环境学概论第7章土壤污染与防治

第七章土壤环境污染

及其防治本章内容土壤的物质组成土壤污染类型土壤污染特点土壤中的主要污染物土壤重金属污染（迁移转化途径及影响因素）土壤净化及污染修复一、土壤定义土壤是指位于地球陆地表面，浅水层地区具有一定肥力且能生长植物的疏松层

土壤剖面二土壤的物质组成土壤组成很复杂，总体来说是由矿物质、动植物残体腐解产生的有机质、水分和空气等固、液、气三相组成

有机质：普通有机物、腐殖酸有机物活性有机体：土壤微生物、土壤动固态

无机物液态(水)气态45％5％

土壤有机质土壤有机质含量土壤有机质绝大部分集中于土壤表层(0—15或0—20cm),我国土壤有机质含量在1—5%之间来源植物的根茬、茎秆、落叶、土壤中的动物残骸以及施入土壤的有机肥料等作用土壤有机质主要以腐殖质为主,它作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、土壤缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等,这些性能对土壤的结构、性质、质量都有重大影响。对金属元素和人为释放的污染物在地表的迁移和富集有重要意义土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳等10种元素占土壤矿物质总量的99%以上。氧（48.6%）硅（26.30%）铝（7.73%）铁（4.75%）原生矿物质它是各种岩石经受不同的物理风化，仍遗留在土壤中的一类矿物，其原来的化学组成没有改变。硅酸盐类：橄榄石/辉石/角闪石/云母/长石氧化物类：石英/赤铁矿磷酸岩类：磷灰石次生矿物质它大多是由原生矿物质经过化学变化，或由分解产物重新结合形成的新矿物。次生层状硅酸盐：高岭石、蒙脱石、伊利石、蛭石、绿泥石氧化物及其水化物：氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锰；碳酸盐：方解石（CaCO3）土壤水土壤水是含有复杂溶质的稀溶液，因此常将土壤水及其所含溶质称为土壤溶液。土壤中各种形态水分,对土壤中物质的转化过程和土壤的形成过程起着决定性作用。土壤溶液是植物生长所需要的水分和养分的主要供给源土壤空气是存在于土壤中的气体的总称。土壤空气土壤空气组成：氧气10.35～20.03%、二氧化碳0.15～0.65%、氮气78.8～80.2%相对湿度100%近地大气组成：氧气20.94%、二氧化碳0.03%、氮气78.08%、其他气体0.95%相对湿度60～90%三土壤环境元素背景值和

土壤环境容量

（一）土壤环境元素背景值

指未受或尽少受人类活动，特别是人为污染影响的土壤化学元素的自然含量。

高低

Hg：页岩（沉积岩0.4）花岗岩(火成岩、0.01)Cd:沉积岩火成岩Cr:蛇纹岩(变质岩3000mg/kg)Pb:沉积岩基性岩（火成岩

SiO245~52%)（二）土壤环境容量

在人类生存和自然生态不致受害的前提下，土壤环境所能容纳的污染物的最大负荷量。四、土壤污染概念人类活动产生的污染物，通过不同的途径输入土壤环境中，其数量和速度超过了土壤的净化能力，从而使土壤污染物的累积过程逐渐占居优势，土壤的生态平衡受到破坏，导致土壤环境质量下降，影响作物的正常生长发育，作物产品的产量和质量随之下降，并产生一定的环境效应，最终将危及人体健康，以至人类生存和发展的现象广东省生态环境与土壤研究所土壤污染课题组在珠三角和粤东（汕头）、粤西（湛江）的调查显示，至目前为止，珠三角的土壤40%存在重金属污染，其中10%为重污染，而西江流域的重金属污染更达到60%~70%。国内外有人形象地将土壤污染称之为“化学定时炸弹”。五、土壤污染特点隐蔽性和潜伏性不可逆性和长期性六、土壤污染的类型水质污染型（污灌）大气污染型（大气沉降、交通）固体废物污染型（垃圾堆放）农业污染型（施肥）综合污染型污灌型锌污染土壤：0.62～9.38mg/kg糙米：0.02～3.70mg/kg土壤污染的类型水质污染型（污灌）大气污染型（大气沉降、交通）固体废物污染型（垃圾堆放）农业污染型（施肥）综合污染型交通污染欧洲和亚洲的大城市中，土壤表层含铅量为200一2000PPm．美国艾森豪威尔快车道15米的土壤中合铅量高达7600ppm．美国中、西部城市住宅区平均含铅1636ppm，商业区土壤含铅2413ppm．华盛顿一个繁华的商业区交叉路口街道尘土含铅量达12820ppm．土壤污染的类型水质污染型（污灌）大气污染型（大气沉降、交通）固体废物污染型（垃圾堆放）农业污染型（施肥）综合污染型固体废物污染型农业污染七、主要污染物有机污染物无机污染物病原菌污染放射性污染无机污染物重金属生物毒性显著的重金属元素：汞、镉、铅、铬、砷一定毒性的一般重金属元素：锌、铜、镍等八、土壤中重金属来源1原生岩石（土壤母质）2陨石、火山气体、土壤潜水3人类活动

来源

污染物矿产开采、冶炼、加工排放的废气、废水、废渣 Cr、Hg、As、Pb、Ni、Mo煤和石油燃烧过程中排放的飘尘 Cr、Hg、As、Pb等电镀工业废水 Cr、Cd、Ni、Pb、Cu、Zn等塑料、电池、电子工业排放的废水 Hg、Cd、Pb、Ni、Zn燃料、化工制革工业排放的废水 Cr、Cd汽车尾气 Pb农药、化肥 As、Cu、Cd土壤重金属污染的人为污染源

镉标准值(mg/kg)二级土壤：≤0.30无公害大米≤0.2绿色大米≤0.10

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）九、重金属形态1赋存状态水溶态（以去离子水提取）交换态或吸附交换态（以MgCl2为提取剂）碳酸盐结合态（以NaAc-HAc为提取剂）铁锰氧化态（以NH4OH-HCl)为浸提剂）有机结合态（以H2O2为浸提剂)残留态(HClO4-HF消化，1:1HCl浸提）2毒性大小水溶态、交换态：最大残留态：最小其余态：介于其间3、有效度

十、土壤中重金属的迁移转化作用

胶体吸附重金属的络合与螯合（一）土壤胶体概念：土壤中颗粒粒径小于1μm或2μm，具有胶体性质的微粒有机胶体：主要是腐殖质和生物活动的产物，为高分子有机物，具有球形三维空间结构，直径20-40nm具有极大的比表面积，交换容量平均2000mol/100g腐殖质无机胶体：颗粒细小的粘土微粒，包括黏土矿物高岭石、蒙脱石（100mol/100g）、伊利石、铁/锰/铝水合氧化物等（二）胶体吸附土壤中含有丰富的有机和无机胶体，对进入土壤中的重金属有明显的固定作用。胶体的吸附和解吸作用使得重金属在土壤中迁移转化胶体吸附作用是重金属在土壤中积累而被污染的重要方式（二）胶体吸附（较高浓度时）土壤胶粒Zn2++Pb2+土壤胶粒Pb2++Zn2+吸附解吸（三）重金属的络合与螯合1络合与螯合影响土壤中存在各种有机或无机的配位体，重金属可以通过络合、螯合作用而溶解迁移（较低浓度）无机的配位体：羟基、氯离子有机配位体：腐殖质（胡敏酸、富里酸）2络合作用：氯络阴离子对重金属络合，可大大提高重金属的溶解度羟基与重金属的络合作用可提高金属氢氧化物的溶解度3螯合作用：胡敏酸：难溶螯合物富里酸：可溶性螯合物（三）影响重金属迁移转化的因素pHEh有机质（1）pH土壤pH变化在4～8.5,但极端时为2、10.5

潮湿地区为5～7、干旱地区为7～9、对作物而言,最适pH为6.5

pH与重金属元素迁移土壤溶液中Cu、Zn、Pb、Cd等离子浓度随土壤的pH值上升而下降pH小于6时，可溶解迁移元素：

Cu、Zn、Ni、Mn、Cr、CdpH大于7时，可溶解迁移元素：

As、Mo（2）Eh影响重金属价态影响迁移能力土壤中的Eh一般土壤Eh变化范围：200～700mv

＞700mv则为完全的氧化条件＞300mV的，以氧化反应占优势＜300mv则以还原作用为主＜200mv便开始进行强烈的还原过程

举例：

水滞土壤，如水稻土和沼泽土Eh可低到-200～-300mv。旱地土壤耕作层处于氧化状态，Eh值约在500～700mv

（多数变价元素）

低价离子比高价离子更容易迁移土壤中一些变价元素，而低价离子化合物溶解度相对高价化合物迁移能力较大，更容易迁移。如：Fe、Mn、S、Ni、Pb、As、Hg（少数变价元素）

高价离子比低价离子更容易迁移有些元素(如U、V、Mo、Cr)在高价态时可以形成络合—螯合离子的配位离子，在土壤溶液中增强了活性，在还原条件下，被还原为低价离子，并进一步水解沉淀

Cr的低价化合物较易水解沉淀，所以高价形式如(CrO4)2-等，则比低价形式更易迁移。(3)有机质腐殖酸一种特殊的有机物，其约占有机质总量的50％一65％组成：胡敏酸（只溶于碱）富里酸（溶于酸碱）

胡敏素（不溶于酸碱）胡敏酸结构富里酸结构十一、土壤污染的危害1土壤污染导致土壤酸碱度变化2土壤中的有毒物质直接影响植物的生长3土壤污染危害人体健康铝毒症状 植物的铝毒症状首先体现在根系：根主轴伸长受抑，根粗短而脆，褐色，畸形弯曲，抑制植物根系生长不同铝浓度对绣球花颜色的影响土壤污染危害人体健康

十二土壤净化及污染土壤的修复土壤净化污染土壤的修复（一）土壤净化土壤本身通过吸附分解、迁移转化，而使得土壤污染物的浓度降低而消失的过程。土壤中生物微生物和土壤动物对土壤中的污染物进行分解转化土壤中的存在的胶体通过吸附、解吸、代换等过程，对进入土壤中的污染物骑着“蓄积”作用，是污染物形态发生变化在植物的吸收作用下，转化和转移土壤中污染物其他作用途径：如挥发、光解等（二）污染土壤的修复1排土、客土改良（物理改良）2施加抑制剂（化学改良）3生物改良常州外国语学校493名学生因学校附近工地施工引发中毒，学生出现了甲状腺结节、皮炎、血液指标异常等症状。客土修复学校附近的污染土壤（三家化工厂常隆、华达、常宇），施工过程中出现了有毒物质的扩散。2011年，常州常隆地块完成拆迁平地，用于商业开发的环境风险不可接受。2014年3月，开始了一轮修复，但因为刺激性异味太大，被迫暂停。生物法超耐受性植物筛选的研究

超富集植物筛选的研究

超耐受性植物超耐受性植物可以利用其根系的吸收和积累作用，将重金属固定在植物根系或根际土壤中，从而降低土壤中重金属的迁移能力，使重金属得生物可利用性下降、重金属的生物毒性降低。超富集植物研究能承受高浓度的重金属，对重金属有相当的富集能力（能较普通植物累积10～500倍以上的某种重金属），生长快、生物产量较大，同时具有发达的根系。已有400余种植物被证明对重金属具有吸收超富集作用加拿大发布了750多种陆生和水生、野生和培植的潜在超富集植物目录

阿拉伯芥能在茎内富集30000mg/kg的Zn

宝山堇菜、商陆都是Cd的超富集植物海州香薷已经达到Cu超量积累植物的标准蜈蚣草是修复中度As污染土壤的理想植物思考题1、掌握土壤的物质组成。2、土壤的环境元素背景值如何定义？什么是