第5章土壤污染与治理

5土壤污染与治理

【学习指南】了解：土壤的概念，土壤污染的特点，土壤污染的危害，土壤的退化。熟悉：土壤的组成、特性、土壤污染类型，土壤污染源，土壤污染物，土壤自净机理。掌握：土壤污染物的转化，防治土壤污染方法。1

5土壤污染与治理5.1土壤与土壤污染5.2土壤污染的治理2

5.1土壤与土壤污染5.1.1土壤5.1.2土壤污染3

土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长作物的疏松表层，是由岩石风化以及大气、水，特别是动植物和微生物对于地壳表层长期作用而形成的。它介于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间，是环境中独特的组成部分，是人类宝贵的自然资源。

5.1土壤4

土壤是由固相、液相和气相物质组成的复杂体系。土壤固相物质包括矿物质和有机物两大部分。土壤液相包括土壤溶液、水及其溶解物等；土壤气相包括N2、O2、CO2、水汽等，与大气成分相同。土壤溶液（液相）和土壤空气（气相）的状况通常取决于土壤团聚体结构和土壤质地。1.土壤的组成5

（1）土壤矿物质

土壤矿物是岩石经过物理风化和化学风化形成的。按其成因分为原生矿物、次生矿物。在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。6

（2）土壤有机质

土壤有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。一般占固相总重量的10%以下，土壤有机质分两大类，一类是组成有机体的各种有机化合物，称为非腐殖物质，如蛋白质、糖类、树脂、有机酸等；另一类是称为腐殖质类有机化合物，它不属于有机化学中现有的任何一类，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等。7

（3）土壤水分土壤水主要来自大气降水和灌溉。在地下水位接近地面(2~3m)的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。此外，空气中水蒸气遇冷凝成为土壤水分。当水进人土壤以后，由于土壤颗粒表面的吸附力和微细孔隙的毛细管力，可将一部分水保持住。但不同土壤保持水分的能力不同。砂土由于土质疏松，孔隙大，水分容易渗漏流失；粘土土质细密，孔隙小，水分不容易渗漏流失。

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（4）土壤空气

土壤中的空气是N2、O2和CO2。其成份与大气中的成分基本相同，其差异是土壤空气存在于相互隔离的土壤孔隙中，是一个不连续的体系；土壤空气中CO2含量比大气中高得多。大气中CO2含量为0.02%~0.03%，土壤空气中一般为0.15%~0.65%，主要由生物呼吸作用和有机物分解产生。氧的含量低于大气；土壤空气中水蒸气的含量比大气中高得多；土壤空气中还含有少量还原性气体，如CH4、H2S、H2、NH3等。如果是被污染的土壤，其空气中还可能存在污染物。9

（5）土壤中的微生物

土壤中的微生物是土壤的组成部分，通过它们的代谢活动，转化土壤中各种物质的状态，改变土壤的理化性质，是构成土壤肥力的重要因素。土壤中微生物的水平分布决定于碳源。10

（1）土壤的物理性质土壤质地、土壤结构、孔隙度是基本的物理性质，影响着土壤的坚实度、塑性、通透性、排水、蓄水能力、根部穿透的难易、植物养分的保存力等，这些性质彼此间是相互关联的。土壤的孔隙性决定于土壤质地、有机质含量、土壤结构等，孔隙性良好的土壤能够很好协调水、气、热和养分的状况，有利于土壤肥力的发挥和作物的生长发育，调节土壤的孔隙性是土壤耕作管理的项目之一。土壤的物理机械性是指土壤在各种含水状况下，受到外力作用时显示出一系列的动力学的性质，包括土壤的粘结性、粘着性、膨胀性和收缩性、可塑性等。

2.土壤的特性11土壤胶体是土壤固体颗粒物中最细小的具有胶体性质的微粒。土壤中含有无机胶体包括粘土矿物和铁、铝、硅等水合氧化物,有机胶体主要是腐殖质以及少量的生物活动产生的有机物和有机-无机复合胶体。腐殖质作为土壤有机胶体来说，具有吸收性能、缓冲性能以及与土壤重金属的络合性能等，这些性能对土壤结构、土壤性质和土壤质量都有重大影响。如腐殖质对有机磷和有机氯农药有极强的吸附作用，可降低农药的蒸发量，减少农药被水淋湿渗入地下量，从而减少了对大气和水源的污染。（2）土壤的胶体性质12

（3）土壤的吸附性土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，而使土壤具有吸附性。在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换(或代换)。139等级，pH＜4.5极强酸性；pH=4.5~5.5强酸性；pH=5.5~6.0酸性；pH=6.0~6.5弱酸性；pH=6.5~7.0中性；pH=7.0~7.5弱碱性；pH=7.5~8.5碱性；pH=8.5~9.5强碱性；pH＞9.5极强碱性。我国土壤pH大多在pH=4.5～8.5范围内，由南向北pH值递增，长江(北纬33°)以南的土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在4.5～5.5之间；华中华东地区的红壤，pH值在5.5～6.5之间；长江以北的土壤多为中性或碱性，如华北、西北的土壤大多含CaCO3，PH值一般在7.5~8.5之间，少数强碱性土壤的pH值高达10.5。（4）土壤的酸碱性14（5）土壤的缓冲性能土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。一般土壤缓冲能力的大小顺序是腐殖质土＞粘土＞砂土。15

土壤污染是指由于人类活动所产生的物质(污染物)，通过多种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，因而使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物的积累过程逐渐占优势，破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然功能失调、土壤质量恶化、影响作物的生长发育、产品的产量和质量下降，产生一定的环境效应(水体或大气发生次生污染)，并可通过食物链对生物和人类构成危害。5.1.2土壤污染16（1）有机物污染可分为天然有机污染物与人工合成有机污染物，这里主要是指后者，它包括有机废弃物（工农业生产及生活废弃物中生物易降解与生物难降解有机毒物）、农药（包括杀虫剂、杀菌剂与除莠剂）等污染。（2）无机物污染无机污染物随地壳变迁、火山爆发、岩石风化等天然过程进入土壤，或随人类的生产与消费活动而进入的。采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等生产部门，每天都排放大量的无机污染物，生活垃圾中的煤渣，也是土壤无机物的重要组成部分，一些城市郊区长期、直接施用的结果造成了土壤环境质量的下降。1.土壤污染类型17

（3）土壤生物污染

是指一个或几个有害生物种群，从外界侵入土壤，大量繁殖，破坏原来的动态平衡，对人类健康与土壤生态系统造成不良影响。造成土壤生物污染的主要物质来源是未经处理的粪便、垃圾、城市生活污水、饲养场与屠宰场的污物等。其中危害最大的是传染病医院未经消毒处理的污水与污物。土壤生物不仅可能危害人体健康，而且有些长期在土壤中存活的植物病原体还能严重地危害植物，造成农业减产。18

（4）土壤放射性物质的污染

是指人类活动排放出的放射性污染物，使土壤的放射性水平高于天然本底值。放射性污染物是指各种放射性核素，它的放射性与其化学状态无关。

放射性核素可通过多种途径污染土壤。放射性废水排放到地面上，放射性固体废物埋藏处置在地下，核企业发生放射性排放事故等，都会造成局部地区土壤的严重污染。大气中的放射性物质沉降，施用含有铀、镭等放射性核素的磷肥与用放射性污染的河水灌溉农田也会造成土壤放射性污染，这种污染虽然—般程度较轻，但污染的范围较大。19

土壤污染源可分为人为污染源和自然污染源。土壤污染按性质可分为化学污染源、物理污染源和生物污染源，其污染源十分复杂。土壤的化学污染最为普遍、严重和复杂。（1）无机污染物（2）有机污染物（3）放射性物质（4）病原微生物2.土壤污染物20（1）隐蔽性或潜伏性（2）不可逆性和长期性（3）间接危害性（4）土壤污染的难治理性土壤污染的特点21（1）土壤污染导致严重的直接经济损失对于各种土壤污染造成的经济损失，目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元。（2）土壤污染导致食物品质不断下降土壤污染除影响食物的卫生品质外，也明显地影响到农作物的其他品质。有些地区污灌已经使得蔬菜的味道变差，易烂，甚至出现难闻的异味；农产品的储藏品质和加工品质也不能满足深加工的要求。

3.土壤污染的危害22（3）土壤污染危害人体健康土壤污染会使污染物在植（作）物体中积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌症和其他疾病等。（4）土壤污染导致其他环境问题

土地受到污染后，含重金属浓度较高的污染表土容易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。23（1）土壤自净概念土壤自净是土壤本身通过吸附、分解、迁移、转化而使土壤污染物浓度降低甚至消失的过程。只要污染物浓度不超过土壤的自净容量，就不会造成污染。一般地，增加土壤有机质含量，增加或改善土壤胶体的种类和数量，改善土壤结构，可以增大土壤自净容量（或环境容量）。此外，发现、分离和培育新的微生物品种引入土体，以增强生物降解作用，也是提高土壤自净能力的一种重要方法。4.土壤自净24

①物理净化土壤的物理净化，主要体现在土壤的机械阻留、吸附、淋溶、稀释、挥发、扩散等。进入土壤中的难溶解性固体污染物可被土壤机械阻留；可溶性污染物被土壤水分稀释，降低毒性，或被土壤固相表面吸附，也可能随水迁移至地表水或地下水中。某些污染物可挥发或可转化成气态物质在土壤孔隙中迁移、扩散、以至进入大气。（2）土壤自净作用机理25

②化学净化

污染物进入土壤后，可能发生一系列的化学反应。例如凝聚与沉淀反应、氧化还原反应、络合—螯合反应、酸碱中和反应、同晶置换反应(次生矿物形成过程中)、水解、分解和化合反应，或者发生由太阳辐射能引起的光化学降解作用等。通过这些化学反应，或者使污染物转化成难溶、难解离性物质，使危害程度和毒性减小，或者分解为无毒或营养物质。这些净化作用统称为化学净化作用。26

③生物净化

生物净化是指有机污染物在土壤微生物（如细菌、真菌、放线菌等）作用下，将复杂的有机物降解，逐步无机化或腐殖化而达到自净。有机物的无机化或腐殖化过程是病原微生物和蠕虫卵死亡的主要条件。日光照射、土壤温度改变、土壤微生物的拮抗作用和噬菌作用、一些植物根系分泌的植物杀菌素对某些真菌具有杀灭作用等，都影响病原微生物和蠕虫卵的生存。27土壤退化又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征。土壤质量的核心是土壤生产力，其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果，带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性；另一方面，人类活动也深刻影响着自然成土过程，改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。5.土壤退化28（1）土壤的重金属污染（2）土壤的有机污染（3）土壤的放射污染（4）土壤生物污染6.中国土壤污染现状29

5.2土壤污染的治理5.2.1土壤污染治理途径5.2.2控制土壤污染源5.2.3污染土壤的治理及修复30针对土壤污染的治理，主要有如下途径：一是从根源上防止污染物进入土壤，二是改变污染物在土壤中的存在形态，使其被固定，降低其在环境中的迁移性及生物有效性；三是从土壤中除去污染物。围绕这些治理途径人们提出了不少物理、化学和生物治理措施，包括工程措施、施用改良剂和生物措施等。5.2.1土壤污染治理途径311.控制农药的使用禁止或限制使用剧毒、高残留农药，如有机氯农药；发展高效、低毒、低残留农药，如除虫菊酯、烟碱等植物体天然成分的农药；大力开展微生物与激素农药的研究。另外，可采用含有自然界中构成生物体的氨基酸、脂肪酸、核酸等成分的农药，它们易被降解。探索和推广生物防治病虫害的途径，开展生物上的天敌防治法，如应用昆虫、细菌、霉、病毒等微生物作为病虫害的天敌。还应开展害虫不孕化防治法。5.2.2控制土壤污染源32（1）提倡多施有机肥，有机、无机肥料配合使用。（2）调整施肥结构，测土平衡施肥。（3）研究秸秆还田新技术，提倡秸秆还田。（4）施用长效肥料，开发缓释肥。

2.控制化肥的使用33以灌溉为主的农业用水量占全国总用水量的66%，在约占全国耕地面积的50%的灌溉面积上生产着全国粮食总产量的80%。由于水资源的开发利用几乎达到了临界状态，农业灌溉用水的不足只能是通过节水灌溉、污水灌溉甚至严重超采地下水来弥补。3.控制污水灌溉34（1）减少和消除污染物排放的废水量采用改革工艺，减少甚至不排放污水，或者降低有毒污水的毒性；重复利用污水；控制污水中污染物的浓度，回收有用产品；处理好城市垃圾与工业废渣，避免因降水或径流的冲刷、溶解而污染水体。（2）全面规划，合理布局，进行区域性综合治理。（3）加强监测管理，制定法律和控制标准。4.控制水污染35工业废气的污染大致分为两类：气体污染，如二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氢化合物等；气溶胶污染，如粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾，雾气等液体粒子，它们通过沉降或降水进入土壤，造成污染。例如，有色金属冶炼厂排出的废气中含有铬、铅、铜、镉等重金属，对附近的土壤造成污染。一般采用工业合理布局、区域采暖和集中供热、火力发电上脱硫、脱硝装置、减少交通废气的污染、改变燃料构成、绿化造林等方法，控制大气污染源。5.控制大气污染36固体废物长期露天堆放，其有害成分在地表径流和雨水的淋溶、渗透作用下通过土壤孔隙向四周和纵深的土壤迁移。通常，由于土壤的吸附能力和吸附容量很大，随着渗滤水的迁移，使有害成分在土壤固相中呈现不同程度的积累，导致土壤成分和结构的改变，植物又是生长在土壤中，间接又对植物产生了污染，有些土地甚至无法耕种。6.控制固体废物污染37

5.2.3污染土壤的治理及修复1.污染土壤的治理（1）控制水土流失地球上人类赖以生存的基本条件就是土壤和水分。在山区、丘陵区和风沙区，由于不利的自然因素和人类不合理的经济活动，造成地面的水和土离开原来的位置，流失到较低的地方，再经过坡面、沟壑，汇集到江河河道内去，这种现象称为水土流失。治理措施：一种是生物措施，通过植树造林，特别是种植抗旱保水的植被，利用其强大的根系锁住水分。另一种是工程措施，把坡地推成梯田，利用鱼鳞坑、水窖等积水，结合小流域综合治理。基本原理：减少坡面径流量，减缓径流速度，提高土壤吸水能力和坡面抗冲能力，并尽可能抬高侵蚀基准面。38

人们把因过度使用和管理不当导致耕地变成荒地的过程称为土地沙漠化或荒漠化。地表失去具有保护作用的草皮或树木，土壤就很容易受到风水侵蚀，逐步出现沙漠化。在沙漠化初期，地表的细微尘土被风带走，造成降尘。而后，地面上粗糙的沙粒也会随风而起，形成沙尘暴。（2）控制荒漠化39在农牧交错地区可针对沙区中居民点、耕地、草场相对分散分布的特点，可以生态户为基础，采取天然封育、调整以旱作农业为主的土地利用结构，扩大林草用地比重，集约经营水土条件较好的上地，并和营造防风沙林带、林网及沙丘表面栽植固沙植物、丘间地营造片林或封育相结合的措施；在草原牧区，除了合理确定草场载畜量，轮牧和建立人工草地及饲料基地外，还应与合理配置水井、确定放牧点密度、修建牧道等结合起来；在干旱地带，要以内陆河流域为生态单元