第五章農(nóng)田土壤生態(tài)與保護(hù)

1、農(nóng)田土壤生態(tài)與保護(hù)農(nóng)田土壤生態(tài)與保護(hù)土壤培肥我國(guó)現(xiàn)有壓耕地我國(guó)現(xiàn)有壓耕地1.3億公頃左右，其中高、中、億公頃左右，其中高、中、低產(chǎn)田各占三分之一。低產(chǎn)田各占三分之一。第二次全國(guó)土壤普查表明第二次全國(guó)土壤普查表明無障礙因素的優(yōu)質(zhì)地：無障礙因素的優(yōu)質(zhì)地：21有機(jī)質(zhì)小于有機(jī)質(zhì)小于6：10；缺磷：缺磷：59；缺鉀：缺鉀：23；水土流失：水土流失：3；沙化：沙化：7低洼易澇：低洼易澇：6；含鹽大于含鹽大于3ppm：5；土壤培肥的基本措施1、增施有機(jī)肥料、增施有機(jī)肥料2、發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，建設(shè)灌溉農(nóng)業(yè)、發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，建設(shè)灌溉農(nóng)業(yè)3、合理輪作倒茬，用地養(yǎng)地結(jié)合、合理輪作倒茬，用地養(yǎng)地結(jié)合4、合理耕作改土，加速土

2、壤熟化、合理耕作改土，加速土壤熟化5、防止土壤侵蝕，保護(hù)土壤資源、防止土壤侵蝕，保護(hù)土壤資源 ( (一一) )生物一土壤系統(tǒng)法生物一土壤系統(tǒng)法土壤污染與治理土壤凈化：土壤凈化：當(dāng)從外界環(huán)境進(jìn)入土壤中的各種污染物質(zhì)，當(dāng)從外界環(huán)境進(jìn)入土壤中的各種污染物質(zhì)，被土壤膠體所吸附，使其毒性降低，或土壤微生物和被土壤膠體所吸附，使其毒性降低，或土壤微生物和小動(dòng)物對(duì)污染物質(zhì)的分解，使有毒變?yōu)闊o毒的過程。小動(dòng)物對(duì)污染物質(zhì)的分解，使有毒變?yōu)闊o毒的過程。土壤污染：土壤污染：當(dāng)土壤中某些有害物質(zhì)含量過高，超過了土當(dāng)土壤中某些有害物質(zhì)含量過高，超過了土壤凈化的能力，土壤微生物的生命活動(dòng)受到抑制和破壤凈化的能力，土壤微生

3、物的生命活動(dòng)受到抑制和破壞訂就會(huì)導(dǎo)致土壤污染。壞訂就會(huì)導(dǎo)致土壤污染。我國(guó)土壤污染的種類：我國(guó)土壤污染的種類：重金屬污染和有機(jī)污染重金屬污染和有機(jī)污染土壤背景值土壤污染定量指標(biāo)：土壤污染定量指標(biāo)：1、土壤中污染物的積累量超過土壤背景值即屬于土壤污染。、土壤中污染物的積累量超過土壤背景值即屬于土壤污染。此時(shí)的土壤背景值指未受人類污染影響的自然環(huán)境中化學(xué)此時(shí)的土壤背景值指未受人類污染影響的自然環(huán)境中化學(xué)元素和化合物的含量。元素和化合物的含量。2、土壤中污染物的積累量超過區(qū)域土壤背景值即屬于土壤污、土壤中污染物的積累量超過區(qū)域土壤背景值即屬于土壤污染，區(qū)域土壤背景值指在一定區(qū)域內(nèi)，地理環(huán)境發(fā)展到一染，

4、區(qū)域土壤背景值指在一定區(qū)域內(nèi)，地理環(huán)境發(fā)展到一定的歷史進(jìn)程、科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定的水平下，土壤與各定的歷史進(jìn)程、科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定的水平下，土壤與各環(huán)境要素間、土壤與人體之間化學(xué)物質(zhì)處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的環(huán)境要素間、土壤與人體之間化學(xué)物質(zhì)處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的含量。含量。土壤污染源1、污水灌溉、污水灌溉2、施肥：污泥作為肥料、施肥：污泥作為肥料3、施用農(nóng)藥、施用農(nóng)藥4、工業(yè)廢氣、工業(yè)廢氣5、工業(yè)廢渣、工業(yè)廢渣土壤污染物有土壤污染物有：無機(jī)物：重金屬，酸，堿，鹽等；無機(jī)物：重金屬，酸，堿，鹽等；有機(jī)農(nóng)藥：殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等；有機(jī)農(nóng)藥：殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等；有機(jī)廢棄物：油、酚等有機(jī)物有機(jī)廢棄物：油、酚

5、等有機(jī)物化學(xué)肥料：化學(xué)肥料：N、P；污泥、礦渣、粉煤灰等；污泥、礦渣、粉煤灰等；放射性物質(zhì)及寄生蟲、病原菌和病毒等。放射性物質(zhì)及寄生蟲、病原菌和病毒等。土壤污染的防治1、加強(qiáng)對(duì)土壤污染的調(diào)查和監(jiān)測(cè)、加強(qiáng)對(duì)土壤污染的調(diào)查和監(jiān)測(cè)2、徹底消除污染源、徹底消除污染源3、增施有機(jī)肥料及其他肥料、增施有機(jī)肥料及其他肥料4、鏟除表土，挖去污染層，或客土改良、鏟除表土，挖去污染層，或客土改良5、生物措施、生物措施6、采用人工防治措施、采用人工防治措施土壤重金屬污染生物修復(fù)土壤重金屬污染生物修復(fù)重金屬污染重金屬污染重金屬污染來源重金屬污染來源受污染危害的小麥 Cu 2000 Zn 3000 Pb 1000 Cd

6、 30 Ni 100 As 100 （mg/kg） 根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)近年對(duì)我國(guó)根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)近年對(duì)我國(guó)24個(gè)省市城郊、個(gè)省市城郊、污灌區(qū)、工礦等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)的污灌區(qū)、工礦等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)的320個(gè)重點(diǎn)污個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)進(jìn)行調(diào)查表明，其中染區(qū)進(jìn)行調(diào)查表明，其中大田作物污染超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)大田作物污染超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品種植面積為品種植面積為910萬畝，占調(diào)查總面積的萬畝，占調(diào)查總面積的20%；污；污染超標(biāo)糧食產(chǎn)量為染超標(biāo)糧食產(chǎn)量為277.6萬噸，占監(jiān)測(cè)調(diào)查總產(chǎn)量萬噸，占監(jiān)測(cè)調(diào)查總產(chǎn)量的的17.5%。大田作物中，農(nóng)產(chǎn)品的主要污染物為。大田作物中，農(nóng)產(chǎn)品的主要污染物為重重金屬類金屬類。重金屬含量超

7、標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積約占。重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的80%以上，其中以上，其中以以鉛、鎘、汞、銅及其復(fù)合污染鉛、鎘、汞、銅及其復(fù)合污染最為突出（曹仁林，最為突出（曹仁林，2001）。）。重金屬污染情狀重金屬污染情狀l污染面積：污染面積：106 hal污染元素：污染元素：Cu, Zn , Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, As l污染糧食：污染糧食：1200萬噸；鎘米，汞米。萬噸；鎘米，汞米。原位鈍化原位鈍化原位固定原位固定原位失活原位失活目前采用的修復(fù)技術(shù)目前采用的修復(fù)技術(shù) 一、 工程工程措施清洗法清洗法電化學(xué)法電化學(xué)

8、法客土、換土、去表土客土、換土、去表土 客土：向污染土壤加入大量的未污染土壤，覆客土：向污染土壤加入大量的未污染土壤，覆蓋其表層或混勻。蓋其表層或混勻。 換土：把污染土壤取走，換入新的潔凈土壤。換土：把污染土壤取走，換入新的潔凈土壤。 去表土：表層土壤移走，并采取相應(yīng)措施培肥、去表土：表層土壤移走，并采取相應(yīng)措施培肥、提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力。提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力。 二、二、 化學(xué)改良化學(xué)改良三、農(nóng)藝措施措施四、土壤生物修復(fù)四、土壤生物修復(fù)（Soil Bioremediation)利用土壤中原有的或引入的功能生物體，包括植物、動(dòng)物和微生物，單獨(dú)地或聯(lián)合地吸收、降解或轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使污

9、染物的濃度降低到可接受的水平或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成無害物質(zhì)的過程或技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)形成背景植物修復(fù)技術(shù)形成背景金屬污染土壤的植物修復(fù)金屬污染土壤的植物修復(fù)（Phytoremediation）是一種利用自然生長(zhǎng)植物）是一種利用自然生長(zhǎng)植物或者遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染土壤環(huán)境或者遺傳工程培育植物修復(fù)金屬污染土壤環(huán)境的技術(shù)總稱。它通過植物系統(tǒng)及其根微生物群的技術(shù)總稱。它通過植物系統(tǒng)及其根微生物群落來移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境污染物，是一落來移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境污染物，是一種修復(fù)金屬污染土地的經(jīng)濟(jì)、有效的方法。種修復(fù)金屬污染土地的經(jīng)濟(jì)、有效的方法。植物修復(fù)植物修復(fù)(Phytoremediation)

10、自然植物自然植物遺傳工程培育植物遺傳工程培育植物植物系統(tǒng)植物系統(tǒng)根際微生物根際微生物去去 除除降降 解解穩(wěn)穩(wěn) 定定重金屬、放射性核素、有機(jī)化合物重金屬、放射性核素、有機(jī)化合物根際強(qiáng)化生物降解根際強(qiáng)化生物降解Enhanced Rhizosphere Degradation根際微生物降解根際微生物降解(石石油烴油烴)植物吸取植物吸取Phytoextraction轉(zhuǎn)移到植物地上部轉(zhuǎn)移到植物地上部植植物物修修復(fù)復(fù)植物過濾植物過濾Phytofiltration根系濃縮根系濃縮 (137Cs)植物揮發(fā)植物揮發(fā)Phytovolatilization植物吸取植物吸取,積累積累,揮發(fā)揮發(fā) (Se, Hg)植物降

11、解植物降解Phytodegradation植物體內(nèi)部代謝植物體內(nèi)部代謝（氯代化合物）（氯代化合物）植物穩(wěn)定植物穩(wěn)定Phytostabilization根系固定根系固定 (Pb)植物提取植物提取植物揮發(fā)植物揮發(fā)植物穩(wěn)定植物穩(wěn)定植物降解植物降解植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)生物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)生物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn) 缺缺點(diǎn)點(diǎn) 1. 可可在在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)進(jìn)進(jìn)行行 2. 使使點(diǎn)點(diǎn)位位的的破破壞壞達(dá)達(dá)到到最最小小 3. 減減少少運(yùn)運(yùn)輸輸費(fèi)費(fèi)用用，消消除除運(yùn)運(yùn)輸輸隱隱患患 4. 永永久久性性的的消消除除污污染染物物 5. 費(fèi)費(fèi)用用低低 6. 可可與與其其它它技技術(shù)術(shù)結(jié)結(jié)合合使使用用 1. 不不是是所所有

12、有污污染染物物都都可可以以使使用用，對(duì)對(duì)有有些些污污染染物物不不能能較較好好地地應(yīng)應(yīng)用用 2. 有有些些降降解解產(chǎn)產(chǎn)物物的的毒毒性性和和遷遷移移性性增增強(qiáng)強(qiáng) 3. 土土壤壤類類型型間間差差異異性性強(qiáng)強(qiáng) 4. 工工程程前前期期投投入入高高 5. 需需增增加加微微生生物物監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)項(xiàng)項(xiàng)目目 超積累植物（Hyperaccumulator） 目前已發(fā)現(xiàn)的超積累植物幾種典型超積累植物 Zn超積累植物：超積累植物：Thlaspi calaminare Cd超積累植物：超積累植物：Brassica juncea Ni超積累植物：超積累植物：Thlaspi goesingense As超積累植物：超積累植物：P

13、teris vittataThlaspi calaminareZn超積累植物遏藍(lán)菜超積累植物遏藍(lán)菜Pteris vittata As超積累植物蜈蚣草超積累植物蜈蚣草有機(jī)污染土壤的生物修復(fù)有機(jī)污染土壤的生物修復(fù) 在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展地區(qū)，耕地污染事件越來越多。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展地區(qū)，耕地污染事件越來越多。其主要是重金屬污染，但持久性有機(jī)污染物其主要是重金屬污染，但持久性有機(jī)污染物(POPs)污染問題也很突出污染問題也很突出(滴滴涕（滴滴涕（DDTs）、六六六）、六六六（HCH）、）、PAHs等等) 分析表明，我國(guó)沈撫污灌區(qū)部分蔬菜基地發(fā)現(xiàn)分析表明，我國(guó)沈撫污灌區(qū)部分蔬菜基地發(fā)現(xiàn)“三三致致”污染物苯

14、并污染物苯并a芘的含量高出土壤本底值芘的含量高出土壤本底值3-25倍。倍。土壤中有機(jī)污染物土壤中有機(jī)污染物 農(nóng)藥農(nóng)藥 石油石油 氯代化合物氯代化合物 多環(huán)芳烴（多環(huán)芳烴（PAHs） 等等等等現(xiàn)在人們比較關(guān)心持久性有機(jī)污染物現(xiàn)在人們比較關(guān)心持久性有機(jī)污染物持久性有機(jī)污染物持久性有機(jī)污染物（POPs：Persistence Organic Pollutants）應(yīng)享有以下共性：應(yīng)享有以下共性：（1）有機(jī)（包括金屬有機(jī)）物質(zhì)）有機(jī)（包括金屬有機(jī)）物質(zhì);（2）在環(huán)境里緩慢降解；）在環(huán)境里緩慢降解；（3）生物積聚）生物積聚;（4）具有毒性；）具有毒性；持久性有毒物的范疇?wèi)?yīng)包括所有具有這種特性的物質(zhì)。持久

15、性有毒物的范疇?wèi)?yīng)包括所有具有這種特性的物質(zhì)。應(yīng)注意其的內(nèi)分泌干擾性。應(yīng)注意其的內(nèi)分泌干擾性。 由聯(lián)合國(guó)環(huán)境署召集的政府間談判以達(dá)成一項(xiàng)國(guó)際由聯(lián)合國(guó)環(huán)境署召集的政府間談判以達(dá)成一項(xiàng)國(guó)際文書所針對(duì)的十二種持久性有機(jī)污染物只是持久性文書所針對(duì)的十二種持久性有機(jī)污染物只是持久性有毒物的一部分。這些物質(zhì)（常稱為有毒物的一部分。這些物質(zhì)（常稱為“骯臟十二骯臟十二種種”，見表）是目前被認(rèn)為最具當(dāng)務(wù)之急的持久性，見表）是目前被認(rèn)為最具當(dāng)務(wù)之急的持久性有機(jī)污染物。有機(jī)污染物。 持久性有機(jī)污染物的種類持久性有機(jī)污染物的種類國(guó)際談判中的持久性有機(jī)污染物國(guó)際談判中的持久性有機(jī)污染物農(nóng)藥農(nóng)藥 工業(yè)化學(xué)品工業(yè)化學(xué)品 無意

16、產(chǎn)生的付產(chǎn)品無意產(chǎn)生的付產(chǎn)品 艾氏劑艾氏劑 六氯代苯六氯代苯 二惡英二惡英 氯丹氯丹 多氯聯(lián)苯多氯聯(lián)苯 呋喃呋喃 滴滴涕滴滴涕 狄氏劑狄氏劑 異狄氏劑異狄氏劑 七氯七氯 六氯代苯六氯代苯 滅蟻靈滅蟻靈 毒殺芬毒殺芬 注：六氯代苯既是農(nóng)藥也是工業(yè)化學(xué)品，并也是某注：六氯代苯既是農(nóng)藥也是工業(yè)化學(xué)品，并也是某些工業(yè)過程中無意產(chǎn)生出來的付產(chǎn)品。些工業(yè)過程中無意產(chǎn)生出來的付產(chǎn)品。奧斯陸巴黎（奧斯陸巴黎（OSPAR）公約：優(yōu)先控制的持久性毒物）公約：優(yōu)先控制的持久性毒物名單，這個(gè)名單上的有些物質(zhì)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境署提出的持名單，這個(gè)名單上的有些物質(zhì)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境署提出的持久有機(jī)污染物的相同但還包括一些其它的化學(xué)物

17、久有機(jī)污染物的相同但還包括一些其它的化學(xué)物多氯二苯多氯二苯p p二惡英（二惡英（PCDDPCDDs s） 有機(jī)錫化合物有機(jī)錫化合物 多氯二苯并呋喃（多氯二苯并呋喃（PCDFPCDFs s） 壬酚其羥乙化物（壬酚其羥乙化物（NPNPNPENPEs s）及有關(guān)物質(zhì)）及有關(guān)物質(zhì) 多氯聯(lián)苯（多氯聯(lián)苯（PCBPCBs s） 二甲苯麝香二甲苯麝香 多環(huán)芳香烴化合物（多環(huán)芳香烴化合物（PAHPAHs s） 溴化阻燃物溴化阻燃物 五氯酚（五氯酚（PCPPCP） 某些酞酸酯酞酸二丁酯和二乙基已基酞酸酯某些酞酸酯酞酸二丁酯和二乙基已基酞酸酯 短鏈氯化短鏈氯化石蠟（石蠟（SCCPSCCP） 六六六及其異構(gòu)體（六六六

18、及其異構(gòu)體（HCHHCH） 汞及有機(jī)汞化合物汞及有機(jī)汞化合物 鎘鎘 鉛及有機(jī)鉛化合物鉛及有機(jī)鉛化合物 污染土壤的生物修復(fù)方法污染土壤的生物修復(fù)方法 根據(jù)人工作用的方式和程度，對(duì)生物修復(fù)可作如下分類：根據(jù)人工作用的方式和程度，對(duì)生物修復(fù)可作如下分類：自然生物修復(fù)（自然生物修復(fù)（natural bioremediation） 主要是依靠土著微生主要是依靠土著微生物的自然降解修復(fù)過程。物的自然降解修復(fù)過程。原位生物修復(fù)（原位生物修復(fù)（in situ bioremediation） 是在污染的原地點(diǎn)進(jìn)是在污染的原地點(diǎn)進(jìn)行，采用一定的工程措施，如利用生物通氣、生物淋洗等方行，采用一定的工程措施，如利用生物通氣、生物淋洗等方式進(jìn)行。式進(jìn)行。易位生物修復(fù)（易位生物修復(fù)（ex situ bioremediation） 是采用工程措施移動(dòng)是采用工程措施移動(dòng)污染土壤到鄰近地點(diǎn)或反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的修復(fù)。很顯然這種處污染土壤到鄰近地點(diǎn)或反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的修復(fù)。很顯然這種處理更好控制，結(jié)果容易預(yù)料，技術(shù)難度較低，但投資成本較理更好控制，結(jié)果容易預(yù)料，技術(shù)難度較低，但投資成本較大。大。有機(jī)污染物生物修復(fù)技術(shù)有機(jī)污染物生物修復(fù)技術(shù) 微生物修復(fù)技術(shù)