1、第四章第四章 土壤地球化学环境污染土壤地球化学环境污染概述概述人类生产活动对土壤环境的污染人类生产活动对土壤环境的污染土壤污染与净化土壤污染与净化污染物在环境中的迁移转化污染物在环境中的迁移转化污染物对生态环境及人类健康的影污染物对生态环境及人类健康的影响响土壤污染的防治土壤污染的防治一、概述一、概述1 1、定义、定义土壤是位于陆地表面具有肥力的疏松土层。土壤是位于陆地表面具有肥力的疏松土层。2 2、土壤的化学成分、土壤的化学成分(1)(1)土壤矿物质的化学成分土壤矿物质的化学成分(2)(2)土壤中的营养元素土壤中的营养元素(3)(3)土壤中的微量元素土壤中的微量元素3 3、土壤的生物学性质、
2、土壤的生物学性质(1)(1)土壤微生物：分解有机物，硝化、固氮、土壤微生物：分解有机物，硝化、固氮、分泌抗菌素及帮助植物根须吸收养分等作分泌抗菌素及帮助植物根须吸收养分等作用。用。(2)(2)土壤动物：动物遗体增加土壤有机质；动土壤动物：动物遗体增加土壤有机质；动物机械地粉碎植物残体，及通过硝化作用物机械地粉碎植物残体，及通过硝化作用引起土壤中有机质的变化。引起土壤中有机质的变化。(3)(3)绿色植物：是土壤有机质的最重要来源，绿色植物：是土壤有机质的最重要来源，对土壤肥力的发展影响也最大。对土壤肥力的发展影响也最大。4 4、母岩的风化作用、母岩的风化作用 风化作用：由于温度的变化，大气、水溶
3、风化作用：由于温度的变化，大气、水溶液及生物作用，使岩石或矿物在原地发生液及生物作用，使岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程。物理、化学变化的过程。(1)(1)物理风化物理风化矿物和岩石的热胀冷缩矿物和岩石的热胀冷缩地表岩石空隙中水的冻结和融化地表岩石空隙中水的冻结和融化地表岩石空隙中盐的结晶和潮解地表岩石空隙中盐的结晶和潮解 (2)(2)化学风化化学风化氧化作用：低价铁氧化成高价铁氧化作用：低价铁氧化成高价铁水溶液的作用：溶解作用、水化作用、水水溶液的作用：溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用解作用、碳酸化作用(3)(3)生物风化作用生物风化作用生物机械风化作用：生物在生命活动中对生
4、物机械风化作用：生物在生命活动中对岩石产生的机械破坏作用岩石产生的机械破坏作用生物化学风化作用：生物新陈代谢和生物生物化学风化作用：生物新陈代谢和生物死亡后的遗体腐烂、分解腐蚀岩石死亡后的遗体腐烂、分解腐蚀岩石二、人类生产活动对土壤环境的污染二、人类生产活动对土壤环境的污染 土壤污染是指由于自然及人类活动所产土壤污染是指由于自然及人类活动所产生的污染物质进入土壤，其数量和速度生的污染物质进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，使超过了土壤的容纳能力和净化速度，使土壤的自然动态平衡遭到破坏、功能失土壤的自然动态平衡遭到破坏、功能失调、质量恶化的现象。调、质量恶化的现象。1 1、使用
5、肥料、使用肥料畜、禽粪尿的污染畜、禽粪尿的污染水体富营养化水体富营养化(1)(1)重金属污染重金属污染2 2、使用农药、使用农药(1)(1)土壤会出现明显酸化土壤会出现明显酸化(2)(2)土壤养分（氮，磷，钾等）随污染程度加土壤养分（氮，磷，钾等）随污染程度加重而减少重而减少(3)(3)土壤空隙度变小，从而造成土壤结构板结土壤空隙度变小，从而造成土壤结构板结(4)(4)农药杀死其它益虫，对土壤中的微生物、农药杀死其它益虫，对土壤中的微生物、原生动物以及其它的动物产生不同程度的原生动物以及其它的动物产生不同程度的危害危害 3 3、污水灌溉、污水灌溉(1)(1)重金属污染重金属污染(2)(2)地下
6、水污染地下水污染(3)(3)影响农产品品质影响农产品品质 不管是空气中的铅，还是污水里的镉、砷，在逐渐沉不管是空气中的铅，还是污水里的镉、砷，在逐渐沉淀之后，最后的归属都是土地。科学研究表明，水稻淀之后，最后的归属都是土地。科学研究表明，水稻的根系生长于的根系生长于2525厘米之上的土壤表层中，而这一层也厘米之上的土壤表层中，而这一层也正好是重金属最富集的所在。正好是重金属最富集的所在。日本富山神通川流域，正在修复的土壤。4 4、废气排放、废气排放(1)(1)重金属污染重金属污染(2)(2)酸性物质使土壤酸化酸性物质使土壤酸化(3)(3)土壤中铅含量增加土壤中铅含量增加5 5、其他、其他(1)
7、(1)工厂废渣和城市垃圾引起土壤污染工厂废渣和城市垃圾引起土壤污染(2)(2)生活污水、粪便、垃圾、动植物尸生活污水、粪便、垃圾、动植物尸体等在土壤中形成大量病菌体等在土壤中形成大量病菌三、土壤的污染与净化三、土壤的污染与净化1 1、土壤污染物、土壤污染物定义定义(1)(1)指妨碍土壤正常功能，降低作物指妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，有害于人体健康的物质。产量和质量，有害于人体健康的物质。(2)(2)分类分类按土壤污染物的物化特性分类：按土壤污染物的物化特性分类：无机污染物：盐、碱、酸、无机污染物：盐、碱、酸、F F 和和ClCl，以，以及及HgHg、CdCd、CrCr、AsAs、Pb
8、Pb、NiNi、ZnZn、Cu Cu 等重金属和等重金属和CsCs、Sr Sr 等放射性元素等放射性元素有机污染物：有机农药、石油类、酚类、有机污染物：有机农药、石油类、酚类、氰化物，苯并芘、有机洗涤剂氰化物，苯并芘、有机洗涤剂2 2、土壤污染与净化、土壤污染与净化土壤背景值土壤背景值 又称土壤本底值，是指未受人类污染又称土壤本底值，是指未受人类污染影响的情况下，土壤在自然界存在和影响的情况下，土壤在自然界存在和发展过程中其本身原有的化学组成、发展过程中其本身原有的化学组成、化学元素和化合物的含量。化学元素和化合物的含量。(1)(1)污染物的累积过程污染物的累积过程(2)(2)土壤净化过程土壤
9、净化过程物理净化作用物理净化作用物理化学净化作用：指污染物的阳离子物理化学净化作用：指污染物的阳离子和阴离子与土壤上原来吸附的离子发生和阴离子与土壤上原来吸附的离子发生相互交换的作用。相互交换的作用。化学净化作用化学净化作用 生物净化作用生物净化作用四、污染物在环境中的迁移转化四、污染物在环境中的迁移转化1 1、重金属在土壤中的迁移转化、重金属在土壤中的迁移转化重金属在土壤中的结合态重金属在土壤中的结合态 可交换态可交换态 碳酸盐结合态碳酸盐结合态 铁锰氧化物结合态铁锰氧化物结合态 有机结合态有机结合态(1)(1)残渣态残渣态重金属在土壤重金属在土壤植物中迁移植物中迁移 的影响因素的影响因素
10、土壤的理化性质土壤的理化性质 重金属的种类、浓度及其在土壤中的重金属的种类、浓度及其在土壤中的存在形态存在形态 植物的种类、生长发育期等植物的种类、生长发育期等 复合污染复合污染 施肥施肥迁移转化方式迁移转化方式 机械迁移和转化机械迁移和转化 化学、物理化学迁移和转化化学、物理化学迁移和转化 生物迁移和转化生物迁移和转化(4)(4)几种主要重金属在土壤中的迁移转化几种主要重金属在土壤中的迁移转化 汞（汞（HgHg）汞进入土壤后汞进入土壤后95%95%以上可被土壤持留或以上可被土壤持留或固定，土壤黏土矿物和有机质强烈吸附固定，土壤黏土矿物和有机质强烈吸附汞。汞。非微生物转化：非微生物转化：2Hg
11、2Hg+=Hg=Hg2+2+Hg+Hg0 0 微生物转化：微生物转化：HgS(HgS(硫杆菌硫杆菌)Hg)Hg2+2+(抗汞菌抗汞菌)Hg)Hg0 0 汞的甲基化：汞的甲基化：在有氧或好氧条件下，微生物使无机汞在有氧或好氧条件下，微生物使无机汞盐转变为甲基汞，称汞的生物甲基化。这盐转变为甲基汞，称汞的生物甲基化。这些微生物是利用机体内的甲基钴氨蛋氨酸些微生物是利用机体内的甲基钴氨蛋氨酸转移酶来实现汞的甲基化的。转移酶来实现汞的甲基化的。HgCHOCoBHOHHgCoBCH312222123（水合钴氨素）1231222OCoBCHRCoOCoBHFADH辅酶甲基四氢叶酸还原辅酶 生成的甲基汞具有
12、亲脂性，能在生物体内生成的甲基汞具有亲脂性，能在生物体内积累富集，其毒性比无机汞大积累富集，其毒性比无机汞大100100倍。烷基汞倍。烷基汞中只有甲基、乙基和丙基汞为水俣病的致病性中只有甲基、乙基和丙基汞为水俣病的致病性物质。物质。Hg2+（甲烷形成菌）CH3Hg+CH3-Hg-CH3 铅铅(Pb)(Pb)可溶态的含量很低，主要以可溶态的含量很低，主要以Pb(OH)Pb(OH)2 2、PbCOPbCO3 3、PbSOPbSO4 4铅的难溶盐形式存在铅的难溶盐形式存在 PbPb2+2+可以置换黏土矿物上的可以置换黏土矿物上的CaCa2+2+，在土壤，在土壤中很少移动中很少移动 易与铁、锰氢氧化物
13、发生专性吸附易与铁、锰氢氧化物发生专性吸附 有效性受有效性受PHPH影响很大，酸性土壤活性高影响很大，酸性土壤活性高植物吸收主要在根部，大气中的铅可植物吸收主要在根部，大气中的铅可通过叶面上的气孔进入植物体内，如蓟通过叶面上的气孔进入植物体内，如蓟类植物能从大气中被动吸附高浓度的铅类植物能从大气中被动吸附高浓度的铅，现已确定作为铅污染的指示作物。，现已确定作为铅污染的指示作物。镉镉(Cd)(Cd)存在：在存在：在0-150-15厘米土壤表层积累，主要以厘米土壤表层积累，主要以CdCOCdCO3 3、CdCd3 3(PO(PO4 4)2 2 和和 Cd(OH)Cd(OH)2 2 的形式存在。的形
14、式存在。在在pH 7pH 7的土壤中分为可给态、代换态和的土壤中分为可给态、代换态和难溶态。难溶态。吸收：根吸收：根 叶叶 枝枝 花、果、籽粒花、果、籽粒 蔬菜类叶菜中积累多，黄瓜、萝卜、番蔬菜类叶菜中积累多，黄瓜、萝卜、番茄中少，镉进入人体，在骨骼中沉积，使骨茄中少，镉进入人体，在骨骼中沉积，使骨骼变形，骨痛症。骼变形，骨痛症。微生物转化：微生物特别某些特定菌类微生物转化：微生物特别某些特定菌类对镉有较好的耐受性，可望用于工厂处理含对镉有较好的耐受性，可望用于工厂处理含镉废水（富集）镉废水（富集）铬（铬（Cr)Cr)以含铬废水（物）进入土壤，以含铬废水（物）进入土壤，85-90%85-90%
15、残残留土壤，难以迁移留土壤，难以迁移 土壤胶体、氧化铁强烈吸附铬，随土壤胶体、氧化铁强烈吸附铬，随pHpH的的升高吸附能力增强升高吸附能力增强 pH6.5-8.5pH6.5-8.5时，时，MnOMnO2 2起催化作用，三价铬起催化作用，三价铬被氧化被氧化4Cr(OH)4Cr(OH)2+2+3O+3O2 2+2H+2H2O4CrOO4CrO4 42-2-+12H+12H+铬在作物中难以吸收和转化。铬在作物中难以吸收和转化。砷砷 (As)(As)土壤中砷的形态：水溶态、吸附态和难土壤中砷的形态：水溶态、吸附态和难溶态前二者又称可给态砷，可被植物吸收溶态前二者又称可给态砷，可被植物吸收 吸收：有机态
16、砷吸收：有机态砷被植物吸收被植物吸收体内降解体内降解为无机态为无机态通过根系、叶片的吸收通过根系、叶片的吸收体内体内集中在生长旺盛的器官集中在生长旺盛的器官 如：水稻，根如：水稻，根 茎叶茎叶 谷壳谷壳 糙米糙米毒性：甲基化砷毒性：甲基化砷 H H3 3AsOAsO3 3 H H3 3AsOAsO4 4微生物转化微生物转化AsCHAsOCHAsOHCHOHAsOCHOHAsCHOHAsOCHAsOHAsOHeCHeCHeCHe33233232232322333243)()()()()()()(333 微生物还可以参加无机砷的转化：微生物还可以参加无机砷的转化：42222222AsONaHOHO
17、NaAsO土壤2 2、化学农药在土壤中的迁移和转化、化学农药在土壤中的迁移和转化土壤对化学农药的吸附土壤对化学农药的吸附 土壤胶体土壤胶体 的吸附的吸附化学农药在土壤中的扩散和迁移化学农药在土壤中的扩散和迁移 挥发到大气中，在大气中扩散迁移挥发到大气中，在大气中扩散迁移 随水淋溶在土壤中扩散迁移随水淋溶在土壤中扩散迁移 随地表径流进入水体随地表径流进入水体 被生物体吸收被生物体吸收 通过降水、灌溉等发生扩散迁移通过降水、灌溉等发生扩散迁移化学农药在土壤中的降解作用化学农药在土壤中的降解作用 光化学降解光化学降解 化学降解化学降解 微生物降解微生物降解化学农药在土壤中的残留化学农药在土壤中的残留
18、 残留量残留量 残留期残留期五、污染物对生态环境及人类健康的影响五、污染物对生态环境及人类健康的影响1 1、施用农药对环境的危害、施用农药对环境的危害(1)(1)污染大气、水体、土壤、农作物和食品污染大气、水体、土壤、农作物和食品(2)(2)破坏食物链破坏食物链(3)(3)通过食物进入人体，危害人体健康通过食物进入人体，危害人体健康2 2、污水灌溉对环境的影响、污水灌溉对环境的影响 重金属污染重金属污染 地下水污染地下水污染 影响农产品品质影响农产品品质3 3、固体废弃物对环境的影响、固体废弃物对环境的影响 侵占土地侵占土地 污染土地污染土地在河南省义马市区4公里处的铬渣场，图中黄色物质十分醒目，它便是铬渣遇水后产生的剧毒物质“六价铬”。这处数十万吨的铬渣已封存26年 污染水体污染水体污染大气污染大气影响环境卫生影响环境卫生4 4、烟尘及废气对农业生产的影响、烟尘及废气对农业生产的影响六、土壤污染的防治六、土壤污染的防治1 1、控制和消除工业、控制和消除工业“三废三废”排放排放2 2、控制化学农药的使用、发展生态学农、控制化学农药的使用、发展生态学农业业3 3、施加抑制剂、施加抑制剂4 4、控制氧化还原条件、控制氧化还原条件5 5、增施有机肥，改良砂性土壤、增施有机肥，改良砂性土壤6 6、改变耕作制、改变耕作制7 7、换土、深翻、刮土、换土、深翻、刮土
