第六章土壤環(huán)境污染與環(huán)境災(zāi)害

第六章土壤環(huán)境污染與環(huán)境災(zāi)害第一節(jié)土壤環(huán)境污染1.1基本概念1.2土壤污染物的來源和類型1.3土壤污染物的轉(zhuǎn)換和累積1.4土壤污染物的特點1.5土壤污染的危害1.1基本概念1土壤質(zhì)量土壤質(zhì)量是指：土壤生態(tài)系統(tǒng)所具有的維持生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、人與動植物健康而自身不發(fā)生退化的能力，是土壤特定或整體功能的綜合體現(xiàn)。包括：土壤肥力質(zhì)量土壤環(huán)境質(zhì)量：在一定時間和空間范圍內(nèi)，土壤自身性狀對其持續(xù)利用以及對其環(huán)境要素，特別是對人類或其他生物的生存，繁衍以及社會經(jīng)濟發(fā)展的適宜性，是土壤環(huán)境優(yōu)劣的一種概念。影響土壤環(huán)境質(zhì)量變化的因素（1）環(huán)境條件和地球化學元素（2）人為活動引發(fā)的土壤環(huán)境條件的變異土壤的物質(zhì)組成固相礦物質(zhì)有機質(zhì)液相氣相土壤液體土壤氣體土壤三相組成：固相、液相和氣相2土壤環(huán)境污染的定義土壤污染是指人類活動所產(chǎn)生的污染物，通過多種途徑進入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和土壤的凈化速度，從而引起土壤正常功能遭到破壞或土壤肥力下降，其上所生產(chǎn)的植物有機體遭到污染，影響到食品安全的現(xiàn)象。土壤污染土壤污染的診斷指標土壤背景值（本底值）：未受人類污染影響的土壤自身的化學元素和化合物的含量。生物指標

土壤中某種有害元素或污染物含量較高時，被植物吸收的量相應(yīng)增加，可引起植物的一系列反應(yīng)，人們食用了受污染的植物后對人體健康的危害程度等均可作為度量污染的生物指標。如生物相對數(shù)量、生物量或質(zhì)量，發(fā)育過程的延遲等。植物中污染物的含量1.2土壤污染物的來源污水灌溉

指利用城市污水、工業(yè)廢水或混合污水進行農(nóng)田灌溉。由于在一個相當長的時期內(nèi)，我國污水處理率和排放達標率都較低，用污水灌溉后，灌區(qū)土壤有毒有害物質(zhì)明顯累積。固體廢棄物污染

固體廢棄物包括工業(yè)廢渣、污泥、城市垃圾等多種來源。由于污泥中含有一定的養(yǎng)分，因而可用作肥料使用。工業(yè)廢水處理廠的污泥，成分復(fù)雜，重金屬含量較高，農(nóng)田中使用，會造成土壤污染。城市垃圾含有煤灰、磚瓦碎塊、玻璃、塑料等，可破壞土壤的團粒結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)。1.2土壤污染物的來源農(nóng)藥和化肥的使用施在農(nóng)作物上的農(nóng)藥一半流入土壤中，對土壤造成污染

化肥污染，一是來自不合理施用和過量施用，促使土壤養(yǎng)分平衡失調(diào)。土壤中的氮磷進入水體使水源污染。大氣沉降物氣源重金屬微粒是土壤重金屬污染的途徑之一，它的構(gòu)成主要是金屬票曾。在重金屬加工過程中，在交通繁忙的地區(qū)，往往伴隨有金屬塵埃進入大氣。在這些飄塵自身降落或隨著雨水接觸植物體或進入土壤后唄植物和動物吸收，在大氣污染嚴重的地區(qū)，作物也有污染，酸沉降本身就是一種土壤污染源，又可加重其他有毒害物質(zhì)的危害。1.3土壤污染物類型有機物污染有機物污染包括天然有機物污染和人工合成有機物污染，對人體有威脅、容易造成環(huán)境災(zāi)害的主要是人工合成有機污染物。有機物進入土壤后，可危及作物的生長和土壤生物的生存。進入土壤中的農(nóng)藥主要來自直接使用和葉面噴施，也有一部分來自回歸土壤的動植物殘體無機物污染無機污染物有的是來自地殼變遷、火山噴發(fā)、巖石風化等天然過程進入土壤，有的是隨著人類的生產(chǎn)和消費活動進入土壤的。采礦、冶煉等生產(chǎn)部門，每天都排放大量的無機污染物，如有害的氧化物、酸、堿、鹽類等，生活垃圾中的煤渣也是土壤無機污染物的重要組成部分。1.3土壤污染物類型土壤生物污染造成土壤生物污染的主要物質(zhì)主要來源是經(jīng)未處理的糞便、垃圾、城市生物污水等。其中危害最大的是傳染病醫(yī)院未經(jīng)消毒處理的污水和污物。土壤放射性污染放射性物質(zhì)是指各種放射性核素。每一種放射性核素都有一定的半衰期，能放射具有一定能量的射線。除了在核反應(yīng)條件下，任何化學、物理或生物處理都不能改變放射性核素的這一特性。土壤放射性污染是指人類生產(chǎn)生活排放的放射性核素，通過多種途徑污染土壤，使土壤的反射性水平高于土壤本底值。1.4土壤污染物的轉(zhuǎn)化和累積一重金屬（1）重金屬元素在土壤中的污染特征重金屬元素在土壤中一般不易隨水移動，不能被微生物分解，而在土壤中積累。重金屬元素對土壤環(huán)境污染的危害作用還與他們存在形態(tài)有關(guān)。在土壤中的重金屬元素可分為五種形態(tài)：水溶的；弱代換劑可代換的；強代換劑提取的；次生礦物中的；原生礦物中的。其中前三種形態(tài)的重金屬部分在土壤中可能被植物吸收，因此，它們的含量越高越易對植物形成污染。重金屬對土壤的污染（2）土壤性質(zhì)與重金屬轉(zhuǎn)化累積的關(guān)系土壤氧化還原條件

土壤是一個氧化還原體系，是一個由眾多無機和有機單項氧化還原體系組成的復(fù)雜體系。在無機體系中，重要的有氧體系、鐵體系等，由起主導作用的決定電位體系控制。其中O2-H2O體系和硫體系在土壤氧化還原反應(yīng)中作用明顯，對重金屬元素價態(tài)變化起重要作用。土壤酸堿度

土壤的pH對重金屬的溶解度有密切關(guān)系。在堿性條件下，進入土壤的重金屬多以難溶性的氫氧化物形態(tài)存在，也可能以碳酸鹽和磷酸的形態(tài)存在，它們的溶解度都比較小，因此，土壤溶液中重金屬離子濃度也比較低土壤膠體的吸附作用土壤中含有豐富的無機和有機膠體，對進入土壤中的重金屬元素具有明顯的固定作用。一般講，土壤的重金屬元素有兩種存在形式。

一種是重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態(tài)，主要發(fā)生在濕潤氣候地區(qū)和富有含有機質(zhì)的酸性條件下。

另一種是土壤中存在的有機和無機膠體對金屬離子的吸附固定。在膠體對金屬離子吸附時，金屬離子通過同晶替代作用吸附在晶格中作為吸著離子。這種金屬離子保持在膠體礦物晶格中，很難釋放。這是許多金屬離子和分子從不飽和溶液轉(zhuǎn)入固相的主要途徑，是重金屬在土壤中積累而被污染的重要原因。土壤膠體能吸附重金屬的數(shù)量，主要取決玉土壤膠體的代換能力和重金屬離子在土壤溶液中的濃度與酸堿度。土壤中中金屬的絡(luò)合、螯合作用

重金屬元素在土壤中除了吸附作用外，還存在著絡(luò)合、螯合作用。一般認為，當金屬離子濃度高時，以吸附交換作用為主，而土壤溶液中重金屬離子濃度低時，則以絡(luò)合、螯合作用為主。二農(nóng)藥日益增加的化學農(nóng)藥進入環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)后，產(chǎn)生了不少不良后果。主要是：有機氯農(nóng)藥不僅對害蟲有殺傷作用，同時也對益蟲及益鳥有殺傷作用，破壞了自然界的生態(tài)平衡。長期使用同一類型農(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)，也增加了防治費用和成本。長期大量使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累，尤其在土壤環(huán)境中，產(chǎn)生了農(nóng)藥污染環(huán)境，危害生物和人類。土壤中的農(nóng)藥發(fā)生下列三方面的作用：土壤的吸附作用使農(nóng)藥殘留于土壤中農(nóng)藥在土壤中進行隨水遷移，并被植物吸收農(nóng)藥在土壤中發(fā)生化學降解作用，殘留量逐漸減少農(nóng)藥污染途徑（1）農(nóng)藥在土壤中的殘留

農(nóng)藥存留時間常用那個兩種概念來表示：半衰期和殘留量。所謂半衰期是指施入土壤中的農(nóng)藥因降解等原因使其濃度減少一半所需要的時間。殘留量是指如讓中的農(nóng)藥因降解等去除過程后殘留在土壤中的數(shù)量，單位是mg/kg。農(nóng)藥在土壤中殘留一下因素的影響：化學農(nóng)藥的性質(zhì)；土壤性質(zhì)；土壤pH對有機磷農(nóng)藥殘留的影響；土壤水分（2）農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)化吸附作用：農(nóng)藥進入土壤后，通過物理吸附和化學吸附等形式吸附在土壤顆粒表面，此時，農(nóng)藥的移動性和毒性發(fā)生變化。在某種意義上講，土壤的吸附作用就是土壤對毒性物質(zhì)的凈化和解毒作用。但這種作用是不穩(wěn)定的，也是有限的。擴散作用：易揮發(fā)的農(nóng)藥和不易揮發(fā)的農(nóng)藥都可以從土壤、水及植物表面大量揮發(fā)?；瘜W農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)速度取決于農(nóng)藥本身的溶解度、蒸氣壓和近地表空氣層中的擴散速度。農(nóng)藥的蒸發(fā)與土壤含水量有密切關(guān)系。農(nóng)藥隨水的遷移形式有兩種：對于在水中溶解度大的農(nóng)藥，可直接隨水遷移；對于難溶性農(nóng)藥，主要是附著于土壤顆粒表面進行水的機械遷移，最后進入江河水體（3）降解作用一是光化學降解。土壤表面接收太陽輻射能和紫外線光譜等能流而引起農(nóng)藥的分解作用二是化學降解。以水解和氧化最為重要，水解是最重要的反應(yīng)過程之一。三是微生物降解。土壤中的微生物，能通過各種生物化學作用參與分解土壤中的有機農(nóng)藥。三化肥（1）氮肥對土壤的影響長期使用化肥，出現(xiàn)導致土壤理化性質(zhì)惡劣的事實（2）硝酸鹽的淋失及對地下水的污染氮肥進入土壤后，在有氧條件下，很容易通過硝化作用而氧化成硝酸根。影響土壤中氮淋溶的主要因素有降雨量、土壤性質(zhì)、肥料總類和用量以及植物覆蓋度等污染物在土壤中的去向1.5土壤污染的特點隱蔽性和潛伏性水體和大氣的污染比較直觀，嚴重時通過人的感官就能發(fā)現(xiàn)，而土壤的污染則要通過農(nóng)作物或牧草以及攝食的人或動物的健康狀況才能反映出來，從遭受污染到產(chǎn)生后果有一個逐步累積的過程，具有隱蔽性和潛伏性不可逆性和長期性土壤一旦遭到污染后很難恢復(fù)，重金屬元素對土壤的污染是一個不可你過程，而許多有機化學物質(zhì)的污染也需要一個比較長的降解時間后果的嚴重性主要體現(xiàn)在兩個方面：主要體現(xiàn)在對糧食生產(chǎn)和人體健康的影響。土壤和糧食的污染與一些地區(qū)居民肝大之間有著明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系?！盎瘜W定時炸彈問題”。包括累積和爆炸兩個階段?；瘜W物質(zhì)在土壤中的儲存量超過土壤或沉積物承受能力的限度時，或者當氣候、土地利用方式發(fā)生改變時，就會突然活化，導致嚴重災(zāi)害。1.6土壤污染的危害破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)安全

目前，我國農(nóng)藥產(chǎn)量居世界前列。農(nóng)藥長期大量使用，造成農(nóng)藥對土壤環(huán)境的大面積污染，土壤害蟲抗藥性不斷增加，同時也殺死了大量害蟲天地和土壤有益動物，進而使農(nóng)業(yè)生態(tài)安全受到威脅，以至于遭到破壞1.6土壤污染的危害誘發(fā)水體污染的禍害

土壤環(huán)境受到污染后，重金屬濃度較高的污染表土還容易在水力的作用下，重金屬進入到水環(huán)境中，導致地表水和地下水的重金屬污染土壤污染誘發(fā)的水體污染1.6土壤污染的危害直接危害人、畜的生命安全被病原體污染的土壤能傳染各種疾??；進入土壤的有毒化學物質(zhì)如鎘、鉛等重金屬以及有機氯農(nóng)藥等，對人體健康的影響大多是間接的，主要通過食物鏈富集到人體和動物體中，危害人、畜健康；進入土壤中的放射性物質(zhì)可通過放射性衰變，一部分能隨植物的攝取通過食物鏈進入人體，一部分產(chǎn)生射線，這些射線能穿透人體組織，使機體的組織受傷害大米含鎘影響身體健康1.6土壤污染的危害造成嚴重的經(jīng)濟損失由農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染導致的經(jīng)濟損失在逐年增加，2000年已達到3.2×1010元；全國近年來，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)污染造成的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失在1.0×1010元以上。全國每年發(fā)生污染漁業(yè)事故造成的經(jīng)濟損失約3.0×108元以上，并呈現(xiàn)上升趨勢。1992年10月和1993年5月，在未經(jīng)有關(guān)部門同意的情況下，發(fā)生了遼寧省沈陽冶煉廠兩次非法向黑龍江省雞西市梨樹區(qū)轉(zhuǎn)移有毒化工廢渣造成重大環(huán)境污染的案件。轉(zhuǎn)移的廢渣中含有三氧化二砷（俗稱砒霜）等10多種有毒物質(zhì)332噸。這些有毒物質(zhì)使穆棱河下游約20平方千米范圍內(nèi)的土壤、植物和地下水環(huán)境造成不同程度的污染。其中以土壤和植被受到的污染和破壞最為嚴重，殘留在廢渣堆放地及周圍的砷、銅、鉛、鋼等重金屬污染平均超標為75倍，其中砷的超標指數(shù)最高，是103倍。廢渣傾倒現(xiàn)場寸草不長，26棵20厘米直徑樹木枯死，地表裸露面積達500平方米，大約7公頃地表植物受到較嚴重污染，污染深度0～140厘米。經(jīng)預(yù)測，在自然狀況下，要想將土壤恢復(fù)到原有水平，大概需要幾百年，甚至幾千年以上。土壤污染案例垃圾堆上的社區(qū)：1977年美國拉夫運河事件除了有機垃圾可以進行發(fā)酵堆肥以外，城市生活垃圾的處理方式一般為填埋和焚燒。填埋會占用大量的土地，美國在本世紀初曾自恃土地廣博而占用了大量土地來填埋垃圾。然而到了20世紀80年代中期，就到了無處可埋的地步，只好尋求垃圾出口，甚至企圖把垃圾卸到南極，由此引起了世界各國的公憤。另外，填埋過垃圾的土地是不宜利用的，因為垃圾中的各種有毒有害物質(zhì)會隨著雨水滲入地下，污染上地和水源。如果填埋不當垃圾內(nèi)部產(chǎn)生的甲烷氣還易引起爆炸。

洛伊斯·吉布斯是一名家庭主婦，有兩個孩子，5歲大的兒子麥克患有肝病、癲癇、哮喘和免疫系統(tǒng)紊亂癥。5年來，她絕大多數(shù)時間是在醫(yī)院兒科病房度過的。她不明白為什么兒子小小年紀竟會患上這么多奇怪的病癥。有一天，她偶然從報紙上得知，拉夫運河小區(qū)曾經(jīng)是一個堆滿化學廢料的大垃圾場，于是她開始懷疑兒子的病是不是由這些化學廢料導致的。當她把自己的懷疑說給鄰居們聽的時候，許多人也產(chǎn)生了同樣的懷疑。隨后吉布斯聯(lián)絡(luò)了一些姐妹開始進行調(diào)查，看是否還有類似遭遇的家庭。結(jié)果她們吃驚地發(fā)現(xiàn)了一個又一個家庭都曾出現(xiàn)流產(chǎn)、死胎和新生兒畸形、缺陷等經(jīng)歷。此外，許多成年人體內(nèi)也長出了各種腫瘤。隨即，一個令人不安的事實被曝光：從1942年到1953年，胡克化學公司在運河邊傾倒了兩萬多噸化學物質(zhì)。垃圾堆上的社區(qū)：1977年美國拉夫運河事件拉夫運河位于美國加里福尼亞州，是一個世紀前為修建水電站而挖成的一條運河，20世紀40年代就已干涸而被廢棄不用。1942年，美國一家電化學公司購買了這條大約1000米長的廢棄運河，當作垃圾倉庫來傾倒工業(yè)廢棄物。這家電化學公司在11年的時間里，向河道內(nèi)傾倒的各種廢棄物達800萬噸，傾倒的致癌廢棄物達4.3萬噸。1954年，胡克公司將垃圾埋藏封存在那里之后，以一美元的價格將土地賣給了當?shù)氐慕逃瘑T會，并附有關(guān)于有毒物質(zhì)的警告。此后，紐約市政府在這片土地上蓋起了大量的住宅和一所學校。從1977年開始，這里的居民不斷發(fā)生各種怪病，孕婦流產(chǎn)，兒童夭折，嬰兒畸形，癲癇、直腸出血等病癥也頻頻發(fā)生。1978年，這里的地面開始滲出一種黑色液體，引起了人們的恐慌。1978年4月，當時的紐約衛(wèi)生局局長羅伯特·萬雷親自前往視察，他親眼見到以前埋在地下的金屬容器已經(jīng)露出了地面，流出黏乎乎的液體，像是重油一樣，又黑又稠。經(jīng)有關(guān)部門檢驗，這種黑色污液中含有多種有毒物質(zhì)，對人體健康會產(chǎn)生極大的危害。

整個春天與夏天，市政府官員都在與當?shù)鼐用裉接戇@起影響身心健康的災(zāi)難。居民的呼聲令人揪心：“我想知道我的孩子是否能夠正常地長大成人？”“我們家的小珍妮是死胎。我請求你們查明原因，千萬不要讓悲劇再次發(fā)生。”“我們要搬出去！離開這里！”

四個月后，紐約衛(wèi)生局宣布小區(qū)處于緊急狀態(tài)。但是政府仍然拒絕對小區(qū)居民進行疏散，因為政府擔心這樣會引起恐慌，會讓紐約西部所有的人都以為自己的居住地被污染了，那樣的結(jié)果是政府承擔不起的。拉夫運河小區(qū)的居民們意識到必須團結(jié)起來，給州政府施加壓力，讓他們有所行動。義憤填膺的居民們扣留了美國環(huán)保署代表作為人質(zhì)，要求白宮答應(yīng)幫助他們解決問題，疏散居民，并宣布這里是重災(zāi)區(qū)。此事一時間鬧得沸沸揚揚，各路媒體也表現(xiàn)出了驚人的一致，紛紛發(fā)表文章譴責政府，宣稱支持居民的行動，呼吁政府就這一丑聞盡快做出解釋，并妥善解決。幾天后，居民們終于得到了回應(yīng)?？ㄌ乜偨y(tǒng)頒布了緊急令，允許聯(lián)邦政府和紐約州政府為尼亞加拉瀑布區(qū)的拉夫運河小區(qū)近700戶人家實行暫時性的搬遷。7個月后，卡特頒布了劃時代的法令，創(chuàng)立了“超級備用金”。這是有史以來聯(lián)邦資金第一次被用于清理泄漏的化學物質(zhì)和有毒垃圾場。拉夫運河事件喚醒了世界對化學廢棄物的認識，同時也曝出了一樁能讓媒體大肆炒作的政府丑聞。拉夫運河事件是典型的固體廢棄物無控填埋污染事件。固體廢棄物主要來源于人類的生產(chǎn)和消費活動，是指被丟棄的固體和泥狀物質(zhì)，包括從廢水、廢氣中分離出來的固體顆粒。固體廢棄物可對環(huán)境造成多方面的污染，其危害從拉夫運河事件可見一斑。把固體廢棄物直接傾倒入江河湖海，會造成對水體的污染；露天堆放固體廢棄物遇到刮風，其塵粒就會隨風飛揚，污染大氣；固體廢棄物在焚化時也會散發(fā)含有二英等有毒致癌物的毒氣和臭氣污染大氣環(huán)境；堆放或填埋的固體廢棄物及其滲出液會污染土壤，并通過土壤和水體在植物機體內(nèi)積存，進而進入食物鏈，影響人類健康。我國土壤污染近期，重金屬污染事件連續(xù)發(fā)生了多起——去年發(fā)生了14起，其中9起是血鉛事件；今年1—5月份又發(fā)生了7起，都是血鉛問題。重金屬污染事件嚴重威脅人民群眾的身體健康，影響社會問題。今年的環(huán)保部“十二五”規(guī)劃中，其中一個大動作就是重金屬污染場地的治理。土壤修復(fù)在國內(nèi)還是新興行業(yè)，國家標準和行業(yè)標準還沒有確立。大米重金屬污染《應(yīng)用生態(tài)學報》最近發(fā)表的研究文章顯示，福建省不同地區(qū)稻米重金屬含量，超標率最高的是鉛，達100%；其次為汞和鎘，分別為78.95%和50.0%。2008年《地理學報》發(fā)表文章顯示，湖南中下游，蔬菜砷、鎘、鎳、鉛含量的樣本超標率分別為95.8%、68.8%、10.4%和95.8%。如不遏制污染的勢頭，將會成為有“魚米之鄉(xiāng)”美稱的湖南的心腹大患。中英葡三國學者研究發(fā)現(xiàn)，中國人平均每天吃下46微克無機砷，60％來源于大米，蔬菜次之。長期積累使成年人增加10萬分之一百零六的致癌率。由于南方人吃的大米無機砷含量較多，得癌癥的風險比北方人大得多。昔日“魚米之鄉(xiāng)”——湖南、廣東都是砷污染重災(zāi)區(qū)。此外，為了增加產(chǎn)量和控制疾病，養(yǎng)殖者在飼料中添加了大量含銅、鋅的添加劑，這些金屬在肉里積累導致嚴重超標；連動物糞便作肥料都有污染風險，這也將形成一個重金屬污染的循環(huán)。湖南省國土資源規(guī)劃院基礎(chǔ)科研部主任張建新說，他們調(diào)查了7萬人25年的健康記錄后發(fā)現(xiàn)，從1965年到2005年，骨癌、骨痛病人數(shù)都呈上升趨勢。在重金屬污染的重災(zāi)區(qū)株洲，當?shù)厝罕姷难?、尿中鎘含量是正常人的2至5倍。

內(nèi)蒙古的河套地區(qū)因土地