第七章 土壤污染及其防治

第七章土壤污染及其防治内容介绍第一节土壤的组成和性质第二节土壤环境污染第三节重金属对土壤的污染第四节化学农药对土壤的污染第五节土壤污染的防治第一节土壤的组成和性质复习：土壤的组成土壤的结构1.土壤矿物质2.土壤有机质3.土壤空气4.土壤溶液粒状、片状、块状、柱状、无结构50%原生矿物次生矿物土壤腐殖质CO2大气O2大气养料库？？？土壤结构土壤的物理化学性质土壤粘着性土壤胀缩性土壤可塑性吸附交换性酸碱性氧化－还原性土壤胶体1.概念：2.类型①无机胶体②有机胶体③有机-无机复合胶体一、土壤胶体土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2μm或者小于1μm的土壤微粒。粘土微粒腐殖质的产物矿物胶体和腐殖质胶体的结合土壤胶体结构与构造示意图扩散层内离子层胶核3.土壤胶体的特性①巨大的表面积和表面能，成为吸收性能的基础。②带有电荷，以负电荷为主。③凝聚和分散作用，不可逆凝聚促进土壤结构的形成（溶胶凝胶）。凝聚作用顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+一、土壤胶体1.吸附作用①生物吸收②机械吸收③物理吸收④化学吸收⑤物理-化学吸收植物和微生物吸收营养物质或有毒物质土壤孔隙阻挡大于孔隙的物质进入土壤土壤颗粒越细，孔隙越小，机械吸收越强土壤越细，分子态物质极性越强，物理吸收性能越大土壤溶液中可溶性物质相互作用，产生难溶性化合物，固定在土壤中土壤胶粒表面吸附的离子和溶液中的同号离子进行交换二、土壤的吸附与交换2.离子交换作用①阳离子交换二、土壤的吸附与交换土壤胶粒Mg2＋AI3＋K＋+6NH4＋土壤胶粒6NH4＋+Mg2＋、AI3＋、K＋特征：是可逆反应；遵循等价离子交换的原则。土壤的阳离子交换量：指每百克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的摩尔数，单位为mol／100g土不同质地土壤的阳离子交换量土壤砂土砂壤土壤土粘土阳离子交换量1～57～87～1825～30单位：mol／100g土2.离子交换作用①阳离子交换交换性阳离子分类：a)盐基离子（Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、NH4＋等）b)其他离子（H＋与Al3＋）二、土壤的吸附与交换2.离子交换作用①阳离子交换盐基饱和度，就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性。二、土壤的吸附与交换=盐基饱和度（％）交换性盐基离子总量（mol／100g土）阳离子交换量（mol／100g土）×1002.离子交换作用②阴离子交换酸性土壤中，带正电的胶体发生阴离子交换。分类：a)易被土壤胶体吸附的阴离子如PO43－、HSiO3－、SiO32－及某些有机酸根。b)很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子，如NO3－、NO2－、Cl－等。c)介于上述两者之间的阴离子，如SO42－、CO32－、HCO3－以及某些有机酸根。二、土壤的吸附与交换1.土壤酸的来源①水的解离HOH→H++OH-②碳酸解离H2CO3→H++HCO3-③有机酸解离有机酸→H++RCOO-④酸雨和其它无机酸⑤土壤中铝的活化：H+进入土壤，破坏矿物结构，铝变为活性AI3+，反过来代换土壤中的H+，使代换性H+变为溶液中H+，加重酸化。三、土壤的酸碱性2.土壤酸度①活性酸度是指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表示。②潜性酸度是指土壤中交换性氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度，以mol/100g烘干土表示。三、土壤的酸碱性2.土壤酸度①交换性酸度土壤中通过阳离子交换反应进入溶液的氢离子浓度称交换性酸度。②水解性酸度指土壤中可为碱性缓冲盐（弱酸强碱盐）解离的氢离子浓度。三、土壤的酸碱性土壤胶体H+土壤胶体K++KCl+HCl土壤胶体H+土壤胶体Na++NaAC+HAC3.土壤碱度用pH值表示，主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性Na＋的含量。交换性Na＋占交换量的百分数称为碱化度。三、土壤的酸碱性碱土种类弱碱化土中碱化土强碱化土碱土碱化度（%）5-1010-1515-20＞203.土壤碱度根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力的关系，可把土壤反应分为下列7级：三、土壤的酸碱性强酸性酸性微酸性中性微碱性碱性强碱性pH值＜4.5pH值4.6～5.5pH值5.6～6.5pH值6.6～7.4pH值7.5～8.0pH值8.1～9.0pH值＞9.04.土壤酸碱性对土壤肥力的影响土壤中N、P、K、S、Ca、Mg、Fe及其他微量元素的有效性都受到土壤酸碱度的影响。如：pH＜6，固氮菌活动降低，pH＞8，硝化作用受抑制，有效氮供应减少。pH为6.5-7.5时，P的有效性最大；pH＜5时，K有效性降低；pH值越高，有效硫增大；pH为7-8.5时，钙、镁有效性最大。三、土壤的酸碱性土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式5.土壤反应的调节①酸性土的调节改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料。②碱性土的调节改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等。三、土壤的酸碱性1.土壤氧化还原体系四、土壤氧化还原性能1.土壤氧化还原体系2.影响土壤氧化还原的因素四、土壤氧化还原性能①土壤通气性②易分解有机质的含量③微生物活动④植物根系的代谢作用⑤土壤的pH通气良好，电位升高分解成还原性物质分解有机质分泌有机酸，并可直接参与根系土壤的氧化还原反应pH降低，电位升高思考：人类活动对土壤环境的负面影响有哪些？人类活动对土壤环境的影响及其防治对策土壤沙化水土流失土地盐渍化土壤污染非农业占地1.土壤沙化土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:极端干旱及大风过渡放牧乱挖乱樵水资源萎缩过渡开垦森林植被破坏1.土壤沙化土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:危害：土地贫瘠化植被退化，适宜性变差土地沙化，利用程度降低沙尘暴，环境恶劣1.土壤沙化土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:危害：防治：草方格沙障营造防护林种植耐旱作物培育生物土壤结皮退牧还草减少耕作次数，少耕免耕选种适生植物秸杆覆盖2.土壤（水土）流失土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:植被破坏坡地耕种年降雨分配不均水土流失水土流失洪水引起的冲刷降雨对裸土产生的沟蚀2.土壤（水土）流失土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:危害：土壤薄层化土壤质量下降生态环境进一步恶化2.土壤（水土）流失土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:危害：防治水土保持ForestterracesuitableforreforestationindegradedmountainzonesDiversionditcheffectivefordrainingsteepslopesAlgerianterrace水土保持等高种植水土保持沿等高线营造防护林水土保持陡坡地退耕还林水土保持沿沟建淤地坝水土保持修水窖雨季蓄水水土保持工程措施与生物措施结合水土保持修建梯田水土保持沟道种植灌木防切沟发展水土保持修隔坡梯田水土保持粮食作物与水保林间作3.土壤盐渍化土壤盐渍化:土壤地表面积盐的过程。土壤盐渍化的三条件:①蒸发量大于降水量②地下水位超过临界水位③地下水矿化度高土壤盐渍化类型：①现代土壤盐渍化;②残余土壤盐渍化;③潜在土壤盐渍化。3.土壤盐渍化土壤次生盐渍化:由于不恰当的利用,使潜在盐渍化土壤中盐分趋向于表土层积聚的过程.原因:①超量用水导致地下水位上升超过临界深度;②高矿化度水灌溉(3g/L);③灌排不配套，排水不畅;④开垦利用本身含盐高的土壤.3.土壤盐渍化土壤次生盐渍化的防治①合理利用水资源。灌排配套发展,实施合理的灌溉制度采用节水灌溉技术减少渠系渗漏损失②改变种植制度,因地制宜建立生态农业结构。③精耕细作。4.土壤污染土壤污染的控制措施：①废物减排②生物修复浓缩阶段固态堆放5.耕地的非农业占用固体废物堆放占地城镇建设占地防治：①合理利用土地资源②及时处理各种废物第二节土壤环境污染一、土壤污染1.概念：人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。2.土壤污染的特点①土壤污染物主要通过农作物和食品间接进入人体②土壤污染的判定比较复杂③土壤污染造成的危害不易及时发觉第二节土壤环境污染二、土壤净化1.概念：分解、转移、转化，使土壤污染物的浓度降低而消失的过程。2.净化作用的原因①微生物和土壤动物的分解转化；②有机无机胶体吸附、解吸、代换，改变污染物形态；③植物吸收作用。第二节土壤环境污染二、土壤净化3.影响土壤净化作用的因素①土壤环境的物质组成如，土壤粘土矿物的种类和数量影响着土壤的比表面积，电荷的性质及阳离子交换量等，从而影响吸附、解吸的作用。②土壤环境条件土壤pH、电位条件直接或间接影响污染物转化；水热条件影响污染物迁移转化过程的速度与强度第二节土壤环境污染二、土壤净化3.影响土壤净化作用的因素①土壤环境的物质组成②土壤环境条件③土壤环境的生物学特性植被与土壤生物区系的种属与数量，是土壤生物净化的决定性因素④人类活动的影响长期施肥引起土壤酸化，降低土壤的净化性能第二节土壤环境污染三、土壤污染源1.工业污染源2.农业污染源3.生物污染源四、土壤污染物1.有机物类2.重金属污染物3.放射性物质4.化学肥料5.致病微生物第二节土壤环境污染五、土壤污染类型1.水体污染型2.大气污染型3.农业污染型4.固体废弃物污染型污水灌溉沉降化学农药、化肥废渣、污泥、城市垃圾第三节重金属对土壤的污染一、重金属的来源污水灌溉施用化肥农药固体废弃物堆积城市化矿床开发原生岩石第三节重金属对土壤的污染二、重金属在土壤中的迁移转化（一）污染特征1.不易随水移动2.不能被微生物分解3.在土壤中易累积4.在植物体内可富集转化，潜伏期长第三节重金属对土壤的污染二、重金属在土壤中的迁移转化（二）存在形态1.水溶态的2.弱代换剂可代换的3.强代换剂可代换的4.次生矿物中的5.原生矿物中的毒性大易于被植物吸收毒性小第三节重金属对土壤的污染二、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响1.氧化－还原条件改变重金属价态，低价态化合物可溶性强，如Cr3+＞Cr6+，增强还原条件，土壤中Cr6+还原成Cr3+，溶于土壤溶液易于迁移。第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响1.氧化－还原条件2.酸碱度pH升高，重金属溶解度下降，迁移变弱两性化合物在pH＜6时迁移以阳离子为主；pH＞6时，生成氢氧化物沉淀；pH继续升高，以阴离子为主，发生迁移。土壤pH对重金属吸附的影响AdsorptionSoilpH33.544.555.566.57.0PbCuZnCd第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响1.氧化－还原条件2.酸碱度3.土壤胶体的吸附作用离子交换吸附、共价键、配位键吸附形成沉淀有机胶体吸附容量＞＞无机胶体第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响1.氧化－还原条件2.酸碱度3.土壤胶体的吸附作用4.络合－螯合作用重金属离子浓度较高时，以吸附交换为主；重金属离子浓度较低时，以络合－螯合作用为主，迁移能力增大。第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化1.镉①水溶性，易迁移、被植物吸收②非水溶性，不易迁移氧化还原电位增大，酸碱度下降，镉溶解度增加迁移途径：随水迁移、植物吸收第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化2.汞与酸根结合易溶于水，其他大都难溶于水；还原条件下，无机汞转化为甲基汞；嫌气条件下，二价汞还原为汞单质，挥发。迁移途径：植物吸收、随水运动、蒸气迁出第三节重金属对土壤的污染三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化3.砷呈吸附