環(huán)境概論__土壤環(huán)境.ppt

第四章土壤環(huán)境 1 土壤的組成和性質(zhì) 2 土壤環(huán)境污染 3 重金屬對土壤的污染 4 化學(xué)農(nóng)藥對土壤的污染 1 土壤的組成和性質(zhì) 1 由于人類大規(guī)模的生產(chǎn) 生活等活動 改變了影響土壤發(fā)育的生態(tài)環(huán)境 使土壤本身受到破壞 這方面最明顯的例子是人類對森林 草原等天然植被的破壞而引起的土壤侵蝕 水土流失 土地沙化和貧瘠化等 形成一系列生態(tài)環(huán)境破壞問題 2 大規(guī)?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實現(xiàn) 大量使用化肥 農(nóng)藥殺蟲劑等 使土壤遭受到不同程度的污染 此外 由于現(xiàn)代工業(yè)及城市化排出的廢氣 廢水 廢渣中的各種污染物 經(jīng)不同途徑使土壤受到污染 本章著重討論由于各種污染物對土壤環(huán)境造成的污染問題 水土流失 1 土壤的組成和性質(zhì) 一 土壤的組成和結(jié)構(gòu)二 土壤的酸堿性和氧化 還原性 一 土壤的組成和結(jié)構(gòu) 土壤是環(huán)境中特有的組成部分 是位于陸地表面呈連續(xù)分布 具有肥力并能生長植物的疏松層 它是一個復(fù)雜的物質(zhì)體系 它的組成包括固相 礦物質(zhì) 有機(jī)質(zhì) 液相 土壤水分或溶液 和氣相 土壤空氣 等三相物質(zhì)四種成分有機(jī)地組合在一起構(gòu)成的一種特殊物質(zhì) 按容積計 在較理想的土壤中礦物質(zhì)約占38 45 有機(jī)質(zhì)約占5 12 土壤孔隙約占50 土壤水分和空氣存在于土壤孔隙內(nèi) 三相之間亦經(jīng)常變動而相互消長 按重量計礦物質(zhì)可占固相部分的90 95 以上 有機(jī)質(zhì)約占1 10 左右 土壤物質(zhì)組成總的看來 大多是以礦物質(zhì)為主的物質(zhì)體系 一 土壤礦物質(zhì) 1 原生礦物 是直接來源于巖石受到不同程度的物理風(fēng)化作用的碎屑 其化學(xué)成分和結(jié)晶構(gòu)造未有改變 土壤原生礦物主要種類有 硅酸鹽和鋁硅酸鹽類 氧化物類 硫化物和磷酸鹽類 以及某些特別穩(wěn)定的原生礦物 2 次生礦物 巖石風(fēng)化和成土過程中新生成的礦物 包括各種簡單鹽類 次生氧化物和鋁硅酸鹽類礦物等統(tǒng)稱次生礦物 次生礦物多數(shù)是土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小的部分 粒徑 0 001mm 具有膠體特征 所以又稱之為粘土礦物 它影響著土壤許多重要的物理 化學(xué)性質(zhì) 如吸收性 膨脹收縮性 粘著性強(qiáng)吸附能力 是土壤顆粒中最活躍的部分 3 土壤礦物質(zhì)的機(jī)械組成 土壤中的礦物質(zhì)由巖石風(fēng)化和成土過程中形成的不同大小的礦物顆粒 或土粒 組成的 它們的直徑差異很大 從幾微米到幾厘米 大顆粒常由巖石 礦物碎屑或原生礦物組成 細(xì)顆粒主要由次生礦物所組成 二 土壤有機(jī)質(zhì) 進(jìn)入土壤中的有機(jī)物質(zhì)包括植物 動物及微生物等死亡殘體 經(jīng)分解轉(zhuǎn)化逐漸形成有機(jī)質(zhì) 即腐殖質(zhì) 成為土壤的組成部分 它與礦物質(zhì)一起共同構(gòu)成了土壤的固相部分 土壤有機(jī)質(zhì)的含量并不高 一般僅占百分之幾 高者也不過是10 左右 三 土壤空氣 土壤空氣的容量就是土壤固 液 氣三相中氣相所占的容積百分?jǐn)?shù) 土壤液相與氣相均以土壤孔隙為其存在與活動場所 四 土壤溶液 土壤的水分是土壤三相 固 液 氣 中的要素 它把土壤 大氣中的植物養(yǎng)分溶解組成營養(yǎng)溶液 輸送到植物根部 因此土壤水是植物吸收養(yǎng)料的主要媒介 由于土壤溶液參加水的循環(huán) 所以土壤溶液的組成是經(jīng)常變動的 當(dāng)把養(yǎng)料輸送到植物體后 水在葉部經(jīng)蒸騰作用蒸發(fā)到大氣中 參加水分的循環(huán) 二 土壤的酸堿性和氧化 還原性 1 土壤的酸堿性 土壤微生物的活動 有機(jī)物的分解 營養(yǎng)元素的釋放和土壤中元素的遷移都與土壤溶液的酸堿性有關(guān) 各種植物都有各自適合的酸堿范圍 超過這一范圍 生長即受阻 1 土壤酸度 土壤溶液中的H 所引起的酸性和活性酸度 土壤膠體所吸附的可交換性H 及Al3 水解所產(chǎn)生H 總稱為潛在酸度 包括交換酸和水解酸 活性酸度 由土壤溶液游離H 所引起的 酸度大小取決于溶液中的 H 像一般溶液酸度一樣也用pH表示 潛在酸度 潛在酸度是膠體吸附H 及Al3 水解所引起的 它只在一定條件下才顯酸性 通常用100g烘干土中H 的摩爾數(shù)表示 交換酸 常用過量的鹽類 KCL NaCl或BaCl2 與土壤膠體發(fā)生交換 將H 及Al3 交換轉(zhuǎn)入溶液所表現(xiàn)的酸度稱為交換酸 水解酸 當(dāng)用弱酸強(qiáng)堿鹽 NaAC 溶液處理土壤時 交換的H 所表現(xiàn)的酸性稱為水解酸 土壤的酸化主要發(fā)生在多雨的條件下 土壤中鹽基離子淋溶于水體 而H 取代膠體上的金屬離子被土壤吸附 此外 施肥所殘留的酸根 有機(jī)酸及生物分泌物都將加強(qiáng)土壤的酸化作用 2 土壤堿度 土壤堿性主要來自土壤Na2CO3 NaHCO3 CaCO3以及膠體上交換性Na 它們水解顯堿性 強(qiáng)堿性土壤 pH8 5 10 除含有易溶性堿性鹽類外 主要是膠粒吸附的交換性Na 有關(guān) 通常把交換性Na 占交換量的百分?jǐn)?shù)稱為堿化度 通常應(yīng)用堿化度劃分土壤堿土的種類 堿土種類弱堿化土中堿化土強(qiáng)堿化土堿土堿化度 5 1010 1515 20 20除耐鹽堿性植物外 強(qiáng)堿性土對大多數(shù)植物和微生物有害 并可使微量元素沉積 惡化土壤的物理化學(xué)性質(zhì) 3 土壤酸堿性對元素有效性的影響 土壤中N P K S Ca Mg Fe及其他微量元素的有效性受土壤酸堿度變化影響 土壤中營養(yǎng)元素及微量元素的有效性與酸堿性的關(guān)系 土壤的pH隨淋溶作用的增強(qiáng)而降低 相應(yīng)硫的流失增大 有效硫減少 pH升高 有利于有機(jī)硫的礦化 增加土壤有機(jī)硫的供給 而無機(jī)硫在各pH值中有效性均良好 在pH7 8 5范圍內(nèi) Ca2 Mg2 有效性最大 Fe3 Fe2 Mn2 Cu2 Zn2 等在微酸性中易溶解 在pH 5時 Fe3 溶解度更大 而Mn2 Cu2 Zn2 有效性減少 可造成Cu2 Zn2 Mn2 的缺乏 2 土壤環(huán)境污染 一 土壤污染和凈化二 土壤污染源三 土壤污染物質(zhì) 一 土壤污染和凈化 一 土壤污染目前較普遍認(rèn)為土壤污染的含意是 人類活動產(chǎn)生的污染物進(jìn)入土壤并積累到一定程度 起土壤質(zhì)量惡化的現(xiàn)象 具體地說 污染物質(zhì)是指與人為活動有關(guān)的各種對人體和生物有害的物質(zhì) 包括化學(xué)農(nóng)藥 重金屬 放射性物質(zhì) 病原菌等 土壤污染不能像大氣 水體那樣以某種物質(zhì)超出某種標(biāo)準(zhǔn)來表示 因為土壤污染是很難用化學(xué)組成的變動來衡量的 即使是凈土其組成也是不固定的 某些物質(zhì)含量的變動不意味著土壤功能的障礙 土壤功能的破壞最明顯的標(biāo)志是作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降 然而某種污染物侵入土壤 影響到作物生長并不是立即反映出來的 要確定某化合物是否對土壤起污染作用 必須研究其毒性效應(yīng) 研究污染物在土壤中的遷移和富集特點 二 土壤凈化 土壤凈化 是指土壤本身通過吸附 分解 遷移 轉(zhuǎn)化 而使土壤污染的濃度降低而消失的過程 土壤所以具有凈化功能 這是由于土壤在環(huán)境中起著三方面的作用 1 由于土壤中含有各種各樣的微生物和土壤動物 對外界進(jìn)入土壤中的各種物質(zhì)都能被分解轉(zhuǎn)化 2 由于土壤中存在有復(fù)雜的有機(jī)和無機(jī)膠體體系 通過吸附 解吸 代換等過程 對外界進(jìn)入土壤中的各種物質(zhì)起著 蓄積作用 使污染物發(fā)生形態(tài)變化 3 土壤是綠色植物生長的基地 通過植物的吸收作用 土壤中的污染物質(zhì)起著轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的作用 因此 某些性質(zhì)不同的污染物在土體中可通過揮發(fā) 擴(kuò)散 分解等作用 逐步降低污染物濃度 減少毒性或被分解成無害的物質(zhì) 經(jīng)沉淀 膠體吸附等作用可使污染物發(fā)生形態(tài)變化 變?yōu)殡y以被植物利用的形態(tài)存在于土體中 暫時退出生物小循環(huán) 脫離食物鏈 或通過生物和化學(xué)降解 污染物變?yōu)槎拘暂^小或無毒性 甚至有營養(yǎng)的物質(zhì) 有些污染物在土體中還會發(fā)生形態(tài)變化 而被分解氣化 遷移至大氣中 這些現(xiàn)象 從廣義上都可理解為土壤的凈化過程 只要污染物濃度未超過土壤的自凈容量 就不會造成污染 綜上所述可以看出 在土壤中污染物的累積和凈化是同時進(jìn)行的 是兩種相反作用的對立統(tǒng)一過程 兩者處于一定的相對平衡狀態(tài) 如果輸入土壤的污染物質(zhì)其數(shù)量和速度超過了土壤的凈化作用速度 打破了積累和凈化的自然動態(tài)平衡 就使積累過程逐漸占據(jù)了優(yōu)勢 當(dāng)污染物質(zhì)積累達(dá)到了一定的數(shù)量 就必然導(dǎo)致土壤正常功能的失調(diào) 使土壤質(zhì)量下降 開始影響植物生長發(fā)育 并通過植物吸收 通過食物最終影響到人體 這種現(xiàn)象即屬于土壤污染 如果污染物進(jìn)入土壤的速度和數(shù)量 尚未超過土壤的凈化能力 雖然土壤中已含有污染物 但尚不致影響土壤的正常功能和植物的生長和發(fā)育 而且植物體內(nèi)的污染物含量維持在食用標(biāo)準(zhǔn)之下 不會影響到人體健康 二 土壤污染源 一 工業(yè)污染源一般直接由工業(yè) 三廢 引起的土壤污染僅限于工業(yè)區(qū)周圍數(shù)千米 數(shù)十千米范圍內(nèi) 工業(yè) 三廢 引起的大面積土壤污染往往是間接的 或由于以廢渣形式作為肥料施人農(nóng)田 或用污水灌溉等多種形式 經(jīng)長期作用使污染物在土壤中積累而造成污染 二 農(nóng)業(yè)污染 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身產(chǎn)生的污染和污染物包括 化學(xué)農(nóng)藥 除草劑等的使用范圍不斷擴(kuò)大 數(shù)量和品種不斷增加 在噴灑農(nóng)藥時 有一半直接落于土壤表面 一部分則通過作物落葉 降雨最后再歸人土壤 經(jīng)常使用農(nóng)藥是土壤中農(nóng)藥殘留的主要來源 牲畜排出的廢物長期以來被看成是土壤肥料的主要來源 對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起了重要作用 但這些廢物 有時除能傳播疾病引起公共衛(wèi)生問題外 還會產(chǎn)生嚴(yán)重的水體污染問題 三 生物污染源 人糞尿是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的肥料來源 生活污水和被污染的河水等均含有致病的各種病原菌和寄生蟲等 用這種未經(jīng)處理的肥源施于土壤 會使土壤發(fā)生嚴(yán)重的生物污染 此外 在自然條件下 也有時會造成土壤污染 例如 強(qiáng)烈地火山噴發(fā) 含有重金屬或放射性元素的礦床附近地區(qū)的土壤 由于這些礦床的風(fēng)化分解作用 也可使附近土壤遭受污染 三 土壤污染物質(zhì) 土壤污染物質(zhì)指的是進(jìn)入土壤中并影響土壤正常作用的物質(zhì) 即會改變土壤的成分 降低農(nóng)作物的數(shù)量或質(zhì)量 有害于人體健康的那些物質(zhì) 按污染物性質(zhì)大致分為如下幾類 一 有機(jī)物類 污染土壤的有機(jī)物 主要是化學(xué)農(nóng)藥 除草劑等 例如有機(jī)氯類 包括六六六 DDT 艾氏劑 狄氏劑等 有機(jī)磷類 包括馬拉硫磷 對硫磷 敵敵畏等 氨基甲酸酯類 有的為殺蟲劑 有的為除草劑 苯氧羧酸類 如2 4 D 2 4 5 T等除草劑 工業(yè) 三廢 中的有機(jī)污染物 較常見的有酚 油類 多氯聯(lián)苯 苯并芘等有機(jī)化合物 這類合成有機(jī)污染物通過不同途徑進(jìn)入土壤后 除一部分發(fā)揮作用之外 另一部分因其較穩(wěn)定不易分解而在土壤中累積 造成土壤污染 二 重金屬污染物 重金屬是通過以下幾條途徑進(jìn)入土壤的 由于使用含重金屬的廢水進(jìn)行灌溉 隨著含重金屬的粉塵落人土壤中 使用含重金屬的廢渣作為肥料 使用含重金屬的農(nóng)藥制劑等 常見的一些重金屬污染物包括汞 鎘 鉛 銅 鋅 鎳 砷等 因為重金屬不能為土壤微生物所分解 而且可為生物所富集 因此土壤一旦被重金屬污染 是較難予徹底消除的 可對環(huán)境形成潛在的威脅 三 放射性物質(zhì)主要是由于大氣核爆炸降落的污染物 以及原子能和平利用所排出的液體和固體的放射性廢棄物 最終不可避免地隨同自然沉降 雨水沖刷和廢棄物的堆放而污染土壤 四 化學(xué)肥科為了獲得高產(chǎn) 農(nóng)業(yè)上大量使用含氮和含磷的化學(xué)肥料 但是往往由于使用不當(dāng)而造成這類物質(zhì)從土壤中流失污染環(huán)境 特別是水體富營養(yǎng)化問題與此有關(guān) 五 致病的微生物 土壤中的病原微生物 主要來源于人畜的糞便及用于灌溉的污水 未經(jīng)處理的生活污水及醫(yī)院污水 當(dāng)人與污染的封接觸時可傳染各種細(xì)菌及病毒 若食用被土壤污染的蔬菜 瓜果等會威脅人體健康 這些被污染的土壤經(jīng)過雨水沖刷 又可能污染水體 上面分別介紹了幾類對土壤污染有害的物質(zhì) 在土壤中污染物質(zhì)的濃度 或數(shù)量 一般僅為每千克土壤中只有幾毫克的水平 因可被植物吸收富集而產(chǎn)生危害 日本富山骨痛病事件 19世紀(jì)80年代 日本富山縣平原神通川上游的神岡礦山實現(xiàn)現(xiàn)代化經(jīng)營 成為從事鉛 鋅礦的開采 精煉及硫酸生產(chǎn)的大型礦山企業(yè) 然而在采礦過程及堆積的礦渣中產(chǎn)生的含有鎘等重金屬的廢水卻直接長期流入周圍的環(huán)境中 在當(dāng)?shù)氐乃锿寥?河流底泥中產(chǎn)生了鎘等重金屬的沉淀堆積 鎘通過稻米進(jìn)入人體 首先引起腎臟障礙 逐漸導(dǎo)致軟骨癥 在婦女妊娠 哺乳 內(nèi)分泌不協(xié)調(diào) 營養(yǎng)性鈣不足等誘發(fā)原因存在的情況下 使婦女得上一種渾身劇烈疼痛的病 叫痛痛病 也叫骨痛病 重者全身多處骨折 在痛苦中死亡 從1931年到1968年 神通川平原地區(qū)被確診患此病的人數(shù)為258人 其中死亡128人 至1977年12月又死亡79人 3 重金屬對土壤的污染 一 土壤中重金屬元素的來源二 環(huán)境背景值的概念三 土壤中重金屬元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律四 主要重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 一 土壤中重金屬元素的來源 土壤中的微量重金屬元素主要來自原生巖石 原生巖石中重金屬元素的組成和含量 決定著土壤重金屬元素的組成特征 由于在成土過程中 產(chǎn)生各種微量重金屬元素在發(fā)生層次中的再分配 使有些元素部分地?fù)p失了 而另一些元素富集起來 但重金屬元素的化學(xué)特征則繼承和保持下來 所以正常發(fā)育的自然土壤也會含有一定數(shù)量的重金屬 人類大規(guī)模的地球化學(xué)活動 包括修建道路 建筑和其他工程等全世界可造成10 108m3的塵土 這些塵土都降落在地球表面 每年從地球內(nèi)部把250 300 108t巖石挖到地球表面 其金屬礦物加工的產(chǎn)物和尾礦部分地進(jìn)人到土壤中 每年以肥料形式向土壤中施入數(shù)百萬噸大量元素和微量元素 其中也含有微量重金屬元素 二 環(huán)境背景值的概念 環(huán)境背景值是指環(huán)境中諸因素 如大氣 水體 土壤以及植物 動物和人體組織等在正常情況下 化學(xué)元素的含量及其賦存形態(tài) 土壤環(huán)境中重金屬元素背景值是指一定區(qū)域內(nèi)自然狀態(tài)下未受人為污染影響的土壤中重金屬元素的正常含量 土壤環(huán)境背景值的測定和研究是環(huán)境科學(xué)中的一項基礎(chǔ)工作 它能為土壤環(huán)境質(zhì)量評價 污染趨勢預(yù)測 重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究提供科學(xué)依據(jù) 在一定區(qū)域內(nèi)研究土壤背景值時 首先要確定各種代表性土壤和母質(zhì)中重金屬元素的自然含量 一般在正常情況下 土壤中重金屬元素的含量不致危害作物和人體 不致污染其他環(huán)境 因此 將已受人為污染的土壤中某種重金屬元素的含量和其自然含量相比較 就可以獲得該種元素是否因人為作用而在土壤中積累或積累量高低的基本概念 三 土壤中重金屬元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律 重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 決定于重金屬在土壤中的化學(xué)行為 包括重金屬在土壤中的溶解和富集狀況 植物吸收和利用狀況 重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 決定于重金屬在土壤中的化學(xué)行為 包括重金屬在土壤中的溶解和富集狀況 植物吸收和利用狀況 植物對各種重金屬的需求有很大差別 有些重金屬是植物生長發(fā)育中并不需要的元素 而且對人體健康直接危害明顯 如Hg Cd Pb等 有些元素則是植物正常生長發(fā)育所必需的微量元素包括Fe Mn Zn Cu Mo Co 等但土壤中含量過高時 也會發(fā)生污染危害 土壤中因受重金屬污染而對作物生長產(chǎn)生危害時 不同類的重金屬危害必不相同 例如Cu Zu主要是妨礙植物正常生長發(fā)育 土壤中受銅污染后 可使水稻生長不良 過量銅被植物根系吸收后形成穩(wěn)定的絡(luò)合物 破壞植物根系正常代謝功能 引起水稻的減產(chǎn) 而受鎘 汞 鉛等元素污染 一般不引起植物生長發(fā)育障礙 但在植物體內(nèi)累積 如鎘可在水稻體內(nèi)累積形成 鎘米 還應(yīng)指出 這些重金屬元素之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系 例如鐵與銅 錳 鎘之間 鎘與銅 鋅之間存在著拮抗作用 在一定程度上可以減弱重金屬對土壤污染影響 重金屬元素對土壤環(huán)境污染危害作用還與它們的存在形態(tài)有關(guān) 其遷移轉(zhuǎn)化的特點和污染性質(zhì)也有密切關(guān)系 在土壤中的重金屬元素可區(qū)分為五種存在形態(tài) 1 水溶態(tài)的 2 弱代換劑 如醋酸鹽溶液等 可代換的 3 強(qiáng)代換劑 與螯合劑螯合的 提取的 4 次生礦物中的 5 原生礦物中的 其中 1 2 3 部分在土壤中可能為植物吸收 因此 它們的含量越高 越易對植物形成污染 因此 在研究土壤中重金屬污染危害時 不僅應(yīng)注意他們的總含量 還必須重視重金屬各種形態(tài)的含量 四 主要重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化 鎘的遷移轉(zhuǎn)化 重金屬元素鎘一旦進(jìn)入土壤便會長時間滯留在耕作層中 由于它移動緩慢 故一般不會對地下水產(chǎn)生污染 土壤中鎘的存在形態(tài)分為水溶性和非水溶性鎘 離子態(tài)CdCl2 Cd NO2 2 CdCO3和絡(luò)合態(tài)的如Cd OH 2呈水溶性的 易遷移 可有收 而難溶性鎘的化合物如鎘沉淀物 膠體吸附態(tài)鎘等為難溶性鎘 不易遷移和為植物吸收 但兩種形態(tài)在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化 作物對鎘的吸收 隨土壤pH值的增高而降低 土壤中的有機(jī)質(zhì)能與鎘螯合成螯合物 從而除低鎘的有效性 其次氧化 還原電位也影響作物對鎘的吸收 Eh低或Eh降為零 則有利于形成難溶性的硫化鎘 4 化學(xué)農(nóng)藥對土壤的污染 化學(xué)農(nóng)藥是消滅人類和植物病蟲害的有效藥物 對農(nóng)林牧業(yè)的增產(chǎn) 保收和保存 以及人類傳染疾病的預(yù)防和控制等方面都起了非常大的作用 迄今農(nóng)藥的品種已發(fā)展到上千種 農(nóng)藥的使用量也急劇增加 成為決定現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和提高收獲量的重要因素 自1939年瑞士科學(xué)家莫勒 Paul Miiller 發(fā)明了DDT殺蟲劑以來 使農(nóng)藥的應(yīng)用取得了很大進(jìn)展 至現(xiàn)在世界農(nóng)藥的年產(chǎn)量已超過200萬噸以上 每年農(nóng)藥的銷售額平均增長率大于6 一8 化學(xué)農(nóng)藥的品種日漸增加 已研制成功并受到專利保護(hù)的品種有1200多種 約有500多個品種已投入市場使用 農(nóng)藥生產(chǎn)的發(fā)展所以如此迅速 這與它在保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)方面所起的作用是分不開的 有人估計 如果不使用化學(xué)農(nóng)藥 現(xiàn)在全世界糧食總收成的一半將會被各種病蟲害和雜草所吞噬 由于使用了化學(xué)農(nóng)藥 目前已能挽回總收成的15 但由于農(nóng)藥不足 每年造成的損失仍達(dá)總收成的35 其造成的損失中又以同人類關(guān)系最為密切的棉花 糧食等損失最多 因此 目前人類實際上已處于不得不用農(nóng)藥的地步 而且在未來的長時間內(nèi) 農(nóng)業(yè)的生命力仍將依賴化學(xué)農(nóng)藥的廣泛使用 隨著日益增加的化學(xué)農(nóng)藥等通過生產(chǎn) 運輸 儲存 使用 廢棄等不同環(huán)節(jié)大量進(jìn)人環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng) 因而也產(chǎn)生了一些不良后果 主要表現(xiàn)為 1 有機(jī)氯農(nóng)藥不僅對害蟲有殺傷毒害作用 同時對害蟲的 天敵 及傳粉昆蟲等益蟲益鳥也有殺傷作用 因而破壞了自然界的生態(tài)平衡 2 長期使用同類型農(nóng)藥 使害蟲產(chǎn)生了抗藥性 因而增加了農(nóng)藥的用量和防治次數(shù) 也大大增加了防治費用和成本 3 長期大量使用農(nóng)藥 使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累 尤其是在土壤環(huán)境中 產(chǎn)生了農(nóng)藥污染環(huán)境問題 目前 防止農(nóng)藥污染已成為當(dāng)前世界上很多國家嚴(yán)重關(guān)切的環(huán)境問題 農(nóng)藥的使用和農(nóng)業(yè) 林業(yè) 牧業(yè)等關(guān)系密切 因而 農(nóng)藥對土壤的污染是重要的環(huán)境問題之一 4 化學(xué)農(nóng)藥對土壤的污染 一 化學(xué)農(nóng)藥的分類二 化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)入人體的途徑三 農(nóng)藥在土壤中的遷移 降解及殘留四 土壤污染的防治 一 化學(xué)農(nóng)藥的分類 有工合成的化學(xué)農(nóng)藥 按化學(xué)組成可以分為有機(jī)氯 有機(jī)磷 有機(jī)汞 有機(jī)砷 氨基甲酸酯類等制劑 按農(nóng)藥在環(huán)境中存在的物理狀態(tài)可分為粉狀 可溶性液體 揮發(fā)性液體等 按其作用方式可有胃毒 觸殺 熏蒸等 一般所謂農(nóng)藥包括有許多種類 除了最常見的殺蟲劑 Insecticides 外 還有除莠劑 Herbicides 滅真菌劑 Fungicides 熏蒸劑 Fumigants 和殺鼠劑 Rodenticides 等 一 有機(jī)氯類農(nóng)藥 該類農(nóng)藥是含氯的有機(jī)化合物 大部分是含一個或幾個苯環(huán)的氯素衍生物 最主要的品種是DDT 二氯二苯基三氯乙烷 和六六六 六氯環(huán)己烷 其次是艾氏劑 六氯 六氫化 二甲萘 狄氏劑和異狄氏劑 Dieldrin 六氯 八氫化 二甲萘 氯丹七氯等 有機(jī)氯類農(nóng)藥的特點是 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 在環(huán)境中殘留時間長 短期內(nèi)不易分解 易溶于脂肪中 并在脂肪中蓄積 長期使用是造成環(huán)境污染的最主要農(nóng)藥類型 目前許多國家都已禁止使用 我國已于1985年全部禁止生產(chǎn)和使用 二 有機(jī)磷類農(nóng)藥 有機(jī)磷類農(nóng)藥是含磷的有機(jī)化合物 有的也含硫 氮元素 其化學(xué)結(jié)構(gòu)一般含有C P鏈或C O P鏈 C S P鏈 C N P鏈等 大部分是磷酸酯類或酰胺類化合物 一般有劇烈毒性 但比較易于分解 在環(huán)境中殘留時間短 在動植物體內(nèi) 因受酶的作用 磷酸酯進(jìn)行分解不易蓄積 因此常被認(rèn)為是較安全的一種農(nóng)藥 有機(jī)磷農(nóng)藥對昆蟲及哺乳類動物均可呈現(xiàn)毒性 破壞神經(jīng)細(xì)胞分泌的乙酰膽堿 阻礙刺激的傳送機(jī)能等生物作用 使之致死 所以 在短期內(nèi)有機(jī)磷類農(nóng)藥的環(huán)境污染毒性仍是不可忽視的 近年來許多研究報告指出 有機(jī)磷農(nóng)藥具有烷基化作用 可能會引起動物的致癌 致突變作用 1 劇毒類 如對硫磷 1605 難溶于水 毒性特強(qiáng) 對人 有劇毒 使用不安全 2 中毒類 如敵敵畏 二甲硫吸磷等屬此類 敵敵畏為油狀液體 有揮發(fā)性 稍溶于水 有較高的殺蟲效力 易分解 殘留時間短 3 低毒類 如樂果 敵百蟲 馬拉硫磷等 三 氨基甲酸酯類農(nóng)藥該類農(nóng)藥均具有苯基 N 烷基氨基甲酸酯的結(jié)構(gòu) 它與機(jī)磷農(nóng)藥一樣 具有抗膽堿酯酶作用 中毒癥狀也相同 但中毒機(jī)理有差別 是由對膽堿酯酶分子總體的弱可逆結(jié)合的抑制而引起的 在環(huán)境中易分解 在動物體內(nèi)也能迅速代謝 而代謝產(chǎn)物的毒性多數(shù)低于其本身毒性 因此屬于低殘留的農(nóng)藥 四 除草劑 除莠劑 除草劑具有選擇性 只能殺傷雜草 而不傷害作物 最常用的除草劑有2 4 D 2 4 二氯苯氧基醋酸 和2 4 5 T 2 4 5 三氯苯氧基醋酸 及其脂類 大多數(shù)除草劑在環(huán)境中會被逐漸分解 對哺乳動物的生化過程無干擾 對人 畜毒性不大 也未發(fā)現(xiàn)在人畜體內(nèi)有累積 三 農(nóng)藥在土壤中的遷移 降解及殘留 一 農(nóng)藥污染土壤的主要途徑1 施用于田間的各種農(nóng)藥大部分落入土壤中 附著于植物體上的部分農(nóng)藥 也因風(fēng)吹雨淋落入土壤中 這就是造成土壤污染的主要原因 有人觀察到 施在作物葉部的殺蟲劑有56 進(jìn)入土壤造成殘留 2 使用浸種 攔種 毒谷等就行了藥方式 或是將農(nóng)藥直接撒至土壤中 造成污染的累積 3 近些年來采用噴射方法 如用飛機(jī)噴射 估計有50 以上的農(nóng)約從葉面下落到土壤 也有大量農(nóng)藥撒在或蒸發(fā)到空氣中 它們粘附在飄塵上 隨氣流擴(kuò)散 一旦降雨 農(nóng)藥隨雨水降落到土壤中 造成土壤污染 例如 英國某地區(qū)通過降雨進(jìn)入土壤的DDT最大值可達(dá)7 3 10 4g km2 土壤受農(nóng)藥的污染程度與栽培技術(shù)和種植作物種類有關(guān) 栽培水平高的耕田與復(fù)種指數(shù)高的土地農(nóng)藥殘留量也大 例如果園 棉田的施藥量較多 因而果園和棉田土壤污染程度較高 二 農(nóng)藥在土壤中的殘留 1 影響農(nóng)藥在土壤中的殘留的因素 1 化學(xué)農(nóng)藥性質(zhì)的影響 農(nóng)藥本身的化學(xué)性質(zhì) 如揮發(fā)性 溶解度 化學(xué)穩(wěn)定性 劑型等 有機(jī)氯農(nóng)藥揮發(fā)性小 但它們的蒸汽壓和土壤中殘留有一定關(guān)系 大多數(shù)的有機(jī)氯農(nóng)藥的揮發(fā)速率順序為艾氏劑 七氯 環(huán)氧七氯 狄氏劑 DDT 而且揮發(fā)的速度與農(nóng)藥的濃度 大氣的相對濕度 土壤表面上方空氣的運動 風(fēng)速 及土壤中的溫度等因素有關(guān) 一般是濃度愈大 濕度大 含水量高 風(fēng)速大則揮發(fā)作用愈強(qiáng) 2 土壤性質(zhì)的影響 農(nóng)藥在質(zhì)地粘重和有機(jī)質(zhì)含量高的封中存留時間較長 土壤pH值對有機(jī)磷農(nóng)藥影響比對有機(jī)氯農(nóng)藥更敏感 這主要是pH對土壤中農(nóng)藥分解速度的影響與分解的主要途徑是化學(xué)分解還是微生物降解有關(guān) 農(nóng)藥主要通過化學(xué)降解 細(xì)菌分解和揮發(fā)而消失 這些過程均受溫度的影響 低溫時這些過程減慢 農(nóng)藥失去速度減少 土壤水分對農(nóng)藥殘留的影響主要是因為水是極性分子 同農(nóng)藥競爭吸附位置 被膠體強(qiáng)烈吸附 在較干燥的土壤中 與農(nóng)藥競爭吸附位置的水分子較少 2 農(nóng)藥在土壤中的殘留量 農(nóng)藥在土壤中的存留時間常用兩種概念來表示 即半衰期和殘留期 所謂半衰期指施入土壤中的農(nóng)藥因降解等原因使其濃度減少一半所需要的時間 而殘留量指土壤中的農(nóng)藥因降解等原因含量減少而殘留在土壤中的數(shù)量 單位是mg kg土壤 殘留量R可以用下式表示 R c kt式中 c 農(nóng)藥在土壤中初始含量 t 農(nóng)藥在土壤中的衰減時間 R 常數(shù) 從上式可以看出 連續(xù)使用農(nóng)藥 使農(nóng)藥在土壤中累積不斷增加 但不會無限增加 達(dá)到一定值后趨于平衡 假定一次直接施用農(nóng)藥后 土壤中農(nóng)藥濃度為c0 一年后殘留量為c 則c c0的比值 設(shè)等于f 一定小于1 f稱為農(nóng)藥殘留率 即第一年土壤中農(nóng)藥殘留量為c0f 第二年后c0f2 c2 c0f f 第三年后為c0f3 n年后為c0fn 如連續(xù)施用農(nóng)藥 每年一次 n年后土壤中農(nóng)藥殘留量 Rn 以下式表示 括號內(nèi)級數(shù)等于時 即 如農(nóng)藥半衰期為一年 即一年農(nóng)藥降解消失一半 則 從上式計算 土壤中農(nóng)藥殘留量為最初施用農(nóng)藥量的2倍達(dá)到平衡 實際上 由于影響農(nóng)藥在土壤中的持續(xù)性進(jìn)行了測定 多數(shù)結(jié)果認(rèn)為 有機(jī)氯類農(nóng)藥在土壤中殘留期最長 一般都有數(shù)年之久 其次是均二氮苯類 取代脲類和苯氧乙酸類除草劑 殘留期一般在數(shù)月至一年左右 有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑以及一般殺菌劑的殘留時間一般只有幾天或幾周時間 土壤中很少有累積 但也有少數(shù)的有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中的殘留期較長 如二嗪皮的殘留期可達(dá)數(shù)月之久 三 農(nóng)藥在土壤中的降解及轉(zhuǎn)化 1 土壤對化學(xué)農(nóng)藥的吸附作用 進(jìn)入土壤的化學(xué)農(nóng)藥通過物理吸附 化學(xué)吸附 氫鍵結(jié)合和配價鍵結(jié)合等形式吸附在土壤顆粒表面 農(nóng)藥被土壤吸附后 移動性和生理毒性隨之發(fā)生變化 所以土壤對農(nóng)藥的吸附作用 在某種意義上就是土壤對農(nóng)藥的凈化 但這種凈化作用是不穩(wěn)定的 也是有限度的 當(dāng)被吸附的農(nóng)藥在土壤溶液中的被其他物質(zhì)重新置換出來時 即又恢復(fù)了原來的性質(zhì) 2 化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)和擴(kuò)散 土壤中的農(nóng)藥 在被土壤固相物質(zhì)吸附的同時 還通過氣體揮發(fā)和水的淋溶在土體中擴(kuò)散遷移 因而導(dǎo)致大氣 水和生物的污染 大量資料證明 不僅非常易揮發(fā)的農(nóng)藥 而且不易揮發(fā)的農(nóng)藥 如有機(jī)氯 都可以從土壤 水及植物表面大量揮發(fā) 對于低水溶性和持久性的化學(xué)農(nóng)藥來說 揮發(fā)是農(nóng)藥進(jìn)入大氣中的重要途徑 農(nóng)藥隨水的遷移形式有兩種 一些在水中溶解度大的農(nóng)藥可直接隨水遷移 一些難溶性農(nóng)藥主要附著于土壤顆粒表面進(jìn)行水的機(jī)械遷移 最終進(jìn)入江河水體 3 農(nóng)藥在土壤中的降解 農(nóng)藥在土壤中的降解 包括光化學(xué)降解 化學(xué)降解和微生物降解等 1 光化學(xué)降解 指土壤表面接受太陽輻射能和紫外線光譜等能流而引起農(nóng)藥的分解作用 由紫外線產(chǎn)生的能量足以使農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)中碳 碳鍵和碳 氫鍵發(fā)生斷裂 引起農(nóng)藥分子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化 這可能是農(nóng)藥轉(zhuǎn)化或消失的一個重要途徑 如對殺草快光解生成鹽酸甲胺 對硫磷經(jīng)光解形成對氧磷 對硝基酚和硫已基對硫磷等 光解產(chǎn)物在環(huán)境中仍會不斷分解 2 化學(xué)降解 化學(xué)降解以水解和氧化最為重要 水解是最重要的反應(yīng)過程之一 3 微生物降解 土壤中生物對有機(jī)農(nóng)藥的降解起著重要的作用 土壤中的微生物 包括細(xì)菌 霉菌 放線菌等各種微生物 能夠通過各種生物化學(xué)作用參與分解土壤中的有機(jī)農(nóng)藥 由于微生物的菌屬不同 破壞化學(xué)物質(zhì)的機(jī)理和速度也不同 土壤中微生物對有機(jī)農(nóng)藥的生物化學(xué)作用主要有 脫氯作用 氧化還原作用 脫烷基作用 水解作用 環(huán)裂解作用等 土壤中微生物降解作用也受到土壤的pH 有機(jī)物 濕度 溫度 通氣狀況 代換吸附能力等因素的影響 綜上所述 農(nóng)藥在土壤中經(jīng)生物降解和非生物降解作用的結(jié)果 化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯地改變 有些劇毒農(nóng)藥 一經(jīng)降解就失去了毒性 而另一些農(nóng)藥 雖然自身的毒性不大 但它的分解產(chǎn)物可能增加毒性 還有些農(nóng)藥 其本身和代謝產(chǎn)物都有較大的毒性 所以 在評價一種農(nóng)藥是否對環(huán)境有污染作用時 不僅要看藥劑本身的毒性 而且還要注意降解產(chǎn)物是否有潛在危害性 四 土壤污染的防治 土壤污染的預(yù)防措施控制和消除土壤污染源 是防止污染的根本措施 土壤對污染物所具有的凈化能力相當(dāng)于一定的處理能力 控制土壤污染源 即控制進(jìn)入土壤中的污染物的數(shù)量和速度 通過其自然凈化作用而不致引起土壤污染 一 控制和消除工業(yè) 三廢 排放大力推廣