土壤污染

刘培同环境学概论之土壤污染知识梳理，包括土壤污染的发生、土壤污染物质来源、土壤污染类型、土壤污染的特点、土壤污染的危害等等。

土壤污染

• 土壤污染的发生
• 土壤污染物质
  • 来源
    • 工业污染源
      • 直接进入
      • 间接
    • 农业污染源
      • 化学农药 除草剂
      • 牲畜排出的废物
    • 生物污染源
      • 人粪尿
      • 生活污水
    • 自然污染源
      • 强烈火山🌋喷发
      • 矿床附近
  • 类型
    • 有机物
      • 农药 除草剂 多氯联苯 DDT 艾氏剂 氨基甲酸酯 个人护理品
    • 重金属
      • 大气沉降
      • 污灌和污泥施用
        • 北方比较普遍
      • 金属矿采选冶炼
        • 废水 废渣 降尘
      • 肥料 农药使用
        • 镉 铜 锌
      • 工业生产
        • 处置不当
    • 放射性物质
      • 大气核爆炸
      • 原子能和平利用废物
    • 化学肥料
      • NP应用 改变土壤性质
    • 致病微生物
      • 有害生物群
      • 来自未经消毒的 城市生活污水 饲养场 屠宰场
    • 持久性有机污染物
      • 高毒性 难降解 生物累积
        • 内分泌干扰物
      • 长距离迁移 沉积 累积
      • 产生严重负面影响
      • 亲脂憎水性化合物
        • 富集在生物脂质 代谢缓慢 逐级累积
      • 半挥发性
        • 附着在大气颗粒物上
    • 抗生素 抗性基因物质
      • 离子性 极性有机化合物
      • 容易光解 不稳定
        • 二氧化碳 水和其他离子
      • 微生物降解
        • 从大分子→小分子→水和二氧化碳
      • 植物吸收转化
        • 直接吸收
        • 分泌酶 促进微生物吸收
    • 微塑料污染
      • 来源
        • 土壤薄膜
        • 改良剂
        • 灌溉用水
        • 大气沉降
      • 特性
        • 体积小 比表面大 吸附能力强
    • 纳米材料污染
• 土壤污染类型
  • 水体污染型
    • 不清污分流 饮用污水灌溉
    • 集中表层
    • 随时间迁移 向下扩散
    • 沿河流干支流 枝型 片状分布
  • 大气污染型
    • 环状 带状分布 长轴表示主风向
    • 主要污染物是
    • 酸沉降 引起酸化
    • 引起多种污染
  • 农业污染型
    • 过量化肥 农药 不可降解农膜 禽畜粪便
    • 被吸收的生物体内富集
    • 未被吸收的
      • 累积 转移至地下水
      • 径流风蚀转移
  • 固体废弃物污染型
    • 废渣 尾矿地表堆放
    • 扩散 浸淋
  • 综合型
• 土壤污染的特点
  • 隐蔽性 滞后性
    • 土壤样品
    • 植物反应
  • 累积 不可逆 持久
    • 只有超过累积限度 才会表现
    • 或是土地利用 气候变化使污染活化
    • 不可逆：重金属最终形成难溶性化合物沉积
    • 持久：六六六 DDT
  • 难治理
    • 仅靠切断污染源难以自我修复
    • 必须采取治理技术
  • 通过食物链累积
• 土壤污染的危害
  • 经济损失
  • 农产品
    • 产量下降 品质不变
    • 品质↓产量不变
    • 产量↓品质↓
  • 人体健康
    • 食物链富集
  • 生态环境
    • 水体
      • 土壤中可溶性物质 淋洗 进入地下水
      • 表土 径流 地表水
    • 大气
      • 风力 扩散远处
      • 有机物散发恶臭
      • 人体呼吸作用
• 土壤污染的生物化学反应
  • 土壤的重金属污染
    • 重金属在土壤中的污染特征
      • 不随水移动 不被微生物分解 累积
      • 转化为毒性更强的化合物 通过植物
      • 初期……潜在危害
      • 表现出来……
      • 化学性质不同……
      • 不同类型 不同形态 有些是必须的… 有些不需要直接产生危害
    • 重金属的迁移形式
      • 物理迁移
        • 随径流水平 垂直运动
        • 随土壤空气蒸发（汞蒸汽）
        • 相对密度大沉淀闭蓄其他有机无机矿物中
      • 物理化学 化学迁移
        • 吸附 解吸 代换 水解 氧化 还原 配位 螯合
      • 胶体吸附
      • 沉淀溶解
      • 生物固定活化
      • 氧化-还原
    • 土壤中重金属的存在形态
    • 影响土壤中重金属迁移的因素
      • 氧化-还原条件
        • 氧水体系和硫体系
        • 价态变化→变价元素形态变化
        • 如砷酸铁Eh↓……移动性↗
          • 铁铝↑ 水溶性砷→不溶性砷
      • 土壤酸碱性
        • 碱性条件下：难溶的氢氧化物 碳酸盐 磷酸盐
      • 胶体吸附
        • 土壤溶液中呈胶体状态
          • 湿润气候
          • 富含有机质酸的条件下
        • 被吸附固定
          • 胶体表面交换点
          • 晶格中
      • 络合-螯合作用（重金属离子浓度低）
        • 羟基
        • 氯离子
        • 腐殖质
        • 重金属难溶性盐类溶解
    • 主要重金属迁移
      • 镉
        • 水溶性镉
          • 非水溶性镉
        • ……呈水溶性易迁移 可被植物吸收 ……难溶性
        • 旱地中……碳酸磷酸 氢氧化
        • 水田中 HS还原环境 难溶CdS
        • 氧化环境下 不加磷酸盐 加磷酸盐 （交换态）
        • 200 0
        • 作物对镉的吸收
          • PH
          • 氧化还原电位
          • 有机质
          • 伴生离子
      • 汞
        • 可溶性
          • 难溶性
            • 离子吸附
              • 共价吸附
        • 胶体吸附 累积表层
          • PH=7无机胶体吸附量最大
          • PH低有机胶体吸附↑
          • 非离子态汞也能被吸附
          • 氯离子存在是二价汞吸附量↓
        • 氧化还原状况
          • 转化……有机 无机
        • 植物吸收
          • 与植物根蛋白结合 发生凝固反应
      • 砷
        • 水溶性砷
          • 难溶性砷
            • 交换性砷
        • 三价五价相互转换
        • 累积表层难以下移动
        • 与碱金属 重金属化合物生成亚砷酸盐 溶解度小
        • 大部分被胶体吸附 有机物络合 螯合 铁铝钙生成难溶性化合物 铁铝的氢氧化物生成共淀物
        • 吸附在黏土表面的砷也可被植物吸收
        • 大部分是交换性和难溶性
    • 土壤中重金属的危害
      • 对土壤肥力的影响
        • N矿化↓供氮能力↙
        • 金属磷酸盐沉淀 土壤吸附固定作用↗
        • K活度↗K流失
      • 对土壤微生物生物量的影响
        • 数量 活性 微生物群落
      • 酶活性
        • 抑制微生物繁殖
        • ↓微生物体内酶合成和分泌
        • 破坏酶活性基团空间结构↙酶活性
      • 植物的毒害效应
        • 扰乱植物体内离子平衡 影响代谢过程
        • 与大分子物质结合 机体内功能变性
      • 食物链累积效应
  • 农药对土壤的污染
    • 大量使用农药的不良后果
    • 主要的农药类型
      • 有机氯
      • 有机磷
      • 氨基甲酸酯
      • 除草剂
    • 农药进入土壤的途径
    • 影响农药残留的因素
      • 化学农药本身
        • 挥发 溶解 稳定 剂型
      • 土壤性质
        • 土壤质地
        • PH值
        • 温度
        • 水分
    • 化学农药的残留量 半衰期
    • 农药的迁移转换
      • 吸附作用
        • 途径
          • 物理吸附
          • 物理化学吸附
            • 离子交换 氢键结合 电荷吸附
      • 扩散挥发
        • 蒸发
        • 随水迁移
      • 降解
        • 光化学降解
        • 化学降解
          • 水解
            • 化合物和水分子间的作用过程
              • 污染物基团与-OH基团交换
          • 氧化
            • 无机成分催化
              • 农药降解氧化
                • 生成羧基 羟基
        • 微生物降解
          • 在体内酶 分泌酶降解为C02
          • 羟基化 脱羧基 脱烷基 环氧化 环裂解
• 污染土壤修复技术
  • 基本策略
    • 净化策略
      • 清除污染物 恢复本底值
        • 物理化学生物的方法
          • 电动力 化学淋洗 客土 生物萃取
    • 钝化策略
      • ↓离子迁移能力 形成沉积态 稳定态化合（配合）物
        • 热处理 玻璃化 土壤改良剂
    • 稳定化策略
      • 控制污染物向水体和周边迁移
        • 工程阻隔 植被稳定
          • 矿山修复 尾矿池稳定
            • 易受到植被自然演替
    • 避害策略
      • 避免生物链危害 经营效益损害 实现土壤高效安全利用
        • 生态系统重构
  • 污染土壤修复技术
    • 概念
      • 降低污染物浓度
      • 固定污染物
      • 转化为毒性较低或无毒物质
    • 原则
      • 耕地保护原则
      • 可行性原则
      • 因地制宜原则
    • 技术
      • 物理
        • 换土
        • 气相抽取
        • 热解
        • 固定或稳定化
        • 玻璃化
        • 电动力学修复
      • 化学
        • 淋洗 萃取
        • 浸提
        • 氧化还原
        • 性能改良
      • 生物
        • 微生物修复
          • 优势
            • 永久清除
            • 破坏小
            • 费用低
            • 就地处理
          • 劣势
            • 只能修复可降解污染物
            • 降解过程中产生毒性更大的中间物质
            • 其他污染物可能抑制降解
            • 技术要求高
            • 进行微生物项目监测
        • 植物修复
          • 植物萃取
          • 植物挥发
          • 植物固定
          • 根际降解
          • 优势
            • 劣势：植物只能吸收一两种 多的会抑制 自然人为条件有要求 光周期反应 植株矮小不利于机械化作业 腐烂 落叶重新回到土壤 周期长 受土壤 气候影响
            • 用就祛除
            • 固土 防止水土流失 风蚀污染扩散
            • 蒸腾作用 防止地下水污染
            • 兼具绿化功能 对环境扰动小
            • 提高土壤肥力
            • 安全可靠 操作简单 大面积应用 成本低
        • 动物修复
      • 农艺措施
        • 土壤耕作法
• 土壤污染综合防治
  • 控制消除土壤污染源
    • 控制和消除工业三废排放
      • 循环经济 清洁生产 生态工业 无害化处理 严格控制排放浓度 排放量
    • 加强污灌区监测管理
    • 合理施用农药化肥
      • 不用剧毒 高残留
      • 发展高效低毒 低残留
      • 控制施用范围和数量
      • 合理经济施用硝酸盐和磷酸盐
    • 提高或增强土壤容量和土壤净化能力
      • 黏掺砂改良砂土
        • ↑胶体↗吸附能力↓污染物活性
      • 培育微生物↗降解
  • 土壤污染防治技术
    • 施加抑制剂
      • 添加石灰 磷酸盐 硅酸盐 生成难溶性化合物
    • 控制土壤氧化-还原状况
      • 重金属与H2S生成硫化物沉淀
    • 改变耕作制度
      • DDT六六六在旱地中积累 在水田中降解快
    • 客土深翻
      • 挖出表土
      • 上下层深翻污染物浓度↓
    • 制定农药容许残留量
• 土壤
  • 土壤组成
    • 三相四成分
  • 土壤的物理性质
    • 土壤结构
  • 土壤胶体
    • 土壤胶体类型构造
    • 土壤胶体性质
      • 巨大的比表面积和表面能
      • 电荷性质
        • 取决于胶体表面固定离子性质
          • 永久电荷
            • 黏土矿物晶格 同晶置换产生
          • 可变电荷
            • 水合氧化物 表面 黏土矿物表面-OH在碱性条件下解离 腐殖质官能团解离
      • 凝聚性 分散性
  • 土壤吸附作用
    • 物理吸收
      • 分子态物质的吸附能力
      • 土壤越细 分子态物质极性越强 吸附作用越大
    • 化学吸收
    • 物理-化学吸收
    • 机械吸收
    • 生物吸收
    • 非专性吸附-水化离子通过静电引力结合
    • 专性吸附-发生在羟基化表面 被吸附离子与胶体表面形成共价键
  • 离子交换作用
  • 土壤的酸碱性
    • 土壤酸度
    • 土壤碱度
    • 土壤的酸碱缓冲能力
      • 含有碳酸 硅酸 腐殖酸等弱酸盐类
      • 胶体吸附的阳离子中盐基离子和氢离子
      • 铝离子对碱金属
  • 土壤氧化-还原性
    • 影响土壤氧化还原的因素
      • 通气
      • 有机质
      • 无机物
  • 土壤净化
    • 能够具有净化作用的原因
    • 净化过程
      • 污染物的挥发 扩散 分解
      • 沉淀胶体吸附 化学生物降解
      • 形态变化 分解气化
    • 影响土壤净化的因素
      • 土壤物质组成
        • 有机物种类组成
        • 土壤化学组成
        • 影响吸附 解吸
      • 土壤环境条件
        • PH值 水热 电位
      • 土壤生物学特征
      • 人类活动
        • 改变物理化学性质
  • 生物性质
    • 土壤的酶特性
      • 驱动养分循环 土壤代谢 污染物净化
      • 反应生化反应强度
      • 监测重金属含量
        • 酶活性
    • 微生物特性
      • 有机质 养分循环动力
      • 有机农药 有机污染物代谢降解
      • 恢复土壤环境质量
    • 动物特性
  • 土壤环境背景值
    • 土壤环境背景值的分异
      • 地质地层空间
      • 地带分异
        • 生物 气候
      • 土壤属性
        • 粗细
          • 粗
          • 细
        • 有机质
        • 地下水埋藏深度
    • 土壤环境背景值意义
      • 确定环境容量 制定土壤污染风险管控标准基本数据
      • 土壤质量评价
      • 研究污染物在土壤中的化学行为
      • 生产 生活 生态规划
      • 农业生产指导
      • 地方病防止
        • 化学元素异常
      • 找矿
        • 母岩母质