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1、第五章 土壤污染与防治 主讲：关伟 2010年xx月xx日目录 第一节 土壤污染过程 第二节 重金属污染 第三节 农药的污染 第四节 固体废弃物污染 第五节 肥料的污染 第六节 土壤沙漠化 第七节 土壤污染防治第一节 土壤污染过程一.土壤的组成 (一)土壤中的矿物质土壤中的矿物质化学元素主要是Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等，其次 还有少量的P、S、Cu、B、Mn、Zn、Mo等。土壤中的最常见和数量最大的矿物颗粒有石英(SiO2)、长石(K2O、Al2O3、 SiO2)、云母(K2O、Al2O3、MgO、SiO2)、教土矿物等。土壤中还有水合氧化物，最重要的代表是褐铁矿(Fe2O
2、3nH2O)、赤铁矿 (2Fe2O3H2O)、针铁矿(Fe2O3H2O)、水铝石(Al2O3H2O)、三水铝石 (Al2O33H2O)、蛋白石(SiO2nH2O)、氢氧化铁Fe(OH)3、水锰矿 (MnO2H2O)和软锰矿(MnO2)等。 (二)土壤中的有机质土壤中的有机质较少，一般耕地表土层的有机质含量不超过12，表土层以下更少。土壤中的有机质主要来自植物残骸、动物和微生物的遗体。有机肥料如绿肥、人和家畜、家禽粪尿也是土壤有机质的重要来源。土壤中的有机质可分为新鲜有机质、半腐烂有机质、简单有机质和腐殖质。 (二)土壤溶液土壤溶液是土壤的液相组成，是无机盐类及各种有机物的水溶液。土壤水分主要来
3、源 于大气降水和灌溉给水。大气降水溶有二氧化碳、氧、硫酸、硝酸、亚硝酸、及微量 的氨。大气降水进入士壤后，与土壤中的矿物质及有机物发生反应，将它们部分溶解 ，形成溶液。土壤溶液是一种稀溶液，组成非常复杂，包括无机盐类和有机物。无机盐类有硝酸、亚硝酸、碳酸、重碳酸、氯化物、硫酸、磷酸等的钙盐、镁盐、钾盐、钠盐、铵盐等 。有机物有腐殖酸及其盐类、可溶性糖、可溶性蛋白质等。特征哈尔滨黑土北京褐土西安褐土湖北红壤江西红壤pH值7.58.38.55.84.5有机质含量/%2.941.261.610.772.86粘粒含量 ( Pb2+ Ni2+ Co2+ Zn2+ Rb2+ Sr2+ Ca2+ Mg2+
4、Na+ Li+有机胶体对金属离子吸附的顺序为：Pb2+ Cu2+ Cd2+ Zn2+ Ca2+ Hg2+金属离子被土壤胶体吸附是其从液相转人士壤固相的最重要途径之一。胶体吸附特别 是有机胶体的吸附在很大程度上决定着土壤中重金属的分布和富集。金属元素与胶土 的缔合方式，若吸附在胶土矿物表面交换点上，则较易被交换；如被吸附在晶格中， 则很难释放。不同的土壤类型，具有不同类型的胶体，对重金属的吸附性也不同。一般土壤中有机胶体即腐殖质胶体含量多的土壤对重金属的吸附作用强，而无机胶体相对吸附较弱。我国各地区的不同类型土壤对重金属的吸附特性见表5-2。金属元素吸附比例 / %哈尔滨黑土北京褐土西安褐土湖北
5、红壤江西红壤Cu100.099.9599.4585.0756.30Pb97.7599.2199.21100.097.40Cd97.7397.20100.084.1818.31Hg99.1098.3999.1549.7398.21表5-2 我国北方土壤类型对重金属吸附特性 (二)重金属的配位作用有些重金属离子，在土壤溶液中往往不以简单离子存在，而主要以配离子形式存在。在无机配位体中，人们比较重视重金属与羟基和氯离子的配位作用，认为两者是影响 一些重金属难溶盐溶解度的主要因素，能促进重金属在土壤中的迁移转化。重金属能在较低pH值下水解，H+离开水和重金属离子的配位水分子。重金属羟基配合物的平衡，按
6、下列反应式逐级生成配合物：正常土壤中的氯离子浓度较低，其对重金属的配位顺序是Hg2+ Cd2+ Zn2+ Pb2+盐碱土中氯离子浓度较高, pH值也较高，重金属也可发生水解作用，生成羟基配离子，此时可发生羟基与氯配位作用的竞争反应。土壤有机质配合物和整合物的稳定性，与配位-整合剂和金属本身有关，但也决定环境条件，尤其是pH值。土壤有机质对金属元素的配位、整合能力的顺序为：Pb Cu Ni Zn Hg Cd。整合物的稳定性还与金属离子的性质密切相关形成有机整合物对金属迁移的影响取决于所形成的整合物的溶解性。 腐殖质对 金属离子的整合作用与吸附作用同时存在，通常认为 ，在离子浓度高时以吸附作用为主
7、，在离子浓度低时以配位整合为主。中心离子的电荷大小、 介质的pH值大小 (三)重金属的沉淀重金属在土壤溶液中还存在沉淀溶解平衡。pH值是影响土壤中重金属迁移转化的重要因素，正常的土壤的pH值在58之间。酸性土壤的pH值可能小于4，碱性土壤的pH值可达11。pH值与迁移的关系，有下面的几种情况：1.pH6时迁移活泼的金属离子是：Cu2+、Zn2+、Co3+、Co2+、Ni3+、 Mn2+、 Cr2+、 Cd2+；2.pH7时迁移活泼的金属离子是：V(V)、V()、As()、Cr()；3.与pH值关系不大的金属离子是：Li+、Rb+、Cs+。 第二节 结束返回目录第三节 农药的污染农药包括杀虫剂、
8、杀菌剂、除草剂、生物生长调节剂等，是人类农业生产不可缺少的重要物质。使用农药，可挽回15的收成。全世界作为商品主产的农药品种约1200个，医药农药250种，包括100种杀虫剂，50种除草剂，20种杀线虫剂，30种其他农药等。药剂类型约60000种。 环境所面临的问题是：农药的利用率极低，施用农药时，只有10施在作物上，其余90或直接散落在土壤和水体中，或通过农作物落叶、降雨而进入土壤；有些农药难于降解，长期存在于土壤中；农药可通过食物链进人人体。 几种常见农药：一.农药的挥发、扩散迁移与吸附 进入土壤中的农药，可通过气体挥发，或随水淋溶而在土壤中扩散迁移。沙 壤、水分少和有机质少的土壤中的农药
9、较易向大气中挥发。农药的挥发会造 成大气污染。农药的水扩散方式有两种：1.直接溶于水2.被吸附于土壤固体细粒表面上随水分移动而进行机械迁移土壤中的？粒、有机质和土壤胶粒可通过物理吸附、物理化学吸附将农药固 定，使农药迁移能力和毒性减小。结果一方面使土壤溶液中农药浓度降低， 可给性减小，起了一定的净化作用，但另一方面也导致了土壤中农药的积累 。二.农药的降解1.光化学降解主要指洒落在土壤表面，未被土壤结合固定的农药，在阳光的照射下，吸收能量而发生自由基分解反应。2.化学降解主要指在土壤中的农药通过化学反应达到降解的目的。主要反应为氧化还原、水解和 分解反应等。3.生物降解指微生物降解。有机农药进
10、 入士壤后，首先对土壤中的微生物有抑制作用。同时土壤 中的微生物也会利用这些有机农药为 能源，进行降解处理，使各种农药 最终分解成 二氧化碳。微生物降解作用是影响农药 最终在土壤中残留和残毒量大小的决定因素。三.农药的残留农药通过挥发、扩散、迁移、吸附和降解，残留量逐步降低。但由于各种农药化学稳定性、土壤的组成、有机质和矿物质含量、酸碱度、氧化还原电位、温度和湿度的千差万别，各种农药在土壤中的残留量也就不同，即各种农药在土壤中的半衰期不同，见表5-3。半衰期长的农药在土壤中积累多，反之则积累少。对农药在土壤残留期的长短，植物保护和环境保护要求绝对相反。环保要求农药的残留期越短越好，希望农药易于
11、降解，这样可防止农药污染环境。植保则要求农药应有一定的残留期，才能保证农药有效地通过触杀和？达到杀虫、灭菌和除草的目的，才有良好的经济效益。表5-3 农药在土壤中的残留期（半衰期）*为降解95%所需时间名称残留时间/ 年名称残留时间/ 天名称残留时间/ 天 含铅、铜、砷农药1030尿素除草剂0.30.8氯硫磷36氯丹35 *2，4-D、 2，4，5-D0.10.4DDVP17DDT430 *氨基甲酸酯0.020.1敌百虫140六六六24林丹310 *内吸磷54艾氏剂16 *碳氯特灵27乙拌磷290狄氏剂525 *对硫磷180甲基内吸磷26七氯35 *甲基对硫磷45二嗪农6184西玛津、扑灭津1
12、2甲拌磷2乐果122四.科学使用农药对目前广泛使用的农药品种和剂型进行安全评价，并从急性、积蓄型和？毒性、致 突变性、致癌性、致畸性、联合毒性、对眼和皮肤刺激性和变态反应、农药代谢产物 的毒性、农药残留行为，对水生生物和益虫的毒性等方面进行综合分析，全面比较， 然后指定允许残留标?和安全间隔区。安全间隔区是指最后一次施用农药到农作物收获时的时间间隔。如何做到安全合理施用农药：1.调查研究各种病虫害的起因和发生条件，做到预测预报、对症下药。2.应混合和交替使用不同的农药，以防止害虫产生抗药性并保护害虫的天敌。3.农药的使用效果与所使用的器械也有很大关系。五.农药展望农药的利用率低、残留率高、污染
13、大，所以生产低毒、低残留、高效的“绿色农药”，淘汰残留率高、污染大的农药是当务之急。同时，开展生物防治更是解决这一矛盾的有效途径。 (一)新型农药的研究开展新型农药的研究，研究新的杀虫灭菌途径，采取综合防治方法，联合或交替使用化学、物理、生物和其他有效方法，克服单纯依赖化学农药的做法是农业植保发展方向。 拟除虫菊酯除虫菊是自然界中存在的一种杀虫效果好的植物，其有效成分共有六种。如天然除虫菊素1949年，美国学者模仿它的结构，首次设计并合成出新农药丙烯菊酯 ，其后拟除虫菊酯的人工合成得到 飞速发展。这类农药每亩地只需 0.61g药量，充分显示除虫菊脂类农药微量、高效的作用。以拟除虫菊酯为主要成分
14、的 杀虫气雾剂 (二)生物农药微生物农药和植物农药称为生物农药。1.微生物农药(1)定义及分类：微生物农药是20世纪60年代发展起来的一种新型农药：利用微生物本身或微生物代谢产物制成防治农作物病虫害的药剂称为微生物杀虫剂；用利用植物病害病原菌的拮抗 体或微生物代谢产物抗生素制成的农药称为农用抗生素。 (2)特点：微生物农药的特点是高效、低毒，杀虫效率达80%以上；选择性强，仅对农作物害虫有作用，而对人畜无害；能刺激植物生长，增强植物抗病能力；可在环境中迅速分解，不会残留积累；生产简便，用普通发酵设备即可生产； 2.植物农药植物农药主要有三种：烟草、除虫菊和鱼藤。烟草除虫菊鱼藤 (三)物理法利用
15、昆虫趋光性、趋热性，安装黑光性、紫外线灯诱杀害虫；利用糖醋液引诱害虫；利用黏胶黏结害虫；利用扎草把诱杀早起成虫。 (四)生物工程技术掌握昆虫的性信息特征，人工合成昆虫的性激素，并利用昆虫微波传布信息诱杀异性和同类。应用化学不孕剂，如不育胺、不育特、绝育磷等，使害虫失去繁殖能力，杀虫效果显著。保护害虫的生物天敌。破译害虫的DNA，更改害虫的遗传密码，变更害虫的生活习性，变有害为无害或破坏其繁衍能力，使其无法繁殖而自灭。这是农药发展的新方向。 第三节 结束返回目录第四节 固体废弃物污染一.固体废弃物的分类和构成固体废弃物通常指所谓没有利用价值的固体或半固体物质。许多固体废弃物其 实是宝贵的资源，固体废弃物可分为三大类：工业遗弃物、农业遗弃物和生活 垃圾。(一)工业遗弃物包括采矿废石、选矿尾砂、冶炼废渣、化工废渣、建筑装修垃圾、工业垃圾、 废水处理污泥、食品工业废渣、林业采伐和木材加工业中的木屑、锯末等。(二)农业遗弃物包括农作物秸秆、蔬菜叶茎根、家畜家禽粪便等。(三)生活垃圾包括城镇生活垃圾、市政建筑垃圾、商业垃圾等。二.固体废弃物的污染固体废弃物对土壤污染十分严重。固体废弃物排出数量巨大，占地面积大，侵占大量良田，给农业生产带来毁灭性打击。我国每年大约排出0.2亿吨废渣，要占用大量耕地和非耕地。固体废弃物不仅侵占农田，其中的有害气体逐渐挥发到大气中而污染空气。所含
