关联的自然背景和过程。 人为活动的影响是荒漠化加速的直接因素， 在干旱、半干旱草原地区，与人为活动相关的 荒漠化过程的原因在于：干旱地区草场生态 系统对自然条件与人为活动的变化较为敏感， 抵抗土壤退化能力较弱；草场生物资源的过 度开发；草场土地资源的不合理利用。 三、土壤酸化 土壤酸化是指在自然或人为条件下土壤pH 值下降的过程。土壤的自然酸化过程是盐基阳 离子淋失，使土壤交换性阳离子变成以Al3+、 H+为主的过程，是相对缓慢的。 人类活动改变了自然酸化的程度、范围以 及速度，工业排放的SO2和NOx，它们与大气中 的水汽发生化学反应生成无机酸，使降水pH值 降低至4.0以下。 大量的干、湿酸沉降物进入土壤，无机酸 替代CO2成为土壤酸化的主要因子，从而大大 提高了土壤酸化速度和铝的溶出。 全球范围内pH5的酸性土壤黏全球土壤面 积约三分之一，因此土壤酸化是人类面临的一 个非常严峻的问题。 三、土壤盐渍化 在干燥炎热和过度蒸发条件下，土壤毛细 管水