土壤污染及防治
土壤的独特性质决定了它在陆地生态系统中的地位，首先土壤是具有肥力的物质，它可以从环境条件和营养条件两方面来供应和协调植物的生长发育，从而保障了动物和人类获得必要的食物，成为人类、动物和微生物栖息繁衍的主要场所。土壤环境和植物是构成陆地生态系统食物链的起始和主要的环节，植物产品的数量和质量主要为土壤环境质量所决定，从而通过食物链来影响人们的生活和身体健康，可见保证土壤环境质量的重要性。
其次土壤是环境系统中的一个重要净化体，土壤中存在着大量有机和无机胶体、活的微生物和动物，因此它具有同化和代谢外界环境进入土壤的物质的能力，使许多有毒污染物转化为无毒物质，甚至可变为有用物质，所以有人称土壤—植物系统是一个良好活性“过滤器”。
应当把土壤及其上面生存的生物看作一个生态系统，它是陆地生态系统的中央枢纽，是所有环境要素中物质和能量迁移转化最为活跃和复杂的场所。作为一个生态系统，具有维持本系统平衡的自动调节能力，但如果其物质循环和能量流动处于超负荷状态，系统就会失去调节能力，生态失去平衡，土壤的生物产量受到影响，严重的会丧失生产力，使有毒物质在农产品中残留，直接或间接地危害着人类生命和健康。
长期以来，由于人口不断增加，土地被不合理地利用，致使土地资源的开发与生态环境之间出现严重失调，导致土壤资源遭到一定程度的破坏，使植物生长发育所不可缺少的优良土壤环境恶化。
第一节 土壤污染的发生一、土壤的基本特征
（一）土壤独特的物理性质土壤是固、液、气三相以及单粒、微团聚体、团粒等多层次空间结构组成的疏松多孔体系，它具有使大气降水由表层渗进较深土层，并通过毛细管保持水分的能力，又可通气，使土壤空气通过扩散或对流与大气交换，并由于其高度分散性，能将各种离子、水气和气体吸附在土壤颗粒表面。水分的入渗蒸发，养分的迁移，气体的交换都与土壤的物理性质有关。
（二）土壤的化学性质
1.土壤是一个带电的胶体体系 土壤中小于lμm的粘粒特别是小于0.25 μm的胶体是土壤中物理化学性质最为活跃的部分，这些无机有机胶体具有巨大的比表面，因此土壤具有吸附和离子交换功能。
2.土壤是一个络合—螯合物体系 土壤中存在各种不同类型的有机、无机配位体，它们能和金属离子发生络合螫合作用，有机配位体来自有机胶体大分子结构的多种功能团，如－COOH，－OH，－C=O和－NH2等，无机配位体如CI－，SO４２－，OH－，HCO３－等，这一特性影响土壤中金属离子的迁移能力，生成的络合物和螯合物若是难溶的则降低金属离子的迁移能力，若是易溶的则提高了金属离子迁移能力。
3.土壤是一个氧化还原体系 由于温度、PH值、水分状态不同，物理化学变化以及微生物活动的影响，使土壤处于不同的氧化还原状态。土壤中氧化还原状态的变化可使一些物质的价态、性质发生变化。
4.土壤是酸碱平衡体系 由于自然界的物质循环产生一些可溶的酸碱物质，而土壤是胶体，对酸碱有缓冲作用，使PH值趋于相对稳定。不同类型的土壤对酸碱的缓冲性能各不相同，这种情况对污染物在土壤中的迁移转化影响很大。
5.土壤是一个沉淀—溶解体系 由于土壤的物质组成极为复杂，可与污染物产生不同溶度积常数的沉淀一溶解反应，这对土壤中污染物的活性有很大的影响。
（三）土壤的生物性质土壤中存在着大量的盘根错节的植物根系。土壤腐殖质层，尤其是根系周围每克土中可含以亿和十亿计的细菌、真菌、放线菌等微生物，此外还有很多昆虫和生活在土壤中的动物，它们在生态系统中起着分解、积累和物质转化等作用。
二、土壤污染
（一）土壤污染的涵义及污染源人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，超过土壤的自净能力，引起土壤恶化的现象，称之为土壤污染。
对土壤产生污染的污染源及污染物主要有如下几个方面：
1.工业污染源 工业排放的物质十分复杂，种类繁多，其中除无机物外，有一大部分为无毒的有机物质，如糖类、蛋白质和脂肪，它们在水中可以分解，在分解过程中需要消耗大量水中的溶解氧。通过水体进入土壤后，可以在土壤中分解，对土壤污染威胁不大。在此仅介绍对土壤影响较大的污染物。
（1）有毒有机物
①苯和苯的衍生物 包括苯、苯酸、二甲苯、苯胺，主要来自钢铁、化肥、农药、炼油、染料、医药等工业的废水。
②有机氯、有机磷农药 来自农药制造的废水。
③苯并（a）芘 来自炼油、炼焦废水。
（2）有毒无机物主要包括重金属及其化合物。
汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pｂ）、砷（As）。
2.农业污染源 农药、化肥及污水灌溉造成对土壤的污染，虽然部分是工业产品和工业废水造成的，但主要还是由于农业活动引起的，因此把它们归为农业污染源。
（1）化学农药 无论是哪一种农药，除直接与作物接触外，大部分农药均散落在土壤表面，从而在土壤中残留，残留在土壤中时间最长的是有机氯农药，如DDT可残留30年，六六六的残留期也需6.5年，因此逐年累积造成土壤污染。
（2）化肥 化肥对粮食和农产品产量的增长起了很重要的作用，但如果用量过大，也会给土壤造成一定的影响。如硝酸盐的累积，富营养化，非营养物质的积累，重金属的渗入，都会形成对土壤污染。
（3）污水灌溉 我国污灌的历史很长，工业废水和城市生活污水便成为城市近郊农业的主要水源。由于工业废水中含有多种有害物质如重金属等在土壤中不断积累，通过食物链造成对人畜的危害。污灌不仅污染土壤，还通过渗漏污染地下水，影响饮用水水质。
（4）农用塑料薄膜 塑膜难于被分解，在土中形成隔离层，如不及时清除，逐年累积，必然会影响土壤的结构和肥力，成为污染土壤的来源之一。
（二）土壤污染状况及危害
污水灌溉因水中含有大量的N、P、K等植物营养元素而可取得一定的增产效果。但由于我国工业废水达不到排放的标准，其中含有各种有害的重金属，致使土壤中重金属含量超标、土壤板结、盐渍化、酸化，使大片农田减产。全国已有943万hm2农田受到不同程度的污染，据初步统计，每年由于土壤污染减产粮食25亿kg，近年来受污染的粮食达50亿kg。
我国酸雨污染的面积约266.67万hm2，绝大部分出现在长江以南地区，酸雨对森林的影响十分严重，四川峨眉山、重庆南山已明显受到酸雨危害。
农药、化肥是农业的主要面污染源，据调查，全国农药化肥污染面积达906.67万hm2。化肥污染主要是氮肥污染、因过量施用氮肥导致蔬菜特别是叶菜类中硝酸盐含量大大超标（国外标准为250～300mg／㎏），检出的最高值可达4 000 mg／㎏，对人类健康构成极大的威胁。
重金属污染物对人类造成的危害更为严重，1955年日本发生的“镉米事件”，其原因是日本富山县农民长期用神通川上游铅锌冶炼厂的废水灌溉稻田，造成土壤和稻米中含镉量增加，人们长期食用此种稻米和饮用受镉污染的水，镉在人体内累积引起周身性神经痛、骨折、关节病以至死亡。
（三）土壤污染评价方法
污染物是不是一进入土壤就算污染了土壤呢？显然不是。上面我们也提到过当输入的物质超出了土壤本身的自净能力，才会导致土壤污染，但这也是一个模糊的概念，需要用一些指标和方法来衡量土壤是否受到污染及程度如何。土壤是一个复杂的开放体系，与环境进行着物质和能量的交换。目前一般把土壤的环境背景值作为土壤污染的起始指标，并通过环境容量来确定土壤污染标准。
1.土壤背景值 土壤背景值通常以一个地区的土壤中某元素的平均含量作为背景值，以与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比。超过背景值即属土壤污染。由于人类的长期活动，特别是现代工农业生产活动的影响，绝对的背景值很难找到。因此，通常调查的背景值实际上是在相对未受直接污染的情况下取得的。由于各地区形成土壤的母质差异较大，不同地区的土壤有不同的背景值，土壤中所含的各种元素的自然含量称为该地区的土壤背景值。土壤背景值的调查是环境保护和治理污染的基础数据，
土壤污染的种类及程度如何都需要土壤背景值作基础。
2.土壤污染评价 评价土壤污染主要采用三种方法，一种是测定表土和底土样品中污染物的平均含量，再用数理统计方法检验其间的差异显著性，如果差异显著，则表明土壤已受污染。这种方法可说明一定问题，但这种方法不能说明污染的程度如何。
第二种方法是采用土壤评价指数方法，评价公式为：
Ii = （Ci－Bi）/（Ci0－Bi）
式中：Ii：为i元素的评价指数
Ci：为i元素的实测浓度
Ci0：为i元素在土壤中最大允许浓度
Bi：为i元素的土壤背景值
某元素在土壤中最大允许含量是根据实验测出的，若没有该资料则一般以该元素的平均背景值加2～3倍标准差作为该元素的最大允许值。但这种方法不能反映土壤元素的生态效应和环境效应。
用这种评价方法，可以定量地评价土壤污染级别，并可根据指数大小划分出不同污染区域，如表61。
第三种方法是根据食品卫生标准及敏感作物的毒害指标（减产10%）来评价土壤污染的程度。
3.土壤环境容量 土壤环境容量以土壤学为基础，在一定区域或一定期限内遵循环境质量标准，既保证农产品生物学质量，同时也不使环境遭受污染时土壤所能容纳的污染物最大负荷。
土壤容量是对污染物进行总量控制与环境管理的重要手段，它对损害和破坏土壤环境质量的人类活动施加数量上的限制，从而进一步要求污染物的排放限制在允许范围内，既能发挥土壤的净化功能又能保证该系统处于良性循环状态。土壤环境容量的研究对于制定区域性土壤环境标准，合理利用污水资源及发展土地处理系统等方面都有着实际意义。
第二节 重金属的生物富集
重金属的特殊威胁是进入环境以后不能被微生物降解，相反，生物对重金属的吸收富集总量很高，同时微生物还可以通过重金属的甲基化过程，加大重金属的毒性。
重金属的生物富集是指重金属被生物吸收，逐渐在其体内富集的过程，随着时间的延长，生物体对重金属的吸收、富集量递增。
重金属在生物体内不同的器官部位的富集和积累量是不相同 的。一般情况下在营养贮存部位（如果实、块根、骨骼、肉）积累量少，而在生物体内新陈代谢最旺盛的器官内的富集量最高。
重金属在植物各器官富集、积累的顺序：
根>叶>枝(茎)>果实 块根>须根 老叶>新叶
重金属在人、畜体内各器官积累的顺序：
肝、肾>肉>骨骼日本的水俣病事件，1955年日本昭和天然气公司的废水中含汞，排入河道中被藻类生物吸收，而昆虫吞吃藻类，石斑鱼吃昆虫，而鲶、鳝鱼吞食石斑鱼，最后鲶、鳝鱼含汞量比原污水中含汞量高，最高可达10万倍，比一般正常鱼体含汞量高900倍，人吃鳝鱼后引起汞中毒。
第三节 化学农药在土壤中的迁移转化施用于田间的各种农药在施用过程中大部分落入土壤中，一部分附着于植物体上，附着于植物体上的那部分农药也因风吹雨淋落入土壤。据测定喷洒农药中附着在作物上的粉剂不超过10%，液剂为20－30%，农药有5－30%飘浮在空气中，约有40－60%落入土壤，造成土壤污染。此外拌种、浸种、毒谷等施药方式直接把农药施入土中，污染程度更大。
一、农药在土壤中残留
进入土壤中的农药经多种途径进行反应和降解，不同类型的农药降解时间不一，因此在土壤中的持续性不同，农药在土壤中的持续性一般用两种概念表示，即半衰期和残留期。半衰期指土壤中的农药，因降解等原因而减少一半所需的时间；残留期是指农药降解后减少75~100%所需要的时间。有机氯农药在土壤中残留期最长，一般有数年之久，在环境中和生物体内有较强的残留性，目前已被淘汰，被各国限用或禁用，1983年我国已停止生产，1984年禁用。有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂以及一般性杀菌剂的残留时间只有几天和几周时间，但如连续长期使用，特别是使用浓度过高，也会对土壤产生污染。
二、农药在土壤中的转化
（－）农药在土壤中的吸附作用
农药能够在土壤中残留，主要是由于土壤对它有吸附作用，而农药被吸附以后，由于农药存在的形态发生改变，其迁移能力和生理毒性也随之变化。在某种意义上是对农药的净化，但这种净化是不稳定的、有限度的。
农药被土壤中的粘土矿物或有机质吸附后，在解吸以前，其毒性大大降低，难于被植物吸收。土壤对农药的吸附能力愈大，农药在土壤中的有效性愈低，净化效果愈好。但当农药的量超过土壤吸附能力时，土壤的净化能力就丧失了。因此，土壤对农药的吸附，只在一定条件下能起到净化和解毒作用。
（二）农药在土壤中的降解
农药多是人工合成的，不论其稳定性有多强，均能在各种化学和生物作用下逐渐分解，最后转化为无机化合物和水、CO2、N2、CI2等，这就是农药的降解。降解速度快，在环境中残留时间短，称为低残留农药，相反则称为高残留农药。降解的过程主要有光化学、化学和生物降解。
1.光化学降解 指土壤表面接受太阳辐射和紫外线能量而引起农药的分解作用，农药吸收光能后可产生光化学反应，使农药分子发生光解、光氧化、光水解、异构化等，并使农药分子结构中的碳磷键发生断裂，这是农药转化和消失的一个主要途径。
2.化学降解 主要是水解和氧化作用。
许多有机磷农药进入土壤后，可进行水解，有机磷所特有的加碱水解过程，能导致农药解毒。水解强度随温度升高、土壤水分增加和PH值降低而加强。
许多含硫和含氯农药在土壤中可以进行氧化。
3.微生物分解 微生物分解是土壤中农药降解的主要途径，有时可使毒性很强的农药分解为CO2和水。
农药通过脱氧、脱烷基、水解、氧化还原、苯环破裂等反应使化学结构发生变化，有些农药经生物降解就失去毒性。有些农药本身毒性不大但分解产物毒性很大，如2，4，5—T除草剂在微生物降解后产2，4，5三氯酚，进一步形成二 英，有致畸的毒性。因此在评价一种农药是否对环境有污染时，不仅要看其本身的毒性，而且还应注意其代谢产物是否有潜在的危害。
（三）农药在土壤中挥发扩散和迁移
农药落入土壤被吸附、降解、残留的同时，还通过挥发、扩散、淋溶等在土壤中移动或逸入空气、水体中去，或被生物吸收迁出主体之外，进而对大气、水体及生态系统造成危害。
农药由于蒸汽运动可分布在整个土壤剖面，最后通过蒸发而逸入大气。其挥发速度与土壤条件、农药性质有关。研究表明，农药挥发速度与土壤吸附性呈负相关，有机质含量低的土壤，农药的挥发就大。水分对农药挥发也具重要作用，农药在潮湿土壤中挥发得快，水分的蒸发作用能加强农药的挥发。同样土壤温度对其也有作用，土壤温度升高，其挥发加快。
农药本身的性质起着更大的作用，土壤熏蒸剂、除草剂和杀虫剂等，其挥发性强，其挥发损失就更大。
一些水溶性强或水缔结成溶液悬液或乳液可在土壤剖面流动，但受土壤吸附性影响。一些农药使用量过大，通过长期淋溶可能被淋到主体以外污染水源，有时可使一些难溶农药因土壤侵蚀进入水体造成水体污染。
农药的挥发、迁移、淋洗从某种意义上讲是土壤净化过程，但同时也是生态系统其它要素的二次污染。
三、农药对生态系统的污染
（－）农药对植物的污染
田间施用的农药能够渗透到作物的根、茎、叶和籽粒中，作物对农药的吸收与农药特性和土壤性质有关。
多数有机磷农药由于水溶性强，比较容易被作物吸收，如甲拌磷、乙拌磷、内吸磷等，都可以在几天或几个星期内通过作物根吸收，一般地说，农药的溶解度越大就越易被作物吸收，作物种类不同其吸收率也不同。豆类的吸收率较高，块根类比茎叶类作物吸收率高，油料作物对脂溶性农药的吸收率高。
土壤性质不同对农药的吸收率也不同。沙土中农药最易被作物吸收，而有机质含量高的土壤，农药不易被作物吸收。
由于作物对农药的吸收富集以及通过食物链的传递，使许多农、畜、禽产品中农药残留量过高。
（二）农药对动物污染
1.对昆虫的影响 最突出的问题是抗药性害虫的出现，由于长期大量地施用同一种农药，使害虫对药剂的抵抗能力增加，产生新的抗性品种。另外，由于药剂杀死了害虫的天敌，使自然界害虫与天敌之间的平衡打破。
2.对水生动物的影响 由于施用田间的农药经淋洗等途径进入水体，由食物链引起农药对鱼类的污染，农药在鱼体中浓缩，除通过食物链外，呼吸作用也是一个重要的途径。
一般情况下，淡水鱼类对农药的累积比海水鱼高，沿海和内海鱼类农药残留比外海鱼类高。
3.对飞禽的影响 食含有农药的作物籽粒和无脊椎小动物、鱼类等的飞禽，其体内农药发生积累。
（三）对食物的污染和对人类的影响
农药对人类的影响首先表现在对使用农药的人们的直接毒害。每年由于使用农药不符合安全操作规则而中毒的事件时有发生，人数相当多。据不完全统计，平均每年有10万人中毒，1万人左右致死。
其次是农药对食品的污染。主要是有机氯农药由于其残留期长，可进入植物体以及食物链中，由此引起粮、菜、水果、肉、蛋、奶、水产品等污染。
第四节 土壤污染的防治
对于土壤污染，必须贯彻预防为主，防治结合的环境保护方针，首先必须控制和消除污染源，同时应看到土壤有较大的净化能力，应充分利用土壤的这一特性。
一、控制和消除污染源
这是最根本的措施，没有污染源就不会造成土壤及其它环境污染问题。但在目前社会发展速度下，不可能消除所有的污染源，并且所产生的污染物的量远大于土壤本身的净化能力。我们所能采取的有效措施是控制和减少污染源以及污染物进入土壤的数量和速度。如治理三废的污染，可大力推广闭路循环和无毒工艺或进行回收处理，化害为利，这样既体现了资源和能源的综合利用，又减少污染，保护环境。
污水是一种宝贵的水资源，可作为灌溉水源，即污灌。
第一，在污灌之前，污水必须经过一段时间的定期测定分析，确保污水符合污灌卫生标准。
第二，要限制污灌作物和污灌时间。污水不宜灌溉生吃蔬菜。牧草放牧前7~10天，蔬菜上市前10天，马铃薯开花前，要停止污灌。
第三，污灌区必须配备清水水源，以便发现问题时及时采用清灌。
第四，加强污灌试验研究，提高污灌技术，使作物正常生长，提高品质。
控制城市污泥的农用，为了减少污染，污泥的应用前要经过无害化处理。此外还应控制城市垃圾的排放和使用，加强对工业有害废渣的管理，减少和避免它对土壤的污染危害。
合理使用农药，淘汰高毒高残留农药，发展高效低残留农药和生物防治技术，是解决农药对作物和土壤污染最根本的途径。严格农药的管理和监测，合理施用农药，减少用药量，提高防治效果，降低对土壤和农产品的污染，开展综合治理。
合理施用化肥，主要是控制氮肥对环境的不良影响，采用合理的施肥量和施肥方法，肥料种类合理搭配，尽量采用有机肥源，适量配施无机肥料。
二、增加土壤容量，提高土壤净化能力
土壤本身所具有的净化能力是消除减缓土壤污染的一个重要特性，要预防土壤污染，需采取合理措施，提高土壤对污染物的容纳量使污染减轻到最低限度，如增施有机肥，促进土壤熟化和团粒结构的形成，增加或改善土壤胶体的种类和数量，均可增加土壤容量，使土壤对有害物质的吸附能力加强，增加吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现分离培育新的微生物品种，以增强微生物降解作用，提高土壤净化能力，是近年来发展较快的新途径。
三、其它防治土壤污染的措施
（一）控制土壤的氧化还原状况
据研究，水稻在抽穗到成熟时，大量无机成分向穗部转移，此时减少落干，保持淹水可明显减少水稻籽粒中镉、铅等的含量。在淹水还原状况下，这些金属可与H2S形成硫化物沉淀，减少金属活性，也可减少污染。
（二）增施抑制剂
对于重金属污染的土壤，施用石灰、磷酸盐、硅酸盐等，它们与重金属污染物生成难溶化合物，降低重金属在土壤及植物体内的迁移，减少对生态环境的危害。
（三）客土改良
客土法就是向污染土壤加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低或减少污染物与植物根系的接触。
换土就是把污染土壤取走，换人新的干净的土壤。该方法对小面积严重污染且污染物又易扩散难分解的土壤是有效的，可以防止扩大污染范围。
在污染稍轻的地方可采取耕翻上层，采取深耕，将上下土层翻动混合，使表层土壤污染物含量减低，但在严重污染地区不宜采用。
（四）因地制宜改变耕作制度或改为非农业用地耕作制度主要包括耕作制、轮作制和施肥等多方面内容。如根据作物根系深度及地下水深度等对土地适当翻耕加速污染物质分解，减少对作物污染。
土壤的独特性质决定了它在陆地生态系统中的地位，首先土壤是具有肥力的物质，它可以从环境条件和营养条件两方面来供应和协调植物的生长发育，从而保障了动物和人类获得必要的食物，成为人类、动物和微生物栖息繁衍的主要场所。土壤环境和植物是构成陆地生态系统食物链的起始和主要的环节，植物产品的数量和质量主要为土壤环境质量所决定，从而通过食物链来影响人们的生活和身体健康，可见保证土壤环境质量的重要性。
其次土壤是环境系统中的一个重要净化体，土壤中存在着大量有机和无机胶体、活的微生物和动物，因此它具有同化和代谢外界环境进入土壤的物质的能力，使许多有毒污染物转化为无毒物质，甚至可变为有用物质，所以有人称土壤—植物系统是一个良好活性“过滤器”。
应当把土壤及其上面生存的生物看作一个生态系统，它是陆地生态系统的中央枢纽，是所有环境要素中物质和能量迁移转化最为活跃和复杂的场所。作为一个生态系统，具有维持本系统平衡的自动调节能力，但如果其物质循环和能量流动处于超负荷状态，系统就会失去调节能力，生态失去平衡，土壤的生物产量受到影响，严重的会丧失生产力，使有毒物质在农产品中残留，直接或间接地危害着人类生命和健康。
长期以来，由于人口不断增加，土地被不合理地利用，致使土地资源的开发与生态环境之间出现严重失调，导致土壤资源遭到一定程度的破坏，使植物生长发育所不可缺少的优良土壤环境恶化。
第一节 土壤污染的发生一、土壤的基本特征
（一）土壤独特的物理性质土壤是固、液、气三相以及单粒、微团聚体、团粒等多层次空间结构组成的疏松多孔体系，它具有使大气降水由表层渗进较深土层，并通过毛细管保持水分的能力，又可通气，使土壤空气通过扩散或对流与大气交换，并由于其高度分散性，能将各种离子、水气和气体吸附在土壤颗粒表面。水分的入渗蒸发，养分的迁移，气体的交换都与土壤的物理性质有关。
（二）土壤的化学性质
1.土壤是一个带电的胶体体系 土壤中小于lμm的粘粒特别是小于0.25 μm的胶体是土壤中物理化学性质最为活跃的部分，这些无机有机胶体具有巨大的比表面，因此土壤具有吸附和离子交换功能。
2.土壤是一个络合—螯合物体系 土壤中存在各种不同类型的有机、无机配位体，它们能和金属离子发生络合螫合作用，有机配位体来自有机胶体大分子结构的多种功能团，如－COOH，－OH，－C=O和－NH2等，无机配位体如CI－，SO４２－，OH－，HCO３－等，这一特性影响土壤中金属离子的迁移能力，生成的络合物和螯合物若是难溶的则降低金属离子的迁移能力，若是易溶的则提高了金属离子迁移能力。
3.土壤是一个氧化还原体系 由于温度、PH值、水分状态不同，物理化学变化以及微生物活动的影响，使土壤处于不同的氧化还原状态。土壤中氧化还原状态的变化可使一些物质的价态、性质发生变化。
4.土壤是酸碱平衡体系 由于自然界的物质循环产生一些可溶的酸碱物质，而土壤是胶体，对酸碱有缓冲作用，使PH值趋于相对稳定。不同类型的土壤对酸碱的缓冲性能各不相同，这种情况对污染物在土壤中的迁移转化影响很大。
5.土壤是一个沉淀—溶解体系 由于土壤的物质组成极为复杂，可与污染物产生不同溶度积常数的沉淀一溶解反应，这对土壤中污染物的活性有很大的影响。
（三）土壤的生物性质土壤中存在着大量的盘根错节的植物根系。土壤腐殖质层，尤其是根系周围每克土中可含以亿和十亿计的细菌、真菌、放线菌等微生物，此外还有很多昆虫和生活在土壤中的动物，它们在生态系统中起着分解、积累和物质转化等作用。
二、土壤污染
（一）土壤污染的涵义及污染源人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，超过土壤的自净能力，引起土壤恶化的现象，称之为土壤污染。
对土壤产生污染的污染源及污染物主要有如下几个方面：
1.工业污染源 工业排放的物质十分复杂，种类繁多，其中除无机物外，有一大部分为无毒的有机物质，如糖类、蛋白质和脂肪，它们在水中可以分解，在分解过程中需要消耗大量水中的溶解氧。通过水体进入土壤后，可以在土壤中分解，对土壤污染威胁不大。在此仅介绍对土壤影响较大的污染物。
（1）有毒有机物
①苯和苯的衍生物 包括苯、苯酸、二甲苯、苯胺，主要来自钢铁、化肥、农药、炼油、染料、医药等工业的废水。
②有机氯、有机磷农药 来自农药制造的废水。
③苯并（a）芘 来自炼油、炼焦废水。
（2）有毒无机物主要包括重金属及其化合物。
汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）、铅（Pｂ）、砷（As）。
2.农业污染源 农药、化肥及污水灌溉造成对土壤的污染，虽然部分是工业产品和工业废水造成的，但主要还是由于农业活动引起的，因此把它们归为农业污染源。
（1）化学农药 无论是哪一种农药，除直接与作物接触外，大部分农药均散落在土壤表面，从而在土壤中残留，残留在土壤中时间最长的是有机氯农药，如DDT可残留30年，六六六的残留期也需6.5年，因此逐年累积造成土壤污染。
（2）化肥 化肥对粮食和农产品产量的增长起了很重要的作用，但如果用量过大，也会给土壤造成一定的影响。如硝酸盐的累积，富营养化，非营养物质的积累，重金属的渗入，都会形成对土壤污染。
（3）污水灌溉 我国污灌的历史很长，工业废水和城市生活污水便成为城市近郊农业的主要水源。由于工业废水中含有多种有害物质如重金属等在土壤中不断积累，通过食物链造成对人畜的危害。污灌不仅污染土壤，还通过渗漏污染地下水，影响饮用水水质。
（4）农用塑料薄膜 塑膜难于被分解，在土中形成隔离层，如不及时清除，逐年累积，必然会影响土壤的结构和肥力，成为污染土壤的来源之一。
（二）土壤污染状况及危害
污水灌溉因水中含有大量的N、P、K等植物营养元素而可取得一定的增产效果。但由于我国工业废水达不到排放的标准，其中含有各种有害的重金属，致使土壤中重金属含量超标、土壤板结、盐渍化、酸化，使大片农田减产。全国已有943万hm2农田受到不同程度的污染，据初步统计，每年由于土壤污染减产粮食25亿kg，近年来受污染的粮食达50亿kg。
我国酸雨污染的面积约266.67万hm2，绝大部分出现在长江以南地区，酸雨对森林的影响十分严重，四川峨眉山、重庆南山已明显受到酸雨危害。
农药、化肥是农业的主要面污染源，据调查，全国农药化肥污染面积达906.67万hm2。化肥污染主要是氮肥污染、因过量施用氮肥导致蔬菜特别是叶菜类中硝酸盐含量大大超标（国外标准为250～300mg／㎏），检出的最高值可达4 000 mg／㎏，对人类健康构成极大的威胁。
重金属污染物对人类造成的危害更为严重，1955年日本发生的“镉米事件”，其原因是日本富山县农民长期用神通川上游铅锌冶炼厂的废水灌溉稻田，造成土壤和稻米中含镉量增加，人们长期食用此种稻米和饮用受镉污染的水，镉在人体内累积引起周身性神经痛、骨折、关节病以至死亡。
（三）土壤污染评价方法
污染物是不是一进入土壤就算污染了土壤呢？显然不是。上面我们也提到过当输入的物质超出了土壤本身的自净能力，才会导致土壤污染，但这也是一个模糊的概念，需要用一些指标和方法来衡量土壤是否受到污染及程度如何。土壤是一个复杂的开放体系，与环境进行着物质和能量的交换。目前一般把土壤的环境背景值作为土壤污染的起始指标，并通过环境容量来确定土壤污染标准。
1.土壤背景值 土壤背景值通常以一个地区的土壤中某元素的平均含量作为背景值，以与污染区土壤中同一元素的平均含量进行对比。超过背景值即属土壤污染。由于人类的长期活动，特别是现代工农业生产活动的影响，绝对的背景值很难找到。因此，通常调查的背景值实际上是在相对未受直接污染的情况下取得的。由于各地区形成土壤的母质差异较大，不同地区的土壤有不同的背景值，土壤中所含的各种元素的自然含量称为该地区的土壤背景值。土壤背景值的调查是环境保护和治理污染的基础数据，
土壤污染的种类及程度如何都需要土壤背景值作基础。
2.土壤污染评价 评价土壤污染主要采用三种方法，一种是测定表土和底土样品中污染物的平均含量，再用数理统计方法检验其间的差异显著性，如果差异显著，则表明土壤已受污染。这种方法可说明一定问题，但这种方法不能说明污染的程度如何。
第二种方法是采用土壤评价指数方法，评价公式为：
Ii = （Ci－Bi）/（Ci0－Bi）
式中：Ii：为i元素的评价指数
Ci：为i元素的实测浓度
Ci0：为i元素在土壤中最大允许浓度
Bi：为i元素的土壤背景值
某元素在土壤中最大允许含量是根据实验测出的，若没有该资料则一般以该元素的平均背景值加2～3倍标准差作为该元素的最大允许值。但这种方法不能反映土壤元素的生态效应和环境效应。
用这种评价方法，可以定量地评价土壤污染级别，并可根据指数大小划分出不同污染区域，如表61。
第三种方法是根据食品卫生标准及敏感作物的毒害指标（减产10%）来评价土壤污染的程度。
3.土壤环境容量 土壤环境容量以土壤学为基础，在一定区域或一定期限内遵循环境质量标准，既保证农产品生物学质量，同时也不使环境遭受污染时土壤所能容纳的污染物最大负荷。
土壤容量是对污染物进行总量控制与环境管理的重要手段，它对损害和破坏土壤环境质量的人类活动施加数量上的限制，从而进一步要求污染物的排放限制在允许范围内，既能发挥土壤的净化功能又能保证该系统处于良性循环状态。土壤环境容量的研究对于制定区域性土壤环境标准，合理利用污水资源及发展土地处理系统等方面都有着实际意义。
第二节 重金属的生物富集
重金属的特殊威胁是进入环境以后不能被微生物降解，相反，生物对重金属的吸收富集总量很高，同时微生物还可以通过重金属的甲基化过程，加大重金属的毒性。
重金属的生物富集是指重金属被生物吸收，逐渐在其体内富集的过程，随着时间的延长，生物体对重金属的吸收、富集量递增。
重金属在生物体内不同的器官部位的富集和积累量是不相同 的。一般情况下在营养贮存部位（如果实、块根、骨骼、肉）积累量少，而在生物体内新陈代谢最旺盛的器官内的富集量最高。
重金属在植物各器官富集、积累的顺序：
根>叶>枝(茎)>果实 块根>须根 老叶>新叶
重金属在人、畜体内各器官积累的顺序：
肝、肾>肉>骨骼日本的水俣病事件，1955年日本昭和天然气公司的废水中含汞，排入河道中被藻类生物吸收，而昆虫吞吃藻类，石斑鱼吃昆虫，而鲶、鳝鱼吞食石斑鱼，最后鲶、鳝鱼含汞量比原污水中含汞量高，最高可达10万倍，比一般正常鱼体含汞量高900倍，人吃鳝鱼后引起汞中毒。
第三节 化学农药在土壤中的迁移转化施用于田间的各种农药在施用过程中大部分落入土壤中，一部分附着于植物体上，附着于植物体上的那部分农药也因风吹雨淋落入土壤。据测定喷洒农药中附着在作物上的粉剂不超过10%，液剂为20－30%，农药有5－30%飘浮在空气中，约有40－60%落入土壤，造成土壤污染。此外拌种、浸种、毒谷等施药方式直接把农药施入土中，污染程度更大。
一、农药在土壤中残留
进入土壤中的农药经多种途径进行反应和降解，不同类型的农药降解时间不一，因此在土壤中的持续性不同，农药在土壤中的持续性一般用两种概念表示，即半衰期和残留期。半衰期指土壤中的农药，因降解等原因而减少一半所需的时间；残留期是指农药降解后减少75~100%所需要的时间。有机氯农药在土壤中残留期最长，一般有数年之久，在环境中和生物体内有较强的残留性，目前已被淘汰，被各国限用或禁用，1983年我国已停止生产，1984年禁用。有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂以及一般性杀菌剂的残留时间只有几天和几周时间，但如连续长期使用，特别是使用浓度过高，也会对土壤产生污染。
二、农药在土壤中的转化
（－）农药在土壤中的吸附作用
农药能够在土壤中残留，主要是由于土壤对它有吸附作用，而农药被吸附以后，由于农药存在的形态发生改变，其迁移能力和生理毒性也随之变化。在某种意义上是对农药的净化，但这种净化是不稳定的、有限度的。
农药被土壤中的粘土矿物或有机质吸附后，在解吸以前，其毒性大大降低，难于被植物吸收。土壤对农药的吸附能力愈大，农药在土壤中的有效性愈低，净化效果愈好。但当农药的量超过土壤吸附能力时，土壤的净化能力就丧失了。因此，土壤对农药的吸附，只在一定条件下能起到净化和解毒作用。
（二）农药在土壤中的降解
农药多是人工合成的，不论其稳定性有多强，均能在各种化学和生物作用下逐渐分解，最后转化为无机化合物和水、CO2、N2、CI2等，这就是农药的降解。降解速度快，在环境中残留时间短，称为低残留农药，相反则称为高残留农药。降解的过程主要有光化学、化学和生物降解。
1.光化学降解 指土壤表面接受太阳辐射和紫外线能量而引起农药的分解作用，农药吸收光能后可产生光化学反应，使农药分子发生光解、光氧化、光水解、异构化等，并使农药分子结构中的碳磷键发生断裂，这是农药转化和消失的一个主要途径。
2.化学降解 主要是水解和氧化作用。
许多有机磷农药进入土壤后，可进行水解，有机磷所特有的加碱水解过程，能导致农药解毒。水解强度随温度升高、土壤水分增加和PH值降低而加强。
许多含硫和含氯农药在土壤中可以进行氧化。
3.微生物分解 微生物分解是土壤中农药降解的主要途径，有时可使毒性很强的农药分解为CO2和水。
农药通过脱氧、脱烷基、水解、氧化还原、苯环破裂等反应使化学结构发生变化，有些农药经生物降解就失去毒性。有些农药本身毒性不大但分解产物毒性很大，如2，4，5—T除草剂在微生物降解后产2，4，5三氯酚，进一步形成二 英，有致畸的毒性。因此在评价一种农药是否对环境有污染时，不仅要看其本身的毒性，而且还应注意其代谢产物是否有潜在的危害。
（三）农药在土壤中挥发扩散和迁移
农药落入土壤被吸附、降解、残留的同时，还通过挥发、扩散、淋溶等在土壤中移动或逸入空气、水体中去，或被生物吸收迁出主体之外，进而对大气、水体及生态系统造成危害。
农药由于蒸汽运动可分布在整个土壤剖面，最后通过蒸发而逸入大气。其挥发速度与土壤条件、农药性质有关。研究表明，农药挥发速度与土壤吸附性呈负相关，有机质含量低的土壤，农药的挥发就大。水分对农药挥发也具重要作用，农药在潮湿土壤中挥发得快，水分的蒸发作用能加强农药的挥发。同样土壤温度对其也有作用，土壤温度升高，其挥发加快。
农药本身的性质起着更大的作用，土壤熏蒸剂、除草剂和杀虫剂等，其挥发性强，其挥发损失就更大。
一些水溶性强或水缔结成溶液悬液或乳液可在土壤剖面流动，但受土壤吸附性影响。一些农药使用量过大，通过长期淋溶可能被淋到主体以外污染水源，有时可使一些难溶农药因土壤侵蚀进入水体造成水体污染。
农药的挥发、迁移、淋洗从某种意义上讲是土壤净化过程，但同时也是生态系统其它要素的二次污染。
三、农药对生态系统的污染
（－）农药对植物的污染
田间施用的农药能够渗透到作物的根、茎、叶和籽粒中，作物对农药的吸收与农药特性和土壤性质有关。
多数有机磷农药由于水溶性强，比较容易被作物吸收，如甲拌磷、乙拌磷、内吸磷等，都可以在几天或几个星期内通过作物根吸收，一般地说，农药的溶解度越大就越易被作物吸收，作物种类不同其吸收率也不同。豆类的吸收率较高，块根类比茎叶类作物吸收率高，油料作物对脂溶性农药的吸收率高。
土壤性质不同对农药的吸收率也不同。沙土中农药最易被作物吸收，而有机质含量高的土壤，农药不易被作物吸收。
由于作物对农药的吸收富集以及通过食物链的传递，使许多农、畜、禽产品中农药残留量过高。
（二）农药对动物污染
1.对昆虫的影响 最突出的问题是抗药性害虫的出现，由于长期大量地施用同一种农药，使害虫对药剂的抵抗能力增加，产生新的抗性品种。另外，由于药剂杀死了害虫的天敌，使自然界害虫与天敌之间的平衡打破。
2.对水生动物的影响 由于施用田间的农药经淋洗等途径进入水体，由食物链引起农药对鱼类的污染，农药在鱼体中浓缩，除通过食物链外，呼吸作用也是一个重要的途径。
一般情况下，淡水鱼类对农药的累积比海水鱼高，沿海和内海鱼类农药残留比外海鱼类高。
3.对飞禽的影响 食含有农药的作物籽粒和无脊椎小动物、鱼类等的飞禽，其体内农药发生积累。
（三）对食物的污染和对人类的影响
农药对人类的影响首先表现在对使用农药的人们的直接毒害。每年由于使用农药不符合安全操作规则而中毒的事件时有发生，人数相当多。据不完全统计，平均每年有10万人中毒，1万人左右致死。
其次是农药对食品的污染。主要是有机氯农药由于其残留期长，可进入植物体以及食物链中，由此引起粮、菜、水果、肉、蛋、奶、水产品等污染。
第四节 土壤污染的防治
对于土壤污染，必须贯彻预防为主，防治结合的环境保护方针，首先必须控制和消除污染源，同时应看到土壤有较大的净化能力，应充分利用土壤的这一特性。
一、控制和消除污染源
这是最根本的措施，没有污染源就不会造成土壤及其它环境污染问题。但在目前社会发展速度下，不可能消除所有的污染源，并且所产生的污染物的量远大于土壤本身的净化能力。我们所能采取的有效措施是控制和减少污染源以及污染物进入土壤的数量和速度。如治理三废的污染，可大力推广闭路循环和无毒工艺或进行回收处理，化害为利，这样既体现了资源和能源的综合利用，又减少污染，保护环境。
污水是一种宝贵的水资源，可作为灌溉水源，即污灌。
第一，在污灌之前，污水必须经过一段时间的定期测定分析，确保污水符合污灌卫生标准。
第二，要限制污灌作物和污灌时间。污水不宜灌溉生吃蔬菜。牧草放牧前7~10天，蔬菜上市前10天，马铃薯开花前，要停止污灌。
第三，污灌区必须配备清水水源，以便发现问题时及时采用清灌。
第四，加强污灌试验研究，提高污灌技术，使作物正常生长，提高品质。
控制城市污泥的农用，为了减少污染，污泥的应用前要经过无害化处理。此外还应控制城市垃圾的排放和使用，加强对工业有害废渣的管理，减少和避免它对土壤的污染危害。
合理使用农药，淘汰高毒高残留农药，发展高效低残留农药和生物防治技术，是解决农药对作物和土壤污染最根本的途径。严格农药的管理和监测，合理施用农药，减少用药量，提高防治效果，降低对土壤和农产品的污染，开展综合治理。
合理施用化肥，主要是控制氮肥对环境的不良影响，采用合理的施肥量和施肥方法，肥料种类合理搭配，尽量采用有机肥源，适量配施无机肥料。
二、增加土壤容量，提高土壤净化能力
土壤本身所具有的净化能力是消除减缓土壤污染的一个重要特性，要预防土壤污染，需采取合理措施，提高土壤对污染物的容纳量使污染减轻到最低限度，如增施有机肥，促进土壤熟化和团粒结构的形成，增加或改善土壤胶体的种类和数量，均可增加土壤容量，使土壤对有害物质的吸附能力加强，增加吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现分离培育新的微生物品种，以增强微生物降解作用，提高土壤净化能力，是近年来发展较快的新途径。
三、其它防治土壤污染的措施
（一）控制土壤的氧化还原状况
据研究，水稻在抽穗到成熟时，大量无机成分向穗部转移，此时减少落干，保持淹水可明显减少水稻籽粒中镉、铅等的含量。在淹水还原状况下，这些金属可与H2S形成硫化物沉淀，减少金属活性，也可减少污染。
（二）增施抑制剂
对于重金属污染的土壤，施用石灰、磷酸盐、硅酸盐等，它们与重金属污染物生成难溶化合物，降低重金属在土壤及植物体内的迁移，减少对生态环境的危害。
（三）客土改良
客土法就是向污染土壤加入大量的干净土壤，覆盖在表层或混匀，使污染物浓度降低或减少污染物与植物根系的接触。
换土就是把污染土壤取走，换人新的干净的土壤。该方法对小面积严重污染且污染物又易扩散难分解的土壤是有效的，可以防止扩大污染范围。
在污染稍轻的地方可采取耕翻上层，采取深耕，将上下土层翻动混合，使表层土壤污染物含量减低，但在严重污染地区不宜采用。
（四）因地制宜改变耕作制度或改为非农业用地耕作制度主要包括耕作制、轮作制和施肥等多方面内容。如根据作物根系深度及地下水深度等对土地适当翻耕加速污染物质分解，减少对作物污染。
