环境毒理学 第十四章 土壤污染的环境毒理学

环境毒理学 第十四章 土壤污染的环境毒理学，梳理了土壤污染相关的环境磁学知识，从基本概念到污染过程、危害以及应对措施，结构清晰，内容全面，有助于对土壤污染领域知识的理解和掌握。

第十四章 土壤污染的环境毒理学

• 第一节 土壤污染概述
  • 士壤功能
    • 一是从农业生产的角度看，士壤有两个重要的功能:土壤的本质属性是具有肥力。所以土壤是农业生产的物质基础。
    • 二是从环境科学的角度看，土壤具有同化和代谢外界环境进入土体的物质的能力，即士壤能使输入的物质经过迁移转化而转变为土体的组成部分或再向外界环境输出
  • 土壤污染
    • 人类活动产生的污染物进入士壤并积累到一定程度超过土壤自净能力的限度，引起土壤环境质量恶化的现象称为土壤污染。
  • 一、土壤污染的特点
    • 1.隐蔽性
      • 水和大气的污染比较直观，有时通过人的感觉器官也能发现。而土壤的污染往往是通过植物或农作物生长的异常变化，或通过食物链中的人或动物的健康损害才能反映出来
    • 2.蓄积性
    • 3.恢复性
  • 土壤污染的来源
    • 1.有机污染物/农药
      • 化学农药是士壤污染的主要有机污染物。此外还有石油、多环芳烃、多氯联苯、酚类等。有些有机污染物在土壤中可长期残留，并在生物体内富集，带来严重的土壤污染
    • 2.无机污染物
      • 土壤中的无机污染物主要来自进入土壤中的工业废水和固体废物，如硝酸盐、硫酸盐、氯化物、可溶性碳酸盐等。
    • 3.重金属污染物
    • 4.放射性元素
      • 放射性元素来源主要有两个方面一是大气层核试验的沉降物，二是原子能工业中所排出的“三废”。士壤受到放射性污染后难以自行排除，仅依靠自然衰变达到稳定元素后才能消除放射性。
    • 5.病原微生物
      • 病原菌和病毒是土壤中的主要病原微生物。
• 第二节 土壤污染物在土壤中的迁移转化
  • (一)重金属在土壤中的迁移、转化和残留
    • 重金属在士壤中可被吸附沉淀，或为土壤所固定或变成易迁移的状态，其迁移转化规律与土壤结构及其理化性状(pH、粘土性质、氧化还原状态、腐殖质含量等)有关。
      • 1.土壤中重金属迁移转化方式
        • 1.1机械迁移和转化
          • 重金属被包含于矿物颗粒或有机胶体内，或被吸附于无机有机悬浮物上，随土壤水分流动而被迁移转化;也有随空气而运动的(如Hg 转化为汞蒸汽扩散),也有因其本身比较大而发生沉淀，或闭蓄于其他无机/有机沉淀中。
        • 1.2化学、物理迁移和转化
          • (1)土壤胶体吸附作用
            • 土壤胶体吸附重金属离子，是重金属离子从不饱和溶液转人固相的重要迁移途径。重金属在土壤中的活动、分布和富集取决于是否被土壤胶体所吸附以及吸附的牢固程度，土壤对重金属的吸附能力则主要由粘土矿物种类、腐殖质含量及金属种类等决定。
          • (2)配合作用
            • 土壤中的重金属可通过与配位体形成配位离子发生迁移(使沉淀溶解)或夺取其表面积累的金属(减弱土壤胶体的吸附)。
          • (3)沉淀溶解作用
            • 氧化-还原电位(E)和pH 会影响土壤的沉淀溶解作用，如E增大时，Cr等重金属形成阴离子状态(酸根),溶解性增加;Fe、Mn等重金属在E增大时，则形成高价难溶化合物;进入土壤的重金属溶解度随土壤pH降低而升高，即土壤中pH越低，金属离子浓度越高，在土壤中易迁移，同时易被作物吸收，而碱性土壤中，许多金属元素则形成难溶的氢氧化物。
          • (4)氧化还原作用
            • 士壤氧化还原条件控制着土壤中重金属转化和存在状态。土壤中氧气充足表示土壤处于氧化状态，氧气缺乏表示还原状态。
        • 1.3生物性迁移与残留
          • 影响重金属在土壤向植物体系迁移的因素主要有植物种类、土壤种类、重金属形态和重金属在植物体内的迁移能力等。因重金属在土壤中不能被微生物分解，易络合或合形成稳定状态进而残留在士壤中。植物对重金属吸收的有效性，受重金属在土壤中活动性的影响。
      • 2.土壤对重金属的容纳量
        • 2.土壤对重金属的容纳量是指土壤未受污染时的重金属含量(自然本底值)与对作物能产生有害影响时的重金属含量(农田土壤标准值)之间的差值。
  • (二)有机污染物在士壤中的转化和残留
    • 有机污染物在土壤中的主要迁移转化过程包括吸附与解吸附,渗滤、挥发和降解(生物降解和非生物降解)
    • 有机污染物的非生物降解主要有光解、水解和氧化还原
      • 1.氧化-还原反应
        • 有机污染物，尤其是一些农药，易在有氧或无氧条件下进行氧化或还原反应。此类反应与重金属一样，均与土壤氧化还原电位密切相关。
      • 2.光降解
        • 在影响光降解的诸因素中，辐射强度、光谱分布以及土壤水分含量比较重要。
      • 3.水解
        • 土壤中有机污染物的水解主要有两种类型，一类是在士壤孔隙水中发生的反应(即酸催化或碱催化的水解),另一类是发生在粘土矿物质表面的反应(即非均相的表面催化作用)。温度和pH是影响农药在水和土壤中水解的主要因子。
• 第三节 土壤污染的危害
  • 一、土壤污染对土壤微生物的影响
    • 在土壤环境中，污染物对微生物的影响主要表现在对微生物数量、呼吸强度、硝化速率、土壤酶活性等方面。
    • 1.1 对微生物数量的影响
      • 污染物对土壤微生物的毒性作用在于破坏细胞膜结构和抑制细胞生命代谢等方面，因而污染物对土壤微生物的影响首先表现在微生物数量的变化上。
    • 1.2对微生物群落结构和多样性的影响
      • 由于不同微生物种类对不同污染物胁迫作用的抵御能力不同，土壤污染物的存在无疑会对土壤微生物的群落结构造成一定的影响，甚至会引起优势种群的改变，同时还会使微生物的多样性降低。因此污染物对真菌的群落结构和多样性有显著影响。有报道表明，重金属会导致土壤革兰氏阴性菌增多
    • 1.3对土壤酶活性的影响
      • 士壤酶的水平和微生物的活性密切相关，因此，根据污染胁迫条件下土壤酶水平的变化，可以判定污染物对微生物活性的影响。石油烃类的存在与土壤蔗糖酶的活性密切相关，石油烃类的残留量减小，土壤蔗糖酶的活性也降低。污染物对土壤酶的影响因酶的种类而异，同时还受土壤类型等因素的制约。
  • 二、土壤污染对植物的影响
    • 士壤污染物使植物生存环境发生变化，直接或间接地对植物的生长和发育造成不同的影响。根系表皮对污染物的选择性
    • 土壤中重金属元素的主要形态有:
      • (1)可溶态:
        • 指土壤溶液中离子态金属及其可溶性盐(用蒸馏水或稀酸溶液可提取的部分)，这种形态的重金属可被植物根部直接吸收。一般情况下，土壤可溶态重金属含量随pH降低而增大，随氧化还原电位降低而转化为难溶硫化物。
      • (2)可交换态:
        • 指被土壤胶体表面吸附、可被中性盐解吸提取的部分，也易被植物吸收。土壤可交换性重金属含量与土壤中黏粒胶体类型、数量和各类胶体对金属的吸持性能有关
      • (3)不溶或难溶态:
        • 指重金属难溶的沉淀物及被土壤专性吸附的部分。难溶态重金属在转为可溶态前不能被植物所吸附，有利于重金属在士壤中的固定。
    • 2.1 对植物生长的影响
      • 污染物对植物的生态效应包括可见和不可见的两种，可见症状又因暴露浓度的不同分为急性和慢性毒性两种。暴露浓度
    • 2.2对植物体内酶系统的影响
      • 污染物对植物毒害作用的最根本原因在于其对酶系统的伤害作用。污染物对酶系统的影响可导致植物体内一些生理生化
• 第四节 土壤污染的防治与修复
  • 一、污染土壤的防治措施
  • 二、污染土壤的修复
  • 需要考虑以下方面方法的建立以健康士壤的功能为前提，需要考虑以下方面：
    • ①土壤可提供植物健康生长;
    • ②土壤本体及其淋溶液具有正常的栖息功能(动物和微生物);
    • ③土壤具有吸收和净化污染物的功能
    • ④对污染 物在土壤中积累及产生的影响具有反馈功能。
  • 诊断方法
    • ①陆地生态系统的生物条件;
    • ②敏感生物种及成长阶段;
    • 3土壤的理化条件;
    • ④生物种间的食物链关系;
    • ⑤生态系统的恢复过程。