《环境科学概论》第八章 土壤环境污染防治与土壤生态保护

第八章土壤环境污染防治

与土壤生态保护第一节概述

第二节土壤环境污染及其防治

第三节土壤生态保护与土壤退化的防治

第四节土壤环境质量评价、规划与管理

土壤在人类农业和自然环境中的重要性1.土壤是人类农业生产的基地（营养库功能、养分转化和循环功能、雨水涵养功能、生物支撑作用、稳定和缓冲环境变化功能）2.土壤是地球陆地生态系统的基础3.土壤是最珍贵的自然资源我国土壤资源简况

土壤是相对不可再生的自然资源,也是不可代替的自然资源。我国土壤资源丰富,国土面积960万km2,但是我国是个多山的国家,各种山地丘陵面积占全部土地面积的65％,平原区土地仅占35％。我国人均耕地面积为0.13hm2,不到世界人均耕地的1／3；人均林地面积0.11hm2,占世界人均林地面积的1／9；人均草地面0.28hm2,不到世界人均草地面积的1／2。一、土壤的基本结构与特性

(一)土壤的结构和组成

(二)土壤的特性

土壤作为独立的自然体，是指位于地球陆地地表，包括具有浅层水地区的具有肥力、能生长植物的疏松层。

土壤环境指这一位于陆地地表的土壤圈层而言。土壤是由矿物质、有机质、水分和空气等物质组成，是一个非常复杂的系统。(一)土壤的结构和组成1.土壤的剖面构型土壤环境从地面垂直往下，是由不同土层构成的，此土壤垂直断面称为土壤剖面构型。腐殖质表层

淀积层

母质层

2.土壤的组成

各土层是由不同的固、液、气态三相物质组成的复杂体系。固相物质——包括无机矿物和有机物两大部分（有机物可分为有机质和活性有机体）土壤溶液(液相)和土壤空气(气相)状况则决定于土壤团聚体结构和土壤质地

土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。土壤矿物质的组成氧化物硅酸盐微溶性盐易溶性盐铁氧化物层状硅酸盐碳酸盐氯化钠铝氧化物架状硅酸盐硫酸盐氯化钾锰氧化物环状硅酸盐硫化物硝酸盐硅氧化物磷酸盐重碳酸盐钛氧化物

土壤结构和质地决定土壤总孔隙度、毛管孔隙和非毛管孔隙度等土壤孔隙状况,从而成为影响土壤水分、温度状况的主要因素。3

土壤质地和团聚体结构土粒的大小划分-粒级标准：国际制、美国制、原苏联制及中国制3-I土壤质地

土壤质地指人对于土壤粗细程度的感觉，有时也用机械组成表示，即指土壤中各粒级的土粒所占的质量百分比。土壤矿物质部分占矿物颗粒粒级的重量百分比土壤质地的意义：1）不同质地的土壤，毛管水传导度不同；2）土壤质地影响土壤结构类型；3）土壤质地影响土壤水、气和热，影响养分转化。3-II土壤结构

——土壤大多以非单粒形式存在，有机质与矿物质往往聚合为各种形态的团聚体。

按形态可为片状结构、角块状结构、粒状结构、块状和棱柱状、团粒状结构。

土壤环境是一个复杂多变的环境要素。对土壤环境的最基层单元——单个土体进行解剖可知,土壤环境不仅是由多相物质、多土层组成的非均匀疏松多孔体系,而且在土壤环境内部及其与其他环境要素之间都存在着复杂的物质与能量的迁移和转化(二)土壤的特性

1.土壤具有肥力具有连续不断地供应植物生长所需要的水分和营养元素。2.

土壤还具有同化和代谢外界输入物质的能力,即土壤具有净化作用它能够消纳部分污染物质,减少其对土壤环境的污染。

二、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

(二)土壤环境容量

(一)土壤环境元素背景值土壤环境元素背景值（土壤环境背景值）

是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。

(二)土壤环境容量

土壤环境容量是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。

第二节土壤环境污染及其防治一、土壤环境污染及其影响因素二、重金属污染三、化学农药污染四、污染土壤的修复一、土壤环境污染及其影响因素(一)土壤污染的特点

(二)土壤污染的类型

(三)土壤污染程度量化指标

(四)污染物在土壤环境中的迁移转化

(一)土壤污染的特点1.隐蔽性和潜伏性

土壤污染是污染物在土壤中长期积累过程，一般要通过对土壤污染物、植物产品质量分析监测，植物生态效应，植物产品产量，以及环境效应监测。其后果要通过长期摄食由污染土壤生产的植物产品的人体和动物况反的健康状映。

2.不可逆性和长期性

污染物进入土壤环境后，便与复杂的土壤组成物质发生一系列迁移转化作用。其中，许多污染作用为不可逆过程，污染物最终形成难溶化合物沉积在土壤中。土壤一旦遭受污染极难恢复。

(二)土壤污染的类型按土壤污染源和污染途径，可分为:

(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)综合污染型按士壤污染物的属性可分为:(1)化学型

(2)放射性污染型

(3)生物污染型(三)土壤污染程度量化指标

土壤污染程度的确定是以土壤环境背景值、作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为重要依据。目前尚没有一个统一的标准

但一般认为，土壤中污染物累积总量，达到土壤环境背景值加

2倍或3倍标准差时，说明土壤中该污染元素或化合物含量已属异常现象，可分为轻度污染；中度土壤污染；重度土壤污染。(四)污染物在土壤环境中的迁移转化

物理过程

污染物质在土壤中可产生挥发、扩散、稀释和浓集等反应，从而降低其在土壤中的浓度。

化学过程主要包括溶解和沉淀、络合螯合作用、中和作用等过程。(四)污染物在土壤环境中的迁移转化

物理化学过程主要包括吸附与解吸、氧化-还原作用等过程。生物过程

①高等绿色植物和土壤生物对生命必需元素的选择性吸收，以维持生物的正常生命活动和土壤的功能；②绿色高等植物和土壤生物对污染元素和化合物的被动吸收，其结果是土壤的正常功能和生态平衡遭到破坏、生物污染以致使植物产品的数量和质量下降。二、重金属污染

重金属污染

是指由人类活动使重金属在土壤中的累积量，

明显高于土壤环境背景值，致使土壤环境质量下降和生态恶化的现象。毒害性较大的

Hg、Cd、Pb、Cr以及类金属As。(一)土壤中重金属迁移转化的一般特征1.重金属形态

①水溶态(以去离子水提取);

②交换态或吸附交换态(以

MgCl2

洛液为提取剂)；

③碳酸盐结合态(以

NaAc-HAc

为提取剂)；

④铁锰氧化物结合态(以

NH40H-HCl为浸提剂)；

⑤有机结合态(以

H202为浸提剂)；

⑥残留态(以

HCl04-HF消化,1：1HCl

浸提)。

其中以水溶态和交换态重金属的迁移转化能力最高，其活性、毒性和对植物的有效性也最大。(一)土壤中重金属迁移转化的一般特征2、土壤中重金属污染物的主要迁移转化过程

土壤粘土矿物对重金属阳离子的吸附顺序,一般是CU2+>

Pb2+〉Ni2+>

C02+〉Zn2+

>

Ba2+〉Rb2+〉Sr2+〉Ca2+〉Mg2+〉Na+〉Li+

3、土壤环境中重金属污染的生物效应

土壤重金属污染对植物的影响或对植物的有效性,是受多种因素控制的。

(二)有毒重金属在土壤中的迁移转化

1.汞（Hg）土壤环境中汞的迁移转化也是较复杂的2.镉(Cd)

镉在土壤环境中可以简单离子或络离子形式存在于溶液中

3.砷(As)

土壤中砷以可溶态、吸附态和难榕态形式存在4.铬(Cr)

土壤中的形态有Cro.Cr2＋.Cr3+

和Cr6+.主要为Cr3+.CrO2_

和Cr072-.Cr42-

5.铅(Pb)

土壤中的无机铅主要以2价态难溶性化合物存在

三、化学农药污染

(一)研究意义

(二)化学农药在土壤中迁移转化

(一)研究意义化学农药对防治病虫害,消灭杂草,提高粮、棉、油、果的产量,以及有关林、牧、副业生产中的重要作用是不容置疑的。但是,由于长期、广泛和大量地使用化学农药,导致土壤环境中农药残留与污染问题,已危及到动植物的生长和人类的健康。化学农药是指能防治植物病虫害、消灭杂草和调节植物生长的化学药剂。目前世界生产的农药品种达1300余种,农业上常用的有250种以上。按其主要用途可分为：杀虫、杀菌、除草、杀螨、杀鼠、杀线虫剂以及植物生长调节剂和土壤处理剂等。按其化学成分可分为:有机氯、有机磷、氨基甲酸醋类、拟除虫菊酯等。研究和了解化学农药在土壤中的迁移转化、残留、土壤对农药的净化,对控制和预测土壤与环境农药污染都具有重要意义。

(二)化学农药在土壤环境中的迁移转化农药在土壤中迁移转化途径主要有:

通过挥发随空气迁移;经淋溶随水扩散迁移;被土壤中微生物降解;光化学降解化学降解生物降解被土壤吸附而残留于土壤等。物理吸附物理化学吸附四、污染土壤的修复(一)排土、客土改良(物理改良措施)(二)生物改良措施

(三)施加抑制剂(化学改良剂改变毒物在土壤中迁移方向转变难溶物质)(四)生物修复污染土壤的生物修复利用微生物(如酵母菌,真菌或细菌)破坏或降解有毒物质为无毒或毒性较小物质的过程。第三节

土壤生态保护与土壤退化的防治一、土壤生态系统土壤生态系统——指地球陆地地表一定地段的土壤生物与土壤及其他环境要素之间相互作用、相互制约,并趋向于生态平衡的相对稳定的系统整体。土壤生态系统中的生物组成部分生产者——即主要指含有叶绿素能利用太阳辐射能和光能合成有机质的高等绿色植物

消费者——即以生物有机体为食的异养性生物，包括土壤动物在内的所有草食动物和肉食动物。分解者——指土壤中依靠分解有机质维持生命的土壤微生物群土壤生态系统的结构（划分为垂直与水平结构）垂直结构可分为以下三个主要层次:

①地上生物群体层

②土被生物群落层

③土被底层与风化壳生物群体层

土壤生态系统平衡系指当系统的能量和物质输入和输出较均衡的情况下，系统中生产者、消费者和分解者，以及诸生物体与无机环境间都保持着相对稳定的平衡状态。

土壤污染指人类生产活动排放的污染物，通过各种途径输入到土壤环境中，其数量和数度超过了土壤的自净能力，从而使土壤污染物的累积过程逐渐占据优势，导致土壤的生态平衡破坏，正常功能失调，土壤质量下降，影响作物的生长发育，使作物的产量和质量下降，并产生一定的环境效应，最终影响人类的健康以致生存和发展的现象。二、土壤退化及其成因

土壤退化是土壤生态遭受破坏而使土壤固有的物理、化学和生物学特性和状态发生改变，导致土壤生态系统功能、生产潜力和环境质量的等级或状况下降。

土壤退化背景和原因自然背景和原因人为活动影响的诸多直接和间接的原因

社会经济的发展，人口的持续增长，又增加了土壤的压力

土壤退化的分类土壤退化土壤侵蚀土壤沙化土壤盐化土壤污染土壤性质恶化耕地的非农业占用水蚀冻融侵蚀重力侵蚀悬移风蚀推移风蚀盐渍化和次生盐渍化碱化重金属、盐碱、农药、有机废物、化肥、废矿物、放射性物质、虫菌病毒土壤板结、潜育化、酸化、养分亏缺1.土壤沙化土壤沙化：主要是风蚀和风力堆积过程。1.1原因：极端干旱及大风过渡放牧乱挖乱樵水资源萎缩过渡开垦森林植被破坏1.2土壤沙化的危害土地贫瘠化植被退化，适宜性变差土地沙化，利用程度降低沙尘暴，环境恶劣营造防护林种植耐旱作物退牧还草

减少耕作次数，少耕免耕。选种适生植物2.土壤（水土）流失2.1概念土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。指在风水等营力作用下，土壤及疏松母质被剥蚀搬运堆积的过程土壤（水土）流失2.2水土流失的指标

土壤侵蚀模数，即每年每平方公里的土壤流失量。水土流失的主因：

1.植被破坏

2.坡地耕种

3.年降雨分配不均土壤流失分级土壤侵蚀模数年均流失厚度（mm）无明显侵蚀小于200或500或1000小于0.16或0.4或0.8轻度侵蚀200或500或1000—25000.16或0.4或0.8—2中度侵蚀2500—50002—4重度侵蚀5000—80004—6极强度侵蚀8000—150006—12剧烈侵蚀大于15000大于122.3水土流失的危害土壤薄层化土壤质量下降生态环境进一步恶化等高种植2.4水土流失的防治：水土保持水土保持沿等高线营造防护林水土保持陡坡地退耕还林水土保持沿沟建淤地坝水土保持修水窖雨季蓄水水土保持生物工程水土保持生物措施水土保持工程措施与生物措施结合水土保持修建梯田3.土壤盐渍化概念：土壤地表面积盐的过程。自然人为的原因，使地下潜水位升高，矿化度增强，气候干旱，蒸发增强，土壤表层盐化碱化增强，盐渍度碱化度加重的现象。3.1土壤盐渍化的三条件蒸发量大于降水量；地下水位超过临界水位；地下水矿化度高。3.2土壤盐渍化类型现代土壤盐渍化；残余土壤盐渍化；潜在土壤盐渍化。3.3土壤次生盐渍化概念：由于不恰当的利用,使潜在盐渍化土壤中盐分趋向于表土层积聚的过程。原因：--超量用水导致地下水位上升超过临界深度；--高矿化度水灌溉(>3g/L)；--灌排不配套,排水不畅；--开垦利用本身含盐高的土壤。3.4土壤次生盐渍化的防治合理利用水资源;灌排配套发展,实施合理的灌溉制度;采用节水灌溉技术;减少渠系渗漏损失;改变种植制度,因地制宜建立生态农业结构;精耕细作。土壤沼泽化或潜育化

指土壤上部土层一米内，因地表和地下长期处于浸润的状态，通气状况变差有机质不能彻底的分解，而形成灰色蓝灰色潜育土层(一)基本概念和内容土壤环境质量

土壤环境(或土壤生态系统)的组成、结构和功能特性及其所处状态的水平。包