农学课件土壤环境污染与修复

《农学课件土壤环境污染与修复》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农学课件土壤环境污染与修复（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,土壤环境、污染与修复,第一部分 土壤环境与污染,土壤污染与修复研究是当今环境科学新的生长点之一，倍受国内外环境科技工作者的重视。与大气、水体相比，土壤是一个复杂的物理、化学与生物的复合环境介质，是一个重要的生态剖面，许多环境化学、环境生物、环境毒理的规律与机制，可以通过土壤生态剖面加以观察、研究。,污染土壤污染底泥,土壤污染的控制与治理成为重要的科学问题。,1、背景与需求,成为主要污染源 成为二次污染库,科学问题,我国农药、化肥和重金属污染农产品的问题是限制我国农产品出口的主要瓶颈。 减少与消除高毒农药的危害，已成为我国农业环境亟待解决的重要问题。 污灌、污泥等造成的土壤污染，还将长时期影响

2、农作物的生长和农产品的品质。,国 家 需 求,土壤污染与修复研究是中国进入WTO、保证农产品安全、推动农村生态环境 保护和全面建设小康社会的国家战略需求。,生态系统的基本单元，具有 S W P 系统的整体性,人类活动的主要资源，具有质量、数量的双重性,2、对土壤环境的基本认识,土壤具有三个基本特征,肥 力 质 量,环 境 质 量,健 康 质 量,内 涵,安全生产,土壤质量,保证最大生产力,最佳生物学质量,不引发二次环境污染,自然体、环境介质，具有多功能性,承接污染物的载体,净化污染物的活体,负 荷容 量,功 能强 度,1、系统之间,2、研究过程,3、污染效应,4、干扰因素,与大气环境、水环境不

3、同,理论体系、化学形态、迁移 转化、恢复治理机制不同,同一作物, 对不同污染物的生物 效应、吸收累积、释放机制不同,土壤肥力、养分含量、土壤质地、机 械组成, 对污染物毒性影响程度不同,2-1 土壤污染基本特征,发生的隐蔽性,形成的复杂性,恢复的长期性,毒性的缓效性,诊断的特殊性,土壤污染的特点,环境土壤学研究的目的,认识 利用 调控,土壤肥力的培育,土壤污染的防治,土壤净化功能的利用,污染土壤的清洁,农林土壤学,环境土壤学,以提高农业生物生产力为目的的土壤肥力和资源研究,以提高土壤三质量为目的(肥力、健康、环境) 土壤生态过程研究污染发生机制研究土壤功能、容量研究,2-2 环境土壤学的发展历

4、程,50年代: 土地资源开发利用 提高生产研究,60年代: 水土保持，盐碱地改良 土地环境资源保护研究 污水灌田，施用农药 土地环境污染研究,70年代: 区域性 土壤环境评价及污染综合防治研究,80年代:土壤环境背景容量及基准 土壤-植物系统 净化功能及其应用研究,90年代:土地植物系统污染生物地球化学 长期定位研究 无公害农业及绿色食品生产技术 应用技术研究 流域及湖泊水污染治理关键技术,3、土壤环境与土壤污染研究回顾,2000：土壤污染生态过程与生态安全,资 源 调 查,质 量 评 价,污 染 防 治,规 律 研 究,机 制 研 究,实用技术研究,3-1 土壤环境与土壤污染 - 学科发展历

5、程,58年污水灌溉在主要城市郊区兴起,推动灌溉事业，促进北方水稻农作发展,N肥过剩，贪青倒伏，作物受害，土壤毒化,土壤毒化 诊断指标,确立N肥定额 防止徒长倒伏,增施矿质肥料 调整作物Si / N营养比,3-2 土壤环境与土壤污染研究事例,污灌,污染物在土壤-植物系统迁移-分布,土壤-地下水污染,污水灌溉研究,作物污染及残留 与毒性研究,灌区人体 健康调查,污 水 灌 溉 研 究 成 果,污水灌溉地区水质、粮食和地下水评价矿物油、苯并（a）芘、重金属在土壤 植物 系统迁移分布主要污染物生物学质量评价重金属、矿物油等土壤环境容量污灌区综合治理与防治规则,土壤环境质量评价,评价方法及其指标体系,区

6、域性 土壤环境,重 点 污 灌 区,石 油 化 工 区,工 矿 开 发 区,污 染 起 始 值,污 染 标 准,单 项 指 标,综 合 指 标,3-3 区域土壤环境研究,意义,土壤环境质量与污染评价 制定土壤环境容量与土壤环境质量标准 土壤污染清洁技术土地利用与土地管理,成果, 1973 -1977 年 北京、南京、广东等重点地区 土壤、水体及生物背景值试点研究实验 1979 年 13 个省市主要农业土壤和主要作物 9 种元素背景值调查 1986 年 29 省市土壤背景值调查,3-4 土 壤 环 境 背 景,意义,制定土壤环境标准污染物排放、污泥和污水的农业利用区域污染物管理与控制,成果,敏感

7、作物盆栽生物试验 土壤微生物生态及土壤酶活性同位素示踪技术田间物质平衡 土壤净化功能,3-5 土 壤 环 境 容 量,污染地点 ：沈阳市张士灌区 污染原因 ：含镉工业污水灌田 污染面积 ：2 8 0 0 ha 污染状态 ：土壤含镉 5 - 10 mg / kg 土,稻米耔实镉 0.4 - 1.0 mg / kg 米,3-6 镉 土 污 染 及 防 治,镉土污染治理,客土法 深耕 换土,农作法 排水晒田 淹水厌氧,化学法改良 施用石灰磷肥及其它改良剂,生物法改良 作物吸收富集木本净化,3-7 镉土污染治理研究成果, 利用土壤 - 植物系统生物、化学、物理的净化功能 通过科学设计和有效地进行管理

8、对污水中 N、P 资源加以利用 对可降解污染物加以净化 实现无害化、资源化的生态工程技术, 适合国情 投资少，运行费用低 可回收再生水资源,3-8 污水生态工程土地处理, 土壤环境污染现状的描述 污染危害的调查和污染点的评价及风险分析 土壤污染生态过程及其微观机理研究 土壤生态毒理学诊断,污染土壤生态过程,4、污染物的生态过程研究, 复合污染条件下，常用农药与石油及其化工产品等有机 污染物在土壤中的迁移动态研究，探讨污染物的最适降解条件 污染物在土壤中的降解过程及其影响因素，确立其微 生物降解的最佳条件 污染物在土壤中的固定 - 再释放机制及预测 耐污植物对污染物的吸收能力 污染胁迫条件下，土

9、著微生物群落的变化规律 农作物连作条件下，土壤生物污染的发生过程 重点有机、无机污染物的土壤生态过程区域比较研究,研究内容,平衡研究,迁移,降解,吸附与解析,植物吸收积累,挥发过程,供试化学品,多 环 芳烃类,有机氯类 与 农 药,杂 环 化合物,离子型有机化合物,菲 荧蒽 苯并芘,1,2,4-三氯苯 邻苯二甲酸二丁酯 邻苯二甲酸二异辛酯,多效唑西玛津,直链烷基苯磺酸钠,效应研究,对宏观系统的影响,对微观系统的影响,生物量,生 物多样性,生物学质 量,对植物形态学上的影响,对土壤微生物土壤酶的影响,转化研究,有机污染物本体（A）在陆地生态系统中向其代谢及合成物（B, C, D . . . ）的

10、转化过程, 物理、化学、生物过程及其动力学过程。 转化过程中的发生条件及其影响因素。,典型污染土壤的成因分析与生态风险预测,土壤生态毒理学标准实验方法,土壤生态毒理学指标体系测,生物毒性指标体系,土壤生物污染的诊断与评价指标体系,污染土壤清洁标准,土壤环境标准,土壤生态毒理学诊断与安全预警系统的建立及其验证,土壤生态毒理学诊断,污染生态化学过程,土壤污染发生机制,土壤污染早期诊断,土壤污染过程调控,土壤污染系统监测,污染生态毒理过程,生态过程研究,5、需要加强的重要研究方向,6、土壤污染生态学研究展望,土壤环境标准与生物质量综合指标体系,土壤 - 植物系统 生态剖面分析,土壤 - 植物系统生态

11、风险评价,方法论及技术支撑系统,土壤 - 植物系统净化功能研究,土壤圈及其边界污染物迁移转化规律,土壤环境质量监测网络,污染卫生学,生态毒理学,生物生产力,综合分析,作用机理,确立环境参数,实验手段,测试技术,环境容量,土壤 - 水,反应动力学,土壤 - 环境,长期定位观测,土壤 - 大气,建立网络系统,第二部分：污染土壤与修复,1990 s 德国，英国，荷兰等开展土壤污染修复研究,水生生态系统问题-1960- 1970,陆地生态系统问题-1980s 始,1990s-加拿大，美国等开展土壤污染修复研究与工程,1995 中国开展土壤污染生物修复项目,1、污染土壤修复研究的历史回顾,80年代， 荷

12、兰投资15亿美元进行土壤修复试验研究 1976-1990年，联邦德国科技部资助的项目 306个 1990-1996年，联邦德国废物管理与土壤修复项目投资75亿美元 美国政府近期投资100亿美元进行土壤修复技术开发,1995 ，国家基金委，科学院等资助土壤污染生物修复项目,项目资助,2000-2003年国内土壤修复研究（根据发表论文统计）,原位修复（接菌法,生物培养法,生物通风法,土耕法） 异位修复（生物泥浆，堆腐，制备床，厌氧处理）,化学修复,物理修复,化学清洗, 超临界萃取，光化学降解，化学氧化，化学栅（沉淀栅，吸附栅，联合栅）,清洗法，蒸发法，电修复法，热修复法 挖掘添埋法，通风去污法，焚

13、烧法,植物提取，植物富集，植物稳定,生物修复,植物修复,联合修复,2、土壤修复技术, 污染土壤生物降解处理技术,污染物生物降解最适条件的建立，包括土壤中大量和微量元素的适当比例，游离酶的选择与浓度确立及土壤温度、湿度、pH和有机质等常规条件 土著微生物的驯化与接种菌的筛选和培养 特异性降解微生物的构建 提高污染物生物可利用性技术等, 有机污染土壤堆腐清洁技术, 污染区人工生态系统的营造、管理及其持续高效无害化 农业利用技术, 土壤生物改良剂发研制与开发,2-1 生物清洁技术,污染物的固定/稳定化处理 技术污染土壤固定 - 覆盖技术电渗析技术树脂/活性炭浮选技术,污染土壤蒸汽萃取技术污染土壤泥浆

14、反应器处理技术污染土壤冲洗技术针对特定的顽固性污染物的溶 剂萃取技术,重金属或其它类型无机污染土壤,石油或其它有机污染土壤,2-2 物理化学清洁技术, 针对石油、多环芳烃为目标的污染物生物修复 优势菌种的筛选与功能实验 生物修复技术：泥浆反应器、土壤堆腐、超 富集植物筛选,2-3 土壤清洁技术研究进展,1，外源微生物引入-（关键）条件和原则,2，微生物的适应性-（重点）机制与影响因素,3，生物修复过程中污染物的降解-限制因素-浓度）,4，有机污染物次生代谢过程-问题-毒性代谢产物生成,5，生物修复的现场放大技术-技术的应用,6，污染物的淋溶过程 可溶性组分的地下迁移-二次污染,7，污染土壤修复的生态安全性评价,3、土壤修复研究的现存问题,3-1 外源微生物引入,条件及原则： (1)当现存的土著微生物不能降解土壤中的污染物, 如有机污染物降解过程中的中间产物不能为土著微生物降解，考虑引入外来微生物(2)土壤中污染物浓度过高, 对土著微生物有毒害作用而不能有效降解污染物，考虑引入外来微生物(3)土壤被污染后需要立即处理，考虑引入外来微生物,(1) 是否能够降解大部分目标污染物; (2) 遗传稳定性如何; (3) 在环境中是否能快速生长并具有较高酶活性; (4) 是否具有较强的与土著微生物生存生长竞争能力； (5) 是否无致病性且不产生有毒代谢产物等。,