环境科学导论-第6章.ppt

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第6章土壤污染及其防治技术Soilpollutionandpreventionandcontroltechnology3/12/20203:

11PM环境科学导论1第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第2页导读：

土壤是重要的自然资源，它是农业发展的物质基础。

“民以食为天，农以土为本”道出了土壤对国民经济的重大作用。

由于人口不断增加，人类对食物的需求量越来越大，土壤在人类生活中的作用也越来越大。

人们必须要更深入的了解土壤，进而利用和保护土壤。

但随着城乡工业不断发展，“三废”污染越来越严重，加之农药、化肥、除草剂、农膜等生产物质的大量使用，土壤难免会受到一定程度的污染。

污染可以影响农产品的产量和质量，通过食物链影响人体健康，通过生态系统的能量流动和物质循环影响整个生态系统安全。

世界各国已经把治理土壤污染问题摆在与大气污染和水污染问题同等重要的位置，而且已从政府角度制定了相关的修复工程计划。

日前，土壤科学研究已经从传统的农林土壤学发展为环境土壤学，污染土壤修复的研究已成为土壤科学的学科前沿。

紧紧把握住污染土壤修复技术创新的方向，直接关系到国家的农业污染与生态安全。

因此土壤污染修复技术日益受到人们的青睐，已开发出多种有效的土壤污染修复技术。

提要：

本章在介绍了土壤的基本知识和土壤环境污染及其危害基础上、重点介绍了土壤污染预防措施和污染土壤环境修复技术。

要求：

通过本章的学习可以了解土壤环境的污染源、土壤污染的危害及土壤的自净作用，了解重金属和农药在土壤中的积累、迁移、转化和生物效应，了解土壤污染的防治措施，熟悉各类污染土壤修复技术。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第3页6.1土壤概述6.1.1土壤的组成土壤（Soil）是由固态岩石经风化而成，由固、液、气三相物质组成的多相疏松多孔体系。

土壤矿物质土壤矿物质（Mineral）主要是由地壳岩石（母岩）和母质继承和演变而来，其成分和物质对土壤的形成过程和理化性质都有极大的影响。

1原生矿物质（Primarymineral）各种岩石受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造未改变，原生矿物是土壤中各种化学元素的最初来源。

2次生矿物（Secondaryminerals）大多数是由原生矿物经化学风化后重新形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第4页土壤有机质土壤有机质（Soilorganicmatter）是土壤中有机化合物的总称，包括腐殖质、生物残体和土壤生物。

土壤水分土壤水分主要来自大气降水和灌溉。

在地下水位接近地面的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。

土壤空气土壤空隙中存在的各种气体混合物称为土壤空气。

第六章土壤污染及其防治技术6.1.2土壤剖面形态图6-1自然土壤的综合剖面图环境科学导论3/12/20203:

11PM第5页典型的土壤随深度呈现不同的层次（图6-1）。

这些层次统称为发生层。

土壤发生层的形成是土壤形成过程中物质迁移、转化和积聚的结果，整个土层称为土壤发生剖面。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第6页6.1.3土壤的机械组成与质地分组土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程形成的不同大小的矿物颗粒组成。

矿物颗粒的化学组成和物理化学性质有很大区别,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组成。

为研究方便，根据矿物颗粒直径大小，将大小相近、性质相似的加以归类称之为粒级分级，一般可分为砾石、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。

土壤中各粒级所占的相对百分比或重量百分数叫做土壤矿物质的机械组成或土壤质地。

一般可分为三或四大类，即砂土、壤土、粘壤土和粘土。

土壤质地是影响土壤环境中物质与能量交换、迁移与转化的重要因素。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第7页4.土壤性质1.土壤的吸附性质土壤的吸附性质（Adsorbability）与土壤中胶体有关。

土壤胶体（Soilcolloid）是指土壤中颗粒直径小于1m，具有胶体性质的微粒。

土壤胶体可按成分及来源分为：

（1）有机胶体（Organiccolloid）主要是生物活动的产物，是高分子有机化合物，呈球形、三维空间网状结构，胶体直径在2040nm之间。

（2）无机胶体（Inorganiccolloid）主要包括土壤矿物和各种水合氧化物，如粘土矿物中的高岭石、伊利石、蒙脱石等，以及铁、铝、锰的水合氧化物。

（3）有机无机复合体（Organic-inorganiccolloid）由土壤中一部分矿物胶体和腐殖质胶体结合在一起所形成。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第8页土壤胶体具有巨大的比表面和表面能，从而使土壤具有吸附性。

土壤胶体微粒具有双电层（Doubleelectrodelayer），微粒的内部称微粒核（Particlesnuclear），一般带负电荷，形成一个负离子层，其外部由于电性吸引而形成一个正离子层，合称为双电层。

也有的土壤胶体带正电，其外部则为负离子层。

土壤胶体表面吸附的离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换吸附（Ionexchangeadsorption）。

鉴于胶体所带电荷性质不同，离子交换作用包括阳离子交换吸附和阴离子交换吸附两类作用。

土壤中常见阳离子交换能力顺序如下：

Fe3+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Pb+K+NH4+Na+土壤中阴离子交换吸附顺序如下：

F-草酸根柠檬酸根PO43-AsO43-硅酸根HCO3-H2BO3醋酸根SCN-SO42Cl-NO3-土壤胶体还具有凝聚性（Flocculation）和分散性（Dispersity）。

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11PM第9页2.土壤的酸碱性土壤的酸碱性（Soilacidityandbasicity）是土壤的重要理化性质之一，主要决定于土壤中含盐基的情况。

土壤的酸碱度一般以pH值表示。

我国土壤pH值大多在4.58.5之间，呈“东南酸，西北碱”的规律。

（1）土壤酸度（Soilacidity）土壤中的H+存在于土壤孔隙中，易被带负电的土壤颗粒吸附，具有置换被土粒吸附的金属离子的能力。

酸雨、化肥和土壤微生物都会给土壤带来酸性。

土壤酸度分为：

1）活性酸度（Activeacidity）又称有效酸度，是土壤溶液中游离H+浓度直接反映出的酸度，通常用pH表示。

2）潜性酸度（PotentialAcidity）土壤中活性酸度和潜性酸度是一个平衡体系中的两种酸度。

有活性酸度的土壤必然会导致潜性酸度的生成，有潜性酸度存在的土壤也必然会产生活性酸度。

2土壤碱度（Soilbasicity）当土壤溶液中OH浓度超过H+浓度时就显示碱性。

3土壤的缓冲性能（Soilbuffercapacity）土壤具有缓和酸碱度激烈变化的能力。

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11PM第10页3.土壤的氧化-还原性能土壤中有许多有机和无机的氧化性和还原性物质，而使土壤具有氧化-还原特性。

这对土壤中物质的迁移转化具有重要影响。

土壤中主要的氧化剂有：

土壤中氧气、NO3-离子和高价金属离子，如Fe3+、Mn4+、Ti6+等。

土壤中主要的还原剂有有机质和低价金属离子（如Fe2+、Mn2+等）。

此外，植物根系和土壤生物也是土壤中氧化还原反应的重要参与者。

土壤氧化还原能力（Soiloxido-reductionability）的大小常用土壤的氧化还原电位（Eh）衡量，其值是以氧化态物质与还原态物质的相对浓度比为依据的。

一般旱地土壤Eh值为+400+700mV，水田Eh值为-200+300mV。

根据土壤Eh值可确定土壤中有机质和无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第11页4.土壤的生物活性土壤中的生物成分使土壤具有生物活性（Biologicalactivity），这对于土壤形成中物质和能量的迁移转化起着重要的作用，影响着土壤环境的物理化学和生物化学过程、特征和结果。

土壤的生物体系由微生物区系、动物区系和微动物区系组成，其中尤以微生物最为活跃。

土壤环境为微生物的生命活动提供了矿物质营养元素、有机和无机碳源、空气和水分等，是微生物的重要聚集地。

土壤微生物（Soilmicroorganisms）是土壤肥力发展的决定性因素。

自养型微生物（Autotrophicmicroorganism）可以从阳光或通过氧化无机物摄取能源，通过同化CO2取得碳源，构成有机体，从而为土壤提供有机质。

异养微生物（Heterotrophicmicroorganism）通过对有机体的腐生、寄生、共生和吞食等方式获取食物和能源，成为土壤有机质分解和合成的主宰者。

土壤动物种类繁多，包括原生动物、蠕虫动物、节肢动物、腹足动物及一些哺乳动物，对土壤性质的影响和污染物迁移转化也起着重要作用。

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11PM第12页6.2土壤环境污染6.2.1土壤环境背景值土壤环境背景值（Backgroundvalueofsoilenvironment）是指未受或少受人类活动（特别是人为污染）影响的土壤本身的化学元素组成及其含量。

土壤环境背景值是一个相对的概念，是代表土壤环境发展的一个历史阶段的相对数值。

土壤环境背景值是一个范围值，而不是确定值。

土壤环境背景值是环境科学的基础数据，广泛应用于环境质量评价、国土规划、土地资源评价、土地利用、环境监测与区划、作物灌溉与施肥，以及环境医学和食品卫生等领域。

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11PM第13页6.2.2土壤环境容量土壤环境容量（Soilenvironmentcapacity）是指土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大负荷量，等于污染起始值和最大负荷值之差，若以土壤环境标准作为土壤环境容量最大允许值，则土壤环境标准值减去背景值就应该是土壤环境容量计算值。

考虑土壤的自净作用和缓冲性能时，将土壤环境容量进一步定义为：

“一定土壤环境单元，在一定范围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，也不使环境系统污染的土壤环境所能容纳污染物的最大负荷值。

”通过对土壤环境容量的研究，有助于我们控制进入土壤污染物的数量。

在土壤质量评价、制定“三废”排放标准、灌溉水质标准、污泥使用标准、微量元素累积施用量等方面均发挥着重要的作用。

土壤环境容量充分体现了区域环境特征，是实现污染物总量控制的重要基础。

有利于人们经济合理地制定污染物总量控制规划，也可充分利用土壤环境的容纳能力。

第六章土壤污染及其防治技术环境科学导论3/12/20203:

11PM第14页6.2.3土壤污染土壤污染（Soilpollution）是指人类活动产生的污染物质通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤净化作用的速度，破坏了自然动态平衡，使污染物质的积累逐渐占据优势，导致土壤正常功能失调，土壤质量下降，从而影响土壤动物、植物、微生物的生长发育及农副产品的产量和质量的现象。

从定义可以看出，土壤污染不但要看含量的增加，还要看后果，即进入土壤的污染物是否对生态系统平衡构成危害。

因此，判定土壤污染时，不仅要考虑土壤背景值，更要考虑土壤生态的变异，包括土壤微生物区系（种类、数量、活性）的变化，土壤酶活性的变化，土壤动植物体内有害物质含量生物反应和人体健康的影响等。

有时，土壤污染物