土壤環(huán)境污染與防治1第一節(jié)土壤形成、組成和作用第二節(jié)土壤的污染與退化第三節(jié)土壤污染防治與修復主要內容第一節(jié)土壤形成、組成和作用3一、土壤的形成風化作用巖石母質土壤成土過程土壤是地球陸地表面具有肥力、能夠生長植物的疏松表層，是由巖石經(jīng)風化發(fā)育而成的歷史自然體。

4巖石氧和硅為巖石的主要成分，兩者占其組成的75%以上，其中氧占約一半，而作為植物所需要的營養(yǎng)元素不僅含量少，而且都以難溶化合物的形態(tài)封閉在堅硬的巖石中，處于分散狀態(tài)，故此需經(jīng)歷一個質變過程，亦即巖石的破碎分解，直至形成母質。5巖石的風化巖石外界因素巖石本身的成分與性質改變巖石破碎6風化作用物理風化化學風化生物風化7物理風化巖石受物理因素作用而逐漸崩解破碎的過程特點：只能引起巖石形狀、大小的變化，而不能改變其礦物組成與化學成分。成因：地球表面溫度的變化；冰凍的擠壓；風；冰川等自然動力的磨蝕；植物根系的穿插。8化學風化巖石受化學因素作用而引起的破壞過程。特點：不僅是已破碎的巖石進一步變細，同時使巖石發(fā)生礦物組成和化學成分的改變，產(chǎn)生新的物質。成因：溶解；水化作用；水解作用；氧化作用。9巖石在生物的作用下引起的破壞過程。成因：機械破碎；生物化學作用。生物風化10地質大循環(huán)：巖石

風化產(chǎn)物巖石生物小循環(huán)：無機養(yǎng)分生物無機養(yǎng)分土壤的形成是上述兩個循環(huán)相互作用的結果土壤的形成是成土過程與風化作用交織在一起，同時進行的。成土過程11成土過程的主要影響因素母質構成土壤礦物質的基本材料提供植物必需的養(yǎng)料元素氣候

影響土壤中的物理、化學、生物作用的方向與進程生物

只有在母質的基礎上出現(xiàn)了生物之后，土壤才能形成12地形

影響熱量及水的重新分配；影響母質的分配時間

時間越長，土壤性質的變化越大

母質是物質基礎；氣候中的熱量因素是土壤能量的最基本來源；生物將無機物變成有機物，將太陽能轉化為生物化學能，從而改造了母質，形成了土壤；地形通過對地表物質和能量再分配，間接地影響土壤的形成過程；時間是一個條件，任何一個空間因素或者綜合作用的效果隨時間的增長而加強。13二、土壤的物質組成土壤固∶液∶氣三相的比示意圖土壤固相土壤液相土壤氣相(15%~35%V)土壤礦物質(95%)土壤有機質(1-10%)原生礦物質(90%)次生礦物根須土粒上的吸附水土粒土壤空隙被水飽和的土壤生物體昆蟲、線蟲、節(jié)肢動物微生物14巖石中含有約3000余種礦物，但與土壤有關的不過數(shù)十種，按其起源分為原生礦物和次生礦物。石英、長石類、云母類、輝石、角閃石、橄欖石、赤鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、黃鐵礦……原生礦物次生礦物簡單鹽類(方解石、白云石、石膏、瀉鹽等)、三氧化物類（針鐵礦、褐鐵礦）、次生鋁硅酸鹽（伊利石、蒙脫石、高嶺石）類……15原生礦物次生礦物赤鐵礦石英金紅石方解石石膏白云石次生硅酸鹽粘土礦物的類型和性質硅四面體四面體片

1.土壤的組成和性質17次生硅酸鹽粘土礦物的類型和性質鋁八面體八面體片

1.土壤的組成和性質18高嶺石的特點四面體片與八面體片通過共用氧原子結合成一個晶片，晶片間以氫鍵相連，水化時基本不膨脹。

1.土壤的組成和性質19蒙脫石的特點兩個四面體片夾一八面體片組成一個晶片，八面體片中，部分Mg取代Al而使層片帶負電，多余電荷由層間陽離子中和。水化時膨脹嚴重。

1.土壤的組成和性質20三種主要粘土礦物的特性比較蒙脫石類水云母類高嶺石類顆粒大小(

m)0.01~1.00.1~2.00.1~5.0形狀不規(guī)則片狀不規(guī)則片狀六角形片狀外表面大中等較小內表面很大中等無比表面積(m2/g)700~800100~1205~20粘結性，可塑性強中等弱脹縮性強中等弱陽離子交換量(cmol(+)/kg)60~10015~403~1521來源：各種動植物、微生物殘體及人畜糞便。類型：非腐殖物質：碳水化合物；有機酸；木質素等。腐殖質：結構復雜，是微生物作用下形成的性質穩(wěn)定的新的高分子化合物。其形成分兩個階段：首先產(chǎn)生構成腐殖質主要成分的原始材料；將上述原始材料通過縮合與聚合作用，形成腐殖質的單體分子。一般占有機質的85%~90%。

有機質22不同生態(tài)系統(tǒng)下土壤有機質的含量凈初級生產(chǎn)力(MgC/hay)植物生物量(MgC/ha)SOM(MgC/ha)23來源：各種動植物、微生物殘體及人畜糞便。類型：非腐殖物質：碳水化合物；有機酸；木質素等。

腐殖質：結構復雜，是微生物作用下形成的性質穩(wěn)定的新的高分子化合物。其形成分兩個階段：首先產(chǎn)生構成腐殖質主要成分的原始材料；將上述原始材料通過縮合與聚合作用，形成腐殖質的單體分子。一般占有機質的85%~90%。

有機質土壤有機質的形成14325胡敏素(Humin)：不溶于有機溶劑、稀酸和稀堿液的有機高分子化合物。胡敏酸(Humicacid)：溶于稀堿，但不溶于稀酸的棕至褐色的天然有機高分子化合物。富里酸(Fulvicacid)：土壤中既能溶于稀堿又能溶于稀酸的黃棕色天然有機高分子化合物。

腐殖質的組分分子大?。汉羲?gt;胡敏酸>富里酸26腐殖質的分子結構非單一的純有機化合物，而是大分子非均一縮聚物。

27土壤腐殖質的作用土壤養(yǎng)分的重要來源促進土壤養(yǎng)分有效化形成土壤結構吸附污染物，減輕污染其它土壤水主要來自降水，同時還有灌溉水和地下水。形態(tài)分為固態(tài)水、液態(tài)水和氣態(tài)水。液態(tài)水：吸濕水、膜狀水、毛管水、重力水。土壤空氣CO2高于大氣十到數(shù)百倍，氧氣僅占10%左右。土壤水與空氣土壤生物的種類和數(shù)量生物種類表土層（15cm）中數(shù)量（個/m2）生物種類表土層（15cm）中數(shù)量（個/m2）微生物細菌1013~1014動物原生動物109~1010放線菌1012~1013線蟲類106~107真菌1010~1011蚯蚓30~300藻類109~1010其他動物103~10530土壤中細菌的形狀形狀多為棒狀或桿狀土壤中的原生動物纖毛蟲變形蟲鞭毛蟲土壤中的節(jié)肢動物三、土壤的結構和環(huán)境特性土壤的結構形態(tài)結構土壤的環(huán)境特性土壤膠體酸堿性（pH值）緩沖性氧化還原狀況

礦物質是以粗細不同的顆粒形式存在的，即通常說的土壤顆粒。按粒徑大小，土粒分為石礫、沙粒、粉粒和粘粒。土粒的大小與土壤礦物成分土壤化學成分密切相關。粘粒以上主要由各種原生礦物組成，以石英最多，還有長石、云母等原生硅酸鹽礦物；粘粒中原生礦物很少，基本上為次生礦物。土壤顆粒35土粒分級粒級顆粒直徑（mm）土粒比表面增長（倍）石礫大礫石20~6小礫石6~2粗砂2~0.610砂粒細砂0.6~0.2極細砂0.2~0.06100砂質粉砂0.06~0.02粉粒中粉砂0.02~0.00610000細粉砂0.006~0.002粘粒粘粒<0.002100000膠體<0.0002100000036?我國土壤質地分類標準（3級分類法），中國科學院南京土壤研究所，針對我國南、北方土壤質地名稱和差異，綜合劃分為3類11級。土壤質地和土壤團聚結構土壤是由各種大小不同的土粒組合而成，各粒級土粒在土壤中的相對比例（質量百分數(shù)）稱為土壤質地,又稱土壤機械組成或稱土壤的顆粒組成。土壤質地分類標準各個國家不統(tǒng)一，常用的有以下三類分法：

——國際土壤質地分類標準

——卡慶斯基土壤質地分類標準

——我國土壤質地分類標準我國土壤質地分類標準土壤中的礦物質顆粒，在大多數(shù)情況下不是以單粒狀態(tài)存在，而是互相粘聚或者被膠結成大小、形狀、性質不同的土片、土塊、土團甚至團聚體。土壤團聚體的形狀：塊狀及棱塊狀，柱狀及棱柱狀，片狀，單粒結構及團粒結構。土壤的形態(tài)結構39土壤團聚體的形狀

粒狀

柱狀

塊狀片狀塊狀單粒狀形成機制土粒的粘聚粘粒的凝聚作用有機質的膠結作用難溶性化合物的膠粘作用水膜的粘結作用土壤結構的成型生物作用干濕交替凍融交替耕作作用41土壤環(huán)境特性（一）土壤的吸附特性（土壤膠體）土壤膠體的結構:膠核二氧化硅，氧化鐵鋁，次生硅酸鹽，

腐殖質決定電位離子層膠核表面分子解離成為

離子，或從溶液中吸收某種離子而成補償離子層膠團間溶液42土壤膠體種類土壤無機膠體含水氧化硅膠體，含水氧化鐵鋁膠體，水鋁英石，粘土礦物土壤有機膠體有機無機復合體43土壤膠體的性質(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能

(2)土壤膠體具有帶電性同晶置換：

Al3+取代硅氧片中的Si4+；Mg2+取代水鋁片中的Al3+

永久性負電荷。表面分子解離：—OH,—H2O

斷鍵：Si－O－、Al－O－表面分子吸附：

H+，PO43-(3)土壤膠體的凝聚性和分散性44酸的產(chǎn)生生命活動土壤溶液中活性鋁的作用吸附態(tài)氫離子和鋁離子的作用堿的產(chǎn)生土壤中大量存在的堿金屬的水解（二）土壤酸堿性根據(jù)土壤中H＋的存在方式，土壤酸度可分為活性酸度和潛在酸度兩大類型。(1)活性酸度：土壤活性酸度是自由擴散到土壤溶液中H＋濃度的直接反映出來的酸度。因此，氫離子的濃度越大，活性酸的酸度越強。通常用pH表示活性酸，這是一個強度指標。(2)潛性酸度：土壤潛性酸度是由于土壤膠體吸附的H+和Al3+所造成的。這兩種致酸離子只有在通過離子交換作用進入土壤溶液時，產(chǎn)生了H+離子，才顯示出酸性，所以它們是土壤酸度的潛在來源，故稱之為潛性酸。1．土壤酸度土壤的堿性反應是在土壤溶液中OH－離子濃度超過H+離子濃度時反映出來的。土壤溶液之所以出現(xiàn)堿性反應，是由于土壤溶液中存在有水解性的弱酸強堿鹽類，其中最多的弱酸根是碳酸根和碳酸氫根。2．土壤堿度把少量的酸或堿加到土壤中，其pH值的變化不大，土壤這種對酸堿度變化的抵抗能力，稱為土壤的緩沖性能或緩沖作用。它可以保持土壤反應的相對穩(wěn)定，為植物生長和土壤生物的活動創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境，所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質之一。土壤膠體和土壤溶液中的酸堿緩沖體系。3．土壤的緩沖性能（三）土壤的氧化還原性土壤中的氧化還原體系：鐵體系Fe(Ⅲ)+e?Fe(Ⅱ)錳體系Mn(Ⅳ)+2e?Mn(Ⅱ)硫體系SO42–+8e+10H+?H2S+4H2O氮體系

NO3—+2e+2H+

?

NO2—+H2ONO3－+5e+6H+?1/2N2+6H2ONO3－+8e+10H+?NH4++3H2O有機碳體系

CO2+8e+8H+

?

CH4+2H2O土壤的氧化還原電位（Eh）

根據(jù)土壤的Eh值可以確定土壤中有機物和無機物可能發(fā)生的氧化還原反應和環(huán)境行為。土壤的Eh值＞700mV，土壤完全處于氧化條件下，有機物質會迅速分解；Eh400~700mV：土壤中氮素主要以NO3－形式存在；Eh＜400mV時：反硝化開始發(fā)生；Eh＜200mV時，NO3－開始消失，出現(xiàn)大量的NH4+。當土壤漬水時，Eh值降至－100mV，F(xiàn)e2+濃度就會超過Fe3+；Eh值再降低，＜－200mV時，H2S大量產(chǎn)生，F(xiàn)e2+就會變成FeS沉淀，其遷移能力降低。土壤在地理環(huán)境中的位置四、土壤的功能和作用51兩大功能：肥力功能支撐作用水、熱、氣、肥凈化功能納污場所污染物凈化能力第二節(jié)土壤的污染與退化53一、土壤的污染（一）概念1、土壤環(huán)境背景值未受或很少受人類活動，特別是人為污染影響的土壤化學元素的自然含量。

→判斷土壤是否污染的依據(jù)之一；→確定環(huán)境基準的依據(jù)之一；→確定土壤環(huán)境容量的依據(jù)。2、土壤環(huán)境容量：在保證土壤正常功能下，土壤所能容納污染物的最大負荷量。3、土壤的自凈能力土壤通過對有機無機物的吸附固定作用，使得污染物通過土壤后減輕了毒害，即為土壤的自凈作用。作用方式：物理、化學、生物反應。作用結果：有些污染物在土壤中蓄積起來；有些被轉化而降低，或消除了活度與毒性。（二）土壤污染的概念和特點1、定義：進入土壤的污染物超過土壤的自凈能力，對土壤、動植物造成損害時的狀況，成為土壤污染。2、判斷標準：（1）背景值（2）土壤環(huán)境質量標準（3）植物污染物含量及受害狀況（4）土壤生物指標：微生物、酶類重慶市土壤重金屬背景值(mg/kg)項目鉻汞砷鎳鋅鎘鉛銅鐵錳背景值49.080.046.9937.3878.220.1423.5222.87//級別土壤pH值一級二級三級項目自然背景<6.56.5～7.5>7.5>6.5鎘≤0.200.300.601.0

汞≤0.150.300.501.01.5砷水田≤1530252030旱地≤1540302540銅農(nóng)田等≤3550100100400果園≤—150200200400鉛≤35250300土壤環(huán)境質量標準（GB15618－1995）一級標準為保護區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景的土壤環(huán)境質量的限制值。

二級標準為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護人體健康的土壤限制值。

三級標準為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值。1）不可逆轉性

重金屬對土壤的污染基本上是一個不可逆轉的過程，許多有機化學物質的污染也需要較長的時間才能降解。譬如：被某些重金屬污染的土壤可能要100～200年時間才能夠恢復。3）難治理

積累在污染土壤中的難降解污染物則很難靠稀釋作用和自凈化作用來消除。2）隱蔽性和滯后性

土壤環(huán)境污染往往要通過對土壤樣品進行分析化驗和對農(nóng)作物的殘留量檢測以及對攝食的人或動物的健康檢查才能揭示出來，從遭受污染到產(chǎn)生“惡果”往往需要一個相當長的過程。3.土壤污染的特點4）累積性

污染物質在大氣和水體中，一般都比在土壤中更容易遷移。這使得污染物質在土壤中并不象在大氣和水體中那樣容易擴散和稀釋，因此容易在土壤中不斷積累而超標，同時也使土壤污染具有很強的地域性。5）后果嚴重危害食品安全和人體健康。1、污染物的種類無機污染物：重金屬、放射元素、鹽、堿、酸等有機污染物：農(nóng)藥、酚、石油等2、污染源化肥、農(nóng)藥污水灌溉固體廢物（含放射性物質）大氣沉降（三）土壤污染源土壤主要污染物及其來源污染物種類主要來源無機污染物重金屬汞（Hg）制堿、汞化合物生產(chǎn)等工業(yè)廢水和污泥，含汞農(nóng)藥，金屬汞蒸汽鎘（Cd）冶煉、電鍍、染料等工業(yè)廢水，污泥和廢氣，肥料雜質銅（Cu）冶煉、銅制品生產(chǎn)等廢水、廢渣和污泥，含銅農(nóng)藥鋅（Zn）冶煉、鍍鋅、紡織等工業(yè)廢水，污泥和廢渣，含鋅農(nóng)藥，磷肥鉻（Cr）冶煉、電鍍、制革、印染等工業(yè)廢水和污泥鉛（Pb）顏料、冶煉等工業(yè)廢水，汽油防爆劑，農(nóng)藥鎳（Ni）冶煉、電鍍、煉油、染料等工業(yè)廢水和污泥砷（As）硫酸、化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、玻璃等工業(yè)廢水、廢氣，含砷農(nóng)藥硒（Se）電子、電器、油漆、墨水等工業(yè)排放物放射元素銫（137Cs）原子能、核動力、同位素生產(chǎn)等工業(yè)廢水和廢渣，核爆炸鍶（90Sr）原子能、核動力、同位素生產(chǎn)等工業(yè)廢水和廢渣，核爆炸其它氟（F）冶煉、氟硅酸鈉、磷酸和磷肥等工業(yè)廢氣，肥料堿紙漿、纖維、化學等工業(yè)廢水酸硫酸、石油化工、酸洗、電鍍等工業(yè)廢水，大氣酸沉降氰化物電鍍、冶金、印染等工業(yè)廢水，肥料有機污染物有機農(nóng)藥農(nóng)藥生產(chǎn)和使用酚煉油、合成苯酚、橡膠、化肥、農(nóng)藥等工業(yè)廢水多環(huán)芳烴石油、煉焦等工業(yè)廢水、廢氣石油類石油開采，煉油，泄漏表面活性劑城市污水，機械工業(yè)有害微生物廄肥，城市污水、污泥1、作物減產(chǎn)、品質下降2、危害人體健康食物鏈、空氣質量3、長期面污染源水體、大氣（三）土壤污染的危害（P97-99）（四）主要污染物在土壤中的遷移轉化1、農(nóng)藥

絕大多數(shù)為有機化合物，易為土壤微生物、土壤酶所分解，主要通過脫氯、脫烷基、苯環(huán)破裂、氧化還原、水解作用等使分子簡單化。農(nóng)藥的揮發(fā)性使它通過土壤孔道散失。2、重金屬（P99-101）

機械遷移:(包裹、吸附、隨土壤水分遷移或土壤空氣轉化，如Hg）

化學，物理化學，生物轉化遷移：(吸附與解離，氧化與還原，絡合，螯合等，動植物遷移，富集）

形態(tài)分級：可溶態(tài)、吸附態(tài)、有機結合態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、殘余態(tài)等。

難以移出土壤，形態(tài)和有效性隨土壤環(huán)境條件而異，表土或亞表土累積，很難遷入底層。二、土壤退化水土流失土壤風蝕和沙漠化、石漠化土壤鹽堿化（一）荒漠化1、荒漠化的概念荒漠化是包括氣候變異和人類活動在內的種種因素所造成的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的土地退化。

2、荒漠化的現(xiàn)狀3、荒漠化的成因

1、自然因素

2、人為因素（1）土地資源利用不合理（2）植被資源不合理利用（3）干旱、半干旱地區(qū)水資源利用不合理（4）不合理耕作及粗放管理（5）其他人類活動4、荒漠化的危害

1、土地的生產(chǎn)潛力衰退

2、土地生產(chǎn)力下降

3、草場質量下降

4、對環(huán)境造成污染和破壞

（二）水土流失

在水力和風力作用下，地表物質發(fā)生剝蝕、遷移或沉積的過程。1、水土流失的原因自然因素——條件人為因素——催化劑2、水土流失的危害

（1）破壞土壤肥力、危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；（2）影響工礦、水利和交通等建設工作；（3）威脅群眾生命財產(chǎn)安全，造成經(jīng)濟損失。3、水土流失的防治（1）保護現(xiàn)有亞熱帶和熱帶森林，嚴禁毀林開荒、開墾草原為農(nóng)田等；（2）進行工礦建設，必須進行生態(tài)環(huán)境影響評價，提出防止水土流失的措施，工礦建設和保護生態(tài)環(huán)境的措施必須同步進行；（3）保護好現(xiàn)有森林，大力植樹造林，興建防護林體系工程來控制水土流失面積的蔓延。（三）土壤鹽漬化土壤鹽漬化1、形成原因（1）氣候方面的原因；（2）地形方面原因；（3）水文地質方面的原因；（4）海洋；（5）不合理的灌溉活動。三、土壤鹽漬化2、改良措施（1）水利改良（2）生物改良（3）化學改良第三節(jié)土壤污染防治與修復一、土壤污染源的控制首先要弄清楚污染源；然后采取切實有效的措施切斷污染源，這是防止土壤遭受污染的最基本也是最重要的原則。

二、土壤污染的治理與修復（一）工程措施1、客土法2、清洗法3、隔離法4、熱解法5、電化學法（二）農(nóng)業(yè)措施調節(jié)土壤pH、Eh；改變耕作制度；選擇抗性品種；合理施肥（有機肥）。（三）施用改良劑1.抑制劑與拮抗劑：

CaCO3、CaSO4、腐殖酸、有機肥、磷酸鹽、鋅肥2.吸附劑：蒙脫石；3.活化劑+生物法（或淋洗法）：

EDTA、表面活性劑等

（四）生物修復技術1、微生物修復微生物以有機污染物作為碳源；生物吸附與生物氧化還原。2、植物修復

利用植物吸收、揮發(fā)、轉化與降解消除土壤有機與無機污染。

土壤生物修復：利用生物的生命代謝活動，減少土壤環(huán)境中有毒有害物質的濃度或使其完全無害化，使污染的土壤環(huán)境能部分或全部恢復到初始狀態(tài)。MethylationVolatilizationImmobilizationTranslocationUptakeAccumulationPHYTO-/BIO-VOLATILIZATIONPHYTOIMMOBILIZATIONPHYTOEXTRACTIONPhytoremediation植物固定化作用植物萃取生物揮發(fā)砷、汞OHOHPlantdetectstoxicantChangeinrootexudationExudatesExudatesstimulatemicrob