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1、第六章 土壤环境,1.概述 土壤是地壳表层长期演化形成的，携带了其形成时的环境信息，是生命的温床，是复杂的生物物理化学体系。土壤具有天然肥力，能为植物生长发育提供必要的条件，是农业生产和人类生存的基础。人类的生存与发展时刻离不开土壤这一宝贵资源，但是由于工业文明和社会经济的飞速发展，土壤面临着前所未有的危机，保持土壤使之可持续地被人类所利用已是迫在眉睫的历史任务。,2.土壤危机 随着人口迅速膨胀，人类对粮食的需求、对生存空间的需要大大增加，土地被过度开发或被建筑物占用，土壤面临着严峻的危机。主要包括以下几个方面：,（1）全方位、多来源的污染。有毒有机物（农药、洗涤剂、除草剂）、重金属工业废水或
2、汽车尾气、放射性物质、病原微生物、生产生活垃圾直接间接的进入土壤，破坏了土壤生态，甚至生产出有毒的粮食、蔬菜。,（2）滥伐森林，引起大面积水土流失，土壤面积迅速减少。,（3）盐碱化。在蒸发量大于降雨量的地区，因人类灌溉而使土地中盐分逐渐增加逐渐盐碱化。,（4）沙漠化、贫瘠化和耕地侵蚀。,第一节 土壤的组成与性质,一、土壤的概念和特性,1、概念：土壤使指陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层,2、特性：（1）具有肥力，即能够提供植物生长所需的营养条件和环境条件；（2）内部有生物栖息；（3）具有同化和代谢外界输入的物质的能力；,二.土壤的基本结构与性质1.土壤结构及组成,（1）土壤的剖面：土壤在发
3、育时，除非受到不断的沖刷，否则必会逐渐积聚变厚，成为土层。由地面向下直至成土母质的土壤垂直剖面，明显有若干层次组成。这些层次的颜色、质地、结构和物质组成均有差异，由這些连续层次所构成的剖面称为土壤剖面。,（2）土壤剖面结构 发育良好的土壤剖面，大致可分为、D四层。,覆盖着大量的枯枝落叶,颜色较暗、具有粒状或团状结构的层次,（3）土壤的组成,土壤是极其复杂的由固体、液体、气体三相组成的疏松多孔体系。,土壤气相：是土壤孔隙所存在的多种气体的混合物。,土壤液相：土壤中水分及其水溶物。其移动影响泥土中的养分分布和土壤的肥力，对植物的生长有很重要的影响。,土壤矿物质：来源于地壳岩石和母质 a.原生矿物：
4、是各种岩石（岩浆岩）受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物。硅酸盐类、氧化物类、硫化物类和磷酸盐类,b.次生矿物：由原生矿物经化学风化后形成的新矿物。各种简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类,土壤有机质：土壤中各种含碳有机化合物的总称。包括腐殖质、生物残体及土壤微生物。,土壤水分：主要来自大气降水和灌溉。,土壤空气：主要来源于大气，其次是产生与土壤中的生物化学和化学过程。,（4）土壤质地和团聚体结构,土壤质地（土壤机械组成）：是指土壤不同矿物颗粒（沙粒、粉砂粒、黏粒）的质量分数。,土壤团聚体：由于土壤中存在着有机质和一些胶结物质，土壤的单粒常常被聚合成各种形态的团聚体。(团粒状、块状、片
5、状、核状和柱状)土壤质地和土壤团聚体结构决定着土壤孔隙状况，从而成为影响土壤水分和温度状况的主要因素。,2.土壤的性质,（1）土壤肥力：是指土壤具有连续不断地供应植物生长发育所需要的水分、营养元素以及协调土壤空气和温度等环境条件的能力。,（2）土壤胶体性质：具有巨大的比表面和表面能、电荷性 质、凝聚性和分散性,（3）土壤酸碱性 土壤中存在着各种化学和生物化学反应，使土壤表现出不同的酸性或碱性。,（4）土壤氧化还原性,我国土壤的PH大多在4.58.5范围内，并由南向北PH值递增的规律性，长江（北纬33度）以南的土壤多为酸性和强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。,一.土壤环境元素背景值和土壤环境
6、容量,1.土壤环境背景值（是范围值不是一个确定值）是指未受或很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。,2.土壤环境容量：是指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,（1）土壤是一个多相的疏松多孔体系。,（2）土壤是一个胶体体系。,（3）土壤是一个络合螯合体系。,（4）土壤是一个氧化还原体系。,（5）土壤是一个化学体系。,（6）土壤是一个生物体系。,二、土壤污染与净化,1.土壤污染：是指人类活动产生的污染物通过不同途径进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化并影响到作物的生长发育，以及产量和质量下降的现象。,2.土壤
7、净化：污染物进入土壤后，通过物理、化学、生物作用，分解降解污染物，化有害为无害，使土壤性质稳定，减少对土壤环境的污染。,三.土壤污染的特点,1.隐蔽性和潜伏性,2.不可逆性和长期性,三.土壤污染源与土壤污染物 1.污染源,（1）污水灌溉 是指利用城市污水、工业废水或混合污水进行农田灌溉。,（2）固体废弃物的利用:是指工业废渣、污泥、城市垃圾等。,（3）农药和化肥的施用农药在生产、贮存、运输、销售和使用过程中都会产生污染，施在作物上的杀虫剂大约有一半左右留入土壤中。化肥的不合理的过量施用,（4）大气沉降 气源重金属微粒是土壤重金属污染的途径之一，其构成主要是金属飘尘。,2.污染物,（1）化学污染
8、物,有机污染物：农药、石油、洗涤剂、塑料薄膜等,无机污染物：重金属、酸、碱和盐类等,（2）放射性物质,（3）生物污染物：致病病原菌、有害生物种群。,四.土壤污染的类型,1.水体污染型：工业废水、城市生活污水和受污染的地表水 进行灌溉而导致的土壤污染。（沿河流或干支呈树枝形片状分布）,2.大气污染型：大气污染物通过降尘、降水过程而导致的土壤污染。（以大气污染源为中心呈环状、扇形、椭圆形或条带状分布）,3.固体废物污染型：工矿企业废弃物和城市垃圾在地表堆放或处置过程中通过扩散、降水淋溶、地表径流等方式直接或间接地造成的土壤污染。（点源型）,4.农业污染型：农业生产中因长期使用化肥、农药、垃圾堆肥和
9、污泥而造成的土壤污染。（面源型）,5.综合污染型：由多种污染源和多种污染途径同时造成的土壤污染。,五.土壤污染程度的量化指标,一般认为,土壤中污染物累积总量达到土壤环境背景值的2倍或3倍标准差时,就说明土壤中该污染元素或化合物含量已属异常现象,它是土壤污染的起始值，此时，土壤属轻度污染。,当土壤污染物含量达到或超过土壤环境基准或环境标准时，说明该污染物的输入和富集速度及强度已超过土壤环境的净化能力和缓冲能力，属重度污染。,六、污染物在土壤环境中的迁移转化过程,1.物理过程：污染物质在土壤中发生挥发、扩散、稀释和浓集等反应，从而降低其在土壤中的浓度。,2.化学过程：,溶解和沉淀（重金属迁移转化的
10、重要环节)配合螯合作用中和作用,4.生物过程,高等绿色植物和土壤生物,对生命必需元素的选择性吸收对污染元素和化合物的被动吸收,第三节 重金属对土壤的污染,一、概述1.土壤重金属污染：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。,3.物理化学过程,吸附：主要指土壤胶体表面对离子或化合物的吸附作用。,氧化还原作用：影响有机污染物降解速度和强度、重金属的存在形态、迁移转化、活性或毒性。,2.重金属污染源（课本p191表7-2）金属矿物的采掘、冶炼、矿物燃料、化肥生产和施用等。,3.污染特征：,（1）不能被土壤微生物降解；,（2）通过食物链不断地
11、在生物体内富集，可将其转化为毒害性更大的甲基化合物，最终在人体内蓄积危害人体健康；,（3）土壤环境一旦遭到重金属污染，便难以彻底消除；,二.土壤中重金属迁移转化,水溶态交换态或吸附交换态碳酸盐结合态铁锰氧化物结合态有机结合态残留态,（1）重金属的化学形态：,迁移能力最高、活性和毒性最大,迁移能力、活性和毒性最小,介于其间,二.有毒重金属在土壤中的迁移转化,1.汞（Hg）：主要分布在土壤表层020cm的范围内。世界土壤中汞的含量平均值为0.030.1mg/kg，我国土壤汞的背景值为0.04mg/kg。（1）氧化还原：Hg0(常温挥发性高，可以蒸气形式进入大气圈参与 大气循环）；Hg2+（在含有H
12、2S的还原条件下，生成难溶性HgS,因此汞主要以HgS形式残存土壤中）（2）吸附：可被土壤中带负电荷或正电荷的胶体所吸附。（3）络合-螯合：有机无机配位体对汞有很强的螯合能力。还可被甲基化，大大加强汞的的毒性和迁移能力，发生大气和水迁移。,2.土壤中重金属污染物的主要迁移转化过程,主要有物理、物理化学、化学、生物迁移过程。,2.镉（Cd）：世界土壤中镉的含量平均值为0.5mg/kg，我国土壤镉的背景值为0.079mg/kg，含量为0.0170.230mg/kg。影响土壤中镉存在形态与迁移转化的因素主要为土壤酸碱度、氧化还原条件和碳酸盐含量。（1）离子态和络合态：呈水溶性，易迁移，可被植物吸收。
13、（2）难溶性的Cd化合物：不易迁移和为植物吸收。,（4）植物的吸收和累积：可以通过离子交换与植物的根蛋白进行结合，发生凝固反应。,3.砷（As）：世界土壤中砷的含量平均值为6mg/kg，我国土壤砷的背景值为9.6mg/kg，含量为038.7mg/kg。砷对植物的毒害主要是阻碍植物体水分和养分的输送。,土壤中As以可溶态、吸附态和难溶态形式存在（1）水溶态：易与土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+等生成难溶性砷合物。（2）吸附态：土壤胶体对阴离子吸附力强。（3）难溶态：土壤含硫量高、还原条件下，生成稳定难溶性硫化物,4.铬（Cr）：世界土壤中铬的含量范围是51500mg/kg，我国土壤铬的背景值为
14、57.3mg/kg，含量为17.4118.8mg/kg。多为难溶性化合物，迁移能力低，主要积累在土壤表层。,5.铅（Pb）：世界土壤中铅的含量范围是1525mg/kg，我国土壤铅的背景值A层中约为23.5mg/kg。铅主要富集于植物的根部和茎叶中，植物吸收铅后可影响植物的光合作用和蒸腾作用。（1）土壤中的无机铅主要以2价态难溶性化合物存在，可溶性铅含量较低。（2）黏土矿物、铁锰氢氧化物对铅的吸附作用对铅的迁移能力、活性和毒性影响较大。,第四节 化学农药对土壤的污染,雷切尔卡逊和寂静的春天,二次世界大战后，由于农药的大量使用，许多地方出现了一些奇怪得现象？,鸟类大量死亡，小鸡无法破壳而出，水中的
15、鱼消失了，人们的生命受到危害等等。书中针对商业资本家和农场主为了追逐利润而滥用农药，导致一些地方由原来“到处可以听到鸟儿美妙的歌声”，如今变得“异常寂静了，繁荣的春天悄然绝迹。于是，她向人们发出忠告：农药对人类的利弊应全面权衡，正确估价，合理使用。,一.化学农药对土壤的污染,化学农药在防治病虫害、消灭杂草和增产、增收等方面起到了十分重要的作用，尤其在热带地区，高温高湿，病虫害容易发生。使得人类不得不利用、依赖农药。农药种类繁多、结构复杂，长期使用对土壤、作物危害巨大，并可转移到水体、动物体、人体中。长期的使用还会使害虫、杂草产生抗药性，就需要加大剂量或改换农药。因此，农药使用周期短，使用量增加
16、后，不仅杀害虫、杂草，而且杀害了害虫的天敌，破坏生态平衡。,土壤化学农药污染主要来自四个方面：,1.将农药直接施入土壤中；,2.向作物喷洒农药时，农药直接落到地面上或附着在作物上，经风吹雨淋落入土壤；,3.大气中悬浮的农药颗粒或以气态形式存在的农药经雨水溶解和淋溶，最后落到地面上；,4.随死亡动植物残体或用污水灌溉而将农药带入土壤；,案例一 农药的污染与危害DDT的兴衰 DDT的发明：1847年，德国著名化学家蔡德勒合成了一种有机氯化合物DDT，1939年，瑞士科学家缪勒发现了DDT的优异杀虫作用。DDT的特性：对害虫毒性很高；无刺激性，气味很小；化学性质残效期长；价廉且容易大量生产；DDT的
17、兴起：具有很好广谱杀虫作用，在保护人类健康、消灭疾病方面作出了突出的贡献，由于其神奇作用，使用范围和场所越来越广。DDT的危害：逐渐加大用量，DDT的化学性质稳定，不宜降解，在自然界及生物体内可以较长时间存在，通过食物链富集，毒性增大，导致鱼类和鸟类的死亡。,案例二：猛用化肥，农产品品质下降，蔬菜开始“致癌”如今，为增加土壤养分，不断地给土壤追施化肥，结果适得其反。这给土壤造成了巨大影响。2000年时，南京的氮肥施用量就已明显过量，数据统计显示，南京近年来蔬菜地的全氮含量增加了38124，速效磷含量增加3倍以上。专家认为，表面上看氮的过量对土壤本身没有太大影响，实际上使农产品的品质明显下降，例
18、如氮肥过量，容易使得蔬菜的硝酸盐和亚硝酸盐超标，而这两种物质易使人致癌。氮磷肥过量还将直接污染地下水。,农药对环境、生态和人体健康的危害课本p189190,二.主要农药类型,1.有机氯类农药 含苯的氯素衍生物，主要品种：DDT和六六六等 特点：化学稳定性强 在环境中残留时间长 易溶于脂肪并在脂肪中蓄积,因此，污染严重，属高残留农药，可通过动植物富积，通过食物链影响人类健康。,2.有机磷农药 含磷的神经性剧毒类有机化合物，主要品种：敌敌畏、敌百虫等 特点：有剧毒但易于分解 在环境中残留时间较短 易被生物酶分解而不易蓄积,因此，是一种比较安全的农药，长期危害小，短期危害大。,3.氨基甲酸酯类农药
19、具有神经性毒害作用 特点：在环境和动物体内能被分解和迅速代谢 代谢产物的毒性多数低于其本身毒性 因此，属于低残留农药,4.除草剂类 大多数除草剂在环境中可以被逐渐分解，对人、畜毒性小，在人畜体内无明显的累积现象。,1.农药的气迁移和水迁移（1）气迁移农药以气体挥发和扩散作用为主。（2）水迁移农药溶于水，随水流动迁移。,三.化学农药在土壤环境中的迁移转化,2.农药的降解,光化学降解土壤表层受太阳辐射而引起的农药分解。化学降解 水解、氧化为主。生物降解使有机农药最终分解为CO2而消失（最重要的降解过程）,3.农药的吸附 物理吸附、物理化学吸附(对农药的毒性起到了一定的缓冲和净化降毒作用),当农药量
20、超过土壤的吸附交换量时，土壤就失去了对农药的净化效果，使农药在土壤环境中逐渐积累。,第五节 土壤污染的防治与修复,贯彻“预防为主、防治结合”的环境保护方针,一.控制和消除土壤污染源根本措施,1.控制和消除工业“三废”的排放；,2.加强污灌区土壤质量的监测与管理；,3.合理施用化肥和农药；,4.改良土壤提高土壤净化能力；,二.采取措施修复被污染的土壤,1.物理改良法适用于小面积污染土地 挖去污染土层（排土）、用非污染土壤覆盖于污染土上（客土）,2.化学改良剂法适用于污染较轻的地区 施加化学抑制剂改变有毒物质在土壤中的迁移方向,3.改变耕作制度 改变土壤的物理化学性质,4.生物改良措施简便、经济有效的方法 利用生物的吸收转化,土壤污染“脚下的定时炸弹”,土壤污染是人类在不久的将来必将面临的最困难的环境难题，人们最终会发现攻克环境污染这个世纪难题，最后的堡垒就在自己的脚下。以现有的科学技术水平，土壤污染过程是不可逆的，一旦发展成生态灾难，其损害和损失是难以估量的！,
