土壤污染及防治 土壤的独特性质决定了它在陆地生态系统中的地位,首先土壤是 具有肥力的物质,它可以从环境条件和营养条件两方面来供应和协调 植物的生长发育,从而保障了动物和人类获得必要的食物,成为人类、 动物和微生物栖息繁衍的主要场所。土壤环境和植物是构成陆地生态 系统食物链的起始和主要的环节,植物产品的数量和质量主要为土壤 环境质量所决定,从而通过食物链来影响人们的生活和身体健康,可 见保证土壤环境质量的重要性。 其次土壤是环境系统中的一个重要净化体,土壤中存在着大量有 机和无机胶体、活的微生物和动物,因此它具有同化和代谢外界环境 进入土壤的物质的能力,使许多有毒污染物转化为无毒物质,甚至可 变为有用物质,所以有人称土壤植物系统是一个良好活性“过滤器”。 应当把土壤及其上面生存的生物看作一个生态系统,它是陆地生 态系统的中央枢纽,是所有环境要素中物质和能量迁移转化最为活跃 和复杂的场所。作为一个生态系统,具有维持本系统平衡的自动调节 能力,但如果其物质循环和能量流动处于超负荷状态,系统就会失去 调节能力,生态失去平衡,土壤的生物产量受到影响,严重的会丧失 生产力,使有毒物质在农产品中残留,直接或间接地危害着人类生命 和健康 长期以来,由于人口不断增加,土地被不合理地利用,致使土地 资源的开发与生态环境之间出现严重失调,导致土壤资源遭到一定程 度的破坏,使植物生长发育所不可缺少的优良土壤环境恶化。 第一节土壤污染的发生 土壤的基本特征 (一)土壤独特的物理性质 土壤是固、液、气三相以及单粒、微团聚体、团粒等多层次空间 结构组成的疏松多孔体系,它具有使大气降水由表层渗进较深土层, 并通过毛细管保持水分的能力,又可通气,使土壤空气通过扩散或对 流与大气交换,并由于其高度分散性,能将各种离子、水气和气体吸 附在土壤颗粒表面。水分的入渗蒸发,养分的迁移,气体的交换都与 土壤的物理性质有关
1 土壤污染及防治 土壤的独特性质决定了它在陆地生态系统中的地位，首先土壤是 具有肥力的物质，它可以从环境条件和营养条件两方面来供应和协调 植物的生长发育，从而保障了动物和人类获得必要的食物，成为人类、 动物和微生物栖息繁衍的主要场所。土壤环境和植物是构成陆地生态 系统食物链的起始和主要的环节，植物产品的数量和质量主要为土壤 环境质量所决定，从而通过食物链来影响人们的生活和身体健康，可 见保证土壤环境质量的重要性。 其次土壤是环境系统中的一个重要净化体，土壤中存在着大量有 机和无机胶体、活的微生物和动物，因此它具有同化和代谢外界环境 进入土壤的物质的能力，使许多有毒污染物转化为无毒物质，甚至可 变为有用物质，所以有人称土壤—植物系统是一个良好活性“过滤器”。 应当把土壤及其上面生存的生物看作一个生态系统，它是陆地生 态系统的中央枢纽，是所有环境要素中物质和能量迁移转化最为活跃 和复杂的场所。作为一个生态系统，具有维持本系统平衡的自动调节 能力，但如果其物质循环和能量流动处于超负荷状态，系统就会失去 调节能力，生态失去平衡，土壤的生物产量受到影响，严重的会丧失 生产力，使有毒物质在农产品中残留，直接或间接地危害着人类生命 和健康。 长期以来，由于人口不断增加，土地被不合理地利用，致使土地 资源的开发与生态环境之间出现严重失调，导致土壤资源遭到一定程 度的破坏，使植物生长发育所不可缺少的优良土壤环境恶化。 第一节 土壤污染的发生 一、土壤的基本特征 （一）土壤独特的物理性质 土壤是固、液、气三相以及单粒、微团聚体、团粒等多层次空间 结构组成的疏松多孔体系，它具有使大气降水由表层渗进较深土层， 并通过毛细管保持水分的能力，又可通气，使土壤空气通过扩散或对 流与大气交换，并由于其高度分散性，能将各种离子、水气和气体吸 附在土壤颗粒表面。水分的入渗蒸发，养分的迁移，气体的交换都与 土壤的物理性质有关
(二)土壤的化学性质 1.土壤是一个带电的胶体体系土壤中小于lm的粘粒特别是 小于025μm的胶体是土壤中物理化学性质最为活跃的部分,这些无机 有机胶体具有巨大的比表面,因此土壤具有吸附和离子交换功能 2.土壤是一个络合一螯合物体系土壤中存在各种不同类型的 有机、无机配位体,它们能和金属离子发生络合螫合作用,有机配位 体来自有机胶体大分子结构的多种功能团,如一COOH,OH,-C=O 和一NH2等,无机配位体如CI,SO42,OH^,HCO3-等,这一特性 影响土壤中金属离子的迁移能力,生成的络合物和螯合物若是难溶的 则降低金属离子的迁移能力,若是易溶的则提高了金属离子迁移能力 3土壤是一个氧化还原体系由于温度、PH值、水分状态不同, 物理代学变化以及徴生物活动的影响,使土壤处于不同的氧化还原状 态。土壤中氧化还原状态的变化可使一些物质的价态、性质发生变化。 4.土壤是酸碱平衡体系由于自然界的物质循环产生一些可溶 的酸碱物质,而土壤是胶体,对酸碱有缓冲作用,使PH值趋于相对稳 定。不同类型的土壤对酸碱的缓冲性能各不相同,这种情况对污染物 在土壤中的迁移转化影响很大。 5.土壤是一个沉淀一溶解体系由于土壤的物质组成极为复杂, 可与污染物产生不同溶度积常数的沉淀一溶解反应,这对土壤中污染 物的活性有很大的影响 (三)土壤的生物性质 土壤中存在着大量的盘根错节的植物根系。土壤腐殖质层,尤其 是根系周围每克土中可含以亿和十亿计的细菌、真菌、放线菌等微生 物,此外还有很多昆虫和生活在土壤中的动物,它们在生态系统中起 着分解、积累和物质转化等作用 土壤污染 (一)土壤污染的涵义及污染源 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,超过土壤的 自净能力,引起土壤恶化的现象,称之为土壤污染。 对土壤产生污染的污染源及污染物主要有如下几个方面: 1.工业污染源工业排放的物质十分复杂,种类繁多,其中除无 机物外,有一大部分为无毒的有机物质,如糖类、蛋白质和脂肪,它 们在水中可以分解,在分解过程中需要消耗大量水中的溶解氧。通过
2 （二）土壤的化学性质 1.土壤是一个带电的胶体体系 土壤中小于 lμm 的粘粒特别是 小于 0.25 μm 的胶体是土壤中物理化学性质最为活跃的部分，这些无机 有机胶体具有巨大的比表面，因此土壤具有吸附和离子交换功能。 2.土壤是一个络合—螯合物体系 土壤中存在各种不同类型的 有机、无机配位体，它们能和金属离子发生络合螫合作用，有机配位 体来自有机胶体大分子结构的多种功能团，如－COOH，－OH，－C=O 和－NH2等，无机配位体如 CI－，SO４ ２－，OH－，HCO３ －等，这一特性 影响土壤中金属离子的迁移能力，生成的络合物和螯合物若是难溶的 则降低金属离子的迁移能力，若是易溶的则提高了金属离子迁移能力。 3.土壤是一个氧化还原体系 由于温度、PH 值、水分状态不同， 物理化学变化以及微生物活动的影响，使土壤处于不同的氧化还原状 态。土壤中氧化还原状态的变化可使一些物质的价态、性质发生变化。 4.土壤是酸碱平衡体系 由于自然界的物质循环产生一些可溶 的酸碱物质，而土壤是胶体，对酸碱有缓冲作用，使 PH 值趋于相对稳 定。不同类型的土壤对酸碱的缓冲性能各不相同，这种情况对污染物 在土壤中的迁移转化影响很大。 5.土壤是一个沉淀—溶解体系 由于土壤的物质组成极为复杂， 可与污染物产生不同溶度积常数的沉淀一溶解反应，这对土壤中污染 物的活性有很大的影响。 （三）土壤的生物性质 土壤中存在着大量的盘根错节的植物根系。土壤腐殖质层，尤其 是根系周围每克土中可含以亿和十亿计的细菌、真菌、放线菌等微生 物，此外还有很多昆虫和生活在土壤中的动物，它们在生态系统中起 着分解、积累和物质转化等作用。 二、土壤污染 （一）土壤污染的涵义及污染源 人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，超过土壤的 自净能力，引起土壤恶化的现象，称之为土壤污染。 对土壤产生污染的污染源及污染物主要有如下几个方面： 1.工业污染源 工业排放的物质十分复杂，种类繁多，其中除无 机物外，有一大部分为无毒的有机物质，如糖类、蛋白质和脂肪，它 们在水中可以分解，在分解过程中需要消耗大量水中的溶解氧。通过
水体进入土壤后,可以在土壤中分解,对土壤污染威胁不大。在此仅 介绍对土壤影响较大的污染物。 (1)有毒有机物 ①苯和苯的衍生物包括苯、苯酸、二甲苯、苯胺,主要来自 钢铁、化肥、农药、炼油、染料、医药等工业的废水。 ②有机氯、有机磷农药来自农药制造的废水。 ③苯并(a)芘来自炼油、炼焦废水 (2)有毒无机物主要包括重金属及其化合物。 汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)、砷(As) 2.农业污染源农药、化肥及污水灌溉造成对土壤的污染,虽然 部分是工业产品和工业废水造成的,但主要还是由于农业活动引起的, 因此把它们归为农业污染源。 (1)化学农药无论是哪一种农药,除直接与作物接触外,大 部分农药均散落在土壤表面,从而在土壤中残留,残留在土壤中时间 最长的是有机氯农药,如DDT可残留30年,六六六的残留期也需6.5 年,因此逐年累积造成土壤污染ε (2)化肥化肥对粮食和农产品产量的增长起了很重要的作 用,但如果用量过大,也会给土壤造成一定的影响。如硝酸盐的累积 富营养化,非营养物质的积累,重金属的渗入,都会形成对土壤污染。 (3)污水灌溉我国污灌的历史很长,工业废水和城市生活污 水便成为城市近郊农业的主要水源。由于工业废水中含有多种有害物 质如重金属等在土壤中不断积累,通过食物链造成对人畜的危害。污 灌不仅污染土壤,还通过渗漏污染地下水,影响饮用水水质。 (4)农用塑料薄膜塑膜难于被分解,在土中形成隔离层,如 不及时清除,逐年累积,必然会影响土壤的结构和肥力,成为污染土 壤的来源之 (二)土壤污染状况及危害 污水灌溉因水中含有大量的N、P、K等植物营养元素而可取得一 定的增产效果。但由于我国工业废水达不到排放的标准,其中含有各 种有害的重金属,致使土壤中重金属含量超标、土壤板结、盐渍化、 酸化,使大片农田减产。全国已有943万hm2农田受到不同程度的污 染,据初步统计,每年由于土壤污染减产粮食25亿kg,近年来受污染 的粮食达50亿kg
3 水体进入土壤后，可以在土壤中分解，对土壤污染威胁不大。在此仅 介绍对土壤影响较大的污染物。 （1）有毒有机物 ①苯和苯的衍生物 包括苯、苯酸、二甲苯、苯胺，主要来自 钢铁、化肥、农药、炼油、染料、医药等工业的废水。 ②有机氯、有机磷农药 来自农药制造的废水。 ③苯并（a）芘 来自炼油、炼焦废水。 （2）有毒无机物主要包括重金属及其化合物。 汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pｂ）、砷（As）。 2.农业污染源 农药、化肥及污水灌溉造成对土壤的污染，虽然 部分是工业产品和工业废水造成的，但主要还是由于农业活动引起的， 因此把它们归为农业污染源。 （1）化学农药 无论是哪一种农药，除直接与作物接触外，大 部分农药均散落在土壤表面，从而在土壤中残留，残留在土壤中时间 最长的是有机氯农药，如 DDT 可残留 30 年，六六六的残留期也需 6.5 年，因此逐年累积造成土壤污染。 （2）化肥 化肥对粮食和农产品产量的增长起了很重要的作 用，但如果用量过大，也会给土壤造成一定的影响。如硝酸盐的累积， 富营养化，非营养物质的积累，重金属的渗入，都会形成对土壤污染。 （3）污水灌溉 我国污灌的历史很长，工业废水和城市生活污 水便成为城市近郊农业的主要水源。由于工业废水中含有多种有害物 质如重金属等在土壤中不断积累，通过食物链造成对人畜的危害。污 灌不仅污染土壤，还通过渗漏污染地下水，影响饮用水水质。 （4）农用塑料薄膜 塑膜难于被分解，在土中形成隔离层，如 不及时清除，逐年累积，必然会影响土壤的结构和肥力，成为污染土 壤的来源之一。 （二）土壤污染状况及危害 污水灌溉因水中含有大量的 N、P、K 等植物营养元素而可取得一 定的增产效果。但由于我国工业废水达不到排放的标准，其中含有各 种有害的重金属，致使土壤中重金属含量超标、土壤板结、盐渍化、 酸化，使大片农田减产。全国已有 943 万 hm2农田受到不同程度的污 染，据初步统计，每年由于土壤污染减产粮食 25 亿 kg，近年来受污染 的粮食达 50 亿 kg
我国酸雨污染的面积约26667万hm2,绝大部分出现在长江以南 地区,酸雨对森林的影响十分严重,四川峨眉山、重庆南山已明显受 到酸雨危害。 农药、化肥是农业的主要面污染源,据调查,全国农药化肥污染 面积达90667万hm2。化肥污染主要是氮肥污染、因过量施用氮肥导 致蔬菜特别是叶菜类中硝酸盐含量大大超标(国外标准为250~300mg /kg),检出的最高值可达400mg/kg,对人类健康构成极大的威胁 重金属污染物对人类造成的危害更为严重,1955年日本发生的“镉 米事件”,其原因是日本富山县农民长期用神通川上游铅锌冶炼厂的废 水灌溉稻田,造成土壤和稻米中含镉量增加,人们长期食用此种稻米 和饮用受镉污染的水,镉在人体内累积引起周身性神经痛、骨折、关 节病以至死亡 (三)土壤污染评价方法 污染物是不是一进入土壤就算污染了土壤呢?显然不是。上面我 们也提到过当输入的物质超出了土壤本身的自净能力,才会导致土壤 污染,但这也是一个模糊的概念,需要用一些指标和方法来衡量土壤 是否受到污染及程度如何。土壤是一个复杂的开放体系,与环境进行 着物质和能量的交换。目前一般把土壤的环境背景值作为土壤污染的 起始指标,并通过环境容量来确定土壤污染标准。 1土壤背景值土壤背景值通常以一个地区的土壤中某元素的平 均含量作为背景值,以与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比。 超过背景值即属土壤污染。由于人类的长期活动,特别是现代工农业 生产活动的影响,绝对的背景值很难找到。因此,通常调查的背景值 实际上是在相对未受直接污染的情况下取得的。由于各地区形成土壤 的母质差异较大,不同地区的土壤有不同的背景值,土壤中所含的各 种元素的自然含量称为该地区的土壤背景值。土壤背景值的调查是环 境保护和治理污染的基础数据, 土壤污染的种类及程度如何都需要土壤背景值作基础。 2.土壤污染评价评价土壤污染主要采用三种方法,一种是测定表 土和底土样品中污染物的平均含量,再用数理统计方法检验其间的差 异显著性,如果差异显著,则表明土壤已受污染。这种方法可说明一 定问题,但这种方法不能说明污染的程度如何 第二种方法是采用土壤评价指数方法,评价公式为:
4 我国酸雨污染的面积约 266.67 万 hm2，绝大部分出现在长江以南 地区，酸雨对森林的影响十分严重，四川峨眉山、重庆南山已明显受 到酸雨危害。 农药、化肥是农业的主要面污染源，据调查，全国农药化肥污染 面积达 906.67 万 hm2。化肥污染主要是氮肥污染、因过量施用氮肥导 致蔬菜特别是叶菜类中硝酸盐含量大大超标（国外标准为 250～300mg ／㎏），检出的最高值可达 4 000 mg／㎏，对人类健康构成极大的威胁。 重金属污染物对人类造成的危害更为严重，1955 年日本发生的“镉 米事件”，其原因是日本富山县农民长期用神通川上游铅锌冶炼厂的废 水灌溉稻田，造成土壤和稻米中含镉量增加，人们长期食用此种稻米 和饮用受镉污染的水，镉在人体内累积引起周身性神经痛、骨折、关 节病以至死亡。 （三）土壤污染评价方法 污染物是不是一进入土壤就算污染了土壤呢？显然不是。上面我 们也提到过当输入的物质超出了土壤本身的自净能力，才会导致土壤 污染，但这也是一个模糊的概念，需要用一些指标和方法来衡量土壤 是否受到污染及程度如何。土壤是一个复杂的开放体系，与环境进行 着物质和能量的交换。目前一般把土壤的环境背景值作为土壤污染的 起始指标，并通过环境容量来确定土壤污染标准。 1.土壤背景值 土壤背景值通常以一个地区的土壤中某元素的平 均含量作为背景值，以与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比。 超过背景值即属土壤污染。由于人类的长期活动，特别是现代工农业 生产活动的影响，绝对的背景值很难找到。因此，通常调查的背景值 实际上是在相对未受直接污染的情况下取得的。由于各地区形成土壤 的母质差异较大，不同地区的土壤有不同的背景值，土壤中所含的各 种元素的自然含量称为该地区的土壤背景值。土壤背景值的调查是环 境保护和治理污染的基础数据， 土壤污染的种类及程度如何都需要土壤背景值作基础。 2.土壤污染评价 评价土壤污染主要采用三种方法，一种是测定表 土和底土样品中污染物的平均含量，再用数理统计方法检验其间的差 异显著性，如果差异显著，则表明土壤已受污染。这种方法可说明一 定问题，但这种方法不能说明污染的程度如何。 第二种方法是采用土壤评价指数方法，评价公式为：
li=(Ci-Bi)/( Cio-Bi 式中:Ii:为i元素的评价指数 Ci:为i元素的实测浓度 Cio:为i元素在土壤中最大允许浓度 Bi:为i元素的土壤背景值 某元素在土壤中最大允许含量是根据实验测出的,若没有该资料 则一般以该元素的平均背景值加2~3倍标准差作为该元素的最大允许 值。但这种方法不能反映土壤元素的生态效应和环境效应。 用这种评价方法,可以定量地评价土壤污染级别,并可根据指数 大小划分出不同污染区域,如表61 第三种方法是根据食品卫生标准及敏感作物的毒害指标(减产 10%)来评价土壤污染的程度 3土壤环境容量土壤环境容量以土壤学为基础,在一定区域或 一定期限内遵循环境质量标准,既保证农产品生物学质量,同时也不 使环境遭受污染时土壤所能容纳的污染物最大负荷 土壤容量是对污染物进行总量控制与环境管理的重要手段,它对 损害和破坏土壤环境质量的人类活动施加薮量上的限制,从而进一步 要求污染物的排放限制在允许范围内,既能发挥土壤的净化功能又能 保证该系统处于良性循环状态。土壤环境容量的研究对于制定区域性 土壤环境标准,合理利用污水资源及发展土地处理系统等方面都有着 实际意义 第二节重金属的生物富集 重金属的特殊威胁是进入环境以后不能被微生物降解,相反, 生物对重金属的吸收富集总量很高,同时微生物还可以通过重金属的 甲基化过程,加大重金属的毒性 重金属的生物富集是指重金属被生物吸收,逐渐在其体内富集 的过程,随着时间的延长,生物体对重金属的吸收、富集量递增。 重金属在生物体内不同的器官部位的富集和积累量是不相同的。 一般情况下在营养贮存部位(如果实、块根、骨骼、肉)积累量少, 而在生物体内新陈代谢最旺盛的器官内的富集量最高 重金属在植物各器官富集、积累的顺序: 根>叶>枝(茎>果实块根>须根老叶>新叶 重金属在人、畜体内各器官积累的顺序:
5 Ii = （Ci－Bi）/（Ci0－Bi） 式中：Ii：为 i 元素的评价指数 Ci：为 i 元素的实测浓度 Ci0：为 i 元素在土壤中最大允许浓度 Bi：为 i 元素的土壤背景值 某元素在土壤中最大允许含量是根据实验测出的，若没有该资料 则一般以该元素的平均背景值加2～3 倍标准差作为该元素的最大允许 值。但这种方法不能反映土壤元素的生态效应和环境效应。 用这种评价方法，可以定量地评价土壤污染级别，并可根据指数 大小划分出不同污染区域，如表 61。 第三种方法是根据食品卫生标准及敏感作物的毒害指标（减产 10%）来评价土壤污染的程度。 3.土壤环境容量 土壤环境容量以土壤学为基础，在一定区域或 一定期限内遵循环境质量标准，既保证农产品生物学质量，同时也不 使环境遭受污染时土壤所能容纳的污染物最大负荷。 土壤容量是对污染物进行总量控制与环境管理的重要手段，它对 损害和破坏土壤环境质量的人类活动施加数量上的限制，从而进一步 要求污染物的排放限制在允许范围内，既能发挥土壤的净化功能又能 保证该系统处于良性循环状态。土壤环境容量的研究对于制定区域性 土壤环境标准，合理利用污水资源及发展土地处理系统等方面都有着 实际意义。 第二节 重金属的生物富集 重金属的特殊威胁是进入环境以后不能被微生物降解，相反， 生物对重金属的吸收富集总量很高，同时微生物还可以通过重金属的 甲基化过程，加大重金属的毒性。 重金属的生物富集是指重金属被生物吸收，逐渐在其体内富集 的过程，随着时间的延长，生物体对重金属的吸收、富集量递增。 重金属在生物体内不同的器官部位的富集和积累量是不相同 的。 一般情况下在营养贮存部位（如果实、块根、骨骼、肉）积累量少， 而在生物体内新陈代谢最旺盛的器官内的富集量最高。 重金属在植物各器官富集、积累的顺序： 根>叶>枝(茎)>果实 块根>须根 老叶>新叶 重金属在人、畜体内各器官积累的顺序：