第5章土壤污染與治理

5土壤污染與治理

【學習指南】了解：土壤的概念，土壤污染的特點，土壤污染的危害，土壤的退化。熟悉：土壤的組成、特性、土壤污染類型，土壤污染源，土壤污染物，土壤自凈機理。掌握：土壤污染物的轉(zhuǎn)化，防治土壤污染方法。1

5土壤污染與治理5.1土壤與土壤污染5.2土壤污染的治理2

5.1土壤與土壤污染5.1.1土壤5.1.2土壤污染3

土壤是指地球陸地表面具有一定肥力且能生長作物的疏松表層，是由巖石風化以及大氣、水，特別是動植物和微生物對于地殼表層長期作用而形成的。它介于大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中獨特的組成部分，是人類寶貴的自然資源。

5.1土壤4

土壤是由固相、液相和氣相物質(zhì)組成的復(fù)雜體系。土壤固相物質(zhì)包括礦物質(zhì)和有機物兩大部分。土壤液相包括土壤溶液、水及其溶解物等；土壤氣相包括N2、O2、CO2、水汽等，與大氣成分相同。土壤溶液（液相）和土壤空氣（氣相）的狀況通常取決于土壤團聚體結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)地。1.土壤的組成5

（1）土壤礦物質(zhì)

土壤礦物是巖石經(jīng)過物理風化和化學風化形成的。按其成因分為原生礦物、次生礦物。在土壤形成過程中，原生礦物以不同的數(shù)量與次生礦物混合成為土壤礦物質(zhì)。6

（2）土壤有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)是土壤中含碳有機化合物的總稱。一般占固相總重量的10%以下，土壤有機質(zhì)分兩大類，一類是組成有機體的各種有機化合物，稱為非腐殖物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、糖類、樹脂、有機酸等；另一類是稱為腐殖質(zhì)類有機化合物，它不屬于有機化學中現(xiàn)有的任何一類，它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等。7

（3）土壤水分土壤水主要來自大氣降水和灌溉。在地下水位接近地面(2~3m)的情況下，地下水也是上層土壤水分的重要來源。此外，空氣中水蒸氣遇冷凝成為土壤水分。當水進人土壤以后，由于土壤顆粒表面的吸附力和微細孔隙的毛細管力，可將一部分水保持住。但不同土壤保持水分的能力不同。砂土由于土質(zhì)疏松，孔隙大，水分容易滲漏流失；粘土土質(zhì)細密，孔隙小，水分不容易滲漏流失。

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（4）土壤空氣

土壤中的空氣是N2、O2和CO2。其成份與大氣中的成分基本相同，其差異是土壤空氣存在于相互隔離的土壤孔隙中，是一個不連續(xù)的體系；土壤空氣中CO2含量比大氣中高得多。大氣中CO2含量為0.02%~0.03%，土壤空氣中一般為0.15%~0.65%，主要由生物呼吸作用和有機物分解產(chǎn)生。氧的含量低于大氣；土壤空氣中水蒸氣的含量比大氣中高得多；土壤空氣中還含有少量還原性氣體，如CH4、H2S、H2、NH3等。如果是被污染的土壤，其空氣中還可能存在污染物。9

（5）土壤中的微生物

土壤中的微生物是土壤的組成部分，通過它們的代謝活動，轉(zhuǎn)化土壤中各種物質(zhì)的狀態(tài)，改變土壤的理化性質(zhì)，是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。土壤中微生物的水平分布決定于碳源。10

（1）土壤的物理性質(zhì)土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、孔隙度是基本的物理性質(zhì)，影響著土壤的堅實度、塑性、通透性、排水、蓄水能力、根部穿透的難易、植物養(yǎng)分的保存力等，這些性質(zhì)彼此間是相互關(guān)聯(lián)的。土壤的孔隙性決定于土壤質(zhì)地、有機質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)等，孔隙性良好的土壤能夠很好協(xié)調(diào)水、氣、熱和養(yǎng)分的狀況，有利于土壤肥力的發(fā)揮和作物的生長發(fā)育，調(diào)節(jié)土壤的孔隙性是土壤耕作管理的項目之一。土壤的物理機械性是指土壤在各種含水狀況下，受到外力作用時顯示出一系列的動力學的性質(zhì)，包括土壤的粘結(jié)性、粘著性、膨脹性和收縮性、可塑性等。

2.土壤的特性11土壤膠體是土壤固體顆粒物中最細小的具有膠體性質(zhì)的微粒。土壤中含有無機膠體包括粘土礦物和鐵、鋁、硅等水合氧化物,有機膠體主要是腐殖質(zhì)以及少量的生物活動產(chǎn)生的有機物和有機-無機復(fù)合膠體。腐殖質(zhì)作為土壤有機膠體來說，具有吸收性能、緩沖性能以及與土壤重金屬的絡(luò)合性能等，這些性能對土壤結(jié)構(gòu)、土壤性質(zhì)和土壤質(zhì)量都有重大影響。如腐殖質(zhì)對有機磷和有機氯農(nóng)藥有極強的吸附作用，可降低農(nóng)藥的蒸發(fā)量，減少農(nóng)藥被水淋濕滲入地下量，從而減少了對大氣和水源的污染。（2）土壤的膠體性質(zhì)12

（3）土壤的吸附性土壤中兩個最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物，它們對污染物在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性，而使土壤具有吸附性。在土壤膠體雙電層的擴散層中，補償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價為依據(jù)作等價交換，稱為離子交換(或代換)。139等級，pH＜4.5極強酸性；pH=4.5~5.5強酸性；pH=5.5~6.0酸性；pH=6.0~6.5弱酸性；pH=6.5~7.0中性；pH=7.0~7.5弱堿性；pH=7.5~8.5堿性；pH=8.5~9.5強堿性；pH＞9.5極強堿性。我國土壤pH大多在pH=4.5～8.5范圍內(nèi)，由南向北pH值遞增，長江(北緯33°)以南的土壤多為酸性和強酸性，如華南、西南地區(qū)廣泛分布的紅壤、黃壤，pH值大多在4.5～5.5之間；華中華東地區(qū)的紅壤，pH值在5.5～6.5之間；長江以北的土壤多為中性或堿性，如華北、西北的土壤大多含CaCO3，PH值一般在7.5~8.5之間，少數(shù)強堿性土壤的pH值高達10.5。（4）土壤的酸堿性14（5）土壤的緩沖性能土壤緩沖性能是指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力，它可以保持土壤反應(yīng)的相對穩(wěn)定，為植物生長和土壤生物的活動創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境，所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質(zhì)之一。土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機酸等弱酸及其鹽類，構(gòu)成一個良好的緩沖體系，對酸堿具有緩沖作用。一般土壤緩沖能力的大小順序是腐殖質(zhì)土＞粘土＞砂土。15

土壤污染是指由于人類活動所產(chǎn)生的物質(zhì)(污染物)，通過多種途徑進入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度，因而使土壤的性質(zhì)、組成及性狀等發(fā)生變化，使污染物的積累過程逐漸占優(yōu)勢，破壞了土壤的自然動態(tài)平衡，從而導(dǎo)致土壤自然功能失調(diào)、土壤質(zhì)量惡化、影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng)(水體或大氣發(fā)生次生污染)，并可通過食物鏈對生物和人類構(gòu)成危害。5.1.2土壤污染16（1）有機物污染可分為天然有機污染物與人工合成有機污染物，這里主要是指后者，它包括有機廢棄物（工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活廢棄物中生物易降解與生物難降解有機毒物）、農(nóng)藥（包括殺蟲劑、殺菌劑與除莠劑）等污染。（2）無機物污染無機污染物隨地殼變遷、火山爆發(fā)、巖石風化等天然過程進入土壤，或隨人類的生產(chǎn)與消費活動而進入的。采礦、冶煉、機械制造、建筑材料、化工等生產(chǎn)部門，每天都排放大量的無機污染物，生活垃圾中的煤渣，也是土壤無機物的重要組成部分，一些城市郊區(qū)長期、直接施用的結(jié)果造成了土壤環(huán)境質(zhì)量的下降。1.土壤污染類型17

（3）土壤生物污染

是指一個或幾個有害生物種群，從外界侵入土壤，大量繁殖，破壞原來的動態(tài)平衡，對人類健康與土壤生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。造成土壤生物污染的主要物質(zhì)來源是未經(jīng)處理的糞便、垃圾、城市生活污水、飼養(yǎng)場與屠宰場的污物等。其中危害最大的是傳染病醫(yī)院未經(jīng)消毒處理的污水與污物。土壤生物不僅可能危害人體健康，而且有些長期在土壤中存活的植物病原體還能嚴重地危害植物，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。18

（4）土壤放射性物質(zhì)的污染

是指人類活動排放出的放射性污染物，使土壤的放射性水平高于天然本底值。放射性污染物是指各種放射性核素，它的放射性與其化學狀態(tài)無關(guān)。

放射性核素可通過多種途徑污染土壤。放射性廢水排放到地面上，放射性固體廢物埋藏處置在地下，核企業(yè)發(fā)生放射性排放事故等，都會造成局部地區(qū)土壤的嚴重污染。大氣中的放射性物質(zhì)沉降，施用含有鈾、鐳等放射性核素的磷肥與用放射性污染的河水灌溉農(nóng)田也會造成土壤放射性污染，這種污染雖然—般程度較輕，但污染的范圍較大。19

土壤污染源可分為人為污染源和自然污染源。土壤污染按性質(zhì)可分為化學污染源、物理污染源和生物污染源，其污染源十分復(fù)雜。土壤的化學污染最為普遍、嚴重和復(fù)雜。（1）無機污染物（2）有機污染物（3）放射性物質(zhì)（4）病原微生物2.土壤污染物20（1）隱蔽性或潛伏性（2）不可逆性和長期性（3）間接危害性（4）土壤污染的難治理性土壤污染的特點21（1）土壤污染導(dǎo)致嚴重的直接經(jīng)濟損失對于各種土壤污染造成的經(jīng)濟損失，目前尚缺乏系統(tǒng)的調(diào)查資料。僅以土壤重金屬污染為例，全國每年就因重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬噸，另外被重金屬污染的糧食每年也多達1200萬噸，合計經(jīng)濟損失至少200億元。（2）土壤污染導(dǎo)致食物品質(zhì)不斷下降土壤污染除影響食物的衛(wèi)生品質(zhì)外，也明顯地影響到農(nóng)作物的其他品質(zhì)。有些地區(qū)污灌已經(jīng)使得蔬菜的味道變差，易爛，甚至出現(xiàn)難聞的異味；農(nóng)產(chǎn)品的儲藏品質(zhì)和加工品質(zhì)也不能滿足深加工的要求。

3.土壤污染的危害22（3）土壤污染危害人體健康土壤污染會使污染物在植（作）物體中積累，并通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人畜健康，引發(fā)癌癥和其他疾病等。（4）土壤污染導(dǎo)致其他環(huán)境問題

土地受到污染后，含重金屬濃度較高的污染表土容易在風力和水力的作用下分別進入到大氣和水體中，導(dǎo)致大氣污染、地表水污染、地下水污染和生態(tài)系統(tǒng)退化等其他次生生態(tài)環(huán)境問題。23（1）土壤自凈概念土壤自凈是土壤本身通過吸附、分解、遷移、轉(zhuǎn)化而使土壤污染物濃度降低甚至消失的過程。只要污染物濃度不超過土壤的自凈容量，就不會造成污染。一般地，增加土壤有機質(zhì)含量，增加或改善土壤膠體的種類和數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu)，可以增大土壤自凈容量（或環(huán)境容量）。此外，發(fā)現(xiàn)、分離和培育新的微生物品種引入土體，以增強生物降解作用，也是提高土壤自凈能力的一種重要方法。4.土壤自凈24

①物理凈化土壤的物理凈化，主要體現(xiàn)在土壤的機械阻留、吸附、淋溶、稀釋、揮發(fā)、擴散等。進入土壤中的難溶解性固體污染物可被土壤機械阻留；可溶性污染物被土壤水分稀釋，降低毒性，或被土壤固相表面吸附，也可能隨水遷移至地表水或地下水中。某些污染物可揮發(fā)或可轉(zhuǎn)化成氣態(tài)物質(zhì)在土壤孔隙中遷移、擴散、以至進入大氣。（2）土壤自凈作用機理25

②化學凈化

污染物進入土壤后，可能發(fā)生一系列的化學反應(yīng)。例如凝聚與沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合—螯合反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、同晶置換反應(yīng)(次生礦物形成過程中)、水解、分解和化合反應(yīng)，或者發(fā)生由太陽輻射能引起的光化學降解作用等。通過這些化學反應(yīng)，或者使污染物轉(zhuǎn)化成難溶、難解離性物質(zhì)，使危害程度和毒性減小，或者分解為無毒或營養(yǎng)物質(zhì)。這些凈化作用統(tǒng)稱為化學凈化作用。26

③生物凈化

生物凈化是指有機污染物在土壤微生物（如細菌、真菌、放線菌等）作用下，將復(fù)雜的有機物降解，逐步無機化或腐殖化而達到自凈。有機物的無機化或腐殖化過程是病原微生物和蠕蟲卵死亡的主要條件。日光照射、土壤溫度改變、土壤微生物的拮抗作用和噬菌作用、一些植物根系分泌的植物殺菌素對某些真菌具有殺滅作用等，都影響病原微生物和蠕蟲卵的生存。27土壤退化又稱土壤衰弱，是指土壤肥力衰退導(dǎo)致生產(chǎn)力下降的過程。是土壤環(huán)境和土壤理化性狀惡化的綜合表征。土壤質(zhì)量的核心是土壤生產(chǎn)力，其基礎(chǔ)是土壤肥力。土壤肥力是土壤維持植物生長的自然能力，它一方面是五大自然成土因素，即成土母質(zhì)、氣候、生物、地形和時間因素長期相互作用的結(jié)果，帶有明顯的響應(yīng)主導(dǎo)成土因素的物理、化學和生物學特性；另一方面，人類活動也深刻影響著自然成土過程，改變土壤肥力及土壤質(zhì)量的變化方向。土壤質(zhì)量的下降或土壤退化往往是一個自然和人為因素綜合作用的動態(tài)過程。5.土壤退化28（1）土壤的重金屬污染（2）土壤的有機污染（3）土壤的放射污染（4）土壤生物污染6.中國土壤污染現(xiàn)狀29

5.2土壤污染的治理5.2.1土壤污染治理途徑5.2.2控制土壤污染源5.2.3污染土壤的治理及修復(fù)30針對土壤污染的治理，主要有如下途徑：一是從根源上防止污染物進入土壤，二是改變污染物在土壤中的存在形態(tài)，使其被固定，降低其在環(huán)境中的遷移性及生物有效性；三是從土壤中除去污染物。圍繞這些治理途徑人們提出了不少物理、化學和生物治理措施，包括工程措施、施用改良劑和生物措施等。5.2.1土壤污染治理途徑311.控制農(nóng)藥的使用禁止或限制使用劇毒、高殘留農(nóng)藥，如有機氯農(nóng)藥；發(fā)展高效、低毒、低殘留農(nóng)藥，如除蟲菊酯、煙堿等植物體天然成分的農(nóng)藥；大力開展微生物與激素農(nóng)藥的研究。另外，可采用含有自然界中構(gòu)成生物體的氨基酸、脂肪酸、核酸等成分的農(nóng)藥，它們易被降解。探索和推廣生物防治病蟲害的途徑，開展生物上的天敵防治法，如應(yīng)用昆蟲、細菌、霉、病毒等微生物作為病蟲害的天敵。還應(yīng)開展害蟲不孕化防治法。5.2.2控制土壤污染源32（1）提倡多施有機肥，有機、無機肥料配合使用。（2）調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)，測土平衡施肥。（3）研究秸稈還田新技術(shù)，提倡秸稈還田。（4）施用長效肥料，開發(fā)緩釋肥。

2.控制化肥的使用33以灌溉為主的農(nóng)業(yè)用水量占全國總用水量的66%，在約占全國耕地面積的50%的灌溉面積上生產(chǎn)著全國糧食總產(chǎn)量的80%。由于水資源的開發(fā)利用幾乎達到了臨界狀態(tài)，農(nóng)業(yè)灌溉用水的不足只能是通過節(jié)水灌溉、污水灌溉甚至嚴重超采地下水來彌補。3.控制污水灌溉34（1）減少和消除污染物排放的廢水量采用改革工藝，減少甚至不排放污水，或者降低有毒污水的毒性；重復(fù)利用污水；控制污水中污染物的濃度，回收有用產(chǎn)品；處理好城市垃圾與工業(yè)廢渣，避免因降水或徑流的沖刷、溶解而污染水體。（2）全面規(guī)劃，合理布局，進行區(qū)域性綜合治理。（3）加強監(jiān)測管理，制定法律和控制標準。4.控制水污染35工業(yè)廢氣的污染大致分為兩類：氣體污染，如二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氫化合物等；氣溶膠污染，如粉塵、煙塵等固體粒子及煙霧，霧氣等液體粒子，它們通過沉降或降水進入土壤，造成污染。例如，有色金屬冶煉廠排出的廢氣中含有鉻、鉛、銅、鎘等重金屬，對附近的土壤造成污染。一般采用工業(yè)合理布局、區(qū)域采暖和集中供熱、火力發(fā)電上脫硫、脫硝裝置、減少交通廢氣的污染、改變?nèi)剂蠘?gòu)成、綠化造林等方法，控制大氣污染源。5.控制大氣污染36固體廢物長期露天堆放，其有害成分在地表徑流和雨水的淋溶、滲透作用下通過土壤孔隙向四周和縱深的土壤遷移。通常，由于土壤的吸附能力和吸附容量很大，隨著滲濾水的遷移，使有害成分在土壤固相中呈現(xiàn)不同程度的積累，導(dǎo)致土壤成分和結(jié)構(gòu)的改變，植物又是生長在土壤中，間接又對植物產(chǎn)生了污染，有些土地甚至無法耕種。6.控制固體廢物污染37

5.2.3污染土壤的治理及修復(fù)1.污染土壤的治理（1）控制水土流失地球上人類賴以生存的基本條件就是土壤和水分。在山區(qū)、丘陵區(qū)和風沙區(qū)，由于不利的自然因素和人類不合理的經(jīng)濟活動，造成地面的水和土離開原來的位置，流失到較低的地方，再經(jīng)過坡面、溝壑，匯集到江河河道內(nèi)去，這種現(xiàn)象稱為水土流失。治理措施：一種是生物措施，通過植樹造林，特別是種植抗旱保水的植被，利用其強大的根系鎖住水分。另一種是工程措施，把坡地推成梯田，利用魚鱗坑、水窖等積水，結(jié)合小流域綜合治理。基本原理：減少坡面徑流量，減緩徑流速度，提高土壤吸水能力和坡面抗沖能力，并盡可能抬高侵蝕基準面。38

人們把因過度使用和管理不當導(dǎo)致耕地變成荒地的過程稱為土地沙漠化或荒漠化。地表失去具有保護作用的草皮或樹木，土壤就很容易受到風水侵蝕，逐步出現(xiàn)沙漠化。在沙漠化初期，地表的細微塵土被風帶走，造成降塵。而后，地面上粗糙的沙粒也會隨風而起，形成沙塵暴。（2）控制荒漠化39在農(nóng)牧交錯地區(qū)可針對沙區(qū)中居民點、耕地、草場相對分散分布的特點，可以生態(tài)戶為基礎(chǔ)，采取天然封育、調(diào)整以旱作農(nóng)業(yè)為主的土地利用結(jié)構(gòu)，擴大林草用地比重，集約經(jīng)營水土條件較好的上地，并和營造防風沙林帶、林網(wǎng)及沙丘表面栽植固沙植物、丘間地營造片林或封育相結(jié)合的措施；在草原牧區(qū)，除了合理確定草場載畜量，輪牧和建立人工草地及飼料基地外，還應(yīng)與合理配置水井、確定放牧點密度、修建牧道等結(jié)合起來；在干旱地帶，要以內(nèi)陸河流域為生態(tài)單元