1、土壤生态学,生态农业与环境保护,西北农林科技大学 资源环境学院,内容提要,1 生态农业2 绿色食品、有机食品和无公害食品概述3 土壤与环境,生态农业与环境保护讲座,主要参考文献毛跟年 等编著. 环境中有毒有害物质与分析检测M. 北京：化学工业出版社. 2004生态农业的技术与模式绿色食品有机食品和无公害食品,1 生态农业,1.1 农业的几个发展阶段1.2 国际可持续农业运动发展趋势 及对中国生态农业发展的启示1.3 中国农业发展所面临的生态环境挑战 及优先选择1.4 生态农业的含义1.5 生态农业的基本原理1.6 我国生态农业模式分类,1970年，美国土壤学家威廉姆.阿尔伯卫奇（W. Albr
2、eche）首先提出生态农业（ecological agriculture）一词。1981年英国农业学家M.Worthington将生态农业名确定义为：生态上能自我维持、低输入、经济上有生命力，在环境、伦理和审美方面可接受的小型农业。生态农业在不同的国家产生的时间不同，名称也多种多样。如肥力农业、腐殖质农业、自然农业、有机农业、生物动力农业、生物农业、生态农业、综合农业、持久农业、生物生态农业、科学生态农业，等等。,1.1 农业的几个发展阶段,1）几个阶段,2）传统农业实践的现实意义,中国古代 用“阴阳五行”、“天人合一”学说解释和处理自然界的奥秘以及人与自然之间的关系。周易通过研究生命现象来探
3、讨自然和社会现象，有“有天道焉，有人道焉，有地道焉”的记载。而“金、木、水、火、土”，则反映了古人对自然界组成和自然界各种物质与事物相互之间相生相克关系的认识。关于传统自然观，道德经作了具有代表性的表述：“道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为。”其中的“一”就是元气；由元气生出阴阳二气，谓之“一生二”；由阴阳二气化生出天地人，谓之“二生三”；再由天地人化生出万物，谓之“三生万物”。“冲气以为”，就是阴阳二气在运动中的对立统一。,长期以来，我国是一个以农桑为主的传统农业国，“靠天吃饭、靠地立身”的思想深深植根于人们的心中。如荀子.富国中写到：“上得天时，下得地利，中得人和，
4、则财货浑浑如泉源。”齐民要术认为善于耕作表现为因时、因地、因作物制宜，只有顺应天时，估量地力，才有可能“用力少而得谷多”，如果“任情返道”，则只会“劳而无获”。南宋陈旉（fu）（公元1076一1156年）农书详细总结了我国南方农民种植水稻以及养蚕、栽桑、养牛等生产技术的丰富经验，并且指出通过合理施肥改良土壤，可使“地力常新壮”。用之得宜，地力常新壮。,从传统农业实践启示中获得发展现代生态农业的技术,1.2 国际可持续农业运动发展趋势 及对中国生态农业发展的启示,注重实践：如美国出现越来越多的可持续农业实践者协会，欧、美日益扩大“有机农产品”、“自然食物”、“绿色农产品”等的开发。加强生态学与经
5、济学等社会科学结合的基础性研究例如：“有害生物综合治理”等。 寻求通过实现能兼顾生态、经济和社会三方面效益的“满意”单产或“亚高”单产，而不再是常规的“最高”单产，达到减轻环境压力的途径。 探索由常规现代农业向可持续农业过渡的条件，包括“转型期”及“转型成本”。,同可持续农业关系密切的新型交叉科学，如环境经济学、资源经济学和生态经济学的研究已较为深入。如提出计量自然和生态系统服务价值的方法论，农、林业对二氧化碳储积、减少温室气体的服务价值及交易，以及农业的生态系统服务功能等概念。一些欧盟国家，尤其荷兰、比利时等国家倡导用跨生态学、经济学和社会学的新方法论解决可持续的土地利用问题。“生态区域途径
6、”方法综合考虑了多种需求及多项限制因子，试图解决发展中国家土地利用方面的重大问题。,国际上一些发达国家对农业可持续发展的研究，已经从初期的概念探索阶段进入到实质性推广阶段，其表现出的若干特点，对于中国生态农业的发展，具有重要的启示作用，或者说正是中国生态农业未来发展的重要方向。,1.3中国农业发展所面临的生态环境挑战及优先选择,1）中国农业发展中的生态环境问题（1）化肥、农药的过量施用导致各种生态灾害猛增氮肥国际上公认的上限（N）225kg/hm2,我国2000年平均每公顷超过400kg,太湖周边地区高达525600kg/hm2.化肥的过量施用导致了极为严重的环境污染。由于施肥量过大及施肥技术
7、水平较低，化肥的有效利用率极低，导致大部分的化肥通过地下径流或地表径流进入地下水或地表水，造成污染(水体富营养化)。,1991年 ，中国农药年施用量达25万吨，跃居世界第二位，仅次于美国。而且高毒、高残留的种类仍占相当的比例，这些农药使农产品直接受到污染。另外，一些农药种类因难于分解而易进入地下水体或地下水，造成水体的污染。同时，盲目地大量施用农药，使得农作物病虫的抗药性大幅度上升，只得施用更多的农药来防治病虫害，形成恶性循环。,2）农业灌溉用水的大幅度增加导致水资源过量开采 地下水位持续下降，出现许多漏斗区 断流3）过度垦荒、乱砍滥伐及超载过牧等导致水土流失及土地荒漠化现象严重重 20世纪年
8、50代，我国共发生5次沙尘暴，60年代8次，70年代13次，80年代14次，90年代发生的沙尘暴高23次。,2）生态农业是中国农业可持续发展的必然选择农、林、畜牧、生态、经济等领域的科学家，开始为我国农业的发展做理论上的探索。认为传统农业现代化并不是中国农业所应选择的道路，并为中国的农业的发展指明了方向：中国的农业应该吸收中国传统农业的精华并与现代科学技术相结合，走有中国特色的现代农业之路生态 农业之路。,1.4 生态农业的含义,生态农业： 在生态学、经济学、管理学指导下，按照系统工程的方法运用先进的农业科技和现代管理手段，通过合理配置土地资源、生物资源，利用现代技术建立起来的有利于人类生存和
9、自然环境间相互协调、实现经济效益、生态效益、社会效益的全面提高和协调发展的现代化农业产业经营的模式体系。,广义的生态农业是以维护农业生态环境，确保粮食安全，注重环境、经济、社会协调发展为目的的农业发展途径，包括有机农业、绿色农业、白色农业、精确农业、观光旅游、休闲农业等。,狭义的生态农业是指依据生态学、经济学、生态经济学和系统工程原理，运用现代科技成果和现代管理手段以及传统农业的有效经验建立起来，以期获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业发展模式。狭义的生态农业要求在系统内必须有物质循环和能量流动，符合生态学和经济学原理，保证资源的可持续利用，同时必须实现3个效益的全面提高。我们通
10、常意义上说的生态农业就是狭义生态农业。,中国现代生态农业吸收了传统农业的精华，并融入现代科学技术，以整体、协调、循环、再生为核心，而循环经济的思想更是贯穿于其中。,1.5 中国生态农业的基本原理,1）生态系统的结构优化与稳定平衡原理生态系统的功能和运行与它的结构有密切的关系，结构是否合理、优化，决定了功能的优劣。只有各组分结构协调、合理，才能发挥稳定、持续和高效的功能。2）系统的生态效率原理提高生态农业系统的生态效率的措施多种多样，主要有：一是做好相邻两营养级物种的选配和数量控制，提高营养级物种对低一级营养级的利用效率；二是选择净生长效率高的物种；三是在原有的食物链中增加新的环节，提高能量转化
11、率。,3）物质的循环利用原理根据物质在生物圈中具有沿着特定途径，从周围环境到生物体，再从生物体回到周围环境的物质循环规律，充分利用和保护自然的一个重要措施就是使不易循环的物质进入循环，并尽可能增加循环利用的中间环节。4）物种相互作用原理自然生态系统中的各种生物之间存在着各种各样的相互关系（如下表所示），生态农业经营追求的目标就是控制、协调和利用好这些关系，以求获得最大的经济效益和生态效益。,种间关系的基本类型,正相互作用举例,负相互作用举例,负相互作用作用及意义,化感作用及其利用,5）生态位原理生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度 ，有时也中能被某种生物占据利用或适应的部分
12、称之为生态位（niche）。在生态农业经营中，可利用这一规律，把竞争激烈的物种在时间或空间上合理配置，分化其生态位，弱化它们的竞争，提高农业生态系统的生产力。 经常提到的“乔、灌、草”相结合，套种等就是合理利用空间、时间生态位的农作方法。,6）生态效益与经济效益“双效协同”原理农业生产具有两个基本目的，一是通过提高经济产量，满足人们的物质生活和增加收入的需要；二是通过农业生态系统的服务功能，提高系统的生态效益。只注重经济效益的生产不具有可持续性，而只注重生态效益而忽视经济效益的生产，同样也没有生命力。通过生态效益和经济效益的同步进步，即所谓“双效协同”，才是生态农业发展的方向，也才能真正有利于
13、“三农”问题的解决。,1.6 我国生态农业模式分类,我国生态农业模式分类结构图,1）物质多层利用型,物质多层利用型生态农业模式分类,物质多层利用型生态农业模式是按照农业生态系统的能量流动和物质循环规律构成的一种良性循环生态农业模式。在该类模式中，通过增加生产环和增益环将传统的单一种植和高效饲养以及废弃物综合利用有机地结合起来，从而优化农业整体资源，在农业系统内做到能量多级利用和物质良性循环，达到高产、优质、高效、低耗的目的，在该类模式中，一个生产环节的产出(如废弃物排小)是另一个生产环节的投入，使得系统中的各种废弃物在生产产过程再次、多次和循环地利用，从而获得更高的资源利用率、最大经济效益。并
14、有效地防止了废弃物对农村环境的污染。,（1）沼气利用型,沼气利用型是以沼气为纽带，利用食物链“加环”技术，将种植业、养殖业以及加工业联系在一起，通过增加畜禽饲养和沼气池厌氧发酵，将传统的单一种植和高效饲养以及废弃物综合利用有机地结合起来，优化农业整体资源在农业系统内做到能量多级利用、物质良性循环，达到预期效益目的。沼气利用型主要包括三位一体模式、四位一体模式、五位一体模式等。具体模式类型包括南方的猪沼果模式、猪沼菜模式，北方的日光温室厕所沼气池四位一体模式、草牧菌沼模式、粮猪沼鱼模式、猪沼莲鱼温室蔬菜模式，西北的果畜沼窖草五配套模式。大中型沼气工程也属于沼气利用型生态农业模式。,南方“猪 沼
15、果”生态模式结构示意图,洛川的“猪沼果”循环农业模式,北方“四位一体”生态模式工艺流程图,（ 1）核心技术:沼气池建造及使用、猪舍温湿度调控、猪舍管理和饲养技术、温室覆盖与保温防寒技术、温室温湿度调控技术、日光温室综合管理措施等。（2）配套技术 : 无公害蔬菜、水果、花卉等高产栽培，畜禽科学饲养、管理及食用菌生产技术等。,北方“四位一体”生态模式,该模式以一个面积为0.33hm2的成龄果园为基本生产单元，在农户庭院或果园配套一口810m3的沼气池，一座10一20m3的猪舍或鸡舍(养46头猪，20一40只鸡)，一座1.5m3的卫生户厕，一眼80一100m3的水窖，一套节水滴灌保墒系统。,西北“五
16、配套”生态模式结构示意图,西北“五配套”生态模式示意图,（2）病虫草害防治型,该类型是利用生物防治技术，通过选用抗病虫害品种，保护天敌，利用生物以虫或菌来防止病虫害，选择高效、低毒、低残留农药，改进施药技术等，保证农作物优质、高效、安全的模式。,（3）产业链延长增值型,该类型是以经济效益为中心，以农业可持续发展为目标，将农业生产中的主产品或副产品加工增值，从而增加农业产值，并努力实现生产的产业化，促进产、加、销、贸一体化的农业生产模式。,主要的产业链延长增值型模式,“乐丫”种、养、加结合型模式物质循环路径图,河北省迁安市,迁安市“乐丫”农产品开发有限公司依托区域特色产业及资源优势,采取“公司
17、+ 基地 + 农户”的组织方式,辐射带动大五里、五重安和木厂口等乡镇发展各类干果、杂粮基地50个,近10000户农民走上产业化道路,初步形成种、养、加结合型循环农业模式。现己开发果树生产基地约333000m2,农业示范园1座、农产品加工厂1座、农副产品超市3个,总资产近2000万元,拥有板栗、核桃、杂粮加工生产线及干果、杂粮、干菜生产基地25个。,“乐丫”种、养、加结合型模式由3条产业链条组成:山上种树饲草喂牛(喂鸡) 粪便发酵(沼气) 沼肥喷施果树(黑色细箭头所示)。建设沼气生态工程,构建循环农业模式的还原系统。生产环节以沼气池建设为纽带,充分利用畜禽养殖过程中产生的粪便发酵制沼气。推广沼肥
18、综合利用,构建循环农业模式的作物生产系统。沼肥综合利用将上一级生产废弃物作为下一级生产原料,形成无害化循环。沼液喷施果树可提高果树产量,改善果品品质,增加果品商品价值。,饲草喂鸡(喂牛) 干粪养蝇蛆蝇蛆喂鸡下脚料果树施肥(黑色粗箭头所示)。建设蝇蛆养殖和柴鸡养殖项目,构建循环农业模式的畜禽养殖系统。利用山地林草资源优势发展散养柴鸡,节约饲料投入,提高鸡蛋和鸡肉的品质,开创有机农产品品牌。利用干燥的鸡粪和牛粪饲喂蝇蛆,蝇蛆一方面为柴鸡提供优质蛋白饲料;另一方面生产蝇蛆的下脚料是优质有机肥料,可用于果树施肥,促进果树增产。,山上种树枯枝残叶生产菌棒林间栽种食用菌市场直销(虚线箭头所示)。建设林、菌
19、结合项目,完善循环农业模式的特色种植系统。探索农林废弃物资源开发利用新途径,大胆采用木屑、柴草、枝条等作为菌棒生产原料,利用林间荫蔽搭小拱棚,发展林下经济,开辟了一条物质循环的新途径。,2）生物互利共生型,主要的生物互利共生型生态农业模式,（1）农林牧渔复合型 农林(果)复合型 林果(草、药)复合型 果药(材)复合型 林牧(渔)复合型 林果农(草)复合型 林(果)农牧(渔)复合型 林农药复合型 混合林型 水体复合养殖型,（2）农作物复合种植型,（3）其他复合型,3）资源开发利用与环境治理型,资源开发利用与环境治理型生态农业模式主要依据生物与环境相互影响原理，以生态效益为主，兼顾经济效益，运用生
20、态经济原理指导和组织农业生产，保护和改善农业生产环境与生产条件，提高农业综合生产能力，把人类的农业生产活动纳入生态循环链内，参与生态系统的生物共生和物质循环，以求生态、经济和社会效益协调发展。该类生态农业模式特别强调要利用绿色植被保持水土、净化空气、净化水质的功能，恢复或治理生态环境。,（1）资源开发利用型,资源开发利用型模式主要适用于山区及沿海滩涂和平原水网地区的滩涂，这些地区农业发展的潜力较大有大量的自然资源未得到允分开发或很好地利用。通过因地制宜、全面规划、综合开发，利用改造荒山、荒坡、荒滩、荒水实行资源开发与环境治理相结合、治山与治穷相结合，可全面促进环境建设、生产建设和经济建设。,（
21、2）环境治理型,丘陵山区小流域综合治理模式盐碱地治理模式草地恢复与生态牧业模式保护性耕作模式,4）观光旅游型,观光农园型农业公园型教育农园型,（1）观光农园型 ：以生产农作物、同艺作物、花卉、茶等为主要项目，让游人参与生产、管理及收获等活动还可欣赏、品尝、购买农产品的生态农业模式为观光农园型。它又叫细分为观光果园、观光菜园、观光花园(圃)、观光茶园等。（2）农业公园型：把农业生产、农产品销售、旅游、休闲娱乐和园林结合起来的模式称为农业公园型。该类型公园在体闲、旅游、度假、食宿、购物(农产品)、会议、娱乐设施等方向比较完善。注重了人文资源和历史资源的开发，是一种综合性的农业观光园。,（3）教育农
22、园型： 既兼顾农业生产、农业科普教育，又兼顾园林和旅游的园区可称为教育农园型模式。其园内的植物类别、先进性、代表性及形态特征和造型特点不仅能给游园者以科技、科普知识教育，而且能展示科学技术就是生产力的实景；既能获得一定的经济效益、又能陶冶人们的性情，丰富人们的业余文化生活，从而达到娱乐身心的目的。,沈阳市苏家屯区循环农业生态园区物质流程图,长清循环农业园区结构示意图,济南市农业高新技术开发区,武汉市东西湖地区东流港牧业园的循环经济模式,5）其他类型,除了上面的4种类型之外，还有一些生态农业模式在结构上不同于上面的模式类型，我们把它放到其他类型中。如近年来我国出现的设施生态农业模式，设施生态农业
23、模式是在外部附加设施工程的基础上通过以有机肥料全部代替或部分替代化学肥料、以生物防治和物理防治为主要手段进行病虫害防治、以动植物的共生互补良性循环实现系统的高效生产，最终达到无害化生产和实现农业持续高效发展的目的。设施生态农是生态农业技术在设施环境下具体应用的产物，是设施农业适应新形势下对无公害农产品的需求、实现可持续发展的现实要求基础上形成的新型生态农业模式。,2 绿色食品、有机食品和无公害食品概述,2.1 有机农业2.2 绿色食品、有机食品、无公害食品,2. 1 有机农业,中国国家环境保护总局有机食品发展中心对有机农业的定义是：“有机农业是指动植物生产过程中不使用化学合成的农药、化肥、生长
24、调节剂、饲料添加剂等物质，以及基因工程及其产物，而是遵循自然规律和生态学原理，采用一系列可持续发展的农业技术协调种植和养殖的平衡，维持农业生态系统持续稳定的一种农业生产方式”。有机产品指按照有机认证标准生产并获得认证的有机食品和其他各类产品，如有机纺织品、皮革、化妆品、林产品、家具以及生物农药、肥料等有机农业生产资料。,2.2 绿色食品、有机食品、无公害食品,1）绿色食品,2）有机食品,3）无公害食品,食品类型及区别,4）绿色全品、有机食品和无公害食品发展首景保护环境的需要保障身体健康的需要市场供给的需要（国际、国内）经济效益和社会效益显著各级政府高度重视加入WTO的机遇,3 土壤与环境,3.
25、1 环境污染概述3.2 大气污染3.3 水污染3.4 土壤污染3.5 土壤与环境研究的背景与需求3.6 土壤修复技术,3.1 环境污染概述,1）环境污染,环境污染是指人类直接、间接制造或所用物品的废弃物等排放到环境中，其数量超过了环境的自净能力，使环境的理化和生物学性状发生了有害的改变。,环境污染的根本问题 元素或物质在局部积累 物质循环的平衡 输入输出平衡 元素在各个环节运动速度均衡 系统内各元素的比例均衡,2）环境污染的类型,3）有毒有害物质的循环与生物放大作用,（1）有毒有害物质凡能够对机体产生危害或具有潜在危害的物质都属于有毒有害物质。环境中的有毒有害物质种类繁多。从性质上来说，应该包
26、括化学性、生物性和物理性污染物。（2）食物链富集作用食物链富集作用：又叫生物放大作用，指一些难降解的有毒物质沿食物链传递时，其浓度随营养级的升高不断增加的现象。,DDT在生态系统中的富集作用,有机氯农药（BHC）沿食物链及在牛肉、牛奶和人体内的富集,3.2 大气污染,1）大气与生物 O2的变化对生物的影响 CO2的变化对生物的影响 CH2的变化对生物的影响,2）大气污染的概念大气中的污染物达到一定程度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动物、植物和环境有害程度的现象，这就是大气污染。大气污染源可分为天然源和人为源。天然源系指自然界自行向大气环境排放物质的场所，如火山等。人为源系指生产活动和生活
27、活动所形成的污染源。人为源的污染是大气污染的主要根源，因此，普通称大气污染是指人类活动向大气诽放的污染物或由其他转化成的二次污染物在大气中的浓度达到有害程度的现象。,3）大气污染物氟化物二氧化硫氮氧化物(NOx)大气颗粒物（粒径一般在 0.0510 m）,常见气态污染物质,3.3 水污染,1）水与生物地球之所以能够成为一颗智慧星球，水是一个关键因素。常讲“鱼 儿离不开水”，其实一切生物都离不开水，地球上的一切生物的产生和进化都是在水参与下进行的。世界大多数国家属于缺水国家，我国也不例外。所以，水和生物息息相关，人类应珍惜水源、保护水源，减少水源污染。,2）水污染的概念水污染系指水体某种物质的介
28、入而导致其物理、化学、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康和破坏生态环境，造成水质恶化的现象，称之为水污染。造成水体污染的途径，主要是工业废水和生活污水的排放。排放的污水中的污染物种类繁多，排放程度各异，对环境的危害也各不相同。,3）水污染物 固体污染物 氰化物 氟化物 石油类 酸碱污染物 重金属 耗氧有机物,(1)固体污染物：固体污染物包括无机污染物和有机污染物。无机污染物主要指泥沙、炉渣、铁屑、煤灰等，这些污染主要是冶炼厂、医院、学校等单位的废水、废渣等物质。这些物质有的毒性很大，排入水体造成污染。有机污染物主要是造纸厂、食品厂、医药厂等排入水中的固体有机物。
29、这些污染物，有的沉入水底，有的漂浮在水面，对种植业和养殖业都带来严重危害，尤其是对水产养殖更为敏感。所以，在渔业用水标准中规定：“水面不得出现油膜或浮沫”的漂浮物质。,(2)氰化物：氰及其化合物来自电镀、焦化、煤气、冶金、化肥和石油化工等排放的工业废水，有剧毒，0.1g即可使人死亡。污水中的氰化物可被植物吸收，其吸收量随污水中氰的浓度增加而增大。绿色食品和无公害食品农作物灌溉水质标准中，氰化物为0.05mg/L 以下。 (3)氟化物：水中氟化物的污染途径有：地层含氟量高，流经该地层的水中可含有大量的氟化物，会造成地方性氟中毒；开采氟矿引起水污染；铝厂、钢铁厂及磷肥厂等工厂排入的污水，使氟化物含
30、量增高；含氟高的大气沉降，造成氟化物增多等。,(4)石油类：石油工业排放的废水中不仅含有石油，还含3，4苯并芘。石油废水对水生生物也会产生严重危害，高浓度时，引起鱼虾死亡。经试验后检测，在石油污染区，用含石油10mg/L 以下灌溉农田，基本不影响作物的生长发育，粮食、蔬菜等油味，其含3，4苯并芘的含量与清水灌溉时含量接近，不会引起3，4 苯并芘中毒，所以，在制定农用灌溉水质指标时，石油类含量规定为10mg/L 以下。,(5)酸碱污染物：酸类、碱类加工厂如果将未治理的酸性水或碱性水排入水体，会使水体的pH值发生变化，当pH值小于55或大于8.5时，破坏了水中自然的缓冲作用。用这种水灌溉农田，会破
31、坏土壤的理化性质，影响农作物的生长。用这种水去养殖水产类生物时，水中微生物的生长会受到抑制，致使水体自净能力减弱，并影响渔业生产。因此在制定标准时农田用水pH要求在5.58.5，渔业用水,淡水pH 6.58.5，海水pH7.08.5 。,(6)重金属：矿山、冶金、电镀、化工等工业废水中常含有大量重金属物质，如汞、砷、铅、铬、镉、铜等。这些工业废水，未经处理或处理不达标的污水排入农田、注入养殖池或河流，将使作作物污染，水产养殖物受害。重金属不仅对生物有显著毒性，而且能被生物吸收后通过食物链积累几千倍以上，最终进入人体造成慢性中毒或严重疾病。日本水俣病的致病物质系甲基汞，其原因是工厂徘出的汞废水使
32、鱼体、贝体汞的浓度比污水浓度提高110 倍，居住在水俣镇的人们长期食用高汞的鱼和贝，导致汞在人体大量积累，有60人死亡，仅水俣镇受害居民一万多人。日本神通川上游锌矿冶炼排出含镉废水污染了神通川，用河水灌溉稻田，使水稻中镉积累，当地人长期食用镉米、饮用镉水，结果使许多人患骨疼病。,(7)耗氧有机物：生活废水和一些食品工业废水中含有糖、蛋白质、脂肪和纤维素等有机物质，这些物质进入水体后在微生物的作用下分解为简单物质，在分解的过程中消耗氧气，使水体中溶解氧减少，微生物繁殖，而影响水产类和水生生物的生存，甚至大量死亡。当水中溶解氧降到零时，水中厌氧微生物占据优势，造成水体变黑变臭。,3.4 土壤污染,
33、1）土壤与生物 土壤是地球陆地上供植物、微生物生长与繁殖的疏松表层。土壤是与大气、水同样重要的第三大环境要素。土壤具有肥力，即能提供和调节水、气、热和营养元素的能力，为植物的生长提供了必要的条件。地球上有了土壤，才有广阔的森林、无边的草原和农田，人类得以从中获得丰富的生活资源、生产资料等，进而发展生产，创造财富。如果土壤受到污染，或者地球上的土壤变成沙漠，许多生物包括微生物会大量减少或死亡。没有土壤、微生物生长繁殖没有了场所，地球上植物、动物死亡的残体，就会堆积如山。反过来又会危害人类的生存。,2）土境污染的概念土壤污染是指人类活动所产生的污染物通过各种途径进入士壤，其数量超过了土壤的容纳和同
34、化能力，而使土壤的性质、组成和形状等发生变化，并导致土壤的自然功能失调，土壤恶化的现象称之为土壤污染。土壤污染的明显标志是土壤生产力下降。 污染物进入土壤能被土壤颗粒吸附和固定，使污染物毒性降低，其次土壤中还存在着其它物理、化学作用，从而对污染物的毒性产生强大的解毒作用，即土壤自净化。另外，土壤中存在着无数土壤微生物和小动物，它们在为作物制造营养物的同时，还可以使许多有毒有机物变成无毒物质，这被称为土壤的生物净化。但是，在施肥、喷洒农药和灌溉时带人大量污染物及大气污染物的沉降，使土壤的污染物大量增加，土壤的自净化和生物净化能力降低或者中断。一旦达到这种程度，土壤很难复原。,2）土壤污染源化学肥
35、料化学农药和化学除草剂垃圾： 垃圾包括工业、农业垃圾和生活垃圾。大气沉降物排泄物和生物残体,3）土壤污染物无机污染物有机污染物病原微生物,土壤环境主要污染物质,4）几种主要的土境污染,（1）土壤重金属污染环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。随着经济全球化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入士壤造成土壤严重污染。土壤的物理特性决定土壤极易被重金属污染。虽然土壤对重金属污染物的容纳能力相对大气和水体要大得多，但土壤一旦被污染就很难清除。以现有的科学技术水平，土壤污染过程是不可逆的，一旦土壤重金属污染
36、发展成生态灾难，其危害和损失将难以估量。土壤重金属污染是人类在不久的将来必将面对的最严峻的环境问题。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。,（2）土壤农药污染农药污染是指施用农药对环境和生物所产生的污染。农药喷洒后，一部分附着在作物体上，或被作物吸收残留，使粮、菜、水果受到污染；另一部分落在土壤上，有些农药是直接施入土壤中；还有一部分通过挥发和飘流污染空气，或随雨水和排水流入河湖，造成水体和鱼贝污染，间接危害人畜。农产品中残留的农药，又会通过食品或饲料影响人畜健康。在生态系统中，农药经食物链
37、不断浓缩，还能杀死天敌使昆虫产生抗性，破坏土壤生态系统，破坏生态平衡。农药进入土壤环境中发生迁移、转化、降解，或者残留、累积。残留的部分农药通过食物链转移或是生物浓缩，使农药污染问题变得愈加严重。,农药对环境的污染,全球12种有机污染物被禁用或限用 联合国环境会议通过关于持久性有机染物的斯德歌尔摩公约，决定在全世界范围内禁用或严格限用12种有机污染物。,被禁止生产和使用 艾氏剂 绿丹 狄氏剂 异狄氏剂 七氯 灭蚁灵 毒杀芬,被严格限用并将尽快被取代 滴滴涕,将在2025年之前被禁用 多氯联苯,尽可能限制在最低范围之内 六氯代苯 二恶英 呋喃,（3）农用化肥对土壤环境的影响化肥是一种提供植物必需
38、营养元素且兼有改善土壤性质、提高土壤肥力的物质，是提高农业生产的物质基础之一。它的主要成分是氮、磷、钾三大元素。合理施用化肥，对于提高作物产量和土壤肥力起着重要作用。我国目前的化肥施用量是世界第一，但肥料结构不合理、化肥利用率低等问题带来了资源、环境、生态等各方面的突出问题，对土壤、水和大气环境都有严重的影响。长期施用化肥对土壤环境的影响表现在以下几个方面：引起土壤酸度变化；导致土壤板结，土壤肥力下降；造成土壤硝酸盐污染；伴随在化肥中的有害物质如重金属、放射性物质随施肥进入农田土壤造成污染。,(4)土壤石油污染石油污染泛指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油等)及各类油的分解产物所引起的
39、污染。石油对土壤的污染主要是在勘探、开采、运输以及储存过程中引起的。油田周围的土壤一般受到严重的污染。石油在土壤中与土粒粘连，影响土壤的通透性因而会直接影响到农作物的生长情况。当今土壤的石油污染已经是一种比较普遍的现象。,3.5 土壤与环境研究的背景与需求,3.6 土壤修复技术,1）生物清洁技术, 污染土壤生物降解处理技术,污染物生物降解最适条件的建立，包括土壤中大量和微量元素的适当比例，游离酶的选择与浓度确立及土壤温度、湿度、pH和有机质等常规条件土著微生物的驯化与接种菌的筛选和培养特异性降解微生物的构建提高污染物生物可利用性技术等, 有机污染土壤堆腐清洁技术,污染区人工生态系统的营造、管理
40、及其 持续高效无害化 农业利用技术, 土壤生物改良剂发研制与开发,2） 物理化学清洁技术,污染物的固定/稳定化处理 技术 污染土壤固定 - 覆盖技术 电渗析技术 树脂/活性炭浮选技术,污染土壤蒸汽萃取技术 污染土壤泥浆反应器处理技术 污染土壤冲洗技术 针对特定的顽固性污染物的溶 剂萃取技术,重金属或其它类型无机污染土壤,石油或其它有机污染土壤,3）超富集植物修复污染土壤,蕨类植物蜈蚣草：对碘具有很强的超富集能力，其叶片含碘量可达 千分之八，能够抵受含碘量为3%的受污染环境。在我国南方的 湖南、广西等地大面积存在，其生长旺盛，个体高大。紫花苜蓿：对铅有很强的富集能力，其根、茎、叶的富集能力依次 为根茎叶。芥菜：不仅可吸收并积累铬、镉、镍、锌和铜等重金属元素。凤眼莲：每公顷凤眼莲1天可从污水吸收银1.25千克，吸收金、铅、 镍、镉、汞等有毒金属2.175千克。,完20141210,
