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第二讲土壤污染与环境健康-重金属浙江大学环资学院资源科学系从“土壤”说起话说土壤土壤定义•土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的，能够生长绿色植物的疏松物质层。土壤的重要性是农业最基本的生产资料•在人类赖以生存的物质生活中，人类消耗的约80%以上的热量，75%以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤。土壤植物性生产动物性生产民以食为天，食以土为本!土壤的重要性是最珍贵的自然资源•土壤资源的再生性与质量的可变性治之得宜，地力常新•土壤资源数量的有限性土壤资源的破坏=吃祖宗的饭，断子孙的路•土壤资源空间分布上的固定性土壤具有地带性分布规律主讲内容•土壤污染的概念、现状、特点和危害•土壤污染物的来源、类型•土壤典型重金属污染•污染土壤的植物修复第一节土壤污染的概念、现状、特点及危害土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。土壤的组成土壤环境大气环境水体环境地质环境生物环境土壤环境1－物质循环与能量交换；2－最活跃最富生命力的圈层；3－对环境的交互作用(净化-污染)；4－记忆块与基因库；5－时空变化。一、土壤退化(SoilDegradation)土壤污染土壤退化•土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然，特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力，即土壤质量及其可持续性下降(包括暂时性的和永久性的)甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程，包括过去的、现在的和将来的退化过程，是土地退化的核心部分。•土壤质量(Soilquality)是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况，特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力(肥力质量，健康质量和环境质量)。基本概念土壤退化主要类型1234567土壤荒漠化红壤水土流失四川盆地山地侵蚀十年九荒的盐碱窝土壤次生盐渍化Soilsecondarysalinization我国土壤退化面积广，强度大，类型多全国总水土流失面积：1.5亿公顷，几乎1/6国土；荒漠化面积：262万平方公里，占国土27.3%草地退化面积：8700万公顷，占全部草地30%；全国受污染农田2000万公顷。西部荒漠化东部肥力退化西南石质化华北、东北盐碱化黄土高原水土流失长江—第二黄河十八亿亩耕地“红线”土地人口粮食世界粮农组织认为，一个国家人均粮食年占有量达400kg为安全，低于400kg可能会危及粮食安全。根据估计，我国人均拥有粮食400kg为安全，人均拥有粮食370kg为基本安全。1995年以来，连续4年粮食产量在5亿t左右，人均占有量达400kg。按照现有人口估计，我国粮食的消费量为4.8-4.9亿t。从1999年以来，我国连续4年粮食减产，平均粮食产量为4550亿kg，每年粮食缺口在200-350亿kg之间。粗略按我国年粮食消费量为5亿t估计，如果粮食缺口10%，就是5000万t。而全世界可以提供的商品粮仅2亿t。显然，这些粮食并不可能都卖给我们。那么，谁来养活13亿人口的中国？中国粮食安全的现状世界粮食短缺分布二、土壤污染土壤污染(Soilpollutionorsoilcontamination)人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化，并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象，称为土壤污染。农药/重金属/硝酸盐作物作物根际根际土壤土壤食物链食物链农药/重金属/硝酸盐作物作物根际根际土壤土壤作物作物根际根际土壤土壤食物链食物链土壤污染(Soilpollutionorsoilcontamination)当进入土壤的污染物质量和速度超过土壤能承受的容量和净化速度时，就破坏了土壤环境的自然动态平衡，使污染物的积累逐渐占据优势，引起土壤的组成、结构、性状改变，功能失调，质量下降，导致土壤环境污染。土壤污染的特点•隐蔽性和滞后性：从开始受污染到导致后果，是长时间间接、逐步、积累的隐蔽过程；它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。•不可逆性和长期性：重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。因此，治理污染土壤通常成本较高，治理周期较长。•累积性和地域性：染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在土壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。•重金属污染的耕地面积近2000万公顷，约占耕地总面积的1/5。•受矿区污染土地达200万公顷•石油污染土地约500万公顷•固体废弃物堆放污染约5万公顷•“工业三废”污染耕地近1000万公顷•污水灌溉的农田面积达330多万公顷。我国土壤污染现状-问题日趋严重•我国农药、化肥和重金属污染农产品的问题是限制我国农产品出口的主要瓶颈(贸易壁垒)。•减少与消除高毒农药的危害，已成为我国农业环境亟待解决的重要问题。•污灌、污泥等造成的土壤污染，还将长时期影响农作物的生长和农产品的品质。国家需求土壤污染与修复研究是中国进入WTO、保证农产品安全、推动农村生态环境保护和全面建设小康社会的国家战略需求。土壤污染的危害•严重的经济损失：农产品重金属污染，2000年达320亿元；水污染占GDP的0.5-1.3%•农产品污染超标、品质不断下降：镉米•大气环境的次生污染：汞•水体富营养化并成为水体污染的祸患：我国年产化肥超过300万吨，使用量是世界平均水平的2.5倍•成为农业生态安全的克星：农药施用量大，利用率低污染物生物净化区域人类农药重金属硝酸盐土壤-作物系统的功能土壤污染对人体健康的影响1、有机物对人体影响较大的主要有化学农药以及酚、苯并芘与油类等，通过食物链进人人体，危害人体健康，且具有“三致”作用和不可逆性。2000年全国发生150余起重大食物中毒事件，中毒6237人，死亡135人，在中毒死亡者中有很大一部分是由于使用了国家明令禁止生产和使用的甲胺磷、双氟磷、氟乙酰胺、毒鼠强、盐酸克伦特罗等农药和兽药引起。土壤污染对人体健康的影响2、硝酸盐和亚硝酸盐硝酸盐含量过高会在人体内还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体次级胺结合形成亚硝胺具有致癌作用。硝酸盐是食品中一种潜在的毒物，为了控制这种污染，FAO/WHO/UN的食品添加剂专家委员会设置的ADI值为3.7mg/d/kgW，亚硝酸盐的ADI值为0.06mg/d/kgW3、重金属重金属能引起急或慢性中毒，抑制酶的活性，破坏正常的生物化学反应，如Cu和V具有抗生殖作用，Pb和Hg能影响胚胎正常发育，Pb对儿童有很强的神经毒性等4、生物污染被病原体污染的土壤能传播伤寒、副伤寒、痢疾、SARS、病毒性肝炎、Ebola病毒等传染病，而这些传染病的病原体随病人和带菌者的粪便及其衣物、器皿的洗涤水污染土壤，再通过雨水的冲刷和渗透，病原体又被带进地面水或地下水中，进而引起这些疾病的暴发流行。5、放射性核素核素进入土壤后，能在土壤中累积，进而对人体形成潜在威胁。由核裂变产生的放射性核素如Sr（锶）和Cs（铯）尤为重要土壤对Cs的吸附性较强，也能在植物体内积累，导致高浓度的放射性Cs进入人体，对人体造成损伤。土壤污染对人体健康的影响农贸市场农产品污染超标事例年份地区农产品监测项目超标(%)200014省会蔬菜/水果农药31.2(春节)重金属23.5亚硝酸盐12.2200011省会蔬菜/水果17种农药25.82000四大城市蔬菜/水果农药44.8199924省市粮食等铅/镉/汞/砷/铜等18.51998西安/南京蔬菜重金属（铅/汞）48.1/75.41998沈阳蔬菜重金属（镉等）82.21995安徽蔬菜重金属(镉等)17.9农药26.8~46.5污染危害事例年份事例地区2000污灌区人群胃癌死亡率高6倍沈阳胃病发病率高10倍、肝肿大高5倍1992-1996农药急性中毒24.7万例，死亡2.46万人全国1999重金属等污染农产品总量649万吨24个省市损失128亿/年1995-1996农药危害2000余起,损失近5亿16省1995-1996农药药害损失近5亿其它地区1995绿磺隆污染水稻267hm2绝收沈阳第二节土壤污染物类型及来源按污染物的特性分•化学污染物：重金属、硫化物、氟化物、农药等•生物类污染物：病原微生物、寄生虫•放射性污染物：主要是90锶、137铯等按污染物的性质分•无机污染物：重金属(汞、镐、铅、铬、铜、锌、镍，以及类金属砷、硒等)、放射性元素(90锶、137铯等)、氟、酸、碱、盐等。其中尤以重金属和放射性物质的污染危害最为严重，因为这些污染物都是具有潜在威胁的，而且一旦污染了土壤，就难以彻底消除，并较易被植物吸收，通过食物链而进人人体，危及人类的健康。•有机污染物：人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、多环芳烃、洗涤剂，以及有害微生物、高浓度耗氧有机物等。其中尤以有机氯农药、有机汞制剂、多环芳烃等性质稳定不易分解的有机物，在土壤环境中易累积，造成污染危害。土壤环境中的主要污染物土壤环境中的主要污染物土壤污染物的来源•天然污染源：矿物风化后自然扩散，火山爆发后降落的火山灰等•人为污染源：不合理地使用农药、化肥，污水灌溉，使用不符合标准的污泥，城市垃圾及工业废渣等，固体废物随意堆放或填埋，以及大气沉降物等。•分类：农业生产活动、废弃物的处理场所、二次污染（如大气沉降等）；工业、农业和生物2、土壤污染源（人为）（1）污水灌溉对土壤的污染生活污水和工业废水中，含有氮、磷、钾等许多植物所需要的养分，所以合理地使用污水灌溉农田，一般有增产效果。但污水中还含有重金属、酚、氰化物等许多有毒有害的物质，如果污水没有经过必要的处理而直接用于农田灌溉，会将污水中有毒有害的物质带至农田，污染土壤。例如冶炼、电镀、燃料、汞化物等工业废水能引起镉、汞、铬、铜等重金属污染；石油化工、肥料、农药等工业废水会引起酚、三氯乙醛、农药等有机物的污染。2、土壤污染源（2）大气污染对土壤的污染大气中的有害气体主要是工业中排出的有毒废气，它的污染面大，会对土壤造成严重污染。工业废气的污染大致分为两类：气体污染，如二氧化硫、氟化物、臭氧、氮氧化物、碳氢化合物等；气溶胶污染，如粉尘、烟尘等固体粒子及烟雾，雾气等液体粒子，它们通过沉降或降水进入土壤，造成污染。例如，有色金属冶炼厂排出的废气中含有铬、铅、铜、镉等重金属，对附近的土壤造成污染；生产磷肥、氟化物的工厂会对附近的土壤造成粉尘污染和氟污染。（3）化肥对土壤的污染施用化肥是农业增产的重要措施，但不合理的使用，也会引起土壤污染。长期大量使用氮肥，会破坏土壤结构，造成土壤板结，生物学性质恶化，影响农作物的产量和质量。过量地使用硝态氮肥，会使饲料作物含有过多的硝酸盐，妨碍牲畜体内氧的输送，使其患病，严重的导致死亡。2、土壤污染源（4）农药对土壤的影响农药能防治病、虫、草害，如果使用得当，可保证作物的增产，但它是一类危害性很大的土壤污染物，施用不当，会引起土壤污染。喷施于作物体上的农药（粉剂、水剂、乳液等），除部分被植物吸收或逸入大气外，约有一半左右散落于农田，这一部分农药与直接施用于田间的农药（如拌种消毒剂、地下害虫熏蒸剂和杀虫剂等）构成农田土壤中农药的基本来源。农作物从土壤中吸收农药，在根、茎、叶、果实和种子中积累，通过食物、饲料危害人体和牲畜的健康。此外，农药在杀虫、防病的同时，也使有益于农业的微生物、昆虫、鸟类遭到伤害，破坏了生态系统，使农作物遭受间接损失。2、土壤污染源（5）固体废物对土壤的污染工业废物和城市垃圾是土壤的固体污染物。例如，各种农用塑料薄膜作为大棚、地膜覆盖物被广泛使用，如果管理、回收不善，大量残膜碎片散落田间，会造成农田“白色污染”。这样的固体污染物既不易蒸发、挥发，也不易被土壤微生物分解，是一种长期滞留土壤的污染物。2、土壤污染源第三节土壤典型重金属污染物与人体健康一、我国土壤重金属污染现状随着工业化、城市化、集约化农业的快速发展，土壤重金属污染日益严重。2000万公顷污水灌溉大气污染颗粒沉降三废”排放城市污泥和垃圾、有机