第六章土壤环境课件

环境科学概论第六章土壤环境主讲：章玲第一节概述一、土壤的概念

土壤是位于陆地表面具有肥力的疏松层次。由矿物质、有机质（包括土壤生物）、水分和空气四种物质组成。土壤的本质特征：一是具有肥力，即具有供应和协调植物生长所需要的营养条件（水分和养分）和环境条件（温度和空气）的能力；二是具有同化和代谢外界输入物质的能力。二、植物与土壤间的相互关系（一）植物需要从土壤中吸收什么？绿色植物需要从土壤中吸收三种物质：①矿物养分；②水分；③空气。⒈矿物养分植物需要的矿物养分，如硝酸盐（NO3-）、磷酸盐（PO4-）、钾（K+）和钙（Ca2+）。除了氮元素可以来自大气外，其他所有的矿物养分来自岩石的分解，该过程称为风化作用。在人为系统中（农作物、草坪、花园）养分的主要来源通常是通过增施无机肥料。土壤束缚和保持养分离子直到它们能被植物吸收的能力，这个性质被称为离子交换量。⒉水分对土壤来说，有两个方面是极为重要的：第一，所降的雨水必须能够渗透到土壤中；第二，水分必须能够被保持在土壤中，形成“水库”，在无雨时，水分能够不断地供给植物，这个性质被称为持水量。⒊空气根系必须从土壤环境中吸收O2和放出CO2。松散多孔的土壤具有良好的通气性，而紧密结实的土壤，通气性不良，因此，会严重地阻碍植物生长，如果土壤的通气受阻，植物根系很快就窒息而死亡。（三）土壤需要从植物中得到什么⒈碎屑状物质、腐殖质形成与表土⒉防止侵蚀侵蚀作用是风或水掘起土粒并把它们带走的过程。⒊凋落物与土壤湿度（四）植物与土壤之间的平衡植物和土壤之间存在着动态的关系，植物依赖于土壤获得养分、水和根系的通气，然而，在供给这些东西中的极为重要的土壤的物理和化学性质，则取决于来自植物的有机质，植物在保持土壤不受侵蚀方面也起着极为重要的作用。第二节土壤环境问题一、我国土地资源的状况基本状况：⒈幅员辽阔，居世界第三，类型多样，多半处于温带、半温带和亚热带地区，润湿、半润湿、干旱和半干旱各占一半左右，各种不同类型的土地有利于农牧渔业的发展。⒉山地多（66%），平原少（34%）；⒊人均耕地面积少，约1．5亩/人，占世界人均耕地面积的1/3；⒋土地生产力地区之间的差异较大。全国大致分为三块：①东南地区润湿、半润湿地区，生产力较高；②西北地区干旱、半干旱地区，生产力较低；③西部西藏高原地区，很难利用。⒌耕地后备资源潜力不大。我国土地中适宜开垦种植的土地约占全国土地总面积的3．7%，而其中68．6%是开发困难、质量差的土地。二、土地资源的破坏问题⒈水土流失加剧新中国成立以来，全国水土流失面积从17.4亿亩扩大到22.25亿亩，30年中扩大了33.6%，占全国国土面积的1/6。其中，长江流域水土流失面积为5.4亿亩，占全流域面积的20%。长江每年输入海洋的泥沙约5亿吨，已达到黄河入海泥沙量的1/3。⒉土地沙漠化增长沙化是指在各种气候条件下,由于自然和人为因素导致土.地呈现出沙质或砾质为主的土地退化。沙化土地是由此而形成的地表呈现出以沙物质为主的土地。过度放牧是造成土地沙化的主要原因。主要发生在干旱、半干旱地区。我国土地沙化问题仍很突出，绿化赶不上沙化，“局部好转，整体扩大”的趋势仍未改变。目前全国沙化土地面积为１７４.３万平方公里，占国土总面积的１８.２％，超过全国耕地面积的总和。２０１０年，我国要力争实现基本遏制土地沙化扩展的趋势。⒊土地次生盐渍化扩大所谓盐渍化就是土壤的盐化和碱化。一般把表层中含有0．6-2%以上的易溶盐土壤叫盐土；把含交换性钠离子占交换性阳离子总量20%以上的土壤叫碱土，统称盐碱土或盐渍土。造成盐渍化扩大的主要原因是不合理灌溉。我国盐渍化土地约五亿亩，耕地一亿亩，主要分布在黄河、淮河、海河平原，东北西部平原等地。三、土壤污染1．土壤污染的概念土壤污染是指污染物质进入土壤，并在土壤中不断累积，引起土壤的组成，结构和功能的变化，从而影响植物的正常生长和发育，以致在植物体内积累，使作物产量和质量下降，最终影响人体健康。主要污染物有化肥、农药、重金属、放射性元素、病原菌等。２．土壤污染的主要发生途径首先，是把土壤作为农业生产的劳动对象和生产手段，为了提高农产品的数量和质量，要向农田中施用化肥和农药，要进行水利灌溉（有的直接用富营养水灌溉），这样使污染物质进入土壤，并随之积累起来，这是土壤污染的重要发生途径；其次，土壤历来就作为废物（垃圾、废渣和污水等）的处理场所，而使大量有机和无机污染物质随之进入土壤，这是造成土壤污染的主要途径；再次，土壤作为环境要素之一，因大气或水体中的污染物质的迁移转化，从而进入土壤，使土壤亦随之遭受污染3．土壤污染来源（1）工业污染源（2）农业污染源（主要污染物包括农药、化肥、地膜等）（3）生物污染源4.土壤污染物的主要种类（1）有机物质，其中数量较大而又比较重要的是化学农药，化学农药的种类繁多，主要分为有机氯和有机磷两大类，主要有：有机氯类：如DDT、六六六、艾氏剂、狄氏剂等；有机磷类：马拉硫磷、对硫磷、敌敌畏等；氨基甲酸脂类：其中有除草剂和杀虫剂苯氧羧酸类：主要有除草剂如2，4-D、2，4-T等；苯酰胺类：全部为除草剂（2）氮素和磷素化学肥料；（3）重金属如：AsCdHgCrCuZnPb等；（4）放射性元素如：铯、锶等；（5）有害微生物类，如肠细菌、破伤风杆菌、肠寄生虫、结核杆菌等。第三节土壤的性质和作用一、土壤的性质（一）土壤是一个胶体体系所谓胶体就是分散质微粒的直径在10-9-10-7米之间的分散系。土壤中的吸附有两类：极性吸附和非极性吸附①极性吸附：又称物理化学吸附，这种吸附是主要的，该吸附作用的发生与胶体微粒带电荷有关，一般情况下，土壤中的胶体是带负电荷的，如：两性氢氧化物在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷Al(OH)3+H+=Al(OH)2++H2O酸性Al(OH)3+OH-=AlO(OH)2-+H2O碱性胶体的吸附作用还与离子的电价有关，电价越高的阳离子，受胶体吸附的吸引力越大，易被土壤胶体吸附如Th4+＞La3+＞Cu2+＞Na蒙脱石的吸附顺序是：Pb2+＞Cu2+＞Ca2+＞Ba2+＞Mg2+＞Hg2+，高岭石的吸附顺序是：Hg2+＞Cu2+＞Pb2+，腐殖质的吸附顺序是：Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Ca2+＞Hg2+，②非极性吸附：是一种物理吸附，这种作用与胶体的比表面积和比表面能有关。物体表面存在着多余的自由能，这种自由能也叫表面能，物体的表面能愈大，其吸附作用愈强。吸附作用是使许多金属离子和分子从不饱和溶液中转入固相的主要途径。土壤胶体对重金属粒子的吸附作用具有双重效果，一是使它们不易被植物吸收，暂时退出生物圈的小循环；另一方面却使它们长期滞留在农田内，并随时间的推移而富集，很难让它们通过地下渗水、水田放水等途径离开土壤，最终还是只有让植物吸收，危及生物圈。（二）土壤是一个络合体系土壤中无机配位体主要有：OH-、Cl-、SO42-、HCO3-、F-、硫化物、磷酸盐等；羟基与重金属的络合作用可大大提高重金属氢氧化物溶解度；氯络合作用可以提高难溶重金属化合物的溶解度。有机螯合物对金属迁移的影响取决于所形成的螯合物是难溶的或易溶的，在腐殖质组成中胡敏酸和金属形成的胡敏酸盐，除一价碱金属盐外，一般是难溶的，富里酸与金属形成的螯合物则一般为易溶性的。（三）土壤是一个酸碱平衡体系pH值的高低对土壤胶体的吸附量，对配位体的络合作用都有直接的影响。影响土壤酸碱度的因素有酸雨、偏酸性或偏碱性的污水、土壤空气中二氧化碳含量、某些碱性盐分（如Na2CO3等）、石灰、本身具有酸性或碱性的农药和化肥等。（四）土壤是一个氧化还原平衡体系土壤中的氧化还原平衡体系对金属离子的溶解度影响也很大。一些元素的不同价态的生物毒性是有很大差异的。土壤中的氧化还原作用也影响有机物质的分解速度。一般来说，土壤中氧气充足对土壤肥力有利。（五）土壤是一个生物体系土壤有机物的变化过程非常复杂，但一般不外乎两种情况：一种是在好气性微生物的作用下，把复杂的有机物分解为简单的能溶于水的无机物养分（以通气性良好时为主），供作物吸收利用。这称为土壤有机体的矿质化过程；另一种是土壤有机质经分解成较简单的有机物，在嫌气性微生物的作用下，重新合成复杂的有机物-土壤腐殖质（主要是胡敏酸），这称为腐殖质化过程。三、农药对土壤的污染所谓“农药”是泛指农业和林业上用来防治农作物病虫害和调节植物生长所施加药剂的总称，主要有杀虫剂、除草剂、杀真菌剂等。（一）主要农药类型（1）有机氯类农药该类农药是含氯的有机化合物，主要的有DDT、六六六、艾氏剂、狄氏剂和异狄氏剂等，这类农药的特点是：化学性质稳定，在环境中残留时间长，短期内不易分解，脂溶性高，易在脂肪中积累。（2）有机磷类农药：一般有剧烈毒性，但易于分解，在环境中残留时间短，在动植物体内受酶的作用，磷酸酯进行分解不易蓄积，所以常被认为是较安全的一种农药。有机磷农药对昆虫及哺乳类动物均可呈现毒性，阻碍其一些生理作用，使之致死。所以，在短期内有机磷类农药的环境污染毒性引起动物的致癌、致突变作用。（3）氨基甲酸酯类农药：该类农药在环境中易分解，在动物体内也能迅速代谢，而代谢产物的毒性多数低于其本身的毒性，因此，属于低残留的农药。（4）除草剂除草剂具有选择性，只能杀伤杂草，而不能伤害作物；有的是非选择性的，对被农药接触到的植物都可杀死；有的品种只对试剂接触到的部分发生作用，不会在植物体内转移，大多数除草剂在环境中会被逐渐分解，对哺乳动物的生化过程无干扰，对人，畜毒性不大，也未发现在人畜体内有累积。（二）农药在土壤中的迁移转化1．土壤对化学农药的吸附作用土壤对农药的吸附作用有物理吸附和物理化学吸附，其中主要是物理化学吸附土壤胶体对农药吸附的顺序是：有机胶体＞蛭石＞蒙脱石＞伊利石＞绿泥石＞高岭石土壤的pH值对农药的吸附也有很大影响，同一类型的农药，分子愈大，吸附能力愈强，在溶液中，溶解度小的农药，土壤对其吸附能力也愈强。2．化学农药在土壤中的挥发、扩散和迁移进入土壤中的农药，在被土壤固相物质吸附的同时，还通过气体挥发，随水淋溶，为生物体吸收，进而导致大气，水体和生物污染。化学农药挥发作用的大小，主要决定于农药本身的溶解度和蒸汽压以及土壤的湿度、温度，影响土壤孔隙的质地和结构条件，农药的水迁移方式有两种；一是直接溶于水中；二是被吸附于土壤固体细粒表面上随水分移动而进行机械迁移3．化学农药在土壤中的降解作用农药在土壤中的降解包括光化学降解、化学降解和微生物降解等光化学降解是指土壤表面受太阳辐射和紫外线等作用而引起的农药分解，化学降解可分催化反应和非催化反应，微生物降解是通过微生物的生命活动对农药分解而最后消失，是农药在土壤中的主要降解过程。土壤微生物对农药的降解，是土壤对农药最彻底的净化，但各种农药的性质和降解过程是很复杂的，有些剧毒农药，一经降解就失去了毒性，而另一些农药，虽然自身的毒性并不大，但它们的分解产物毒性很大；还有些农药，其本身和代谢产物都有较大的毒性，所以，在评价某一农药是否对环境有污染的时候，不仅要看药剂本身的毒性，而且还要注意代谢产物是否有潜在的危害。4．化学农药在土壤中的残留农药在土壤中的存留时间用半衰期表示，即进入土壤中农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间。各种农药在土壤中的残留时间的长短，对于环境保护和植