土壤環(huán)境化學(xué)基礎(chǔ)
一、土壤概念
土壤(soil)環(huán)境位于地球陸地表面的疏松土壤圈，其上界面直接與大氣和生物圈相接，下界面則主要與巖石圈及地下水相連，生物圈的主要組成部分植物則植根于土壤環(huán)境中。土壤環(huán)境在整個(gè)地球環(huán)境系統(tǒng)中占據(jù)著特殊的空間地位，處于大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈的交接地帶，是聯(lián)接無(wú)機(jī)環(huán)境和有機(jī)環(huán)境的紐帶，它介于生物界與非生物界之間，是一切生物賴以生存的基礎(chǔ)。
人類(lèi)通過(guò)生產(chǎn)活動(dòng)從自然界取得生活必需的資源和能源，而在生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，直接或間接通過(guò)大氣、水體和生物排人土壤，使土壤造成污染。
這些污染物質(zhì)一旦進(jìn)入土壤，就成為影響一切生物循環(huán)的一部分。它們或者通過(guò)作物吸收，使作物生長(zhǎng)發(fā)育不良造成減產(chǎn)；或者被作物吸收累積在可食部分，污染食物或飼料，通過(guò)食物鏈危害人類(lèi)的健康。
土壤環(huán)境有較強(qiáng)的自凈能力、較大的環(huán)境容量，因而它在地球環(huán)境系統(tǒng)的污染凈化過(guò)程中起著極為重要的作用，但土壤環(huán)境的這種穩(wěn)定和緩沖作用是有限的，若進(jìn)人土壤環(huán)境的污染物質(zhì)的數(shù)量和速度超過(guò)了土壤的自凈能力，或超過(guò)了土壤環(huán)境的容納能力，不但會(huì)使土壤環(huán)境遭受污染，導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞，而且可通過(guò)各種遷移途徑，使大氣、水和生物環(huán)境發(fā)生“次生污染”。
本章在了解土壤本身的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)上，討論主要的污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化及其歸宿。
土壤環(huán)境容量
環(huán)境容量(environmentalcapacity)是指“在人類(lèi)生存和自然生態(tài)不致受害的前提下，某一環(huán)境單元(或要素)所能容納的污染物的最大負(fù)荷量。”即在一定條件下環(huán)境對(duì)污染物的最大容納量。
土壤環(huán)境容量“系指土壤環(huán)境單元所容許承納的污染物質(zhì)的最大數(shù)量或負(fù)荷量。”土壤環(huán)境容量實(shí)際上是土壤污染起始值和最大負(fù)荷值之間的差值。如把土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)作為土壤環(huán)境容量的最大允許極限值，則該土壤的環(huán)境容量的計(jì)算值，便是土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值減去背景值，即該土壤環(huán)境的基本容量，有時(shí)也稱之為土壤環(huán)境的靜容量。
土壤環(huán)境的靜容量雖然反映了污染物生態(tài)效應(yīng)所容許的最大容納量，但尚未考慮到土壤環(huán)境的自凈作用和緩沖性能，即外源污染物進(jìn)入土壤后的積累過(guò)程。由于土壤環(huán)境系統(tǒng)是由多層次、多相物質(zhì)組成，并具有疏松多孔的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，土壤中各土層以及固、液、氣相物質(zhì)之間的相互作用、相互影響和相互制約，在土壤中時(shí)刻進(jìn)行著各種物理、化學(xué)和生物的遷移及轉(zhuǎn)化過(guò)程。污染物一旦進(jìn)入土壤環(huán)境以后，就受到土壤環(huán)境系統(tǒng)的環(huán)境條件、性質(zhì)的影響和制約，并與土壤多相物質(zhì)相互作用，進(jìn)行著復(fù)雜的遷移與轉(zhuǎn)化過(guò)程，如污染物的輸入與輸出、吸附與解吸、沉淀與溶解、累積與降解等等，這些過(guò)程都處在動(dòng)態(tài)變化中，其結(jié)果都能影響污染物在土壤環(huán)境中的最大容納量，因此環(huán)境學(xué)界認(rèn)為，土壤環(huán)境容量應(yīng)是靜容量加上這部分土壤的凈化容量，才是土壤的全部環(huán)境容量。即將土壤環(huán)境容量定義為“一定土壤環(huán)境單元，在一定時(shí)限內(nèi)，遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)與功能，保證農(nóng)產(chǎn)品的生物學(xué)產(chǎn)量與質(zhì)量，也不使環(huán)境系統(tǒng)污染時(shí)，土壤環(huán)境所能容納污染物的最大負(fù)荷量”。
土壤環(huán)境系統(tǒng)不是孤立的，而是地球表層環(huán)境系統(tǒng)中一個(gè)全方位開(kāi)放的子系統(tǒng)，土壤環(huán)境系統(tǒng)與其它環(huán)境子系統(tǒng)之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)與能量的遷移和交換，污染物既可以通過(guò)大氣、水和生物遷移途徑進(jìn)入土壤環(huán)境，使之在土壤環(huán)境中逐漸累積，導(dǎo)致土壤污染，相反地，通過(guò)同樣途徑，污染物也可以從土壤環(huán)境向大氣、水和生物環(huán)境系統(tǒng)輸出，從而“凈化”土壤環(huán)境。只要它們之間的這種“進(jìn)出”的條件和平衡體系不被打破，保持著一種動(dòng)態(tài)平衡，土壤環(huán)境系統(tǒng)也就可能對(duì)污染物保持著一定的動(dòng)態(tài)容量。
確定土壤環(huán)境容量的因素有土壤類(lèi)型，包括土壤的組成、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性以及土壤的溫度、水分條件；污染元素和化合物的特性及形態(tài)特征；作物生態(tài)效應(yīng)和土壤生物的影響；環(huán)境效應(yīng)即污染物對(duì)地球表層環(huán)境系統(tǒng)的綜合影響。這些都是造成土壤環(huán)境容量區(qū)域差異的重要原因。
土壤環(huán)境容量可應(yīng)用于制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；制定農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)和水量標(biāo)準(zhǔn)；制定污泥施用量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行區(qū)域土壤污染物預(yù)測(cè)和土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)以及污染物總量控制管理等方面，從而能幫助我們更有效、更充分地使用土壤、防治土壤污染。
二、土壤污染源
1.人為污染源：
過(guò)量使用農(nóng)藥、化肥及污水灌溉等。城市固體廢棄物、陰溝污泥、工礦業(yè)廢渣等任意堆積、排放。大氣、水體中的污染物遷移人土壤。
自然污染源：
在某些礦床或元素和化合物的富集中心周?chē)，由于礦物的自然分解與風(fēng)化，往往形成自然擴(kuò)散帶，使附近土壤中某元素的含量超出一般土壤的含量。
2.土壤中主要污染物質(zhì)
土壤中的污染物質(zhì)與大氣特別是和水體中的污染物質(zhì)很多是相同的。
重金屬：如鎘、汞、鉻、銅、鋅、鉛、鎳、砷等。
有機(jī)物：其中數(shù)量較大而又比較重要的是化學(xué)農(nóng)藥，主要是有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)氮、氨基甲酸酯類(lèi)、苯氧羧酸類(lèi)、苯酰胺類(lèi)農(nóng)藥等。此外還有洗滌劑、酚、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、石油和有害微生物等。
氮素和磷素化學(xué)肥料。
放射性物質(zhì)：137銫、90鍶等。
病原微生物：腸道細(xì)菌、炭疽桿菌、腸寄生蟲(chóng)、結(jié)核桿菌等。
3.固體廢棄物對(duì)土壤環(huán)境的影響
固體廢棄物的來(lái)源和分類(lèi)
從生態(tài)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，廢棄物就是生態(tài)系統(tǒng)向環(huán)境的排放物。人類(lèi)生產(chǎn)和生活中排放或拋棄的固相物質(zhì)就稱為固體廢棄物。
廢棄物的概念是相對(duì)的，一方面，在生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中，前一級(jí)的排出物質(zhì)對(duì)于后一級(jí)是資源，例如生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)中，雞糞可養(yǎng)魚(yú)，魚(yú)糞能肥田；另一方面，在人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)中，工廠副產(chǎn)品可以再加工和利用，如廢紙?jiān)旒、金屬回收利用等，這就是廢棄物的資源化。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，資源的利用將更加充分和合理，廢棄物的種類(lèi)和數(shù)量將會(huì)變化以至減少。
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