土壤污染类型及综合治理.ppt

土壤污染及其防治张丽莉 1 土壤总览 土壤是自然环境中各种因素相互作用的产物 是地理环境派生的自然体 同时 它也是自然地理环境的一个组成要素 是结合无机界和有机界的纽带 是联系其他要素的关键环节 或者说土壤在整个自然环境中起着重要的作用 或者说土壤是有机界和无机界相互联系 相互作用的产物 或者说土壤是自然环境中物质循环和能量转换的主要环节和活跃的场所 1 为陆生植物 营养物质 立地条件 2 为河水 海水 盐份等物质 3 形成沉积物 沉积矿床 4 与大气圈进行热量和物质交换 所以说土壤在自然地理环境中起着重要作用 1 1土壤的组成与性质 土壤的矿物质和有机质 土壤的水分与空气 土壤的吸附与酸碱性 土壤的氧化还原性与生物体系 1 2土壤的背景值和环境容量 背景值的概念 未受或者少受人类活动影响的环境本身的化学元素组成及其含量背景值的应用 制定环境质量标准的依据 农业生产上的应用 维护人类健康方面的应用土壤环境容量土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大数量或负荷量 2 土壤环境的污染与净化 土壤污染的概念土壤环境的自净作用土壤污染物及污染源 2 1土壤污染的定义 指进入土壤的污染物超过土壤的自净能力 而且对土壤 植物和动物造成损害的状况 物理净化 机械阻留 吸附 淋溶 稀释 挥发 扩散等物理化学净化 离子交换吸附化学净化 凝聚与沉淀反应 氧化还原 络合与螯合 酸碱中和等生物净化作用 细菌 真菌 放线菌等体内酶或分泌酶的催化作用下 发生各种各样的分解反应影响因素 土壤环境的物质组成 土壤环境条件 2 2土壤自净作用 污染物 有机污染物 无机污染物污染源 工业污染源 农业污染源 生物污染源问题 土壤的环境因素对土壤的自净能力有什么的影响 2 3土壤污染物及污染源 土壤的污染有许多渠道 污染物的类型也较多 但比较突出和典型的是重金属污染 重金属元素 如汞 镉 铜 锌 铬 镍 砷等 主要是通过工业废水灌溉和施用被污染的底泥而进入土壤中的 这些重金属污染物的特点是不易被分解 因此在土壤中不断地富集 3 土壤重金属污染 3 1土壤重金属污染的特点 形态多变金属有机态毒性大于无机态价态不同毒性不同金属羰基化合物常剧毒迁移化形式多物理化学行为多具可逆性 属于缓冲型污染产生毒性效应的浓度范围低微生物不能降解 反而会毒害微生物或者使之有机化 增强毒性对人体的毒性是积累性的 3 2重金属在土壤和植物体系中的迁移 重金属的土壤化学行为 土壤氧化 还原条件与重金属的迁移转化 土壤酸碱度与重金属迁移转化 土壤胶体的吸附作用与重金属迁移转化 土壤中重金属的络合 螯合作用 土壤微生物对重金属的固定和活化 土壤根际的富集和降毒 根际氧化还原屏障形成 根际pH屏障形成 根系分泌物的络合作用 3 3主要的重金属污染 土壤重金属污染物主要有汞 镉 铅 铜 铬 砷 镍 铁 锰 锌等 砷虽不属于重金属 但因其行为与来源以及危害都与重金属相似 故通常列入重金属类进行讨论 就对植物的需要而言 可分为两类 一类是植物生长发育不需要的元素 而对人体健康危害比较明显 如镉 汞 铅等 另一类是植物正常生长发育所需元素 且对人体又有一定生理功能 如铜 锌等 但过多会发生污染 妨碍植物生长发育 汞 土壤的汞污染主要来自于污染灌溉 燃煤 汞冶炼厂和汞制剂厂 仪表 电气 氯碱工业 的排放 含汞颜料的应用 用汞做原料的工厂 含汞农药的施用等也是重要的汞污染源 土壤中汞的存在形态有无机态与有机态 并在一定的条件下互相转化 无机汞有 g 4 g 2 g 2 g 它们因溶解度低 在土壤中迁移转化能力很弱 但在土壤微生物作用下 汞可向甲基化方向转化 在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞 可被微生物吸收 积累 而转入食物链造成对人体的危害 在厌氧条件下 主要形成二甲基汞 在微酸性环境下 二甲基汞可转化为甲基汞 汞对植物的危害因作物的种类和生育而异 汞在一定浓度下使作物减产 在较高浓度下甚至使作物死亡 镉主要来源于镉矿 镉冶炼厂 因镉与锌同族 常与锌共生 所以冶炼锌的排放物中必有 n d 它们挥发性强 以污染源为中心可波及数千米远 镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源 土壤中镉的存在形态也很多 大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类 镉对农业最大的威胁是产生 镉米 镉菜 进入人体后使人得骨痛病 另外 镉会损伤肾小管 出现糖尿病 还有镉引起血压升高 出现心血管病 甚至还有致癌 致畸的报道 镉 铅 铅是土壤污染较普遍的元素 污染源主要来自汽油里添加抗爆剂烷基铅 随汽油燃烧后的尾气而积存公路两侧百米范围内的土壤中 另外 铅字印刷厂 铅冶炼厂 铅采矿场等也是重要的污染源 随着我国乡镇企业的发展 三废 中的铅已大量进入农田 进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合 极不易溶解 土壤铅大多发现在表土层 表土铅在土壤中几乎不向下移动 铅对植物的危害表现为叶绿素下降 阻碍植物的呼吸及光合作用 谷类作物吸铅量较大 但多数集中在根部 茎秆次之 籽实中较少 因此铅污染的土壤所生产的禾谷类茎秆不宜作饲料 铅对动物的危害则是累积中毒 人体中铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动 导致对全身器官产生危害 污染源主要是电镀 制革废水 铬渣等 铬在土壤中主要有两种价态 r6 和 r3 两种价态的行为极为不同 前者活性低而毒性高 后者恰恰相反 r3 主要存在于土壤与沉积物中 r6 主要存在于水中 但易被 e2 和有机物等还原 植物吸收铬约 留在根部 据研究 低浓度的 r6 能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量 高浓度时则阻碍水分和营养向上部输送 并破坏代谢作用 铬对人体与动物也是有利有弊 人体中含铬过低会产生食欲减退症状 但饮水中超标 倍时 会发生口角糜烂 腹泻 消化紊乱等症状 铬 土壤砷污染主要来自大气降尘与含砷农药 燃煤是大气中砷的主要污染源 土壤中砷大部分为胶体吸收或和有机物络合 螯合或和磷一样与土壤中铁 铝 钙离子相结合 形成难溶化合物 或与铁 铝等氢氧化物发生共沉淀 和 值影响土壤对砷的吸附 值高土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加 土壤的氧化条件下 大部是砷酸 砷酸易被胶体吸附 而增加土壤固砷量 随 降低 砷酸转化为亚砷酸 可促进砷的可溶性 增加砷害 砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎 进一步是根系发育受阻 最后是植物根 茎 叶全部枯死 砷对人体危害很大 它能使红血球溶解 破坏正常生理功能 甚至致癌等 砷 4 1我国重金属污染的现状我国 个省 市 城郊 污水灌溉区 工矿等经济发展较快地区的320个重点污染区中 污染超标的大田农作物种植面积为60 6万hm2 占监测调查总面积的20 其中重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80 以上 尤其是pb Cr Hg Cu及其复合污染最为突出 据陈同斌 万洪富的资料 目前我国重金属污染的耕地面积近2000万亩 约占总耕地面积的五分之一 4 土壤重金属污染的调控与修复 4 2污染土壤的修复技术 调整农业种植结构不同种类的植物遗传学 形态学和解剖学特征或离子运输机制的生理学特性不同 对pb Cr Hg Cu等污染元素的吸收效应存在一定的差异 根据不同作物对重金属元素的吸收效应的特点 针对土壤重金属污染程度的不同 有区别 有选择地种植作物 有利于降低土壤重金属对农产品的污染 使受污染的农田得到合理的开发利用 生物修复技术重金属污染的特殊性在于它不能被土壤微生物降解而从环境中彻底消除 使得治理环境重金属污染成为一项困难的工作 近年来 利用植物修复技术对重金属所造成的环境污染进行治理 以其更廉价 更易实施及更易为公众所接受而成为关注的热点 通过添加改良剂改变土壤性质 从而改善植物生长条件 实现污染土壤的修复是一个可行的途径 玉米苗期盆栽试验 施入有机肥后土壤中有效态Cd Zn含量明显降低 水溶态Cd随石灰用量的增加而急剧减少施用石灰是抑制Cd污染土壤上植株吸收Cd 的有效措施 当前的研究重点近期国内的研究重点是土壤重金属之间及其与土壤养分元素之间的交互作用对不同作物的生物效应 在实验室内进行的生物毒性试验 重金属复合污染的敏感指标是目前的研究热点 其中对植物生理毒性指标的研究主要涉及植物种子萌发 根生长和酶活性 改良剂法 5 土壤农药污染与防治 农药的使用概况 农药是重要的农业生产资料 在控制有害生物的危害 保护农业生产的安全等方面发挥了重要的作用 化学农药是消灭人类和植物病虫害的有效药物 对农林牧业的增产 保收和保存 以及人类传染疾病的预防和控制等方面起了非常大的作用 迄今农药的品种已发展到上千种 农药的使用量也急剧增加 成为决定现代化农业生产效率和提高收获量的重要因素 同时 随着日益增加的化学农药通过生产 运输 储存 使用 废弃等不同环节大量进入环境和生态系统 因而产生了一些不良后果 5 1农药对环境的污染 1 有机氯农药不仅对害虫有杀伤毒害作用 同时对害虫的 天敌 及传粉昆虫等益虫益鸟也有杀伤作用 因而破坏了自然界的生态平衡 2 长期使用同类型农药 使害虫产生了抗药性 因而增加了农药的使用量和防治次数 也大大增加了防治费用和成本 3 长期大量使用农药 使农药在环境中逐渐积累 尤其是在土壤中 产生了农药污染环境问题 4 农药被农作物吸收 进入动物体内 经过生物富集浓缩 使其毒性更大 这就不仅使得害虫的天敌更易受到毒害作用 而且会通过食物链威胁人体的健康 5 2主要的农药类型 人工合成的化学农药 按化学组成可以分为有机氯 有机磷 有机汞 有机砷 氨基甲酸酯类等制剂 按农药在环境中存在物理状态可分为粉状 可溶性液体 挥发性液体等 按其作用方式可有胃毒 触杀 熏蒸等 病 虫 杂草等有害生物 不论在形态 行为 生理代谢等方面均有很大差异 因此 一种农药往往仅能防治某一种病虫害 专用性很强 5 3农药在土壤中的迁移转化 吸附 土壤是一个由无机胶体 有机胶体以及有机 无机胶体所组成的胶体体系 其具有较强的吸附性能 在酸性土壤下 土壤胶体带正电荷 在碱性条件下 则带负电荷 进入土壤的化学农药可以通过物理吸附 化学吸附 氢键结合和配位价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面 农药被土壤吸附后 移动性和生理毒性随之发生变化 所以土壤对农药的吸附作用 在某种意义上就是土壤对农药的净化 但这种净化作用是有限度的 土壤胶体的种类和数量 胶体的阳离子组成 化学农药的物质成分和性质等都直接药性到土壤对农药的吸附能力 吸附能力越强 农药在土壤中的有效行越低 则净化效果越好 影响土壤吸附能力的一些因素土壤胶体 胶体的阳离子组成 农药性质 土壤pH 5 4化学农药在土壤中的挥发 扩散和迁移 农药除以气体形式扩散外 还能以水为介质进行迁移 其主要方式有两种 一是直接溶于水 二是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 一般来说 农药在吸附性能小的砂性土壤中容易移动 而在粘粒含量高或有机质含量多的土壤中则不易移动 大多积累于土壤表层30cm土层内 因此有的研究者指出 农药对地下水的污染是不大的 主要是由于土壤侵蚀 通过地表径流流入地面水体造成地表水体的污染 5 5农药在土壤中的降解 农药在土壤中的降解 包括光化学降解 化学降解和微生物降解等在评价一种农药是否对环境有污染作用时 不仅要看药剂本身的毒性 而且还要注意降解产物是否有潜在危害性 5 6农药在土壤中的残留及其毒害 农药一旦进入土壤生态系统 残留是不可避免的 尽管残留的时间有长有短 数量有大有小 但有残留并不等于有残毒 只有当土壤中的农药残留积累到一定程度 与土壤的自净效应产生脱节 失调 危及农业环境生物 包括农药的靶生物与非靶环境生物的安全 间接危害人畜健康 才称其具有残留积累毒害 一般说来 土壤化学农药的残留积累毒害主要表现在两方面 残留农药的转移产生的危害 残留农药对靶生物的直接毒害 6 土壤典型有机物及其他污染物 6 1土壤石油污染及其修复石油污染土壤的主要途径 污灌 大气污染 溢油事件 车辆污染石油对土壤的污染 粘着在土壤根部 影响根呼吸 引起烂根 进入食物链 抑制微生物的活性 石油污染的微生物修复 原位生物修复技术 原位处理方法是将受污染土壤在原地处理 处理期间 土壤基本不被搅动 最常见的就地处理方式是土壤的水饱和区进行生物降解 除了要加入营养盐 氧源 多为H2O2 外 还需引入微生物以提高生物降解的能力 这种方法因受温度和土壤类型的影响而具有一定的局限性 异位生物修复技术异位生物修复主要包括现场处理法 预制床法 堆制处理法 生物反应器和厌氧生物处理法 植物修复技术 植物生物修复是一项利用太阳能动力的处理系统 具有处理费用低 减少场地破坏等优点而受到普遍重视 植物生物修复是利用植物体内对某些污染物的积累 植物代谢过程对某些污染物的转化和矿化 植物根圈与根茎的共生关系增加微生物的活性的特点 加速土壤污染物降解速度的过程 6 2土壤有毒有机物污染 酚污染苯并 a 芘的污染多氯联本 PCBs 的污染二恶暎污染 7 大气酸沉降对土壤的影响 酸沉降包括干 湿沉降 湿沉降一般系指pH值低于516的天然降雨以及酸雪 酸雾等 干沉降是指硫氧化物和氮氧化物以及包含硫 氮氧化物的颗粒随风而降 而现在很多情况下把酸雪酸雾和酸性粉尘降落物都统称为 酸雨 酸雨或酸沉降导致的环境酸化与危害是21世纪最大的环境问题 7 1大气酸沉降的影响 酸沉降酸沉降对土壤理化性质的影响表现在土壤pH值的降低 一方面导致土壤营养离子的流失 另一方面N沉降量的增加 植物可吸收N增加 相应导致对营养离子的需要量增加 这两方面相互作用的结果导致了植物营养不平衡问题的出现 而重金属的活化 导致植物体受到毒害 8 污水灌溉对土壤的影响 污水灌溉的生态效益 污水含有一定的有机物质和营养成分 如直接排放到江 河 湖泊中 会引起水体 富营养化 而且 污水中的有害物质如排放到水体中 会引起污染 使水质变坏严重影响水产养殖业的发展和人类健康 污水用于农田灌溉 不仅可以大大节省水资源 还可为农作物生长提供丰富的养分 使农作物增产 特别是在水资源不足情况下 如干旱 半干旱地区或干旱季节 污水的利用则显得尤为重要 污水灌溉的污染问题 污水中大量是属于工业废水 不可避免地会带有许多有毒的工业废物 灌溉农田会使这些有毒物质在土壤中积聚 造成污染 生活污水中常带有一些病原菌和寄生虫卵 也会污染农田和水源 这些污染物被农作物吸收 积累在农产品中或污染食品 进入人畜食物链 长期食用超标的食物 会发生中毒现象或感染疾病 严重影响人类的健康 主要污染物 重金属物 有机化合物氰 酚 多环芳烃 烷基苯 磺酸盐 苯并 a 芘等都是有害的有机化合物 其中很多是三致物质 生物污染物主要是病毒 病菌和寄生虫卵等 9 生活垃圾对土壤的影响 9 1概况 国家城乡建设部1987年的统计 我国生活垃圾的构成成分 按全年平均数统计 大城市无机物占56 有机物占36 以上 其他占8 中小城市无机物占78 有机物占17 其他占5 在无机物中主要是煤灰和渣土 垃圾中含有对农业十分有用的有机物质和植物营养物质 改良土壤 培肥地力的作用显著 生活垃圾中也含有许多有毒有害的物质 未经处理的城市垃圾 特别是人畜粪便和医疗单位的废弃物中含有大量的病原体 施到土壤后能存活相当长的时间 垃圾中的重金属如汞 铅 镉 锌 锰和有机污染物等是造成化学污染的重要原因 城市垃圾处置不当 也容易引起大气和水源的污染 城市垃圾处置不当 也容易引起大气和水源的污染 9 2垃圾的资源化利用 垃圾堆肥及农用效果 1 改良土壤结构 提高土壤保水保肥能力 2 提高土壤肥力 3 增加作物产量 提高农产品的品质 10 农用化肥对土壤的影响 10 1概况 我国是化肥使用大国 1996年我国化肥施用量3800万吨 居世界第一位 单位面积用量居世界中等水平 但我国化肥利用率平均只有30 35 也就是说 每年有1100多万吨的肥份流入水体 其中氮肥损失率最高 这不仅造成了巨大的经济损失 而且对环境产生了严重污染 对水体 土壤 大气 生物及人体健康造成严重危害 如造成江河湖及地下水源的污染 造成江河湖及地下水源的污染 影响人类健康 破坏土壤结构 10 2化肥污染的控制与防治对策 控制其施用量 又要严格执行使用规程 具体方法有 科学施用钾肥科学施用磷肥广泛施用有机肥积极推广微生物肥料积极推广垃圾堆肥 谢谢