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土壤环境世界土壤污染状况1977美纽约州拉夫运河污染事故引起美国对污染关注颁布超级基金法,加强污染场地管理2000年,荷兰、奥地利、西班牙投入大量资金欧元用于恢复被污染土地2002年,德国有128000hm2土地遭污染2004年,欧盟形成一份土壤监测协议日本最早发现和重视土壤污染1970年《农地土壤污染防治法》,并对污染土壤进行修复近年来,集成电路板、电子产品、净洗金属零件、交通污染等使挥发性有机物成为土壤污染的新动向我国土壤污染状况农药、重金属污染达到上千万公顷其中,矿区污染面积200万hm2,石油污染500万hm2,固废堆放5万hm2特征:多源、复合、量大、持久毒害的现代污染特征,常量污染物向微量持久性有毒污染物。我国16个省,蔬菜、水果农药检出率20-60%,超标率20-45%,带来食品安全问题。主要内容4.1土壤组成4.2土壤污染4.3土壤污染的危害4.4土壤中主要污染物及其迁移转化4.5土壤污染的综合防治4.1土壤组成1土壤及其组成概念土壤是地球陆地表面具有一定肥力,能够生长绿色植物的疏松表层。“土壤”的涵义——《说文解字》土壤是地球岩石最表层经亿万年风化和生物活动所形成的物质。土壤是生物圈、岩石圈、大气圈和水圈的交汇点。构成土壤中有什么?讨论人们常说蚯蚓靠吃土为生,蚯蚓从土壤中获得了什么?固相:矿物质、有机质、细菌微生物液相:水分、土壤溶液气相:N2、O2、CO2、水蒸气等矿物质:土壤中矿物养分的主要来源有机质:其含量是土壤肥力高低的重要标志水分和空气:共同影响着土壤的热量状况组成理想土壤的成分体积比例土壤的形成过程(1)岩石风化过程形成疏松的成土母质(2)低等植物着生过程形成原始土壤(3)高等植物生长过程形成成熟土壤裸露的岩石(含矿物养分没有肥力)成土母质原始土壤成熟土壤风化作用高等植物微生物低等植物成土过程的开始土壤肥力不断发展2.土壤有机质土壤有机质是指存在于土壤中的所含碳的有机物质。它包括各种动植物的残体、微生物体及其会分解和合成的各种有机质。可分为:普通有机质和腐殖质(胡敏酸、富里酸和胡敏素)3.土壤机械组成粗细不等的土粒按照不同比列组合称为土壤机械组成,又称土壤质地4.土壤溶液土壤水分及其所含气体、溶质和悬浮物质的总称。土壤水是植物吸收养料的主要媒介。5.土壤剖面天然土壤一般分为:覆盖层A0、淋溶层A、淀积层B、母质层C和基岩D。基岩母质层淀积层淋溶层覆盖层二、土壤的物理化学性质1.物理性质(1)土壤的温度季节性变化:表层15cm土层的平均温度在全年中较气温为暖,而春夏较冷。(2)土壤孔隙度土壤中土粒与土粒之间形成的大小不同的空间为土壤孔隙。土壤孔隙在单位土壤容积中所占的百分比称为土壤孔隙度。(3)土壤密度与容重土壤固体部分的重量与同体积水的重量之比,土壤密度。单位体积干土重与同体积水的重量之比,称为土壤容重。2.化学性质(1)土壤的酸碱度活性酸度:溶液中H+浓度所引起的酸度,pH值(酸性土、中性土和碱性土)潜在酸度:土壤胶体或吸收性复合体的交换性H+和Al3+所引起的酸度。我国土壤的pH大多在4.5-8.5范围内,并有由南向北pH值递增的规律性。土壤的酸碱性首先决定于土壤的组成:我国长江以南的土壤,Si、Al、Fe含量较高,三者占土壤总量的95%以上,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,有少数低至3.6-3.8;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(如华北、西北的土壤)大多含CaCO3,多为中性或碱性,pH值一般在7.5-8.5之间,少数强碱性土壤的pH高达10.5。•化学原因:主要是矿物的风化过程产生的无机酸或大量二氧化碳;土壤弱酸盐的水解;无机肥料残留的酸根;重金属和有机物对土壤的污染;酸雨的影响;土壤胶体吸附的H+、Al3+等被其它阳离子交换:土壤酸化的原因:土壤酸化的第二个原因是微生物对有机物降解。土壤的碱化土壤溶液中OH-离子的主要来源是CO32-和HCO3-的碱金属(Na、K)及碱土金属(Ca、Mg)的盐类。交换性阳离子的水解:土壤酸化和碱化的原因:(2)土壤的缓冲性土壤胶体吸收了许多代换性阳离子,如Ca2+、Mg2+、Na+等可对酸起缓冲作用,H+和Al3+可对碱起到缓冲作用。(3)土壤的氧化还原反应土壤溶液中普遍存在氧化还原反应。用Eh氧化还原电位表示。4.2土壤污染土壤环境背景值:土壤的环境要素在未受到明显污染时,其化学元素的正常含量,以及环境中能量分布的正常值为环境背景值,又称作环境本底值。土壤背景值意义1.研究确定土壤环境容量的基础2.研究化学元素等污染物在土壤环境中行为的依据3.土壤环境质量评价的依据4.土地规划和利用的参比数据2.土壤环境容量土壤环境单元所容许容纳的污染物的最大量意义a.制定土壤环境质量标准的依据b.农田灌溉水水质的依据c.污泥施用量的依据d.土壤污染预测和评价的依据e土壤污染物总量控制的依据4.1土壤污染及污染物定义:人类活动产生的污染物质通过各种途径进入土壤,其数量上超过了土壤的容纳和净化能力,从而使土壤性质、组成及结构发生变化、并导致土壤功能的失调、土壤质量恶化的现象。标志:土壤生产力下降土壤污染源:1.工业和城市废水和固体废弃物2.农药化肥3.牲畜排泄物和生物残体4.大气污染物5.放射性废物土壤污染物分类1无机污染物:主要是重金属、放射性物质、营养物质和其他无机物质等。有机污染物:主要是化学农药,目前在全球大量使用的农药约50余种。致病微生物:各种细菌、病毒等。分类2①化学污染物:如汞、镉、铅、砷等重金属,过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物、各种化学农药、石油及其裂解产物,以及其他各类有机合成产物等。②物理污染物:指来自工厂、矿山的固体废弃物。③生物污染物:指带有各种病菌的城市垃圾和由卫生设施(包括医院)排出的废水、废物等。④放射性污染物:主要存在于核原料开采和大气层核爆炸地区,以锶和铯等在土壤中生存期长的放射性元素为主。土壤污染的特点1.隐蔽性和滞后性2.累积性和地域性3.不可逆转性4.治理难而周期长土壤污染特点:一旦污染,难于消除中国土地污染形势严峻4.2土壤污染的危害1直接导致严重的经济损失——农作物的污染、减产。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。因土壤受到金属污染导致秧苗在不同时期的外在表象2、土壤污染导致生物品质不断下降我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,有许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。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。金昌市造纸厂的废水流到灌溉水渠,用于灌溉市郊的农民说,“废水、废气对庄稼的影响越来越大”尖头、裂腮蘑菇群落可反映土壤污染状况2、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。3、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。4.3土壤中的主要污染物及其迁移转化重金属元素主要指那些密度大于4±1g/cm³的金属元素或者准金属元素。这些重金属元素通常源于地壳,可在土壤、岩石、沉积物、水体和微生物中富集(在正常情况下含量较低)。人们的生产和生活也会产生相当数量的重金属元素,这些重金属会在不同环境介质中积累。4.3.1重金属对土壤的污染重金属来源(自然源和人为源)重金属在土壤中的一般迁移和转化规律(1)机械迁移和转化重金属被包含于矿物颗粒或有机胶体内,或被吸附于无机、有机悬浮物上,随土壤水分流动而被迁移转化。也有随空气而运动的,如元素汞可转化为汞蒸汽扩散,也有因其本身比至较大而发生沉淀,或闭蓄于其它无机、有机沉淀之中。A土壤胶体的吸附B配位作用C沉淀-溶解作用D氧化-还原作用(2)化学、物理迁移和转化包括无机胶体、有机胶体和有机-无机复合胶体无机胶体:无机胶体在数量上远比有机胶体要多,主要是土壤粘粒,它包括Fe、Al、Si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。土壤胶体粘土矿物(clayminerals),它们是一些含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物。除海泡石、坡缕石具链层状结构外,其余均具层状结构。颗粒极细,一般小于0.01毫米。加水后具有不同程度的可塑性。(含水的铝硅酸盐)配位作用C沉淀-溶解作用D氧化-还原作用铈(3)生物迁移被植物体吸收在植物体富集的过程一般,不同植物富集能力不同豆类小麦水稻玉米植物体不同部位不同:根茎叶果壳籽实(1)汞的迁移转化2.几种主要重金属在土壤中的迁移转化(2)镉的迁移转化(3)铬的迁移转化(4)砷的迁移转化(5)铅的迁移转化重金属污染案例4.3.2化学农药对土壤的污染农药对水生生物毒性土壤中农药迁移(1)有物理吸附(范德华力)、化学吸附(吸附呈离子态农药)、氢键或配价键与胶体结合、与粘土矿物构成复合体(2)不同胶体对农药的吸附能力为:有机胶体>蛭石>蒙脱石>伊利石>绿泥石>高岭石。(3)土壤胶体对有些农药的吸附作用是有选择性的。如高岭石对除草剂2—D,4一D的吸附能力,要比蒙脱石和蛭石大。(4)土壤对化学农药的吸附作用还决定于农药本身的化学性质。(5)带有R3N+、-OH、-CONH2、-NH2COR、-NH2、-OCOR、-NHR功能团的,都能增强吸附强度,尤其是带-NH2的化合物,吸附能力更强。(6)在同一类型的农药,农药的分子愈大,则吸附能力愈强;反之,在水中溶解度愈大,如一些有机类农药,土壤对其吸附能力愈弱1.土壤对农药的吸附(1)土壤中农药的迁移是指土壤溶液中或吸附在土壤颗粒上的农药随水和大气移动,或者从土壤直接挥发到大气中。(2)土壤中农药的挥发主要取决于农药的蒸气压、土壤的温度、湿度及影响土壤孔隙状况的质地与结构条件。(3)农药蒸气压大,挥发作用就强,它们在土壤中的迁移主要以挥发、蒸气扩散的形式进行。2.化学农药在土壤中的扩散和迁移(4)农药属非极性有机化合物,在水中的溶解度很低,各种农药在等体积水和空气中的溶解量的比值作为衡量各种农药扩散性能的指标,当比值<1×104时,农药主要是以气态挥发的形式扩散,当比值>3×l04时,则以水体扩散为主。(5)土壤中农药的淋溶,主要取决于它们在水中的溶解度。溶解度大的农药,淋溶能力强,在土壤中的迁移主要以水扩散形式进行。农药的水迁移方式有两种:一是直接溶于水中;二是被吸附在土壤固体细粒表面上,随水分移动而进行机械迁移。除水溶性大的农药易淋溶外,由于农药被土壤有机质和黏土矿物强烈吸附,一般在土体内不易随水向下淋移,因而大多累积在0~30cm的土层内。农药对地下水污染并不严重,但由于土壤侵蚀,农药可通过地表径流进入水体,造成水体污染。3.化学农药在土壤中的残留施用农药对环境的危害(1)农药对大气的污染农药微粒和蒸汽散发到空中,或放大气中的飘尘所吸附,或以气体或气溶胶的状态悬浮在空气中。北极地区的格陵兰,估计在1500万km2的水里每年可能沉积295t滴滴涕。1.农药环境的影响(2)农药对水体污染一般以田沟水与浅层地下水污染最严重,但污染范围较小;河水污染程度次之,但因农药在水体中的扩散,随水流运动而迁移,其污染程度较大;海水污染程度更次之,自来水与深层地下水因经过净化处理或土壤吸附过渗,污染程度最小。(3)农药对土壤的污染农药本身不易被阳光和微生物分解,对酸和热稳定,下易挥发,难溶于水,故残留时间很长,在粘土和富含有机质的土壤残留更大,主要集中0-30cm深度。(4)农药对农
本文标题:土壤中主要污染物及其迁移转化
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