土壤学——国家级精品课程13

主要内容(重点)：教学目标与要求：教学方式与手段：课时安排与进度：1.土壤污染的概念2.土壤污染物的来源及危害（重点）3.土壤组成和性质对污染物毒性的影响(重点)4.酸性沉降对土壤的影响（重点）5.土壤污染的防治掌握土壤污染、土壤自净能力的概念；了解土壤污染物的来源与危害特点；深入污染物在土壤中的转化与影响因素；了解酸雨的危害、土壤污染的治理原则。幻灯，动画演示；举例分析；问卷调查；课时数：4课时第十三章土壤污染与防治第十三章土壤污染与防治并非危言耸听：•我国遭受不同程度污染的农田已达1000万hm2.粮食减产达1.3×1010kg;•我国单位耕地面积化肥用量为世界平均用量的2.9倍.•在我国北方地区,14个县市的69个点位的调查表明，37个点位的地下水ＮＯ-3含量已高达50ｍｇ/Ｌ。•1994年,我国农药的施用量已超过2.2×105ｔ,占世界农药总产量的十分之一。•据估计,我国受农药污染的土地已达到1.3×108ｈｍ2.第十三章土壤污染与防治研究发现:–施用的农药有20%-70%长期残留在土壤中。残留农药对土壤中的硝化细菌、根瘤菌和根际微生物影响较大。其他如：–由于高交通量造成的道路两旁土壤环境的多环芳烃及铅污染;–城市污水的农业利用及城市垃圾、有毒废弃物的堆放、处置带来的重金属及其他有毒物污染;第十三章土壤污染与防治我国的土壤污染形势：局部地区有所改善,但总体形势比较严峻。防治土壤污染，保护土壤资源，维持生态平衡，保护人类健康。———实际上已成为突出的全球问题。第一节土壤污染的概念一、土壤背景值–土壤背景值在理论上应该是土壤在自然成土过程中，构成土壤自身的化学元素的组成和含量。即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。–即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。第一节土壤污染的概念第一节土壤污染的概念土壤背景值的用途：–1、农田施肥；–2、土壤污染评价–3、计算土壤环境容量；–4、应用于医疗卫生；第一节土壤污染的概念二、土壤自净作用–土壤自净是指进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除污染物毒性的现象。物理自净化学和物理化学自净生物化学自净第一节土壤污染的概念三、土壤环境容量–环境容量指的是在一定条件下环境对污染物最大容纳量。–土壤环境容量被定义为：“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”。当土壤环境容量标准确定后，可由下式获得土壤的静容量：Cso=M(Ci-Cbi)第一节土壤污染的概念第一节土壤污染的概念表13-2我国主土壤重金属临界含量（mg/kg）土壤CdPbAsCa黑土1.4253042298厌钙土2.3030025110黄棕壤0.305865199砖红壤0.632434580赤红壤0.462873845红壤0.5634547104潮土0.6436635104紫色土（中性）0.7443011110第一节土壤污染的概念四、土壤污染的概念•由人类的活动向土壤添加有害物质，此时土壤即受到了污染。•另一种是以特定的参照数据来加以判断的，如以土壤背景值加二倍标准差为临界值，如超过此值，则认为该土壤已被污染。•第三种定义是不但要看含量的增加，还要看后果，即当加入土壤的污染物超过土壤的自净能力，或污染物在土壤中积累量超过土壤基准量，而给生态系统造成了危害，此时才能被称为污染。第二节土壤污染物的来源及危害第一节土壤污染的概念一、无机污染物–1、镉（Cd）含量：–土壤中0.01～0.70mg/kg,平均0.097mg/kg。来源：–冶炼厂电镀厂电池、磷肥等。毒性：–积蓄性，潜伏10-30年，影响植物对磷钾的吸收。污染实例：–日本的镉米事件。病症：–疼痛病。第一节土壤污染的概念–2、铬（Cr）含量：–我国土壤小于80mg/kg.一般为50～60mg/kg。污染源：–炼钢厂、铬矿、电镀、鞣革、颜料、合金、油漆、印染、胶印。毒性：–腐蚀皮肤、造血障碍等。污染实例：–河北省文安县电镀村儿童发铬的含量明显高与对照村，其体内免疫蛋白的水平明显降低。第一节土壤污染的概念–3、汞（Hg）含量：–0.065mg/kg.（n=4041)污染源：–金矿炼金，生产含汞制品的工厂，包括：日光灯、体温计，血压表、气压计、整流器等，其他如升汞、中药中的轻粉、红粉、制造雷管的雷汞等毒性：–在心、脑中蓄积，导致神经损伤。污染案例：–闻名世界的“水俣病”。在日本九洲熊本县水俣湾，曾发生“海藻枯萎、鸟死猫疯，人群耳聋，手指颤抖，精神错乱，瘫痪致死”医生束手无策的怪病，后经多年调查，才找到元凶—汞中毒。20年间，水俣湾3000余人染病，200多人丧命。第一节土壤污染的概念–4、铜(Cu)含量：–2～100mg/kg,平均20-30mg/kg。污染源：–铜矿，煤的燃烧、城市污泥。含铜农药。印刷电路板厂。毒性：–影响光合作用，引起缺铁；在人的肝脏积累。污染实例：–计算机主板厂。第一节土壤污染的概念–5、铅(Pb)数量：–2～200mg/kg，一般为13～42mg/kg。背景值16ppm.污染源：–铅锌矿开采、含铅汽油、蓄电池、青铜冶炼颜料、釉彩、涂料、医药、化学试剂等毒性：–影响光合作用，抑制养分吸收；贫血、高血压、智力衰退等污染实例：–我国曾有用含铅的容器盛放食品和饮用水而引起中毒的的事故。一些专家认为，用铅容器盛放食品和饮用水使古罗马统治阶级中毒，加速了他们的灭亡。第一节土壤污染的概念–6、锌(Zn）数量：–土壤中10-300mg/kg。平均100mg/kg。污染源：–电池、农业污泥、垃圾、农药、铅锌矿、煤等毒性：–50mg/kg时植物中毒。抑制光合作用，失绿症。污染实例：–某电镀厂第一节土壤污染的概念–7、砷（As）含量：–0-195mg/kg,平均9.36mg/kg.污染源：–有色金属开采和冶炼、土法炼砷、含砷农药、磷肥、煤。毒性：–低浓度有刺激作用；高浓度茎叶受害；皮肤癌。污染实例：–.砷污染饮水引起砷中毒报告.caj–某工厂生产磷肥和硫酸，由于将高砷磷矿石放置在距水井（120m）附近（7m），导致饮用水源污染，致使1052人中毒。第一节土壤污染的概念–8、氟（F）数量：–50-3467mg/kg，平均478mg/kg。污染源：–炼铝、炼钢、磷肥、含氟塑料等毒性：–使人、畜、植物中毒。氟斑牙、大骨病等。污染实例：–我国报头地区曾发生国近10万头羊氟中毒，造成严重的经济损失。家蚕也对氟比较敏感。第一节土壤污染的概念二、有机污染物–1、农药–2、三氯乙醛–3、油类–4、表面活性剂三、固体废弃物–1、工业固体废弃物–2、城市垃圾–3、放射性物质第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响一、土壤组成对污染物毒性的影响–（一）粘粒矿物对污染物毒性的影响粘粒矿物的吸附行为显著影响污染物在土壤的活度和毒性。水溶态和交换态的重金属元素的毒性较大，专性吸附态的重金属的毒性较小。一般土壤质地愈粘，氧化含量越多，土壤对重金属的专性吸附作用越强，重金属的毒性越小。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响–（二）有机质对污染物毒性的影响静电吸附、络合作用——含氧官能团。当土壤pH上升时，生成的络合物稳定性增加。胡敏酸和富啡酸可以与金属离子形成可溶性的和不可溶性的络合（螯合）物，主要依赖于饱和度。富啡酸金属离子络合物比胡敏酸金属络合物的溶解度大。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响二、土壤酸碱性对污染物毒性的影响–土壤溶液中的大多数金属元素（包括重金属）在酸性条件下以游离态或水化离子态存在，毒性较大，而在中、碱性条件下易生成难溶性氢氧化物沉淀，毒性大为降低。–电荷形态、沉淀—融解、吸附—解吸、络合螯合等–不同的pH值条件下，重金属的形态也不同，pH的变化可改变其吸附、沉淀、络合特性，也改变其毒性。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响三、土壤氧化还原状况对污染物毒性的影响–大多数有机氯农药在还原条件下才能加速代谢。–大多数重金属都亲硫，故在还原条件下易生产成硫化物而降低其毒性，通气后其毒性增强。水稻抽穗前淹水使Cd转化为CdS，可降低米中镉的数量。–但在还原和酸性条件下，砷的毒性较强。铁、锰氧化物可降低其毒性。–二氧化锰可氧化土壤中的三价铬，而有机质可把六价的铬还原成三价铬。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响分解DDT适宜的Eh值为0～－250mV，艾氏剂也只有在Eh－120mV时才快速降解。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响在通气良好和碱性土壤中，Ca3(AsO4)2是最稳定的含砷矿物，其次是Mn3(AsO4)2，后者在碱性和酸性环境中都可能形成。在还原和酸性（pH6）土壤中，砷（III）氧化物和砷硫化物是稳定的。在还原性土壤溶液中，As(III)离子丰富存在。砷气AsH3只有在土壤溶液很酸，氧化还原电位极低时才产生。第三节土壤组成和性质对污染物毒性的影响加入氧化铁、二氧化锰的处理，土壤水溶性总砷比对照下降了25％左右，As(III)也从对照的39.5%下降到7％左右。这显然是–①外加的铁、锰使土壤固定、吸附砷的能力增加，水溶性砷就减少；–②Eh不同，As(III)％不同，对水稻生长影响不同。说明土壤氧化原还电位高和加入铁锰物质有利于消除水稻砷害。第四节酸性沉降对土壤的影响–酸性沉降广义地包括所有pH低于5.6的雨、雾、雪、露、霜、尘埃等物质。–由于人类活动，大气受到SO2和NO2的污染，使降水中含有过量SO42-和NO3_，pH下降到5.6以下，称为酸雨。pH值小于5.6以下的降雨，称谓酸雨。第四节酸性沉降对土壤的影响据统计，在欧洲和北美大约有500－1000万km2的地区遭受酸雨的危害。我国受酸雨危害的耕地面积约为266.7万公顷。尤其是西南地区的酸雨危害较为严重。重庆地区酸雨的pH年平均值都小于4.6。降水中SO42-沉降量，城区达到176kg/(hm2a)，远远超过水体酸化的临界值。重庆除酸雨外，大气SO2浓度也很高，全市水体年平均承受SO2量为433(kgSO42-)/hm2。第四节酸性沉降对土壤的影响一、土壤酸化的发展过程–土壤酸化的阶段：第一段（pH5.0）为游离CaCO3与交换性盐基缓冲控制带；第二段（pH4.0～5.0，以至于pH3.0）为交换性盐基缓冲带:第三段（pH4.0）主要为活性铝缓冲控制带。土壤受酸雨淋洗的前期，pH值是上升而不是下降。在土壤酸化过程中，首先是交换性盐基的减少，其次是pH和CEC的下降。第四节酸性沉降对土壤的影响二、酸性沉降对土壤中铝的活化和溶出–酸雨对土壤的酸化导致铝的活化和释放。当酸性溶液pH4.5时,土壤铝溶出量开始增加，当pH4.0时，溶出量剧增，两者呈反相关系。–Al(OH)2+和Al(OH)2+对生物的毒性较大。第四节酸性沉降对土壤的影响三、土壤对酸性沉降的缓冲能力–盐基饱和度为20%～70%，并以50%时曲线斜率的大小作为衡量土壤对酸雨缓冲能力.–土壤中粉粒和粘粒及有机质含量愈多，土壤盐基饱和度愈高.土壤缓冲极限pH大小作为衡量土壤对酸雨敏感性的指标.酸性土壤对酸雨缓冲能力较持久的原因可能与其富含铁、铝氧化物胶体有关。第四节酸性沉降对土壤的影响四、酸性沉降物对土壤肥力的影响–少量的酸雨可其到增加土壤氮、硫营养的作用。–过量的酸雨导致土壤中的养分淋失。尤其是NO3-–当土壤中交换性Ca和Mg低于20%和5%时，缺素症。–盐基离子对酸雨的敏感性：CaMgNaK–土壤酸化降低钼的有效性。城市或市郊土壤一般不缺硫，而边远地区会缺硫南方怕酸，北方不怕酸。第四节酸性沉降对土壤的影响五、酸性沉降对土壤微生物的影响–固氮菌、