第五章 土壤污染生态学(2h)

人类构成危害。
5.2 土壤污染发生及其动力学
5.2.1 土壤污染发生的概念
5.2 土壤污染发生及其动力学

由于土壤污染的复杂性，目前尚没有一个统一的量化标准。 土壤轻度污染：它是土壤污染的起始值，一般认为，土壤中污染 物累积总量达到土壤环境背景值的2倍或3倍标准差时，说明土壤 中该污染元素或化合物含量异常；
5.2 土壤污染发生及其动力学
(2) 迁移和扩散

污染物在土壤中的迁移和扩散速度与土壤理化性质、生物种类和 数量、土壤环境条件及污染物种类及其存在的形态有关。污染物 在均相内、相界面间以离子、分子、原子团形式迁移和扩散，而 土壤系统是由气、液、土壤固体颗粒以及植物根系等组成的动态 三相体系，因此，污染物在土壤中的迁移和扩散速度要比在均相 中进行的过程复杂的多。
5.1.1 土壤环境的基本特征
土壤作为生态系统的基本单元 具有（土壤、水和植物）系统的整体性；
土壤
土壤作为人类活动的主要资源 具有数量和质量的双重性；
土壤作为自然体和环境介质 具有多功能性及同化和代谢外界进入土壤 的物质的能力 ；
5.1.1 土壤环境的基本特征
一、（土壤、水和植物）系统的整体性
第五章 土壤污染生态学
第五章 土壤污染生态学

5.1 土壤与土壤污染
5.2 土壤污染发生及其动力学
5.3 土壤污染的生态危害
第五章 土壤污染生态学

5.1 土壤与土壤污染
• •
5.1.1土壤环境的基本特征 5.1.2 土壤环境污染的基本特点

5.2 土壤污染发生及其动力学

5.3 土壤污染的生态危害
包括农产品体内的营养元素（蛋白质、脂肪）、微量元素、维生素、 激素和污染物的含量。
保证土壤自身不致引发 二次污染；
5.1.1 土壤环境的基本特征
三、多功能性及同化和代谢外界进入土壤的物质的能力
多功能性
土 壤
自净能力
承载一定的污染负荷，具有一定的环境 容纳量，所以是保护环境的重要净化剂。
界面进行着复杂的物理的、化学
的和生物化学的多相过程。
被水饱和的 土壤
地下水 （水体）
5.2 土壤污染发生及其动力学
污染物在土壤生态系统中的生物物理化学行为可以是相继的， 也可以是同时发生的。但为方便起见，可将全过程分成阶段来研 究，下面就吸附、吸收和转化分别进行简要介绍。
5.2 土壤污染发生及其动力学
镉含量 镉含量 >100~200 镉 镉 >100~200 锌含量 锌含量
水耕法 水耕法 >5 >5 铬 铬 施用量 0.1% 施用量 0.1%
5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机

研究结果表明，陆地生态系统中得主要有机与无机污染物均可以 被植物吸收积累。

如：DDT、阿特拉津、氯苯类、多氯联苯、氨基甲酸酯、多环

5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机 5.3.2 对动物的毒害及生态安全危机 5.3.3 对土壤微生物生态效应的影响
5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机
对植物的毒害
I：铁、钾为植物生长所必需的营养元素，除非供给量太过多，植物 不会受到伤害;
重金属对植物生长的影响
5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机
④另一方面，对于铅的吸附，系数K也总是优于镉的。 ⑤对于S1，S2，S4，在两种金属同时存在的情况下，两种金属的K系数都有所增加。这 表明了尽管金属离子的吸附量降低了，但是吸附位的竞争可以促进两种金属保持更多的 特殊吸附位。
Lead and cadmium sorption isotherms from both single (open symbols) and binary (closed symbols). Solid lines are the best fits to the Langmuir equation.
(1) 吸附

污染物由气相或液相向土壤颗粒表面的扩散或迁移，吸附是首先 发生的物理或化学过程。

污染物的吸附类型可用不同的吸附等温式描述。由于污染物质和
土壤颗粒的性质和结构与吸附条件的不同而异。

在土壤生态系统中往往发生化学吸附和吸收。
5.2 土壤污染发生及其动力学

吸附等温线的类型反映污染物在土壤颗粒表面吸附机理的信息。 吸附等温线可以反映土壤颗粒表面的化学属性的差异，土壤孔径

化学物质在气相或液相的扩散过程遵循一般的扩散方程，可以计 算时空演变。
5.2 土壤污染发生及其动力学
对于土壤系统的重金属分布常采用现场调查的方程得到一组 参数，然后选用或建立迁移和扩散模型，利用该模型计算时空分 布。 利用模型在解决土壤污染中的迁移有关问题时需经过以下4个步骤：

根据实际情况选择最适宜的模型； 通过田间和室内测试确定模型中最主要的参数；
5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机


据调查，我国 24 个省（市）城郊、污水灌溉区、工矿 等经济发展较快地区的 320 个重点污染区中，重金属含 量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量 与总面积的 80%以上，尤其是 Pb、Cd、Hg、Cu及其复 合污染尤为明显。 天津近郊因污水灌溉导致 0.23×103km2 农田受到污染； 广州近郊因为污水灌溉污染农田 27.0 km2，因施用含 污染物的底泥造成 13.3 km2的土壤被污染，污染面积 占郊区耕地面积的 46%；
对植物的毒害
II：铜、锌为植物生长必需的营养元素，供给量太多或太少均会抑制 植物生长;
重金属对植物生长的影响
5.3.1 对植物的毒害及农产品安全危机
对植物的毒害
III：镉、汞、砷非植物生长必需，过多即会引起伤害;
重金属对植物生长的影响
表 5.3 土壤中重金属含量对植物生长的影响 表 5.3 土壤中重金属含量对植物生长的影响 重金属 浓度 (PPM) 重金属 浓度 (PPM) 有效锌； >400~500 锌 锌 有效锌； >400~500 对植物的影响 对植物的影响 毒害 毒害
污染物质 芳烃等有机污染物以及众多的重金属。安全危机

由于植物在吸收营养物的过程中并没有绝对严格的筛选作用，进 入土壤-植物系统的许多可溶性污染物，可以通过作物根系吸收 作用进入植物体内。
植物对土壤污染物的迁移和归宿
植物可以吸 收、累积甚 至硝化污染 物；
植物根系的分泌物对无 机污染物的吸附与解吸、 有机污染物的降解有着 重要影响；
有效镍； >15~25 毒害 镍 镍 有效镍； >15~25 毒害 可置换性铜； >98~130 毒害 铜 铜 可置换性铜； >98~130 毒害 水耕法 >30 水耕法 >30 铅 铅 砂耕法 >150~200 砂耕法 >150~200 毒害 毒害 毒害 毒害 生育受阻 生育受阻 生长受阻 生长受阻 大麦全部死亡 大麦全部死亡
发生的隐蔽性
毒性的缓效性
土 壤 污 染 的 特 点
形成的复杂性
恢复的长期性
诊断的特殊性
第五章 土壤污染生态学

5.1 土壤与土壤污染
5.2 土壤污染发生及其动力学
• •
5.2.1 土壤污染发生的概念 5.2.2 土壤污染动力学

5.3 土壤污染的生态危害
5.2 土壤污染发生及其动力学
5.2.1 土壤污染发生的概念
5.1.1 土壤环境的基本特征
土壤是由固体（无机体和有
机体）、液体（土壤水分）和 气体（土壤空气）组成的三相 复合系统。 每一组分都有其自身的理化 性质，三者间处于相对稳定或 变化状态。
每种土壤都有特定的生物区系，
如细菌、真菌、放线菌等土壤微 生物以及藻类、原生动物、软体 动物和节肢动物等区系。
S. Serranoa(2005)等利用批实验法研究了镉和铅在酸性土壤中的竞争吸附过程。 试验中，在四个不同地区的采取酸性土壤（S1，S2，S3，S4）。 根据Langmuir equation 推出公式：
其中，S是被土壤固相吸收的重金属的量（μmol/ kg）；C是溶液的平衡浓度 （ μmol/ dm-3）；Q为最大吸附量（μmol/ kg）；k为结合能量系数（ dm-3 / μmol ）

重度土壤污染：当土壤污染物含量达到或超过土壤环境基准或环
境标准时，说明该污染物的输入、富集的速度和强度已超过土壤
环境的净化和缓冲能力(或消纳量) ；

中度土壤污染：参照上述量化指标，根据土壤中污染物含量水平
和作物生态效应相关性再具体确定。
土壤污染的过程
第五章 土壤污染生态学

5.1 土壤与土壤污染
Na+, K+, Mg2+, Cl-,NO3-等
5.1 土壤与土壤污染


土壤环境与大气环境、水环境的不同：
水、大气环境：流动的介质，污染物在其中存在着迁移过程(只 是污染物空间分布发生变化)、价态、浓度的变化；

土壤：复杂的环境介质，包含着复杂的生物、化学、物理过程。 污染物在其中不仅存在价态、浓度变化，还存在吸附—解吸、固 定—老化、溶解—扩散、氧化—还原以及生物降解等复杂过程。
研究发现：①镉和铅的等温吸附线都可以用Langmuir equation 来描述，同时
土壤对铅的吸附能力要优于对镉的吸附。 ②在两种金属共存的情况下，土壤对两种金属离子的吸附能力有所降低，而且 对镉的吸附所降低的程度比对铅的吸附降低的程度高。 ③ S2和S4样品的PH值和粘土含量较高，含有较大比例的蒙脱石，这为土壤提 供了较大的阳离子交换能力，所以，对金属离子的吸附能力最大。
土壤污染的定义：
由于人类活动所产生的物质(污染物)，通过多种途径进入土 壤，其数量和速度超过了土壤的容纳能力和净化速度，因而使土壤 的性质、组成及性状等发生变化，使污染物的积累过程逐渐占优势， 破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然功能失调、土壤质 量恶化、影响作物的生长发育、产品的产量和质量下降，产生一定 的环境效应(水体或大气发生次生污染)，并可通过食物链对生物和