土壤卫生

这是一篇关于土壤卫生的思维导图，主要内容有：第一节土壤环境特征；第二节土壤污染、自净及污染物的转归；第三节土壤污染对健康的影响；第四节土壤质量标准；第五节土壤卫生防护与修复；第六节土壤卫生监督与监测。

土壤卫生

• 第一节 土壤环境特征
  • 土壤是人类赖以生存、生活和生产的物质基础。是结合环境各要素的枢纽。是陆地生态系统的核心及其食物链的首端；也是许多有害废弃物的处理和容纳的场所，一旦土壤被污染，直接和间接危害人类健康。
  • 一、土壤的组成
    • 1. 固相：包括矿物质(90%)、有机质(organic matter，包括腐殖质、生物残体及生物) 土壤中的有机物：各种含碳有机化合物的总称 • 占固相总重量的10%以下，包括动植物死亡后遗留在土壤中的残体、腐殖质及土壤生物。 • humus：进入土壤的植物、动物及微生物等死亡残体经分解转化形成的物质。占土壤有机质的85%-90% • 有机物转变成腐殖质时，病原体已经死亡，在农业上是良好肥料 • Humus对土壤理化性质及生物学性质有重要影响
    • 2. 液相：植物营养的主要来源，也是土壤中污染物向其他环境介质迁移的重要媒介
    • 3. 气相：上层土壤与空气成分近似，深层CO2增加，还含有氨、甲烷、氢、一氧化碳和硫化氢等有害气体（影响居民健康）。气相成分受土壤污染程度、土壤生物化学作用、与大气交换等因素影响
  • 二、土壤的物理学特征
    • • 土壤粒级：据土壤颗粒粒径的大小，将其分为若干组，称为土壤粒级。 • 土壤粒级影响土壤的透气性、渗水性、容水性、吸附能力、营养的供应、微环境的构成，进而影响土壤中污染物的转归与净化
    • 土壤质地：土壤粒级及其所占比例，反映土壤固相颗粒系列分布情况，是土壤稳定的自然属性和本质的物理特性指标之一 • 砂土（中粒径0.05mm～1mm的砂粒占50%以上）：透气性好，排水能力强，有机物分解快 • 粘土（粒径<0.01mm的占30%以上）：透气性差，容水性强，有机物分解缓慢 • 壤土：卫生学特性介于二者之间，既能通气、透水，又能蓄水（作物耕种）
    • 土壤的孔隙度（soil porosity）：自然状态下，单位容积土壤中孔隙容积所占的百分率。 • 土壤容水量：一定容积的土壤中含有水分的量。土壤颗粒越小，容水量越大。土壤渗水性和透气性不良（不利于建筑物防潮及有机物降解） • 土壤渗水性：水分渗透过土壤的能力。土壤颗粒越大，渗水越快（不利于地下水的卫生防护） • 毛细管作用：土壤水分沿着孔隙上升的作用。土壤孔隙越小其毛细管作用越大
  • 三、土壤的化学特征
    • • 以沉积岩为主形成的土壤中含有人类生命必需的各种元素。 • 以火成岩为主形成的土壤，往往缺少某些必需的微量元素。 • 人体元素与土壤元素保持着动态平衡。当元素变化超出人生理调节范围，会对健康产生影响，甚至引起生物地球化学性疾病。 • 因此，各地区土壤中各元素的背景值及其环境容量与居民健康有着密切关系。
    • 土壤元素背景值：亦称本底值，指某地区未受或少受污染的天然土壤中各种元素的含量 【研究土壤元素背景值的意义】 ① 评价化学污染物对土壤污染程度的参照值 ② 制订土壤中有害化学物卫生标准的重要依据 ③ 评价土壤化学环境对居民健康影响的重要依据 ④ 土地资源开发利用和地方病防治工作的科学依据
    • 土壤环境容量 • 土壤负载容量：一定环境单元、一定时间内遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构与功能，保证农产品的生物学产量与质量，在不使环境系统污染的前提下土壤对该污染物能够容纳的最大负荷量。 • 例：某地土壤中砷的自然本底值为：9mg/kg，土壤砷的卫生标准为：15mg/kg，则该土壤对砷的环境容量为：6mg/kg 。 • 土壤的净化能力决定了不同土壤其环境容量不同，同一土壤对不同污染物的环境容量也不同 • 是充分利用土壤环境的纳污能力，实现污染物总量控制，合理制定卫生标准和防护措施的重要依据
    • 土壤的吸附性 • 土壤胶体和土壤微生物，对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。 • 土壤胶体：颗粒直径小于1μm，具胶体性质的微粒（土壤的黏土矿物质和腐殖质都具胶体性质），特性： • 巨大的比表面和表面能（具吸附能力） • 电荷性质（一般带负电，具吸附能力） • 凝聚性(减少表面能)和分散性(电荷排斥)
    • 土壤的酸碱性 • 土壤中存在各种化学反应和生物化学反应，使土壤表现出不同的酸碱性 • 土壤的酸性：H+来自CO2、有机物分解产生有机酸、无机酸、AL3+水解产生及酸雨沉降 • 土壤的碱性：OH-来源于土壤中的碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及胶体表面交换性的Na+水解。 • 我国土壤pH大多在4.5～8.5内，并由南向北pH值呈递增趋势
    • 土壤的氧化还原性：土壤中含有许多氧化性或还原性物质，使土壤具有氧化-还原特性。 • 氧化剂：氧气、NO3-和高价金属离子（如Fe3+ 、Mn4+ 、V5+、Ti6+等） • 还原剂：有机质和低价金属离子 • 土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者
  • 四、土壤的生物学特征
    • 土壤生物是土壤形成，养分转化，物质迁移，污染物降解、转化和固定的重要参与者
    • 土壤微生物：包括细菌（种类多、数量大、分布广）、真菌、放线菌等（需氧型、厌氧型及兼氧性） • 在促进土壤自净，净化粪便、污水和垃圾等方面，有重要的卫生学意义 • 受人畜排泄物和尸体等污染，可含有各种病原菌，如肠道致病菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌等
    • 土壤中的动物 • 原生动物、蠕虫动物、节肢动物、腹足动物等。对土壤的性质和有机污染物的分解转化起着一定的作用。 • 例如，蚯蚓以植物残体和动物粪便为食，参与土壤腐殖质转化过程
    • 土壤中的藻类 • 藻类是含叶绿素的低等植物，能够进行光合作用合成自身的有机物质 • 绿藻、硅藻及黄藻类
• 第二节 土壤污染、自净及污染物的转归
  • 一、土壤污染
    • • 土壤污染（soil pollution）：人类生产和生活活动中排出的有害物质进入土壤中，超过一定的限量，直接或间接地危害人畜健康的现象。 • 土壤污染物可以向大气、水体、生物体内迁移，直接或间接危害人类健康
    • 土壤污染的来源：工业污染（三废）、农业污染（农药、化肥、地膜）、生活污染（人畜粪便、生活垃圾、生活污水）、交通污染（尾气）、电子垃圾（重金属、POPs）、灾害污染（自然灾害、战争灾害）
    • 土壤污染的方式
      • 气型污染 • 由大气污染物沉降至地面；或随降水污染土壤；交通尾气对土壤的污染 • 分布特点和范围受大气污染源性质的影响（如点源和面源及排放方式的不同），也受气象因素影响
      • 水型污染：工业废水和生活污水通过污水灌田污染土壤 特点：• 污水灌田进水口附近土壤中的浓度高于出水口处，污染物一般多分布于较浅的耕作层 • 在地下水位高、渗水性强的地方容易污染地下水 • 污水灌田的农作物容易受到污染，如镉污水灌田而富集到稻米
      • 固体废弃物型污染 • 工业废渣、生活垃圾粪便、电子垃圾、农药化肥等的污染 • 特点：污染范围比较局限和固定，可通过风吹雨淋而污染较大范围的土壤和水体；有些重金属和放射性废渣污染土壤，持续时间长，不易自净，影响长久。
    • 土壤污染的特点：较复杂，一旦受到污染，很难被修复 • 隐蔽性：不易被发现，转移到其他介质导致健康危害（慢性、间接性） • 累积性：土壤形状稳定，污染物易被吸附积累，长期存在，极强的积累性和地域性，顽固性环境污染问题 • 不可逆性：重金属及POPs，难消除难降解 • 长期性：仅靠切断污染源的方法很难进行自我修复，必须依靠有效的治理技术
  • 二、土壤的自净作用
    • 土壤自净（soil self-purification）：受污染的土壤通过物理、化学和生物学的作用，使病原体死灭，各种有害物质转化到无害的程度，逐渐恢复到污染前的状态。与土壤特性和污染物在土壤中的转归有非常密切的关系
    • 物理净化作用：多相的疏松多孔体，使浓度降低，实质是污染物的迁移 • 难溶性固体污染物可被土壤机械阻留 • 可溶性污染物被土壤水分稀释，或被土壤固相表面吸附，可随水迁移至地表水或地下水层。 • 挥发或转化成气态物质迁移到大气介质中
    • 化学净化作用 • 污染物进入土壤发生系列化学反应，分解为无毒物质或营养物质 • 性质稳定的化合物（多氯联苯、稠环芳烃、塑料和橡胶）难以被化学净化 • 重金属通过化学净化不能被降解，只能改变迁移方向
    • 生物净化作用
      • • 土壤中大量微生物具有氧化分解有机物的能力，是土壤污染自净作用中最重要的净化途径 • 土壤中的植物及动物也可吸收降解污染物 • 有机污染物在不同条件下分解的产物多种多样，并最终转化为对生物无毒的物质
      • 病原体的死灭 • 日光的照射 • 土壤中不适宜病原微生物生存的环境条件 • 微生物间的拮抗作用 • 噬菌体作用 • 植物根系分泌杀菌素等
      • 有机物的净化
        • 含氮有机物的无机化 • 氨化作用：有机氮在微生物(氨化细菌)作用下，分解成氨或氨盐 • 硝化作用：在氧气充足和亚硝酸菌的作用下，氨被氧化成亚硝酸盐，进一步在硝酸菌作用下氧化成硝酸盐 • 反硝化作用：厌氧条件下，微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或分子态氮
        • 不含氮有机物的无机化 • 含碳有机物：氧气充足条件下分解为二氧化碳和水；厌氧条件下分解为甲烷 • 含硫或磷的有机物：有氧条件下分解为硫酸盐或磷酸盐；厌氧条件下分解为硫醇、硫化氢或磷化氢等恶臭物质
        • 有机物的腐殖质化：有机物在土壤微生物的参与下分解后又合成的褐色大分子胶体物质腐殖质的过程。腐殖质成分复杂，占土壤有机质85%-90% • 化学性质稳定，病原体已经死灭，不招苍蝇，无不良气味，质地疏松，卫生上是安全的，是农业良好的肥料 • 人工堆肥法，就是使大量有机污染物在短时间内转化为腐殖质而达到无害化的目的
  • 三、土壤污染物的转归
    • 进入土壤的污染物的转归表现为在土壤中的迁移、转化、降解和残留
    • 土壤对化学物的吸附：胶体体系，较强的吸附能力，净化作用有限，只在一定条件下具有缓冲作用
    • 化学污染物在土壤中的迁移：外力作用引起的转移，可导致大气、水体和生物污染
    • 化学污染物在土壤中的转化和降解
      • 农药在土壤的迁移转化 ① 土壤对农药的有限吸附作用 ② 农药在土壤中的挥发、扩散和迁移（水体、植物富集） ③ 农药在土壤中的降解过程 • 光化学降解：太阳辐射和紫外线照射引起除草剂、DDT及某些有机磷农药的降解 • 化学降解：水解和氧化作用，受温度、水分、pH影响（马拉硫磷的碱水解，二嗪磷的酸水解） • 生物降解：土壤微生物对有机农药的脱氯作用（DDT-DDE）、氧化还原作用等
      • 重金属在土壤中的迁移转化 ① 土壤胶体、腐殖质的吸附和螯合作用: 土壤能大量吸附重金属离子，通过螯合作用稳定地被留在腐殖质中而不易迁移到水和植物中 ② 土壤PH: 酸性土壤中，多数重金属离子变成易溶于水的化合物，容易被植物吸收或迁移；碱性土壤中，则溶解度降低，植物难以吸收 ③ 土壤的氧化还原状态: 还原条件下，许多重金属形成不溶性的硫化物被固定于土壤中，减少植物的吸收；但砷不同，三价砷比五价砷易溶于水，易进入植物，且毒性也增强
      • 重金属和农药在土壤中的残留：常用“半减期”和“残留期”来表示 • “半减期”：污染物浓度减少50%所需的时间 • “残留期”：污染物浓度减少75%~100%所需的时间 如，含铅、砷、汞等农药的半减期为10~30年，有机氯农药半减期2~4年，有机磷农药半减期2周到数周，重金属则一直存在
• 第三节 土壤污染对健康的影响
  • 一、土壤重金属污染的危害
    • 铊污染
      • • 用于制造光电管、合金、低温温度计、颜料、染料、焰火、红外线滤色玻璃、杀虫和杀鼠剂等 • 具剧毒性（毒性大于砷，镉，汞），各国已限制使用，但资源开发带来的铊污染日趋严重 • 土壤铊极易被植物优先吸收富集，进入食物链，危害健康 • 铊可使植物中毒，可抑制硝化菌的生长而影响土壤的自净能力等 • 成人最小致死量12mg/kg (2h血铊高峰，具蓄积性，肾脏最多，人体半减期10-30天)
      • 【铊的慢性毒作用】 毒作用机制：亲硫性 ① 周围神经损害（强烈的神经毒物），早期表现为双下肢麻木、疼痛过敏；很快出现感觉、运动障碍 ② 视力下降甚至失明，可见视网膜炎、球后视神经炎及视神经萎缩 ③ 毛发脱落：斑秃、全秃 ④ 对生殖系统的影响等
    • 铬污染
      • • 来源：含铬三废；天然来源多为三价铬 • 三价铬构成葡萄糖耐量因子（GTF，强化胰岛素的作用）的重要成分，参与糖代谢（缺铬地区糖尿病发生率高），但过量有害。 • 六价铬具强氧化性和腐蚀性，其毒性比三价铬大100倍。具蓄积性（人体停留5年），进而对健康造成各种危害
  • 二、土壤农药污染的危害
    • 土壤被农药污染后，即使土壤中的农药残留浓度很低，也可通过食物链和生物浓缩（bio-concentration）使体内浓度提高，并通过农作物进入人体，产生间接、慢性危害
    • • 引起急慢性中毒 • 影响免疫功能 （感染性疾病、过敏性疾病和自身免疫性疾病等） • 影响内分泌和生殖 （内分泌干扰物、环境激素） • “三致”作用
  • 三、持久性有机污染物的危害
    • POPs（persistent prganicpollutants）：能持久存在于环境中，可借助大气、水及生物体等进行远距离迁移，通过食物链富集，对健康和环境具严重危害的天然或人工合成的有机污染物
    • 特点：长期残留性、蓄积性（亲脂、高疏水）、迁移性（半挥发性）和高毒性（生物放大效应，DIOXIN）
    • 对健康危害：• 免疫系统 • 神经系统 • 内分泌系统：内分泌干扰物质 • 三致作用等
  • 四、土壤生物性污染的危害： • 人-土壤-人：肠道传染病和寄生虫病 • 动物-土壤-人：（动物粪便）钩端螺旋体病和炭疽病 • 土壤-人：（天然土壤）破伤风和肉毒中毒
• 第四节 土壤质量标准
  • 土壤卫生标准
    • • 指土壤中有害物质的最高容许浓度 • 具有蓄积性、不易降解的、危害较大的有害物质，迫切需要制订其卫生标准 • 制订较复杂，需要在有关环境卫生标准的基础上进行研制
    • 制订土壤卫生标准的原则 ① 不影响人体健康：在该标准的范围内，土壤不致使农作物、水和空气超过各自的卫生标准而影响健康 ② 不影响土壤自净：土壤微生物对污染物净化起关键作用，制订土壤卫生标准要保证土壤自净过程正常进行
    • 土壤卫生标准的研究方法：制订标准时，应先收集该物质的理化性质及其在土壤中存在的状态、含量、降解产物等资料，再据制订原则从多方面进行研究。常采用实验研究和流行病学调查相结合的方法 ① 污染物在土壤中的稳定性 （降解的速度和蓄积性大小） ② 污染物的迁移性 （农作物、地下水和空气） ③ 污染物对土壤自净的影响 （对生化需氧、氨化、硝化过程的影响） ④ 卫生毒理实验研究 ⑤ 现场流行病学调查研究
    • 现场流行病学调查研究 • 调查各类土壤中该化学物质的本底水平，各地区土壤实际污染情况及迁移、转化和自净规律 • 调查土壤污染与居民的健康状况、生长发育、疾病的发病率与患病率，以及某些生理、生化、免疫指标之间的关系 • 查明土壤中有害物质对居民健康有轻微影响的浓度及对健康有危害的浓度
  • 土壤环境质量标准
    • • 土壤环境质量标准：防止土壤污染、保护生态系统物及人体健康所制定的 • 土壤污染物的容许含量值，其制定更为复杂
    • 一、制定的基本原则：① 保护陆地生态安全：对土壤自身、动植物、大气、水等不产生有害影响 ② 保护人体健康：在该标准的范围内，长期暴露不产生显著的健康风险
    • 农用地标准
      • 以保护食用农产品质量安全为主要目标，兼顾保护农作物生长和土壤生态的需要，确定风险筛选值和管制值
      • • 农用地土壤中污染物含量等于或低于该值的，对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境的风险低，一般情况下可以忽略；超过该值的，对农产品质量安全、农作物生长或土壤生态环境可能存在风险，应当加强土壤环境监测和农产品协同监测，原则上应当采取安全利用措施 • 农用地土壤污染风险管制值：指农用地土壤中污染物含量超过该值的，食用农产品不符合质量安全标准等，农用地土壤污染风险高，原则上应采取严格管控措施
      • • 第一类：品质好于筛选值标准的土地就是安全农用地（加大保护力度） • 第二类：污染高于管制值的土地，原则上禁止种植食用农产品（难以通过安全利用措施降低污染风险，退耕还林） • 第三类：筛选值和管制值之间的土地，则采取农艺调控、替代种植等安全利用措施
    • 建设用地标准
      • 以人体健康为保护目标，规定了保护人体健康的建设用地风险筛选值和管制值
      • • 建设用地土壤污染风险筛选值：污染物含量等于或者低于该值的，对人体健康的风险可以忽略；超过该值的，对人体健康可能存在风险，应当开展进一步的详细调查和风险评估，确定具体污染范围和风险水平。 • 建设用地土壤污染风险管制值：污染物含量超过该值的，对人体健康通常存在不可接受风险，应当采取风险管控或修复措施
• 第五节 土壤卫生防护与修复
  • 一、土壤的卫生防护
    • 粪便无害化处理和利用： • 厕所卫生要求：符合《城市公共厕所卫生标准》（GB/T 17217-1998）和《农村户厕所卫生规范》（GB 19379-2012） • 依据《粪便无害化卫生标准》（GB 7959—2012），按好氧与厌氧发酵（粪尿混合发酵法、沼气发酵法、堆肥法）、密闭贮存、脱水干燥/粪尿分集处理四种类型，分别提出了卫生要求
    • 城市垃圾无害化处理和利用：l 垃圾的压缩、粉碎和分选 • 垃圾的卫生填埋：应严格遵守《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB 16889-2008）的规定 • 垃圾的焚烧：应严格遵守《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）的规定 • 白色污染的防治 • 垃圾的回收利用
    • 有害工业废渣的处理措施： • 安全土地填埋（远离居民区） • 焚烧法：适于有机性工业废渣的处理 • 固化法：适于处理放射性废物 • 化学法 • 生物法 • 有毒工业废渣的回收与利用
    • 污水灌溉的卫生防护措施： • 灌田污水必须达到《农田灌溉水质标准》 • 防止污染水源：灌田区应距水源200m以上。在集中式给水水源地上游1km至下游100m的沿岸农田不得用污水灌田。 • 防止污染农作物：严格限制含有蓄积性强，易造成农作物残毒的污水进行灌田 • 防止污染大气：灌区在居民区下风侧，500m以上 • 防止蚊蝇孳生、安全检疫期及个人防护等
  • 二、土壤污染的修复
    • 棕地：因人类活动而存在的一致或潜在的有害和危险物的污染，进而影响到它们的扩展、振兴和重新利用。其再利用需建立在风险评估和修复基础之上
    • 原理：改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性
• 第六节 土壤卫生监督与监测
  • 预防性土壤卫生监督 • 凡有可能污染土壤的一切工程项目和各种设施，都必须经卫生行政部门审查批准后方可实施 • 场址选择的审查：卫生部门必须参加 • 土壤污染的预测：已造成土壤污染的企业 • 验收工作：投入使用前，须卫生部门参加
  • 经常性土壤卫生监督：卫生部门依照国家有关法规进行经常监督和管理 • 对居民区内或附近土壤的卫生状况以及垃圾站、废渣堆、公共厕所等污染情况，进行定期调查与监督 • 对废弃物的土地处置，防止渗出物对环境污染，须对有害成分进行监测管理 • 对污水灌溉的土壤、地下水、空气和农作物，定期进行监测，防止因污灌造成生态环境破坏和人群健康危害
  • 土壤卫生监测
    • 任务：查明土壤卫生状况，阐明其对环境的污染和对居民健康可能产生的影响，为保护生态环境，保障人体健康，提出卫生要求和防护措施。
    • 土壤污染源的调查 • 查清污染来源和特点，调查污染源的性质、数量、生产过程、净化设施、污染物排放规律及影响因素等 • 掌握各污染源的污染方式、污染范围、生产规模和净化设施的变化情况；掌握新的土壤污染来源，为治理提供线索，指明目标
    • 土壤污染现状调查与监测 • 采样点的选择和采样方法：点源（污染源为中心）；面源（等面积方格，每个方格内采样） • 土壤环境背景调查与监测（监测各种化学元素的本底值、放射性物质本底值；未经污染的各种不同类型的土壤） • 化学污染的调查监测（土壤中、水中及空气中该化学物质的含量及当地各种农作物中的含量） • 生物性污染的调查监测（大肠菌群、产气荚膜杆菌值、蛔虫卵数）
    • 土壤污染对居民健康影响的调查 • 患病率和死亡率调查 • 居民询问调查 • 居民健康检查 • 有害物质在居民体内蓄积水平的调查