江理工污染生态学课件09土壤污染及其生物防治

第九章土壤污染及其生物防治我国土地面临的问题：

1、土地资源匮乏。

1/5人口，7％的土地;20亿亩，国土面积的13％，人均1.63亩，世界人均0.37亩，我国0.1hm2。人均耕地警戒线是0.795亩。人均耕地是中国的2倍；人均耕地是中国的9倍。

2、土地资源不断减少。城市化，工矿、交通用地。十年减少上亿亩。仅2003年，全国净减少耕地253.74万公顷，人均耕地已由2002年的0.098公顷降为0.095公顷。

3、环境恶化的威胁。沙漠化、水土流失。我国土地沙漠化的发展速度惊人，上世纪50年代至70年代，年增1500平方公里，80年代达2100平方公里，90年代末达到3460平方公里，目前总面积已达267.4万平方公里。

4、环境污染

2.0×107hm2（耕地面积的1/5）

一、概念

指由于人类活动产生的有害、有毒物质进入土壤，积累到一定程度，超过土壤本身的自净能力，导致土壤性状和质量变化，构成对农作物和人体的影响和危害的现象称为土壤污染第一节土壤污染概述二、污染来源和污染物类型：

(一)土壤污染的来源

土壤污染的来源很多，大致可以分为：1．生活污染，包括生活垃圾、人畜粪便和生活污水等。2．工业废水、废气、废渣以及汽车废气污染。3．大气中污染物（如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等）通过沉降和降水落到地面的沉降物、4．农业污染，主要是农药和化肥污染土壤。5。战争污染，在使用核化生武器时，可造成土壤污染。

土壤污染按污染来源和性质可分：

1.水型污染

污染来源主要是以未经处理的生活污水、工业废水或医院污水灌溉农田，或利用渗水坑来处理污水而使土壤受到重金属、有机物或病原体污染，例如土壤中镉多不超过0.5mg/kg，而为铅锌矿废水污染的农田土壤中含镉高达10～136mg/kg。又如保定污水灌溉的稻田表土含铅比对照高64倍。2.气型污染工企业排出的污染物如二氧化硫、氮氧化合物、铅、镉、汞、氟等，经过自然沉降或降雨而污染土壤，如电解铝厂、磷肥厂、细铁厂排出的废气中含有高浓度的氟，据某铝厂调查，厂内土壤氟浓度为2200mg/kg，厂外为490mg/kg，对照为330mg/kg。3.固体废弃物型污染

工业固体弃废物或生活垃圾在土壤上堆放和填埋，或作农田基肥，由于淋浴、渗透，可使其中的有害物质有机物、病原体进入土壤中，如武汉市生活垃圾含汞9.5mg/kg、铅13.8mg/kg、大肠菌值10-2～10-9，特别是有毒的工业固体废弃物更可严重污染土壤，并通过土壤污染地下水。4.农药型污染目前我国大量使用农药与化肥，我国目前生产的农药包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、氮化肥增效剂等有100多种，我国化肥用量全年约1亿吨。但由于使用不合理，农药的利用率只有10％，化肥利用率也只30～40％，其余均进入环境主要是土壤之中。残留在土壤中的农药、化肥可以通过食物链危害人体键康。主要污染物质1、重金属污染重金属主要指汞、镉、铅、铬、铜、锌。类金属砷和非金属氟也包括其中。我国受重金属污染的土壤面积达2000万公顷，占总耕地面积的1／6，因工业“三废”污染的农田近700万公顷，使粮食每年减产100亿公斤。有资料显示，华南地区有的城市有50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类的污染；长江三角洲地区有的城市连片农田受镉、铅、砷、铜、锌等多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力。2、农药残留农药污染触目惊心

我国农药总施用量达130余万吨（成药），平均每亩施用接近1公斤，比发达国家高出一倍。农药施用后在土壤中的残留量一般为50%～60%，已经长期停用的“滴滴涕”等农药目前在土壤中的检出率仍然很高。3、化肥污染化肥污染令人震惊

上世纪90年代，全世界氮肥使用量为8000万吨（纯氮），其中我国用量达1726万吨（纯氮），占世界总用量的21.6％。我国耕地平均施用化肥氮量为224.8公斤／公顷，其中有17个省的平均施用量超过了国际公认的上限225公斤／公顷。据31个省、市、自治区的调查，目前蔬菜、瓜果地里，单季作物化肥用量通常很高。（1）、我国化肥生产和使用现状

2003年全国化肥需求量为3990万吨，其中氮肥2670万吨，磷肥920万吨，钾肥400万吨。初步安排国内生产量3600万吨，其中氮肥2750万吨，磷肥790万吨，钾肥60万吨。

2005年1～12月,全国化肥生产量(折纯)为3665.67万吨,同比增长12.06%。其中,氮肥

2742.6万吨,磷肥776.05万吨,钾肥147.07万吨,全年化肥消费量为4441.88万吨,同比增长18.93%。

（2）我国化肥使用中的问题①、使用量大、效率低②、“三要素”比例失调③、营养元素损失量大这是因为,我国化肥当季利用率很低,其中氮为25%-30%、磷为10%-25%、钾为35%-50%。这种化肥有效成分的流失,特别是氮肥的流失,每年造成的损失就达1000多亿,相当于全国1000多家化肥企业的产量白白倒掉。仅黄土高原每年因水土流失带走的氮、磷、钾养分就达3800万吨,就相当于全国每年生产的化肥总量。这些化肥氮素的50%-60%会...

4、有机矿物油

石油、多环芳烃类（PAHs）、各类烷烃、芳烃的混合物，如萘、菲、芘、苯并芘、苯并嗯。5、放射性天然放射性：宇宙射线、天然放射物人为放射性：核爆炸、放射性物质排放6、致病微生物

细菌、病毒、寄生虫、传染性疾病病原体等7、酸性大气和固体沉降物

酸雨、重金属、有机污染物土壤污染特性

（1）土壤污染的隐蔽性（2）土壤污染的持久性（3）土壤污染的间接有害性第二节土壤污染物对土壤的危害1.环境容量

指在一定条件下环境对污染物最大容纳量。2.土壤环境容量指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，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量(Carryingcapacity)。土壤环境容量实际上是土壤污染物的起始值和最大负荷量之差。3.土壤背景值的概念严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。土壤背景值只能代表土壤某一发展、演变阶段的一个相对意义上的数值，一、重金属及其他有毒物质对土壤危害土壤重金属污染物(heavymetalpollutant)主要有铜、铬、镉、砷、汞等。它们在土壤中的活性小，易于积累，土壤一旦被其污染则极难消除。其中镉和砷是极毒的；汞、铅、镍是中等毒性；硼、铜、锰、锌的毒性较低。

（一）土壤重金属背景值

表9－1

表9－2

不同土壤类型背景值不一样不同地区土壤背景值不一样

（二）对土壤影响

1、对土壤代谢影响

1）微生物群落影响

减少微生物种群的数量，如镉使微生物数量减少50倍。抑制有益菌类的活性：如固氮菌、解磷菌、枯草杆菌、纤维分解菌等。土壤微生物反过来也对重金属和有害金属代谢，改变其毒性、2、对土壤酶活性影响破坏酶类活性基团和看见结构。

抑制微生物生长

如氧化还原酶、碱基磷酸酶、多酚氧化酶等3、生化过程的影响

有机质降解土壤呼吸土壤氨化和硝化作用抑制

二、农药一）农药种类

1、杀虫剂：无机、有机、微生物杀虫剂

2、杀菌剂：有机、无机、抗生素、植物

3、杀螨剂：

4、杀线虫剂

5、除草剂

6、杀鼠剂

7、植物生长调节剂

8、杀软体动物

二）、对土壤环境的危害

1、对微生物群落使群落发生变化，减少活增加

2、硝化和氨化影响有的细菌有抑制作用，有些没有影响。对氨化和硝化的影响也不同⑴．氨化作用：

土壤中含氮的有机物如蛋白质、氨基酸、硫氨、尿素等分解为氨或铵盐，称氨化阶段，参与氨化的细菌称为氨化微生物。由氨基酸分解产生氨以及有机酸、醇类、碳氢化物的反应式如下⑵．硝化作用

含氮有机物由氨化作用产生的氨经硝化菌的作用转化成硝酸的过程称为硝化作用。可以分为以下两步。由氨生成亚硝酸。反应式如下：由亚硝酸转化成硝酸。反应式如下：

在厌氧的条件下，氨化过程中还可产生硫化氢、硫醇等恶臭物质，而硝酸盐也可通过反硝化细菌如脱氮色杆菌、萤光极毛杆菌还原为亚硝酸盐与氨或分子态氮。3、对呼吸作用的影响

三、化肥使用

1、对理化性质的影响土壤酸化有些微量元素增加元素有效磷降低上层水稳性团聚体直径增加、下层减少土壤板结：Ca2＋减少

2、污染土壤过多的F－、CI－、NO2－、NO3-

3、重金属污染

4、对土壤微生物影响四、放射性表9－13五、矿物油和多环芳烃的影响

1、微生物群落

2、酶活性影响

六、致病生物体的影响

病原菌传染人畜的媒介。三种途径

1、人－土壤－人

2、动物－土壤－人

3、土壤－人第三节土壤污染监测一、监测的目的和特点目的：特点:

痕量性混合性代表性二）、土壤监测分类

目的对象监测方式二、土壤样品采集和制备

1、采样点

对角线棋盘法蛇形法

2、深度、时间、取样量

3、样品制备

三、土壤污染的监测方法一）物理化学法二）生物法第四节污染土壤的治理措施1.重金属污染土壤的治理措施

土壤中重金属的显著化学行为是不移动性、累积性，具有不可逆性的特点。因此，对受重金属污染土壤的治理要根据污染程度的轻重进行改良。从降低重金属的活性，减小它的生物有效性入手，加强土、水管理。（1）通过农田的水分调控，调节水田土壤Eh值来控制土壤重金属的毒性（2）施用石灰、有机物质等改良剂重金属的毒性与土壤pH关系密切。（3）客土、换土法对于严重污染土壤采用客土或换土是一种切实有效的方法。但此法的代价较高，对大面积治理难以推广。（4）生物修复

对污染严重的土壤，尤其是那些矿山土壤的治理，在复垦前，采用超积累植物的生物修复技术是一个可取的方法。三、有机物（农药）污染土壤的防治对于有机物、农药污染的土壤，除合理施用农药、采用病虫害综合防治，改进农药剂型等以预防为主的系列技术措施外，对污染土壤的治理应从加速土壤中农药的降解入手。其中采取以下措施：（1）增施有机肥料，提高土壤对农药的吸附量，减轻农药对土壤的污染。（2）调控土壤pH和Eh,加速农药的降解。

三、防止土壤污染，可采取以下措施：（１）加强对于工业废气、废水、废渣等的治理和综合利用，防止向土壤任意排放含各种污染物质的废物；（２）合理施用农药和化肥，积极发展高效、低毒、低残留的农药；（３）对粪便、垃圾和生活污水进行无害化处理；（４）慎重推广污水灌溉，对灌溉农田的污水要严格进行监测和控制，最好使用处理后的污水灌田。

土壤污染事件

1992年10月和1993年5月，在未经有关部门同意的情况下，发生了辽宁省沈阳冶炼厂两次非法向黑龙江省鸡西市梨树区转移有毒化工废渣造成重大环境污染的案件。转移的废渣中含有三氧化二砷（俗称砒霜）等10多种有毒物质332吨。这些有毒物质使穆棱河下游约20平方千米范围内的土壤、植物和地下水环境造成不同程度的污染。其中以土壤和植被受到的污染和破坏最为严重，残留在废渣堆放地及周围的砷、铜、铅、钢等重金属污染平均超标为75倍，其中砷的超标指数最高，是103倍。废渣倾倒现场寸草不长，26棵20厘米直径树木枯死，地表裸露面积达500平方米，大约7公顷地表植物受到较严重污染，污染深度0－140厘米。经预测，在自然状况下，要想将土壤恢复到原有水平，大概需要几百年，甚至几千年以上。土壤污染的自净

土壤的自净作用是指土壤被污染后，由于土壤的物理、化学和生物化学等的作用，在一定时间后，各种病原微生物、寄生虫卵、有机物质和有毒物质等，逐渐达到无害化的程度。土壤的自净过程很复杂，主要有以下几个方面：(一)物理作用主要是日光、土壤温度、风力等因素的作用。日光可使土壤表层温度升高，再加上风的作用，可使某些污染物挥发，能减少其在土壤中的含量。例如，六六六在旱田施用后，主要靠挥发散失；氯苯灵等除草剂在高温条件下极易挥发，可迅速失去其活性。(二)土壤的过滤作用和吸附作用

污染物通过土壤时，比孔隙大的固体颗粒被阻溜。土壤颗粒表面还具有很大的吸附作用，能吸附溶于水中的气体、胶体微粒及其他物质，并将它们聚积或浓缩在土壤颗粒表面，逐渐形成一层胶质薄膜(生物膜)，增强了土壤的吸附作用。(三)化学作用

土壤中某些金属离子，可与进入土壤的污染物发生中和、氧化、还原、水解等反应，改变污染物的化学性质而降低其毒性。例如酸、碱可被中和，铜在碱性土壤中可生成难溶性的氢氧化铜，使铜的生物活性下降。(四)生物化学作用

有机污染物在各种土壤微生物(包括细菌、真菌、放线菌)的作用下，将复杂的有机物逐步无机化或腐殖质化而达到自净。1．有机物的无机化(1)含氮有机化合物的无机化：含氮有机物(蛋白质、氨基酸、硫氨、尿素等)在微生物的作用下首先分解成氨或铵盐，称为氨化阶段。在氧气充足条件下，氨(铵盐)在亚硝酸菌作用下，被氧化成亚硝酸盐，并进一步在硝酸菌作用下氧化成硝酸盐，称为硝化阶段。硝酸盐是蛋白质无机化的最终产物，表示土壤已达自净。在土壤微生物作用下，蛋白质中的硫和磷也转化成硫醇、硫化氢及磷化氢，最终形成硫酸盐及磷酸盐供植物吸收利用。(2)含硫和磷有机物的无机化：

在氧气充足的条件下，它们分解迅速而彻底，最终转化为硫酸盐或磷酸盐而达到无机化。但在厌氧条件下，产生疏醇、硫化氢或磷化氢等。脂肪在水解能力很强的细菌、真菌及放线菌作用下分解为甘油和脂肪酸，再分解为水和二氧化碳。有机物的无机化可在需氧和厌氧两种条件下进行。在需氧条件下自净过程迅速，氧化完全，不产生恶臭物质。在厌氧条件下的腐败发酵过程时间长，并产生许多还原性产物，如各种有机酸、氨、硫化氢、沼气等，大都有恶臭。有机酸在土壤中积聚过多，常抑制土壤微生物的生长，减弱土壤的自净能力。2．有机物的腐殖质化

有机物的腐殖质化过程是有机物在土壤微生物作用下，不断分解又不断合成的过程，参与这一过程的微生物有细菌、真菌、放线菌等。腐殖质化的最终产物是腐殖质，它是一种疏松的褐色物质，含有多种有机化合物，其中主要的是腐殖酸，即胡敏酸(腐土酸)、乌敏酸(腐木质酸)、克连酸(矿泉酸)等。另外，尚有木质素、纤维素、蛋白质、脂肪酸等多种物质。腐殖质的性质较稳定，不再继续腐败和产生臭气，也不招引苍蝇。、随着有机物的腐殖化，病原菌(芽胞菌除外)及寄生虫卵逐渐死灭，因此在卫生上也是安全的。土壤中的有机物达到腐殖质阶段便达到了无害化要求，腐殖质还具有持续提供植物的养料、促进植物生长发育、改善土壤的物理性质、提高土壤的蓄水和缓冲能力以及促进土壤微生物活动的作用。(五)病原体在土壤中的死灭

有机物的无机化过程和腐殖质化过程是促使病原微生物和蠕虫卵死亡的重要条件。还由于日光的照射、土壤中温度的改变、微生物生长繁殖条件的不适宜、土壤微生物的拮抗作用和噬菌作用、一些植物根系所分泌的植物杀菌素对某些真菌类的余灭作用等，都影响病原微生物和蠕虫卵的生存。例如，日光中的紫外线能杀灭土壤中的蛔虫卵，末成熟的蛔虫卵更为敏感。对于干燥的土壤日光作用更强。在通常情况下，土壤中的蛔虫卵要1年左右才死亡，但在50℃以上数天后可被杀灭。土壤中的蚯蚓、昆虫及其幼虫也能吞食蠕虫卵，故对土壤中蠕虫卵的死灭也有一定的意义。

由于上述自净作用的结果，使进入土壤中的各种污染物质包括一些有机物、化学毒物的有害作用降低或消失。但土壤的自净作用有一定限度，超过了限度就会造成危害。某些重金属和农药等污染物质，在土壤中尽管也可以发生一定的迁移、转化，但最终并不能完全降解、消失而仍蓄积在土壤中。对这些污染物质就更应加强预防措施，以减少污染和危