1、 环境土壤学一：土壤环境（负载）容量 1. 指土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量。土壤环境容量实际上是土壤污染物的起始值和最大负荷量之差。 将土壤质量标准分为三级：一级标准为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长地土壤临界值。 类，主要适用于国家规定的自然保护区、集中式生活饮用水源地、茶园、牧场和其它保护地区的土壤，土壤质量基本上保持自然背景值；类，主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场
2、等土壤，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染；类，主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤(蔬菜地除外)，土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。2. 土壤环境容量的确定（1） 土壤绝对容量(静容量)：在一定环境单元与一定时限内，假定污染物不参与土壤圈物质循环情况下所能容纳污染物的最大负荷量。QsiW（Cci-Coi) w为耕层土重，Coi为污染物i原来含量， Cci为污染物i临界含量， Qsi污染物i静负载容量（2） 土壤年容量(动容量)：考虑土壤污染物的输入及输出循环。若假定年输入量为Q，年输出量为Q，并且Q大于Q。则：残留量为Q-Q。残留量(Q-
3、 Q)与输入量Q之比，称之为累积率(K)。若计算几年内土壤污染物累积总量AT(含当年转入量)，则：AT=Q+QK+QK 2+ QKn，而n年内的污染物残留总量RT(不含当年输入量)则为：RT = QK+QK2+ QKn当年限n足够长时QKn 趋于零，且AT 达到最大极限值。等比有限累积规律：其数学模式：AT = K（B+Q）AT：污染物在土壤中的年累积量，mg/kg；K ：土壤污染物年残留率(%)，即残留量与输入量的比率；B ：污染物的区域土壤背景值，mg/kg；Q ：土壤污染物的年输入量，mg/kg。3. 影响土壤环境容量大小的因素土壤性质的影响：土壤类型差异土壤Cu、Cd、Pb容量由南至北
4、增大,As则相反。指示物的影响：作物品种，部位差异污染历程的影响：污染时间长，可能形成沉淀。环境因素的影响：温度：温度高增加水分蒸腾，植物吸收多。化合物类型的影响二：土壤元素背景值1. 土壤背景值的概念：不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。土壤背景值的表达方法：算术平均值 x 算术平均值标准偏差 x 2 s几何平均值几何标准偏差 M D我国土壤元素背景值的表达方法：95%置信度如元素测定值符合正态分布：用算术平均值 x 2 s如元素测定值呈对数正态分布：用几何平均值M/D2MD2三：土壤污染指人为因素有意或无意地将对人类本身和其他生命体有害的物质或制剂施加到土壤中，使其增加了新的组
5、分或某种成分的含量明显高于原有含量、并引起现存的或潜在的土壤环境质量恶化和相应危害的现象四：生物降解 通过生物的作用使有机污染物分解为小分子化合物的过程。 高等植物和动物 微生物（有机化合物生物降解的第一要素）1.微生物代谢农药方式 酶促方式不以农药为能源的代谢(酶起作用共谢）分解代谢（以农药为能源）解毒代谢（抗性适应机制）非酶方式2.微生物代谢有机物的途径（氧化，还原，水解，合成）3. 影响有机污染物生物降解的环境因素 土壤类型和性质 土壤水分和温度：因农药而异 老化作用：农药与土壤组分结合更牢固五：腐殖化系数 1.进入土壤的有机物经过一年的腐殖化过程后所残留的碳占原总碳量的比率，或单位重量
6、的有机碳在土壤中分解一年后残留的碳量。六：污染土壤修复第一节 土壤修复的概念与分类一、 土壤修复的概念（一）土壤自净功能自然条件下绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用；土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物和动物的降解、转化和固定作用；土壤有机、无机胶体及其复合体的吸附、配位和沉淀作用；土壤的离子交换作用；土壤和植物的机械阻留作用；土壤的气体扩散作用。（二） 土壤修复的概念通过技术手段促使受污染的土壤恢复其基本功能和重建生产力的过程。二、 土壤修复的分类第二节 污染土壤的物理修复一、 翻土和客土 翻土就是深翻土壤，是聚积在表层的污染物分散到较深的层次，达到稀释的目的。该法适用于土层较深厚的
7、土壤，且要配合增加施肥量，以弥补根层养分的减少。客土法就是在污染的土壤上加入大量的干净土壤，或与原有的土壤混匀，使污染物浓度降低到临界危害浓度以下；或覆盖在表层、减少污染物与植物根系的接触，从而达成减轻危害的目的。二、 高温热解 高温热解法即热处理技术(thermal treatment)，是通过向土壤中通入热蒸气或用射频加热等方法把已经污染的土壤加热，使污染物产生热分解或将挥发性污染物赶出土壤并收集起来进行处理的方法。该法多用于能够热分解的有机污染物。三、 真空/蒸气抽提（一）原理通过降低土壤孔隙内的蒸气压把土壤介质中的化学污染物转化为气态而加以除去。（二）分类（三） 土壤蒸气抽提技术一般要
8、求所治理的污染物必须是挥发性的或者是半挥发性的有机物，蒸气压不能低于0.5Torr（1Torr=1mmHg压强）；污染物必须具有较低的水溶性，并且土壤湿度不可过高；污染物必须在地下水位以上；被修复的污染土壤应具有较高的渗透性，而对于容重大、土壤含水量大、孔隙度低或渗透率小的土壤，土壤蒸气迁移会受到限制。四、 固化填埋 固化技术(solidification)是将重金属污染的土壤按一定比例与固化剂混合，经熟化最终形成渗透性很低的固体混合物。固化剂种类繁多，主要有水泥、硅酸盐、高炉矿渣、石灰、窑灰、粉煤灰、沥青等。 玻璃化是固化的另一种形式，其原理是通过加热将污染的土壤熔化，冷却后形成比较稳定的玻
9、璃态物质，金属很难被浸提出来。 填埋处理是将固化后的污染土壤、或将污染土壤挖掘出来填埋到进行过防渗处理的填埋场中，从而使污染土壤与未污染土壤分开，以减少或阻止污染物扩散到其他土壤中。该法适用于污染严重的局部性、事故性土壤。第三节 污染土壤的化学修复 化学修复主要是基于污染物土壤化学行为的改良措施，如添加改良剂、抑制剂等化学物质来降低土壤中污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而使污染物得以降解或者转化为低毒性或移动性较低的化学形态，以减轻污染物对生态和环境的危害。一、 化学钝化剂及改良剂该方法是通过施用化学钝化剂等来降低土壤污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低它们进入植物体、微生物体和
10、水体的能力，减轻对生态系统的危害。无机钝化剂有机改良剂氧化剂还原剂催化光降解二、 淋洗萃取(一) 土壤淋洗的概念与分类1. 土壤淋洗的概念土壤淋洗是指用淋洗剂去除土壤污染物的过程。2. 土壤淋洗分类(二) 污染土壤淋洗的影响因素（1） 土壤质地(2) 污染物类型及赋存状态(3) 淋洗剂类型的适宜性(三) 淋洗剂的选择和应用 选择高效的淋洗助剂是土壤淋洗法的技术关键。研究表明，对于镉污染土壤以及胺、醚和苯胺等碱性有机污染物污染的土壤，酸溶液是一种高效的淋洗助剂；对于锌、铅和锡等重金属污染的土壤，以及氰化物和酚类物质污染的土壤，碱溶液是较好的淋洗助剂；对于某些非水溶性液体污染物(例如石油烃)污染的
11、土壤，表面活性剂或许是很好的淋洗助理剂；一些螯合剂(如EDTA等)对于重金属污染土壤的淋洗效果较好。（四） 泵出处理泵出处理(PT)是一种适用于治理土壤深层污染的技术。（五） 萃 取超临界萃取技术适用于含有PCBs和PAHs等有机污染物的污染土壤的修复。三、 电动修复(一) 电动修复的定义与原理1. 电动修复的定义电动修复(electrokinetic remediation)是通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物质在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端，从而使污染土壤得以修复的方法。2.电动修复原理 其装置主要包括：提供直流电压的DC电源，阴、阳极电解
12、池和阴、阳电极，处理导出污染液体的处理装置等。电解池通常设有气体出口，用来分别导出阴、阳两极产生的氢气和氧气。第四节 污染土壤的微生物修复一、有机物污染土壤的微生物修复（一）起修复作用土壤的微生物分类土著微生物，外源微生物，基因工程菌（二）微生物修复的土壤必备条件 在土壤中存在能够降解或转化污染物的微生物；有机化合物大部分具有可生物降解性，即在微生物作用下由大分子化合物转变为简单小分子化合物的可能性。二、 重金属污染土壤的微生物修复 利用微生物修复受重金属污染的土壤，主要是依靠微生物降低土壤中重金属的毒性，或者通过微生物来促进植物对重金属的吸收等其他修复过程。重金属污染的微生物修复包含两方面的
13、技术，即生物吸附和生物氧化、还原。前者是重金属被活的或死的生物体所吸附的过程；后者则是利用微生物改变重金属离子的氧化、还原状态来降低环境和水体中的重金属水平。二十五.土壤微生物修复技术的优缺点(一) 微生物修复技术的优点微生物降解较为完全，可将一些有机污染物降解为完全无害的无机物，二次污染问题较小；处理形式多样，操作相对简单，有时可进行原位处理；对环境的扰动较小，不破坏植物生长所需要的土壤环境；与物理、化学方法相比，微生物修复的费用较低，约为热处理费用的1/31/4。微生物处理的费用取决于土壤体积和处理时间；可处理多种不同种类的有机污染物，如石油、炸药、农药、除草剂、塑料等，无论污染面积的大小
14、均可适用，并可同时处理受污染的土壤和地下水。(二) 微生物修复技术的缺点当污染物溶解性较低或者与土壤腐殖质、黏粒矿物结合得较紧时，微生物难以发挥作用，污染物不能被微生物降解；专一性较强，特定的微生物只降解某种或某些特定类型的化学物质，污染物的化学结构稍有变化，同一种微生物的酶就可能不起作用；有一定的浓度限制，当污染物浓度太低且不足以维持降解细菌的群落时，微生物修复不能很好地发挥作用。微生物活性与温度、氧气、水分、pH等环境条件的变化有关，因此微生物修复技术受各种环境因素的影响较大。生物修复技术具有广阔的应用前景，但应用范围有一定的限制，亦不如热处理和化学处理那样的见效快，所需的修复周期可以从几
15、天到几个月，这取决于污染物种类、微生物物种和工程技术的差异。四、 原位微生物修复 原位微生物修复是指在不经搅动、挖出的情况下，通过向污染土壤中补充氧气、营养物或接种微生物对污染物就地进行处理，以达到污染去除效果的生物修复工艺。 原位微生物修复技术由污染现场的详细调查、处理能力研究、切断污染源、修复技术的设计与实施、修复效果的监测与评估等5个基本环节组成。污染现场的详细调查主要是弄清污染地区的污染物类型与污染程度、生物学特性和含水土层的特征。污染特征的评价主要确定该污染土壤是否需要进行生物修复以及采用生物修复进行治理的可行性。泵处理工艺生物通气工艺渗滤工艺与空气扩散工艺五、 异位微生物修复该工艺
16、是将受污染的土壤、沉积物移动到另外的位置，采用生物和工程手段进行处理，使污染物降解，恢复污染土壤原有的功能。主要的工艺类型包括堆肥化处理、挖掘堆置处理和土地耕作等。堆肥修复工艺挖掘堆置处理工艺土地耕作工艺第五节 污染土壤的植物修复一、植物修复技术的概念与分类(一)植物修复的概念 植物修复是利用某些可以忍耐和超富集有毒元素的植物及其共存微生物体系清除污染物的一种环境污染治理技术。（二） 植物修复的分类 按照治理的污染物类型，植物修复可分为金属(包括重金属和类金属)、有机污染物和放射性元素三大类。从原理上来讲，植物修复有6种类型：植物萃取技术植物钝化技术植物挥发植物降解植物转化植物刺激十八、植物修
17、复技术的优缺点（一)植物修复的优点1）植物修复最显著的优点是价格便宜，可作为物理化学修复系统的替代方法。2)对环境扰动少，植物修复是原位修复，不需要挖掘、运输和巨大的处理场所；不破坏土壤生态环境，能使土壤保持良好的结构和肥力状态，无需进行二次处理，即可种植其他植物。植物修复技术可增加地表的植被覆盖，控制风蚀、水蚀，减少水土流失，有利于生态环境的改善和野生生物的繁衍生境。 3)对植物集中处理可减少二次污染，对一些重金属含量较高的植物还可通过植物冶炼技术回收利用植物吸收的重金属，尤其是贵重金属。4)植物修复不会破坏景观生态，能绿化环境，容易为大众所接受。此外，植物修复可以激发微生物的活动；增加蒸腾
18、作用，从而可以防止污染物向下迁移；植物可把氧气供应给根际，有利于根际土壤中有机污染物的降解。(二) 植物修复的缺点 1)一种植物通常只忍耐或吸收一种或两种重金属元素，对土壤中其他浓度较高的重金属则往往没有明显的修复效果，甚至表现出某些中毒症状，从而限制了植物修复技术在重金属复合污染土壤治理中的应用。 2)植物修复过程通常比物理、化学过程缓慢，比常规治理(挖掘、异位处理)需要更长的时间，尤其是与土壤结合紧密的疏水性污染物。 3)植物修复受到土壤类型、温度、湿度、营养等条件的限制，对土壤肥力、气候、水分、盐度、酸碱度、排水与灌溉系统等自然条件和人工条件有一定的要求。植物受病虫害侵染时会影响其修复能
19、力。 4)对于植物萃取技术而言，污染物必须是植物可利用态并且处于根系区域才能被植物吸收。 5)用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属元素重返土壤，因此必须在植物落叶前收割植物器官，并进行无害化处理。6) 用于修复的植物与当地植物可能会存在竞争，影响当地的生态平衡。（三） 影响植物修复的因素1.放射性核素的形态与性质。2.植物种类 3.根际环境。4.施肥措施。七：土壤质地1土粒和粒级土粒按土粒成分分为矿物质土粒和有机质土粒。土壤颗粒土粒，通常指矿物颗粒。 土壤矿粒大小不均，形状多样，有的成片成块、有的成粒成尘；有的单个存在，称为单粒；有的相互粘结为聚集体，称为复粒。多孔结构的
20、骨架，吸、保、供、调土壤肥力的实体。标准土壤 当量粒径 与其静水沉降速度相同的圆球直径。原理：Stokes law, 1845 颗粒沉降速度与有效直径有关影响因子：重力加速度g 颗粒密度s液体的密度w 液体的粘度 颗粒半径r土粒大小分级粒级土粒分级是根据矿物质单粒的大小来划分，不考虑化学成分的差异。土壤中不同大小颗粒的组成比例在土壤学上称为颗粒组成（或机械组成）。土粒分级依据土粒大小不同，矿物成分和元素组成不同：矿粒粒径大小包含了矿物成分的差异矿物风化过程中，以其抗风化能力的强弱而残留下相应大小的矿粒，抗风化能力强者，残留的粒度较粗大，抗性弱的粒度细小。石英抗风化能力最强，粒径越大者含石英越多
21、；云母抗风化能力较弱，越细的粒级中分布越多；角闪石极易风化，分解彻底而消失，只在较细粒级中有所残留；土粒分级依据：土粒大小不同，性质不同：细土粒通常很细腻，以复粒形式存在，湿时粘滑，干时结块坚硬；粗颗粒是粗糙的，常松散成单粒，几乎没有粘结力和可塑性。因此，要具体了解粗细土粒间的关系，就必须订出按土粒大小进行分级的标准。 分级图见书66页共同点：均为四级：（石砾、砂粒、粉粒和黏粒。）2各级土粒的组成和性质土粒成分既继承了岩石和母质的特点，又有别于母质.包含了生物活动的产物;反映了地区水、热条件带来的物质迁移、转化和富集特点。2.1土粒的矿物组成 砂粒以原生矿物为主，最多的是石英粉粒除原生矿物外,
22、还有一些风化后形成的次生矿物黏粒以次生矿物为主 土粒的化学组成1. 随粒径由大到小，SiO2含量由多到少。2. R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相 反，随粒径由大到小，R2O3含量由少到多。3. CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量增加。2.2各级土粒的物理性质土粒由大到小：保水能力、最大吸湿量、最大分子持水量、毛管水上升高度增加，但通透性、渗透系数降低。土壤膨胀性和可塑性增加，对耕作带来不利影响。各级土粒的基本特征石砾（2mm）和砂粒（0.02mm）风化碎屑，矿物成分和母岩基本一致，不能充分反映土壤形成条件；特性：粒径大，比表面积小，无可塑性和粘结性；养分
23、释放慢，有效养分缺乏；土粒表面吸湿性和吸肥性很小。粒间孔隙大，透水、排水快；胀缩性小；易溶性养分亦随水流失。因此，砾石和砂粒对水热缺乏保存和调节能力；保水性极差，热容量小而保温能力也很差。功能：构成土体的粗骨架和大孔隙，使土体具有良好通透性，为根系插入与深扎、空气与水进入土体提供方便通道，通过水分入渗传导热量；石砾和砂粒含量高的土壤易冷易热，易干易湿，容易受到污染。土壤侵蚀得只剩下石砾和砂粒，是生态环境恶化的重要指标。如山区“石山化”，平原“沙漠化”等。黏粒（细质土粗质土。十二：土壤中重金属污染的来源大气沉降，污灌，采矿和冶炼，肥料和农药，工业生产十三：土壤放射性污染的类型核设施污染，核技术应
24、用中的污染，伴生放射性矿开发利用过程中的放射性那个污染十四：土壤样品采集方案制订的一般步骤明确采样目的，了解采样工作区的基本情况，采样方案的初步制订，采样方案的修订土壤侵蚀水土流失重力侵蚀冻融侵蚀冻土侵蚀冰川侵蚀滑坡崩塌面蚀沟蚀山剥皮风力侵蚀十五：土壤侵蚀的主要类型十六：土壤的形成因素 气候，生物，地形，母质，时间，人为活动十七：土壤中有机污染物包括哪些1. 农药 （1）.有机氯农药（DDT，林丹，氯丹，毒杀芬） （2）.有机磷农药 2.多环芳烃类 3.多氯联苯 4.二噁英 5.石油类 6.药物与个人护理品 7.其他重要的有机污染物（增塑剂，染料类，表面活性剂，酚类和亚硝基化合物，废塑料制品）
25、 十九：土壤盐渍化过程中盐分的主要来源矿物风化：主要元素释放，组合成无机盐降雨： 海洋中的盐分随海洋空气移向内陆含盐构造：含盐岩石中的盐分释放灌溉水：可溶性盐地下水： 盐分通过毛细管上升人为活动：灌溉、施肥二十：土壤有机污染物对生物的影响1. 对微生物的影响（数量，呼吸作用，酶活性）2. 对土壤动物的影响（数量和种类）3. 对植物生长的影响4. 对人的健康（会引起人体的急性中毒、亚急性中毒或慢性中毒。致癌(DDT、艾氏剂)、致畸(西维因)、致突变问题）二十一：土壤水分的来源及重要性主要来源是大气降水和灌溉水，此外尚有近地面水气的凝结、地下水位上升及土壤矿物质中的水分。重要性：1.供作物生长需要
26、 2.影响养分的溶解和移动 3.土壤的氧化还原电位 4.有机质的分解和积累 5.土壤热量状况 6.土壤的耕性二十二：土壤中硒的形态单质硒包括三种类型：无定形硒、晶体硒和准金属硒。1.按价态划分的硒的形态1)元素态硒（Se0）：土壤中含量极低，很不活泼，不溶于水，植物难以吸收。2)硒化物（Se2-）：大多难溶于水。3)硒酸盐（SeO42-）：可溶于水，能被植物吸收。4)亚硒酸盐（SeO32-）：易溶于水，易为植物吸收利用。5)有机态硒化物：占相当大比例，是土壤有效硒的主要来源。6)挥发态硒：土壤微生物的作用，转化为气态烷基化合物。2.按与土壤组分的结合方式划分1)吸附型硒 2)铝型硒 3)铁型硒
27、 4)钙型硒 3.连续分级浸提法分级按水溶态；交换态；有机结合态；酸溶性铁锰氧化物结合态；硫化物态；硅酸盐结合态（残留态）。二十三：土壤有机硫矿化的主要因子1.有机质中矿物质含量 2.温度和水分 3.p h 4.施肥和作物效应二十四：影响土壤微生物活性的主要因素 一、温度 温度是影响微生物生长和代谢最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超出最低和最高限度时，即停止生长或死亡。二、水分及其有效性三、pH 一般土壤pH范围为49，能维持各类微生物生长发育。四、氧气和Eh值五、生物因素 按照来源分为：土居性(土生土长的)，客居性(外来的)，存在互生、共生、拮抗现象。六、土地管理措施 土壤耕
28、作，杀虫剂和其他化学制剂二十六：影响土壤碘的形为因素(一) 有机质、黏粒矿物及生物 土壤有机质和黏粒矿物的含量越高，其吸附碘就越多。(二) 土壤水分、温度和pH 土壤对碘的吸附和解吸受土壤水分、温度和pH的影响。(三) 碘的挥发、淋溶和农事活动干燥的、砂质的、有机质含量低的、酸性的、缺乏植被的土壤有利于碘的挥发。土壤碘易随着降雨或者灌溉水渗入到深层土壤和地下水，并通过沟渠排入河流湖泊，导致碘淋溶损失。农作物带走的碘量可为其他来源所补充，因而通过碘的循环，农业生产过程一般不会导致土壤中碘浓度的降低。二十七：土壤在陆地生态系统的作用1.保持生物活性、多样性和生产性；2.对水体和溶质流动起调节作用；3.对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用；4.具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其它元素的功能。
