第12章--土壤有机物污染及修复 环境土壤学
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环境土壤学PPT课件
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第三节 土壤热性质
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ土壤热容量
• 土壤热容量是指单位质量（重量）或 容积的土壤每升高（或降低）1℃所需 要（或放出的）热量。
可分为：容积热容量； 质量热容量。
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三、土壤的热扩散率
第三节
• 土壤热扩散率 (土壤导温率）是指 在标准状况下，在土层垂直方向上 每厘米距离内，1℃的温度梯度下， 每秒流入1cm2土壤断面面积的热量， 使单位体积（1cm3）土壤所发生的 温度变化。其大小等于土壤导热率 /容积热容量之比值。
W1 – W2 —————— ×100
W2
W1 ：湿土质量 W2 ：干土质量
×100
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2.土壤水的再分布
概念：土壤水 入渗过 程结束后，水在重力 和吸力梯度影响下在 土壤中向下移动重新 分布的过程。
土壤水的再分布是 土壤水的不饱和流。
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土中水 的运动
重力作用下土中水的渗流
第39页/共126页
A、有益影响 （f）根际微生物产生二氧化碳，使钙增加 可溶性，有利于植物吸收。 （g）根际中自生固氮菌可以固定大量的N2， 给植物提供有机和无机氮。
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B、不利影响
（a）微生物与植物竞争矿质营养，在一定时间内减 少了对植物养分的供应，造成对植物生长的不利。 反消化细菌使含氮物质变成N2，养分损失。
脱落物
死亡根系和脱落的根毛、根冠、根表皮细胞等。
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B. 根系的呼吸作用影响根际土壤的气体组分、 pH值、Eh等；
离根越近，CO2的含量越高，O2的含量越低； O2含量少影响根际范围的Eh，一般偏低； 由于根系分泌有机酸影响根际的pH值，一般偏酸。
第三节 土壤热性质
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ土壤热容量
• 土壤热容量是指单位质量（重量）或 容积的土壤每升高（或降低）1℃所需 要（或放出的）热量。
可分为：容积热容量； 质量热容量。
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三、土壤的热扩散率
第三节
• 土壤热扩散率 (土壤导温率）是指 在标准状况下，在土层垂直方向上 每厘米距离内，1℃的温度梯度下， 每秒流入1cm2土壤断面面积的热量， 使单位体积（1cm3）土壤所发生的 温度变化。其大小等于土壤导热率 /容积热容量之比值。
W1 – W2 —————— ×100
W2
W1 ：湿土质量 W2 ：干土质量
×100
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2.土壤水的再分布
概念：土壤水 入渗过 程结束后，水在重力 和吸力梯度影响下在 土壤中向下移动重新 分布的过程。
土壤水的再分布是 土壤水的不饱和流。
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土中水 的运动
重力作用下土中水的渗流
第39页/共126页
A、有益影响 （f）根际微生物产生二氧化碳，使钙增加 可溶性，有利于植物吸收。 （g）根际中自生固氮菌可以固定大量的N2， 给植物提供有机和无机氮。
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B、不利影响
（a）微生物与植物竞争矿质营养，在一定时间内减 少了对植物养分的供应，造成对植物生长的不利。 反消化细菌使含氮物质变成N2，养分损失。
脱落物
死亡根系和脱落的根毛、根冠、根表皮细胞等。
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B. 根系的呼吸作用影响根际土壤的气体组分、 pH值、Eh等；
离根越近，CO2的含量越高，O2的含量越低； O2含量少影响根际范围的Eh，一般偏低； 由于根系分泌有机酸影响根际的pH值，一般偏酸。
土壤中有机污染物的修复
软腐菌褐色菌白腐菌真菌对于一些大分子化合物表现出很强的降解能力它们都以降解木质素而著称影响因素营养物质电子受体主要为种类和浓度污染物的性质环境条件微生物的协同作用其他影响因素修复工程的现场气象因素水文地质因素原位强化微生物修复技术生物强化法生物培养法投菌法生物通气法生物注射法生物冲淋法土地耕作法异位强化微生物修复技术堆肥法生物反应器法厌氧处理微生物修复技术的优点生物修复可以现场进行可以减少了运势费用和人类直接接触污染物的机会生物修复经常以原位方式进行这样可以使对污染位点的干扰或破坏达到最小生物修复有机物分解为co2和h2o可以永久性的消除污染物和长期的隐患无二次污染物不会使污染转移生物修复可于其他技术结合使用处理复合污染降解过程迅速费用低只是传统物理化学费用的3050微生物修复技术的缺点不是所有的污染物都适合于生物修复有些化学品经微生物降解后其产物的毒性和迁移性比原化合物反而增减生物修复是一种科技含量较高的处理方法它的运作必须符合污染地的特殊条件谢谢收看
有机污染物的来源 土壤中的有机污染物的来源主要包括：工业污染 源、交通运输污染源、农业污染源、生活污染源 等。另外根据污染源的数量和面积以及影响范围 划分为面源污染和点源污染。 土壤中的有机污染物主要包括人为生产加工使用 造成的污染以及自然界产生从而形成的污染。
土壤有机污染物在土壤中的环境行为主要包括吸附、解 吸、挥发、淋滤、降解残留、生物富集等。 影响因素 有机污染物的特性(化学特性、水溶解度、蒸汽压、吸附特
植物促进根际微生物对有机污染物的转化作用，
植物根际的菌根真菌与植物形成共生作用，有其独特
的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的有机物。
影响植物修复的因素
污染物性质 植物种类 根系分布 污染物浓度和滞留时间 环境条件
有机污染物的来源 土壤中的有机污染物的来源主要包括：工业污染 源、交通运输污染源、农业污染源、生活污染源 等。另外根据污染源的数量和面积以及影响范围 划分为面源污染和点源污染。 土壤中的有机污染物主要包括人为生产加工使用 造成的污染以及自然界产生从而形成的污染。
土壤有机污染物在土壤中的环境行为主要包括吸附、解 吸、挥发、淋滤、降解残留、生物富集等。 影响因素 有机污染物的特性(化学特性、水溶解度、蒸汽压、吸附特
植物促进根际微生物对有机污染物的转化作用，
植物根际的菌根真菌与植物形成共生作用，有其独特
的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的有机物。
影响植物修复的因素
污染物性质 植物种类 根系分布 污染物浓度和滞留时间 环境条件
土壤中有机污染物的修复
植物修复的缺点
要求植株具有高生物量,对污染物的耐性要高,否则 当污染物浓度太高时,植物不能生长 受植物根系分布的限制,处于根系分布之外的污染 物很难被清除 由于根系或地上部分生长慢,清除污染物要求的时 间太长
有机物污染物微生物修复
环境微生物修复
是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物， 或是使污染物无害化的过程。
植物修复的方式有4 种
植物降解
植物萃取
植物挥发 植物固定
植物组织积累
植物修复
植物挥发
植物降解
毒素降解菌
植物萃取
植物固定
植物修复重金属污染土壤的机理示意图
植物对有机污染物的直接吸收作用
植物从土壤中直接吸收有机物，然后将没有毒性 的代谢中间体储存在植物组织中，这是植物去除环境 中中等亲水性有机污染物的一个重要机制。
微生物修复机理Leabharlann 共代谢 对于一些污染物，微生物虽然可以降解他们， 但却不能利用该污染物作为碳源合成自身生长所 需要的有机质，因此需要另外的生长基质维持自 身的生长 矿化作用 指有机物在微生物的作用下彻底分解为H2O、 CO2和简单的无机化合物的过程，是彻底的生物 降解（终极降解)，可从根本上清除有毒物质的环 境污染。实质都是酶促反应
异位强化微生物修复技术
堆肥法 生物反应器法 厌氧处理
微生物修复技术的优点
生物修复可以现场进行，可以减少了运势费用和 人类直接接触污染物的机会 生物修复经常以原位方式进行，这样可以使对污 染位点的干扰或破坏达到最小 生物修复有机物分解为CO2和H2O,可以永久性 的消除污染物和长期的隐患，无二次污染物，不 会使污染转移 生物修复可于其他技术结合使用，处理复合污染 降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学费 用的30%~50%
土壤中有机污染物的修复共26页文档
体内或微生物体内外的降解
有机污染物的植物修复
植物修复是利用植物的一系列生理、生化过程部 分或完全修复和消除被污染土壤、水体、空气中特 定有毒物质。
有机污染物的植物修复是利用植物在生长过程中， 吸收、降解、钝化有机污染物的一种原位处理污染 土壤的方法。
植物修复的方式有4 种
植物降解 植物萃取 植物挥发 植物固定
堆肥法 生物反应器法 厌氧处理
微生物修复技术的优点
生物修复可以现场进行，可以减少了运势费用和 人类直接接触污染物的机会
生物修复经常以原位方式进行，这样可以使对污 染位点的干扰或破坏达到最小
生物修复有机物分解为CO2和H2O,可以永久性 的消除污染物和长期的隐患，无二次污染物，不 会使污染转移
目前，有机污染物在土壤的吸附-解吸研究主要集中在黏土 矿物-水界面的吸附解吸，以及它们在土壤腐殖物质中的吸 附-解吸行为。
有机污染物在土壤中的降解和代谢
有机污染物的降解分非生物降解与生物降解两大类 非生物降解：有机污染物在环境中受光、热及化学
因子作用引起的降解现象 生物降解：在生物酶作用下，有机污染物在动植物
营养物质 电子受体（主要为种类和浓度） 污染物的性质 环境条件 微生物的协同作用 其他影响因素（修复工程的现场气象因素，水文
地质因素）
原位强化微生物修复技术
生物强化法 生物培养法 投菌法 生物通气法 生物注射法 生物冲淋法 土地耕作法
异位强化微生物修复技术
植物可释放一些物质到土壤中，以利于降解 有毒化学物质，并可刺激根际微生物的活性。这些 物质包括酶及一些有机酸，它们与脱落的根冠细胞 一起为根际微生物提供重要的营养物质，促进根际 微生物的生长和繁殖。并且，其中的有些分泌物也 是微生物共代谢的基质。
有机污染物的植物修复
植物修复是利用植物的一系列生理、生化过程部 分或完全修复和消除被污染土壤、水体、空气中特 定有毒物质。
有机污染物的植物修复是利用植物在生长过程中， 吸收、降解、钝化有机污染物的一种原位处理污染 土壤的方法。
植物修复的方式有4 种
植物降解 植物萃取 植物挥发 植物固定
堆肥法 生物反应器法 厌氧处理
微生物修复技术的优点
生物修复可以现场进行，可以减少了运势费用和 人类直接接触污染物的机会
生物修复经常以原位方式进行，这样可以使对污 染位点的干扰或破坏达到最小
生物修复有机物分解为CO2和H2O,可以永久性 的消除污染物和长期的隐患，无二次污染物，不 会使污染转移
目前，有机污染物在土壤的吸附-解吸研究主要集中在黏土 矿物-水界面的吸附解吸，以及它们在土壤腐殖物质中的吸 附-解吸行为。
有机污染物在土壤中的降解和代谢
有机污染物的降解分非生物降解与生物降解两大类 非生物降解：有机污染物在环境中受光、热及化学
因子作用引起的降解现象 生物降解：在生物酶作用下，有机污染物在动植物
营养物质 电子受体（主要为种类和浓度） 污染物的性质 环境条件 微生物的协同作用 其他影响因素（修复工程的现场气象因素，水文
地质因素）
原位强化微生物修复技术
生物强化法 生物培养法 投菌法 生物通气法 生物注射法 生物冲淋法 土地耕作法
异位强化微生物修复技术
植物可释放一些物质到土壤中，以利于降解 有毒化学物质，并可刺激根际微生物的活性。这些 物质包括酶及一些有机酸，它们与脱落的根冠细胞 一起为根际微生物提供重要的营养物质，促进根际 微生物的生长和繁殖。并且，其中的有些分泌物也 是微生物共代谢的基质。
土壤环境污染与修复
土壤环境污染与修复概述土壤是地球上最重要的自然资源之一，对人类和生态系统都具有重要意义。
然而，随着工业化和农业发展，土壤环境污染问题日益严重。
土壤环境污染对农业生产、生态系统健康以及人类健康造成了巨大威胁。
因此，土壤环境修复成为了当今社会亟待解决的问题。
一、土壤环境污染的主要来源1. 工业废物工业活动产生的废弃物中含有大量有害化学物质，如重金属、有机污染物等。
这些废物直接或间接地排入土壤中，导致土壤污染。
2. 农药与化肥农业生产过程中使用的农药和化肥，如果不适当使用或管理不当，会残留在土壤中，造成土壤的长期污染和贫瘠化。
3.生活垃圾城市化的快速发展导致了大量的生活垃圾产生，其中包含了各种有害物质。
这些垃圾往往被直接倾倒到土壤中，引发土壤环境污染。
二、土壤环境污染的影响1. 农作物品质下降污染土壤中的有害物质会被农作物吸收，并在食物链中不断积累。
长期食用受污染的农产品会对人类健康产生严重影响。
2. 生态系统破坏土壤是生态系统的重要组成部分，土壤环境污染破坏了生态系统的平衡，影响了许多生物的生存和繁衍。
3. 土壤质量下降土壤污染会导致土壤中的养分失衡、微生物减少，从而影响土壤的肥沃度和水分保持能力，降低农业生产效益。
三、土壤环境修复方法1. 生物修复利用植物、微生物等生物体的生物化学反应能力来修复土壤环境污染。
例如，通过植物的根系、菌根等吸附和转化有害物质，实现土壤修复。
2. 物理修复利用物理技术手段来修复土壤环境污染，如修复工程、土壤堆置和渗滤等。
这些方法通常适用于大面积的土壤污染修复。
3. 化学修复利用化学物质来修复土壤环境污染，如挥发性有机物的吸附与分解、重金属的沉淀与稳定化等。
化学修复通常需要较高的技术要求和成本。
四、土壤环境修复的现状与挑战1. 现状目前，土壤环境修复已成为国内外研究热点之一。
许多国家和地区相继制定了一系列土壤修复政策和标准，并开始实施相应的修复工作。
2. 挑战土壤环境修复面临着技术难题、资金投入不足、政策法规缺失等挑战。
《土壤污染与修复》课件
生物修复
探讨利用微生物和植物进行 土壤修复的方法，包括生物 降解和植物吸收等。
现场监测与分析方法
土壤采样技术
介绍土壤采样的方法和步骤，包括样品选择、采集工具和采集点确定。
化学分析方法
讲解土壤化学分析的基本原理和常用方法，以确保准确评估土壤中的污染物。
环境监测技术
介绍现场环境监测的仪器和技术，以及数据处理和分析方法。
土壤修复技术简介
1
物理修复
介绍利用物理方法处理污染土壤的技术，如热解、挖掘和覆盖等。
2
化学修复
探讨使用化学物质修复土壤污染的技术，如氧化还原和中和等。
3
生物修复
讲解利用生物生长和代谢修复污染土壤的方法，如菌根植物和生物堆场等。
典型案例分析
工业污染
农业径流
城市垃圾处理
研究工业污染对土壤的影响， 介绍一些成功的工业污染修 复案例。
探索农业径流对土壤的污染， 以及修复农业污染的实践经 验。
分析城市垃圾对土壤的影响， 介绍城市垃圾处理的相关案 例。
法律政策与标准
准，如土 壤环境质量标准和土壤修复技术导则。
探讨各地方政府对土壤污染防治的政策和 行动计划。
介绍国际法律和协议对全球土壤污染防治 的要求和规定。
2 认识土壤修复的重要性
介绍土壤修复对环境保护和可持续发展的重要性，以及修复的原则和目标。
3 探索土壤污染的解决方案
提供解决土壤污染的方法和技术，包括实践案例和成功经验。
源头防治技术介绍
有机农业
了解有机农业对保护土壤的 重要性，介绍有机农业的原 理和实施方法。
雨水收集
介绍雨水收集系统的设计和 安装，以减少水资源的使用 和土壤水分的流失。
土壤的污染与修复(讲稿)
1.2 土壤污染的特点
（2）不可逆性和长期性: 土壤一旦遭受污染极难恢复，重金属元素对土壤的污染是 一个不可逆过程，而许多有机化学物质的污染也需要一个 较长的降解时间，如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺 污水灌区发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染， 造成大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味、含镉量超 过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用改良 剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施，才逐步恢 复其部分生产力，付出了极大的代价。
▪ 2.2.4 典型农药DDT的降解
DDT降解
2.3 重金属的微生物转化
▪ 当今人们主要关心的是：汞、砷、铅、锡、锑、铜、镉、 铬、镍和钒。它们以空气、水和土壤的污染物以及食品 残渣之类各种各样的化学形态存在于环境中。
金属在一定浓度时对微生物有毒害作用。重金属在很低浓 度时，对大多数微生物即有明显毒性。金属对微生物的 毒性强度固然与其浓度有关，但更取决于其存在状态。 例如，六价铬比三价铬毒得多；在各种汞化物中，甲基 汞的毒性最强；有机锡比无机锡毒，烷基锡比芳基锡毒， 三烷基锡比四烷基锡更毒。
1.1 污染土壤的定义
“绝对性”定义:由人类的活动向土壤添加有害化 台物，此时土壤即受到了污染。这个定义的关键 是存在有可鉴别的人为添加污染物。
“相对性”定义：以特定的参照数据来加以判断， 如以某个数值为临界值，若超过这一数值，即认 为该土壤为某元素所污染。
“综合性”定义：不但要看含量的增加，还要看 后果，即加入土壤的物质给生态系统造成了危害。
▪ (8) 矿化:也称终极生物降解,指有机物生物降解为二氧化碳和 水的过程;
▪ (9)共代谢:不与微生物生长相关联的有机物降解代谢,即微生 物只能使有机物发生转化,而不能利用它们作为碳源和能量维 持生长,必须补充其它的基质；
土壤污染与修复ppt课件
—Department of Environmental Science and Engineering— 6
1.2 土壤污染的特点
（2）不可逆性和长期性: 土壤一旦遭到污染后极难恢 复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而 许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时 间，例如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺污水灌区 发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成 大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味，含镉量超 过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用 改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施， 才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。
—Department of Environmental Science and Engineering— 12
1.4 土壤污染的类型
土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污 染物的属性来考虑，一般可分为有机物污染、 无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。
（1）有机物污染: 石油、有机农药等； （2）无机物污染：重金属污染等； （3）生物污染：细菌、真菌等； （4）放射性污染：放射性核素等。
—Department of Environmental Science and Engineering— 24
3.2 实验设计与实施
3.2.2 方案制定与实施 可处理性研究分为三个阶段，第一个阶段是修复方法的筛
选；第二个阶段是修复方法的挑选；第三个阶段是修复方 法调查和可行性研究计划进行（中试）。一个可处理研究 计划可以看作是一套分别进行的单项组合，这些项目是： （1）土著微生物对靶标污染物的降解转化能力； （2）接种微生物的强化降解能力； （3）环境参数的最佳适宜范围； （4）添加基质和电子受体的需求效果； （5）添加基质的充足和缺乏的循环过程； （6）是否需要补充电子供体;
1.2 土壤污染的特点
（2）不可逆性和长期性: 土壤一旦遭到污染后极难恢 复，重金属元素对土壤的污染是一个不可逆过程，而 许多有机化学物质的污染也需要一个比较长的降解时 间，例如1966年冬至1977年春，沈阳—抚顺污水灌区 发生的石油、酚类以及后来张土灌区的镉污染，造成 大面积的土壤毒化、水稻矮化、稻米异味，含镉量超 过食品卫生标准。经过十余年的艰苦努力，包括施用 改良剂、深翻、清灌、客土、选择品种等各种措施， 才逐步恢复其部分生产力，付出了大量的劳力和代价。
—Department of Environmental Science and Engineering— 12
1.4 土壤污染的类型
土壤污染的类型目前并无严格的划分，如从污 染物的属性来考虑，一般可分为有机物污染、 无机物污染、生物污染和放射性物质的污染。
（1）有机物污染: 石油、有机农药等； （2）无机物污染：重金属污染等； （3）生物污染：细菌、真菌等； （4）放射性污染：放射性核素等。
—Department of Environmental Science and Engineering— 24
3.2 实验设计与实施
3.2.2 方案制定与实施 可处理性研究分为三个阶段，第一个阶段是修复方法的筛
选；第二个阶段是修复方法的挑选；第三个阶段是修复方 法调查和可行性研究计划进行（中试）。一个可处理研究 计划可以看作是一套分别进行的单项组合，这些项目是： （1）土著微生物对靶标污染物的降解转化能力； （2）接种微生物的强化降解能力； （3）环境参数的最佳适宜范围； （4）添加基质和电子受体的需求效果； （5）添加基质的充足和缺乏的循环过程； （6）是否需要补充电子供体;