6、土壤卫生

第六章土壤卫生Contents主要内容土壤环境特征土壤的污染、自净及污染物的转归土壤污染对健康的影响土壤质量标准及固体废物控制标准土壤卫生防护土壤卫生监督与监测第一节土壤环境特征一、土壤的组成•土壤–是陆地表面生长植物的疏松层，由地壳表层的岩石经过长期的风化和生物学作用而形成。•功用–联系无机界和有机界的重要环节；–结合环境各要素的枢纽；–陆地生态系统的核心及其食物链的首端；–许多有害废弃物的处理和容纳的场所。包括土壤的矿物质和土壤有机质。土壤矿物质占土壤的绝大部分，约占土壤固体总重量的90%以上。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤水分并非纯水，而是稀薄的溶液。土壤气相是指土壤孔隙所存在的多种气体的混合物。土壤空气的成分在上层与大气相近似，而深层土壤空气中氧气逐渐减少，二氧化碳增加，土壤组成土壤固相土壤液相土壤气相一、土壤的组成二、土壤的物理学特征土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒组成，它们的直径差别很大。大颗粒常由岩石、矿物碎屑或原生矿物组成，细颗粒主要由次生矿物所组成。各种大小的颗粒在土壤中所占的比例或质量分数称为土壤的机械组成。根据土壤中各种粒级的重量百分数组成将土壤质地分类，我国划分为砂土、壤土和粘土。在自然状态下，单位容积土壤中孔隙容积所占的百分率，称为土壤孔隙度(soilporosity)。土壤孔隙对土壤性质有多方面的影响。如下：1.土壤的粒级分组2.土壤的质地分类3.土壤的孔隙度类别成分卫生学特征砂土粒径0.05～1mm的沙粒占50%以上土质疏松、颗粒间孔隙大，易于通气透水、有机物分解快粘土粒径0.01mm的颗粒占30%以上土质粘重，孔隙小，容水性强、透水性差，有机物无机化进度慢壤土介于二者之间不松不紧，既能通气透水，又能蓄水2.1土壤质地分类（按各种粒径颗粒所占不同百分比）容水量是指一定容积的土壤中含有水分的量。土壤颗粒越小，孔隙也越小，容水量越大。土壤腐殖质多，其容水量也大。渗水性是指水分渗透过土壤的能力。土壤颗粒越大，渗水越快。土壤中的水分沿着孔隙上升的作用，称为土壤的毛细管作用。土壤孔隙越小其毛细管作用越大。土壤容水量毛细管作用土壤渗水性3.1土壤的孔隙度对土壤性质的影响探讨的意义1.构成土壤的化学元素主要与地壳成土母岩成分有密切的关系。2.人体内的化学元素和土壤中化学元素之间保持着动态平衡关系。3.土壤中微量元素的分布却存在着地区间的差异。4.当地球化学元素的变化超出人体的生理调节范围，就会对健康产生影响，甚至引起生物地球化学性疾病。（详见第7章生物地球化学性疾病）三、土壤的化学特征各地区土壤中各种化学元素的背景值及其环境容量与居民健康之间有着非常密切的关系。1.土壤的背景值backgroundlevel•是指该地区未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的天然土壤中各种化学元素组成及其含量。2.土壤环境容量environmentcapacity3.土壤有机质soilorganicmatter•是一定土壤环境单元在一定时限内遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构与功能，保证农产品的生物学产量与质量，在不使环境系统污染的前提下，土壤环境所能容纳污染物的最大负荷量。•系土壤中各种含碳有机化合物的总称，包括腐殖质、生物残体及土壤生物。土壤有机质含量一般仅占百分之几，最高也不过10％左右。（一）基本概念土壤的化学特征--土壤有机质13.2土壤有机物质（按其化学组成）分类：（1）非氮有机化合物（如单糖和有机酸、多糖类、树脂、脂肪、蜡质和木质素等）。（2）含氮有机化合物（以蛋白质为主，土壤中的植物残体、土壤动物积微生物均含有种当多的蛋白质）。（3）灰分物质（植物体经过燃烧残留的无机物）。3.1来源：动植物残体，高等绿色植物。（1）非特殊性的土壤有机质动植物残体的组成部分以及有机质分解的中间产物（如蛋白质、树脂、糖类、有机酸等，占土壤有机质总量的10%～15%）。（2）土壤腐殖质（humus）（有机物经过土壤微生物分解后再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质，称为腐殖质）土壤特有的有机物质，占土壤有机质总量的85%～90%，由动植物残体通过微生物作用，发生复杂转化而成。土壤的化学特征--土壤有机质2土壤有机质分类（是否有特殊性有机质）土壤的化学特征--土壤有机质3意义：土壤有机质的含量和组成可以影响重金属在土壤中的积累，通过与土壤重金属形成络合物来影响土壤重金属的迁移转化过程、生物有效性及其环境效应。1.一般情况下，土壤有机质本身并不含重金属，因此，土壤有机质含量的增加并未增加土壤重金属的输入；2.由于土壤有机质可参与土壤重金属的络合与螯合作用，可影响重金属的迁移转化过程，进而影响土壤重金属的积累。可以表现为多种土壤重金属含量与土壤有机质呈显著正相关；3.与不同区域土壤本身的性质、土壤重金属的种类和含量有关。如昆山市农田土壤有机质含量与重金属Hg和Pb呈极显著正相关；但与As、Cd、未表现出类似的相关性。土壤的化学特征--土壤有机质4这些性能对土壤的结构、质量及土壤中污染物的转归都有重大影响。三、土壤的化学特征（二）土壤的化学特性包括：土壤的吸附性；土壤的酸碱性；土壤的氧化还原性。土壤的吸附性；土壤吸持各种离子、分子、气体和粗悬浮体的能力称为土壤的吸附性。主要有机械吸收性、物理吸收性、物理吸收性、离子交换吸收性（又物理化学吸收作用）、生物吸收性五种。土壤的吸附性环境意义：土壤的吸附作用对重金属等污染物的迁移转化有较大的影响。三、土壤的化学特征黏土矿物具有表面积大、吸附力和离子交换性强等突出特点。利用黏土矿物对污染土壤进行修复，一方面增大土容量，另一方面改变了重金属形态，使其存在于土壤中的活性金属元素浓度减少，赋存状态变得相对稳定，从而达到修复的目的。三、土壤的化学特征土壤对农药的吸收主要是离子交换吸收，主要是因为大多数的土壤胶粒带负电而发生的阳离子交换吸收作用，即土壤胶粒表面扩散层中的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行交换后保存在土壤中，从而被土壤所固定。三、土壤的化学特征土壤正常的pH在5～8之间。酸性土壤的pH可能小于4，碱性土壤的pH高达11。一般在湿润地区，淋溶作用强，土壤呈酸性或强酸性，pH＜6.5。在干旱地区，淋溶作用弱，土壤大多呈碱性或强碱性，pH＞7.5。在半旱半湿地区，土壤的pH介于两者之间。酸雨能使土壤酸化，这已成为世界性环境问题。土壤的酸碱性环境意义三、土壤的化学特征pH值是土壤的重要指标之一。土壤酸碱度直接或间接影响污染物在土壤中的迁移转化：(1)影响重金属等离子的溶解度。(2)影响污染物氧化还原体系的电位。(3)影响土壤胶体对重金属离子等的吸附。如硅酸胶体吸附金属离子的最佳pH范围为：Co2+，5～7；Cr3+，3.5～7。土壤酸碱度对土壤中重金属的活性有明显的影响。例如，镉在酸性土壤中溶解度大，对植物的毒性较大；在碱性土壤中则溶解度减小，毒性降低。三、土壤的化学特征土壤的氧化还原性环境意义1.土壤空气中的氧（O2）是主要的氧化剂。在通风良好的土壤中多种物质成氧化态，NO3-,Mn4+、Fe3+,SO42-。有机氯农药需要在还原环境下加速代谢。2.土壤中存在明显的顺序还原作用。在壤空中O2被消耗掉，并随着氧化还原点位（Eh）值的降低，氧化态物质如，NO3-、Mn4+、Fe3+,SO42-将依次倍还原。三、土壤的化学特征3.土壤的氧化还原很大程度上需要有微生物的参与，而不是纯粹的化学反应。如：NH4+→NO2-→NO3-分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌的参与下完成；三氯乙醛在有氧土壤中被微生物氧化为毒性更强的三氯乙酸；三、土壤的化学特征自养型异养型需氧性厌氧性土壤中的藻类主要是绿藻和硅藻，其次是黄藻。多为节肢动物，也有非节肢土壤动物。土壤细菌土壤原生动物土壤藻类四、土壤的生物学特征土壤的生物学特征的环境意义土壤中存在着由土壤动物、原生动物和微生物组成的生物群体。土壤微生物是土壤生物的主体。土壤微生物和其他生物对有机污染物有很强的自净能力，即生物降解作用。土壤这种自身降解污染物的作用为土壤生态系统的物质循环创造了决定性的有利条件。四、土壤的生物学特征土壤微生物的多样性是土壤环境质量好坏的判定指标之一；也是修复土壤污染的重要因素，如土壤对石油污染的降解能力表现为土壤微生物在一定条件下可以把石油类的一定组分作为碳源和能量源进行正常的生长繁殖，从而降解石油的最终产物为CO2和H2O。污染物可被生物吸收并累积在体内，植物根系对污染物的吸收是植物污染的主要途径。四、土壤的生物学特征第二节土壤的污染、自净及污染物的转归不可逆转性隐蔽性累积性长期性土壤污染(soilpollution)是指在人类生产和生活活动中排出的有害物质进入土壤中，直接或间接地危害人畜健康的现象。（一）土壤污染基本特点一、土壤的污染1.农业2.工业3.生活4.交通5.灾害土壤污染的物质来源是极为广泛的，有天然污染源，也有人为污染源。按照污染物进入土壤的途径，可将土壤污染源分为以下几类。土壤污染源（二）土壤污染源6.电子垃圾气型污染，是由大气中污染物沉降至地面而污染土壤。水型污染，主要是工业废水和生活污水通过污水灌田而污染土壤。固体废弃物型污染，是工业废渣、生活垃圾粪便、农药和化肥等对土壤的污染。污染物污染土壤的方式（三）污染土壤的方式土壤的净化作用soilself-purification物理净化作用化学净化作用生物净化作用（1）病原体的死灭（2）有机物的净化二、土壤的净化作用土壤的净化作用--有机物的净化有机物的净化：土壤中的有机污染物在微生物的作用下，使有机物逐步无机化或腐殖质化。1.有机物的无机化含氮有机物在土壤微生物的作用下，使含氮有机质分解，是土壤氮素循环的主要过程。不含氮有机物也可在土壤微生物的作用下发生分解。2.有机物的腐殖质化有机物经过土壤微生物分解后再合成腐殖质的过程称为有机物的腐殖质化。腐殖质的成分很复杂，其中含有木质素、蛋白质、碳水化合物、脂肪和腐殖酸等有机物的腐殖质化本质是有机化过程三、污染物的转归（一）化学农药在土壤中的迁移转化１.土壤对农药的吸附２.化学农药在土壤中的挥发、扩散和迁移３.农药在土壤中的降解过程１.土壤对农药的吸附土壤是一个由无机胶体（粘土矿物）、有机胶体（腐殖酸类）以及有机-无机胶体所组成的胶体体系，具有较强的吸附性能。２.化学农药在土壤中的挥发、扩散和迁移土壤中的农药，在被土壤固相物质吸附的同时，通过气体挥发和水的淋溶在土壤中扩散迁移，进而导致大气、水和生物的污染。３.农药在土壤中的降解过程主要有光化学降解、化学降解和生物降解等作用。三、污染物的转归（二）重金属元素在土壤中的转化１.土壤胶体、腐殖质的吸附和螯合作用２.土壤pH的影响３.土壤氧化还原状态的影响三、污染物的转归１.土壤胶体、腐殖质的吸附和螯合作用重金属（heavymetal）可被土壤吸附处于不活化状态。土壤腐殖质能大量吸附重金属离子，通过螯合作用使其被稳定地滞留于土壤腐殖质中。２.土壤pH的影响重金属一般是以氢氧化物、离子和盐类形式存在，土壤pH越低，金属的溶解度越高，容易被植物吸收或迁移。而土壤pH偏碱性时，多数金属离子形成难溶的氢氧化物而沉淀，植物难以吸收。三、污染物的转归３.土壤氧化还原状态的影响在还原条件下，许多重金属形成不溶性的硫化物被固定于土壤中，减少了水稻对金属的吸收。但砷与之不同，在还原状态下的三价砷比五价砷更易被植物吸收，且毒性增强。三、污染物的转归几乎所有农药在土壤中都能形成结合残留物，农药与土壤不同组分的结合，将影响土壤的物质循环。（三）重金属和农药的残留土壤中的重金属由于化学性质不甚活泼，迁移能力低，另外土壤中有机、无机组分吸附、螯合限制了重金属的移动能力。如结合在高分子量腐殖物质中的结合残留物的生物可利用性及降解能力大大降低，延长了土壤中结合残留物的滞留时间。三、污染物的转归土壤中结合态的农药母体及降解中间产物，在一定条件下可因土壤动物、微生物的活动或其他原因逐渐转化为游离态残留物，影响动物、后茬作物的正常生长，构成一种迟发性的环境问题。即将生物活性低、植