西安科技大学：环境生态学：ja7

污染的生态防治 课时安排：2学时 教学目的：通过讲授，让学生掌握以下内容： 污染的主要类型 水土气生态防治的原理 生态防治的技术 教学方法： 实例剖析讲解 2. 幻灯片的使用 重点及难点：难点无，重点是生态防治原理和技术 环境污染的生态对策是用生态学原理和工程学手段防治环境污染，保护人类生存环境的技术科学，因此，它是环境生态学的重要内容之一。 第一节 环境污染的概念及其防治措施 　　一、环境污染的概念 　　环境污染（environmental pollution）是指人类活动使环境要素或其状态发生变化，环境质量恶化，扰乱和破坏了生态系统的稳定性及人类的正常生活条件的现象。简言之，环境因受人类活动影响而改变了原有性质或状态的现象称为环境污染。例如大气变污浊、水质变差、废弃物堆积、噪声、振动、恶臭等对环境的破坏都属环境污染。由于环境污染，从而导致日照减弱，气候异常，山野荒芜，土壤沙化、盐碱化，草原退化，水土流失，自然灾害频繁，生物物种绝灭等。环境污染的实质是人类活动中将大量的污染物排入环境，影响其自净能力，降低了生态系统的功能。 　　环境污染物大体来自两个方面：一是来自人类的生产活动，使大量自然界原来不存在的人工合成的各种有机化合物（近200万种），以及每天约有成亿吨的固体废弃物排入环境，严重影响了各自然要素之间的物质和能量的正常交换过程；另一方面是来自人类的生活活动，如生活污水、垃圾等，据计算，人在一生中（按60年计算）要从外界环境吸收324吨空气、54吨水和32.4吨食物，同时他也向环境排放数量大致相同的废弃物。环境污染物可分为气态、液态、固态及胶态四种状态，被污染的对象则为大气、水体、土壤及生物（包括人类），图7-1是环境污染物主要来源示意图。
　　环境问题已成为世界各国的主要政治问题和社会问题。这些问题都是由于人们的行动违反自然规律所致，预料随着生产力的发展，人类大规模的深入地改造环境，也必将引起更复杂的新的环境问题。解决环境问题的根本途径是调节人类社会活动与环境的关系。 　　二、环境污染的防治对策 　　环境污染的防治主要是解决从污染产生、发展，直至消除的全过程中存在的有关问题和采取防治的种种措施，其最终目的是保护和改善人类生存的生态环境。污染防治对策包括单个污染源或污染物的防治，也包括区域污染的综合防治。根据治理对象的不同，它又可分为大气污染防治、水污染防治、固体废物处理与处置、噪声和振动控制、恶臭防治、土壤污染防治等；按照不同的防治方法，又可分为物理的、化学的和生物的防治方法。本章将重点介绍生物防治法和生化防治法。 第二节 水体污染与废水处理的生物对策 　　一、水体污染与水体自净 　　水是自然界给予人类的宝贵资源。所谓水体是海洋、湖泊、河流、沼泽、水库、地下水的总称。大的水体或水系，可以由许多大小河流、湖泊组成。 　　（一）水体污染（water pollation） 　　由于人类活动而排放的污染物进入水体，使水体和水体底泥的物理、化学性质或生物化学性质发生变化，从而降低了水体的使用价值，这种现象称为水体污染。据统计，目前全世界每年排放的废水、污水量约6000亿吨，我国1990年的废水排放量为368亿吨（不包括乡镇工业）。水体污染的最主要原因是工业废水的排放。废水中的污染物种类极多，按其种类和性质，一般可分为四大类，即无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物和有机有毒物。此外，对水体造成污染的还有放射性物质、生物污染物质和热污染等。 　　1．无机无毒物：主要指氮、磷、无机酸、无机碱及一般无机盐，当水体中氮、磷等植物营养物质增多时，可导致藻类等水生植物过量繁殖，造成水体富营养化。酸性和碱性废水，会使水体的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，妨碍水体自净。 　　2．无机有毒物：主要有非重金属的氰化物、砷化物及重金属中的汞、镉、铬、铅等。氰化物（CN）是剧毒物质，对人的口服致死量每毫升0.05-0.12毫克，低浓度的氰化物会引起人的慢性中毒。砷是累积性中毒的毒物，当饮用水中砷含量每毫升大于0.05毫克时，就会导致累积。重金属在水体中只要有微量的浓度即可产生毒性效应，某些重金属还可以在微生物的作用下转化为毒性更强的金属化合物；重金属不但不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，大量地富集，最后进入人体。 　　3．有机无毒物：有机无毒污染物多属于碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物。它们易于生物降解，向稳定的无机物转化。在有氧条件下，由好氧微生物作用进行转化，其进程较快，产物多为CO2、H2O等稳定物质；在无氧条件下，则在厌氧微生物作用下进行转化，这一进程较慢，产物主要为CH4、CO2等稳定化合物，同时也有硫化氢、硫醇等气体产生。有机污染物的组成非常复杂，在实际应用中多以BOD、COD、TOC和TOD等指标间接表示其含量。 　　4．有机有毒物：多属于人工合成的有机物，如有机氯农药、合成洗涤剂、合成染料等，这一类污染物不易被微生物所分解，而且有些是致癌、致畸、致突变物质。 　　5．其他污染物 　　（1）放射性物质 放射性核素对水体构成一种特殊的污染。放射性污染物放出α、β、γ等射线损害人体组织，并可以蓄积在人体内部造成长期危害，促成贫血、白细胞增生、恶性肿瘤等各种放射性病症，严重者可危及生命。 　　（2）生物污染物质 主要是动物和人排泄的粪便，其中含有的细菌、病菌及寄生虫等能引起各种疾病。 　　（3）热污染 水体热污染指天然水体接受“热流出物”而使水温升高的现象。热污染可使水体温度升高，增加其化学反应速率，导致水中有毒物质的毒性作用加大，水温升高还会降低水生生物的繁殖率，并使氧的溶解度下降。 　　（二）水体自净（self-purification of water body） 　　水体自净是指受污染的水体由于物理、化学、生物等方面的作用，使污染物浓度逐渐降低，经过一段时间后恢复到受污染前的状态。这一过程谓水体自净。 　　水体自净包括沉淀、稀释、混合等物理过程，氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学和物理化学过程以及生物化学过程。各种过程同时发生、相互影响，并相互交织进行。一般说来，物理和生物化学过程在水体自净中占主要地位。物理自净作用是指污染物质在水体中扩散、稀释、挥发、沉淀等；生物自净作用是指微生物在溶解氧充分的情况下因好氧微生物作用，氧化分解为简单的、稳定的无机物，如二氧化碳、水、硝酸盐和磷酸盐等，使水体得到净化。在这个过程中，复氧和耗氧同时进行。溶解氧的变化状况反映了水体中有机污染物净化的过程，因而可把溶解氧作为水体自净的标志。溶解氧的变化可用氧垂曲线表示（如图7-2所示）。该图反应了耗氧和复氧的协同作用。图中a为有机物分解的耗氧曲线，b为水体复氧曲线，c为氧垂曲线，最低点Cp为最大缺氧点。若Cp点的溶解氧量大于有关规定的量，从溶解氧的角度看，说明污水的排放未超过水体的自净能力。若排入有机污染物过多，超过水体的自净能力，则Cp点低于规定的最低溶解氧含量，甚至在排放点下的某一段会出现无氧状态，此时氧垂曲线中断，说明水体已经污染。在无氧情况下，水中有机物因厌氧微生物作用进行厌氧分解，产生硫化氢、甲烷等，水质变坏，腐化发臭。
　　水体自净能力除与水体本身因素有关外，还与有机污染物的数量和性质有关，一般生活污水和食品工业废水中的蛋白质、脂肪和糖类等极易被分解，但多数有机污染物分解较慢，甚至难以分解，并且有毒性，这就是说水体被污染了。 　　（三）水质标准（water quality standard）
　　为了防止工业废水与生活污水对环境的污染，保持水体达到一定的水质标准，必须对排入水体的污染物种类和数量进行严格控制。因此，需要制定严格的排水水质标准。目前我国已颁布了《地面水环境质量标准》（表7-1）；《工业废水排放试行标准》（表7-2），《工业废水最高容许排放浓度》（表7-3）。

　　二、废水处理的基本方法 　　废水处理的基本任务是采用各种手段把废水中的污染物质分离出来，或使其转化为无害的物质，从而使废水得到净化。废水处理按其处理程度的不同可分为三级：一级处理主要是去除废水中呈悬浮状态的固体污染物质，基本上采用物理方法。一级处理后的废水，通常仍含有有机物及其它污染物，不宜排放，还必须进行二级处理；二级处理，主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物，BOD的去除率可达80％以上，常用的处理方法是生物化学法。二级处理后的废水，水质已大大改善，一般可达到排放标准。三级处理用于去除不能降解的有机物，以及氮、磷等可溶性无机物。三级处理使用的方法有混凝沉淀、砂滤、活性碳过滤、离子交换、电渗析、生物脱氮等。 　　工业废水的种类繁多，不同企业废水的性质与成分差异很大，甚至对同一类企业，也因原料、生产工艺等条件不同而异，对于不同的工业废水，其处理方法也不同。按照废水处理的原理，可把各种处理方法归纳为：物理法、化学法、物理化学法、生物法四类。物理法，主要是通过物理作用来分离或回收废水中的悬浮物质，常用的方法有筛滤、沉淀、气浮、过滤、离心分离、蒸发、结晶等方法；化学法，主要是借助化学反应的作用，来回收或去除废水中的溶解性物质或胶体物质，常用的化学方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原法等；物理化学法，是从废水中回收有用成分，分离溶解物质，以及使废水循环利用等，常用的方法有吸附法、离子交换法、萃取法、汽提法、吹脱法、电渗析法、反渗透法等；生物方法，这是利用微生物的作用，使废水中溶解性和胶体性有机污染物降解，转化为简单的物质，将有毒物质转化为无害物质。本节所要介绍的主要是生物方法。生物处理法分为好氧与厌氧两大类。由于好氧生物处理效率高、使用广泛，已成为生物处理法的主要方法，通常所说的生物法均指此类而言。厌氧生物处理法主要用于污泥的消化处理和高浓度有机废水的处理。 　　好氧微生物在分解有机物的过程中，把一部分物质用于合成细胞原生质，一部分变为代谢产物，并放出能量，以供给微生物的原生质合成与生命活动（图7-3）。
　　好氧生物处理采用的方法有活性污泥法、生物膜法以及氧化塘法。 　　（一）活性污泥法 　　1．机理：活性污泥法是利用人工培养和驯化的微生物群体去分解废水中可供生物降解的有机物，通过生物化学反应，改变这些有机物的性质，再把它们从废水中分离出来，从而使废水得到净化的方法。 　　所谓活性污泥，是微生物群体及它们所吸附的有机物质和无机物质的总称。微生物以细菌为主，包括真菌、藻类、原生动物等。细菌是净化功能的主体，污水中的溶解性有机物是透过细胞膜而被细菌吸收的；固体和胶体状态的有机物是先由细菌分泌的酶分解为可溶性物质，再渗入细胞而被细菌利用的。 　　有机物在有氧条件下，通过好氧微生物的代谢作用被分解氧化，最终生成二氧化碳和水。按照代谢产物，微生物的代谢作用分成合成代谢和分解代谢两部分。微生物以废水中的有机物为食料，将一部分合成新细胞而另一部分氧化分解以获得能量。与此同时，一部分微生物细胞物质自身也在氧化分解供应能量，叫做微生物的内源呼吸作用，它在有机物接近耗尽时，成为微生物获取能量的主要方式。这一系列生物化学反应，可用物料平衡关系图表示（图7-4）。
　　图中的有关参数定义分别是： 　　a：合成系数，表示基质被利用于合成反应的那一部分在基质总量中所占比例，即被去除的BOD5 用于合成反应部分的重量/被去除的BOD5的总重量。 　　a′：氧化系数，表示基质被利用于氧化反应的那一部分在基质总量中所占比例，即被去除的BOD5用于氧化反应部分的重量/被去除的BOD5的总重量。 　　b：微生物群体（即活性污泥）的自身氧化率，即内源呼吸过程中单位时间被氧化的微生物量。如b=0.1/d，表示每天在反应器内有微生物总量的1/10自身氧化。 　　b′：内源呼吸自身氧化耗氧率，即内源呼吸过程中单位重量的微生物群体每天所耗用的氧的重量。 　　2．基本流程：活性污泥的净化功能也就是污水中的有机物质通过微生物群体的代谢作用，被分解氧化和合成新细胞的过程。这一过程是在一组工程构筑物系统中实现的。该系统的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池（如图7-5所示）。
　　在曝气池中，首先培养和驯化出具有适当浓度的活性污泥，然后引入待处理的废水与池中活性污泥混合为混合液，同时不断地供给空气，使氧转移到污水中促进好气细茵的活动，并使污水中的有机物与活性污泥充分接触进行吸附氧化。经氧化分解后，混合液流出进入二次沉淀池，使泥水分离，澄清水排出。沉淀的污泥一部分回流到曝气池前与污水混合，维持净化污水中的有机物所必需的活性污泥浓度，以实现连续的净化过程；超过需要的增长污泥部分则从系统中排出。 　　3．活性污泥降解废水中有机物的过程：活性污泥在曝气过程中对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段——吸附阶段和稳定阶段。在吸附阶段，主要是废水中的有机物转移到活性污泥上去，这是由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的粘性物质所致。废水主要靠活性污泥的吸附作用而得到净化。在稳定阶段，主要是转移到活性污泥上的有机物质为微生物所利用的过程。当废水中的有机物处于悬浮状态和胶态时，吸附阶段很短（一般在10—45分钟左右），而稳定阶段较长。 　　为了理解活性污泥降解废水中有机物的过程，有人曾做过一个简单的实验：把某厂的废水同活性污泥混合、曝气。每隔一定的时间取样，测定废水的耗氧量（替代BOD测定），并观察废水耗氧量的下降过程（图7-6是实验的结果）。
　　对图7-6应当说明的是，混合液内活性污泥浓度（即混合液的悬浮固体）为2500mg/L。废水的初始耗氧量为120mg/L。图中曲线1是废水耗氧量的残留量曲线，曲线2是耗氧量的去除率曲线，去除率是下降量与初始量的百分比。从图中可以看出，随着曝气过程的推进，曲线1的斜率迅速降低，这表明废水耗氧量的下降速率很快；同时从曲线2上可以看出，在40分钟内去除了69％的耗氧量，到2小时后也只去除了76％，即后面的80分钟仅去除7％。 　　BOD同耗氧量一样，也是反映废水中有机物浓度的，耗氧量的下降就是表明有机物量的下降。微生物在氧化分解水中有机物的过程中要消耗水中的溶解氧，溶解氧的消耗就是通常所说的生化需氧量。这样生化需氧量这个水质指标就间接地度量了废水中被微生物利用了的有机物量。一般说来，在活性污泥法曝气过程中，如果在测定一系列废水BOD残留量的同时相应地测定一系列的溶解氧消耗量，就可概略地知道所有从废水中去除的有机物是否都已被微生物利用。如果不考虑内源呼吸，BOD下降量就等于氧的消耗量，那么从废水中去除的有机物已全部被微生物利用（一部分转化为细胞物质，另一部分转化为无机物）。如果两值不等，那么从废水中去除的有机物并未全部被微生物利用，而两值的差则相当于尚未被微生物利用的那部分有机物。 　　（二）生物膜法 　　生物膜法和活性污泥法一样都是利用微生物来去除废水中有机物的方法。但在活性污泥法中，微生物处于悬浮生长状态，所以活性污泥系统又称为悬浮生长系统。而生物膜中的微生物则附着生长在某些固体物的表面，所以生物膜处理系统又称为附着生长系统。 　　1．生物膜的构造与性能：微生物附着在介质表面上，为微生物提供附着介质的材料称为滤料（或载体）。废水在与滤料或载体流动接触的过程中，其中的有机物被微生物同化并在滤料或载体的表面上逐渐形成生物膜。生物膜是微生物高度密集的物质，是由好氧茵、厌氧菌、兼性茵、真菌、原生动物等组成的生态系统。另外，在一些生物膜处理的构筑物中还会有藻类出现。对于不同的废水、不同的工作条件和环境，不同的处理设施及部位，构成生物膜的微生物种类和数量是不相同的。图7-7为生物膜的构造示意图。
　　生物膜首先吸附附着水层中的有机物，然后由生物膜外侧的好氧菌将其分解；随着微生物的生长，生物膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，氧气不能透入深部，使得在靠近滤料或载体表面的薄层中造成厌氧环境而形成厌氧膜层。 　　生物膜的内外进行着多种物质的传递，其过程为：空气中的氧溶于流动水层中，并通过附着水层传给生物膜，供微生物呼吸用；污水中的有机物则由流动水层传递给附着水层，再进入生物膜被降解，微生物的代谢产物则沿着相反的方向排除。 　　随着厌氧层厚度的增加，其代谢产物也逐渐增多。当这些代谢产物透过好氧层逸出时，破坏了好氧层生态系统的稳定状态，也减弱了生物膜在滤料或载体上的固着力，此时的生物膜呈老化状态。在流动水的冲刷下，老化的生物膜脱落，新的生物膜又开始生长，它具有较强的净化功能。 　　2．生物膜的特征：生物膜由于固着在滤料或载体上，因此能在膜上生长增殖速度慢、世代时间长的细菌和较高级的微形生物，如丝状菌，轮虫、线虫、寡毛虫等。在生物膜上生长着参与净化反应的微生物种属多、类型全，构成的食物链长而复杂。又因为生物膜法多为分段处理，在每段都能自然形成各自独特的优势微生物种群。再者，由于生物膜生物相的多样化和生物膜法处理工艺的结构特点，使得生物膜法对水量、水质变动具有较强的适应性，并能在低温条件下保持较好的净化功能。对浓度低的污水，也能够取得较好的处理效果，它还具有良好的硝化功能。它与活性污泥法相比，处理工艺产生的污泥量少，约为活性污泥法的3/4，动力费一般较低，所产生的污泥宜于固液分离。 　　（三）厌氧生物处理法 　　厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物的，大分子的有机物首先被水解成低分子化合物，然后被转化成甲烷和二氧化碳等。 　　1．厌氧消化机理：在厌氧生物处理方面，其有机物的分解过程可分为酸性（酸化）阶段和碱性（甲烷化）阶段，如图7-8所示。
　　（1）酸性消化阶段 在厌氧条件下，由于产酸菌（异养型兼性细菌群）分泌的外酶的作用，含碳有机物被水解成单糖，蛋白质被水解成肽和氨基酸，脂肪被水解成丙三醇、脂肪酸。这些水解产物再进入各类产酸菌的细胞体内，被代谢成更简单的丁酸、丙酸、乙酸和甲酸等有机酸以及醇类、醛类氨、二氧化碳、硫化物、氢等，同时释放出能量。 　　在酸性消化阶段，由于有机酸的形成与积累，pH值可下降至6以下。此后，随着有机酸和溶解性含氮化合物的分解，酸性逐渐减弱，pH值回升到6.5-6.8左右。 　　（2）碱性消化阶段 经过酸性消化阶段的代谢产物，在甲烷细菌的作用下，进一步分解成生物气的阶段，其产生的生物气（消化气）的主要成分是甲烷、二氧化碳及少量氨和硫化氢等。 　　甲烷细茵是专性厌氧的。它与产酸菌相比，甲烷细菌对温度、pH值、有毒物质等更为敏感。甲烷细菌对温度的变化很敏感，因此要保持温度的恒定。通常采用的厌氧处理的温度一般选择在中温（35°-38°）或高温（52°-55°）。甲烷细菌要求的pH值严格控制在6.8-7.2之间。由于甲烷茵具有上述特点，而且又是专性厌氧菌，因此，甲烷消化阶段基本上控制着厌氧消化的整个过程。 　　虽然厌氧硝化可分为酸性消化和碱性消化二个阶段，但在连续消化的过程中，二者是同时进行的，并且保持着某种程度的动态平衡。这一动态平衡一旦被pH值、温度、有机物负荷等外加因素所破坏，则碱性消化阶段（甲烷消化）往往即行停止，其结果将导致低级脂肪酸的积存和厌氧消化进程的失常。 　　2．厌氧处理的应用：最早的厌氧生物处理法主要用于居住房屋和公用建筑的生活污水的处理，这在本世纪初是很流行的，在我国的某些城市至今仍在使用。它的构筑物也比较简单，基本上分为二个室。生活污水先进入第一室，水中的悬浮物或沉于池底、或浮于池面，使水得到初步澄清和厌氧处理。然后，污水进入第二室，进一步澄清和处理，经处理后的水从出水管引出。池水一般分为三层，上层为污泥壳（浮在水面的浮渣层），下层为污泥层，中间为水流。污水在池的停留时间一般为12-24小时。污泥在池底进行厌氧消化，消化后的污泥一般在半年左右清除一次。由于污水在池内的停留时间较短、温度较低（不加温，与气温较接近）、污水与厌氧微生物的接触也较差。因此，这一构筑物的主要用途是将生活污水和粪便污水中的悬浮固体（粪便等）加以截流并消化，而对污水中溶解和胶态的有机物则去除率很低，远不能达到国家规定的“工业废水和城市污水的排放标准”。近年来，随着能源的危机，结合高浓度有机废水的处理，开发了不少新的厌氧处理的构筑物和工艺，其主要改进是：增加构筑物中的微生物浓度并改善微生物与废水的接触条件、控制合适的反应温度、根据厌氧消化分阶段的原理设计工艺流程等，这类厌氧处理工艺主要有：升流式污泥床、升流式厌氧滤池、厌氧流化床和接触氧化工艺等。升流式厌氧污泥床和升流式厌氧滤池的工艺见图7-9。
　　（四）污水处理塘——生物塘 　　污水处理塘是一些适宜的自然池塘、经人工改造的自然池塘，或是人工修建的池塘。这些池塘通过不同的工作原理和净化机理，诸如厌氧、好氧、兼性生物处理、水生生物净化、水生态系统净化、封闭式贮留、调贮控制排放等，以保证其排水的水量水质不超过受纳水体的自净容量。 　　大多数的污水处理塘因是利用水塘中的微生物和藻类对污水和有机废水进行需氧生物处理的方法，所以又称生物塘。这是一种古老的废水处理方法，特别是作为小城镇的废水处理方法已有多年的历史。据美国的资料，在60年代初，美国用作家庭生活污水处理的生物塘已超过1000多个，而用作工业废水处理的生物塘也超过800个。近年来，考虑到节能和污水的深度处理，各国更加重视利用生物塘处理污水。美国在1972年已有生物塘4000多个，占美国城市污水厂总数的1/3。 　　我国从50年代初就开展了应用生物塘处理城市污水和工业废水的探索性研究。据有关材料说明，到1984年，我国就有38座生物塘。过去，生物塘主要用于处理人口较少的城镇污水，现在已发展到每天可处理10万吨以上污水量。澳大利亚墨尔本市生物塘每天可处理35万吨污水。 　　根据污水处理塘的净化机理，大致可分为好氧塘、厌氧塘、兼性塘、曝气氧化塘、塘田和鱼塘等。各种氧化塘的特性如表7-5所示。
　　好氧塘净化有机污染物的情况如图7-10所示。
　　三、水体的富营养化及其生物防治 　　（一）水体富营养化的机理 　　水体富营养化（eutrophication）是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下，湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态，不过这种自然过程非常缓慢。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化则可以在短时间内出现。水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖，形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象在海洋中则叫做赤潮或红潮。 　　1．水体富营养化的机理：在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。 　　关于水体富营养化问题的成因有不同的见解。多数学者认为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖的原因，其中又以磷为关键因素。影响藻类生长的物理、化学和生物因素（如阳光、营养盐类、季节变化、水温、pH值，以及生物本身的相互关系）是极为复杂的。因此，很难预测藻类生长的趋势，也难以定出表示富营养化的指标。目前一般采用的指标是：水体中氮含量超过0.2-0.3ppm，生化需氧量大于10ppm，磷含量大于0.01-0.02ppm，pH值7-9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素-a含量大于10μmg/L。 　　2．营养物质的来源：水体中过量的氮、磷等营养物质主要来自未加处理或处理不完全的工业废水和生活污水、有机垃圾和家畜家禽粪便以及农施化肥，其中最大的来源是农田上施用的大量化肥。 　　（1）氮源 农田经流挟带的大量氨氮和硝酸盐氮进入水体后，改变了其中原有的氮平衡，促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖，覆盖了大面积水面。例如我国南方水网地区一些湖叉河道中从农田流入的大量的氮促进了水花生、水葫芦、水浮莲、鸭草等浮水植物的大量繁殖，致使有些河段影响航运。在这些水生植物死亡后，细菌将其分解，从而使其所在水体中增加了有机物，导致其进一步耗氧，使大批鱼类死亡。最近，美国的有关研究部门发现，含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便，排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”，即尿素和氨氮的大量排入，破坏了正常的氮、磷比例，并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变，原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的，而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类（Nannochloris属，Stichococcus属）所取代。 　　（2）磷源 水体中的过量磷主要来源于肥料、农业废弃物和城市污水。据有关资料说明，在过去的15年内地表水的磷酸盐含量增加了25倍，在美国进入水体的磷酸盐有60％是来自城市污水。在城市污水中磷酸盐的主要来源是洗涤剂，它除了引起水体富营养化以外，还使许多水体产生大量泡沫。水体中过量的磷一方面来自外来的工业废水和生活污水。另方面还有其内源作用，即水体中的底泥在还原状态下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量，特别是在一些因硝酸盐引起的富营养化的湖泊中，由于城市污水的排入使之更加复杂化，会使该系统迅速恶化，即使停止加入磷酸盐，问题也不会解决。这是因为多年来在底部沉积了大量的富含磷酸盐的沉淀物，它由于不溶性的铁盐保护层作用通常是不会参与混合的。但是，当底层水含氧量低而处于还原状态时（通常在夏季分层时出现），保护层消失，从而使磷酸盐释入水中所致。 　　（二）水体富营养化的危害及其防治对策 　　1．水体富营养化的危害：富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化，水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻，形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产生的生物毒素也会伤害鱼类。因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中毒致病。 　　2．富营养化的防治对策：富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。这是因为：①污染源的复杂性，导致水质富营养化的氮、磷营养物质，既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性。这就给控制污染源带来了困难；②营养物质去除的高难度，至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法只能去除30-50％的氮、磷。本章仅简要介绍富营养化水体中除磷和除氮的方法。 　　（1）控制外源性营养物质输入 绝大多数水体富营养化主要是外界输入的营养物质在水体中富集造成的。如果减少或者截断外部输入的营养物质，就使水体失去了营养物质富集的可能性。为此，首先应该着重减少或者截断外部营养物质的输入，控制外源性营养物质，应从控制人为污染源着手，应准确调查清楚排入水体营养物质的主要排放源，监测排入水体的废水和污水中的氮、磷浓度，计算出年排放的氮、磷总量，为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠的科学依据。 　　（2）减少内源性营养物质负荷 输入到湖泊等水体的营养物质在时空分布上是非常复杂的。氮、磷元素在水体中可能被水生生物吸收利用，或者以溶解性盐类形式溶于水中，或者经过复杂的物理化学反应和生物作用而沉降，并在底泥中不断积累，或者从底泥中释放进入水中。减少内源性营养物负荷，有效地控制湖泊内部磷富集，应视不同情况，采用不同的方法。主要的方法有：①工程性措施：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀以及在底泥表面敷设塑料等。挖掘底泥，可减少以至消除潜在性内部污染源；深层曝气，可定期或不定期采取人为湖底深层曝气而补充氧，使水与底泥界面之间不出现厌氧层，经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放。此外，在有条件的地方，用含磷和氮浓度低的水注入湖泊，可起到稀释营养物质浓度的作用。②化学方法：这是一类包括凝聚沉降和用化学药剂杀藻的方法，例如有许多种阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来，其中最有价值的是价格比较便宜的铁、铝和钙，它们都能与磷酸盐生成不溶性沉淀物而沉降下来。例如美国华盛顿州西部的长湖是一个富营养水体，1980年10月用向湖中投加铝盐的办法来沉淀湖中的磷酸盐。在投加铝盐后的第四年夏天，湖水中的磷浓度则由原来的65μg/L降到30μg/L，湖泊水质有较明显的改善。在化学法中，还有一种方法是用杀藻剂杀死藻类。这种方法适合于水华盈湖的水体。杀藻剂将藻杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，因此，应该将被杀死的藻类及时捞出，或者再投加适当的化学药品，将藻类腐烂分解释放出的磷酸盐沉降。③ 生物性措施：利用水生生物吸收利用氮、磷元素进行代谢活动以去除水体中氮、磷营养物质的方法。目前，有些国家开始试验用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。大型水生植物包括凤眼莲、芦苇、狭叶香蒲、加拿大海罗地、多穗尾藻、丽藻、破铜钱等许多种类，可根据不同的气候条件和污染物的性质进行适宜的选栽。水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，净化污水。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果。水生植物一般生长快，收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。这是目前国内外治理湖泊水体富营养化的重要措施。近年来，有些国家采用生物控制的措施控制水体富营养化，也收到了比较明显的效果。例如德国近年来采用了生物控制，成功地改善了一个人工湖泊（平均水深7米）的水质。其办法是在湖中每年投放食肉类鱼种如狗鱼、鲈鱼去吞食吃浮游动物的小鱼，几年之后这种小鱼显著减少，而浮游动物（如水蚤类）增加了，从而使作为其食料的浮游植物量减少，整个水体的透明度随之提高，细菌减少，氧气平衡的水深分布状况改善。但也发现，浮游植物种群有所改变，蓝绿藻生长量比例增高，因为它们不能被浮游动物捕食，为此可以放鲢鱼来控制这种藻类的生长。 第三节 大气污染及其防治 　　一、大气污染和大气污染物 　　（一）大气污染 　　大气污染系指大气成分的性质和数量的改变。这是由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度、达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康或危害了环境的现象。所谓人类活动不仅包括生产活动，而且也包括生活活动，如做饭、取暖、交通等；自然过程包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化，以及大气圈中空气的运动等。一般说来大气的自净作用会使自然过程造成的大气污染自动消除。因此可以说，大气污染主要是人类活动造成的。 　　（二）大气污染物 　　大气污染物系指人类活动或自然过程排入大气，并对人或环境产生有害影响的那些物质。大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括分为气溶胶状态污染物和气体状态污染物。 　　1．气溶胶状态污染物：气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。按照气溶胶的来源和物理性质，又可分为粉尘、飞灰、黑烟、雾等。根据大气中的粉尘（或烟尘）颗粒的大小，又可分为飘尘、降尘和总悬浮微粒等。 　　2．气体状态污染物：这是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。气态污染物大部分为无机气体，常见的有五大类：以二氧化硫为主的含硫化合物，以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物，以及碳氧化物、碳氢化合物、卤素化合物等。气态污染物又可分为一次污染物和二次污染物 一次污染物是指直接从污染源排放到大气中的原始污染物质；二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的新污染物质。在大气污染物中目前受到普遍重视的一次污染物主要有硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳氧化物（CO、CO2）以及碳氢化物（HC）等。受到普遍重视的二次污染物主要是硫酸烟雾和光化学烟雾。 　　3．大气污染物的来源和发生量：大气中几种主要气态污染物的来源、发生量、背景浓度和主要反应如表7-6所示。根据对主要大气污染物的分类统计分析，其主要来源可概括为三大方面：①燃料燃烧；②工业生产过程；③交通运输等。 　　根据我国1981年对烟尘、SO2、NOx、CO四种量大、面广的大气污染物发生量的统计表明，燃料燃烧工业生产过程和机动车产生的大气污染物所占的比例分别约为70％、20％和10％。在直接燃烧的燃料中，燃煤排放的大气污染物数量约占燃料燃烧排放总量的96％，其中燃煤排放的烟尘、SO2、NOx和CO的数量占燃料燃烧排放的比例分别约为99％、93％、81％和97％。各种工业生产过程产生的大气污染物因工艺、流程、原材料、燃料、操作管理条件和水平等的不同而不同，其种类、数量、组成成分、特性等差别很大。排放量虽然仅占大气污染物总排放量的1/5左右，但由于排放点较集中，浓度较高，所以对工矿区或局部地区的大气污染较为严重。 　　机动车等流动源，多集中于大中城市，因而在交通繁忙的十字路口，可能造成CO、NOx和HC的严重污染。 　　4．大气污染物对生态系统的冲击：因为大气是生态系统中无机环境的重要组成部分，大气成分的改变将对生态系统产生重大的影响。无论是气态污染物还是固体污染物均对生物（动物、植物和微生物）和人类产生不同程度的危害。 　　（1）大气污染与人体健康 大气污染物对人体健康的危害表现在多方面，但主要表现为引起呼吸道疾病。人在与低浓度污染物长期接触的情况下，会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等病症，有些污染物会缓慢地损害肺的换气机能和血色素的输氧机能。近年来由于有机合成工业和石油化学工业的迅速发展，使大气中的有机化合物愈益增多，其中许多是复杂的高分子有机化合物。大气中主要有害物质对人体影响如表7-7所示。


　　（2）大气污染对植物的危害 大气污染对植物的其危害表现为三种情况 在高浓度污染物影响下产生急性危害，使植物叶表面产生伤斑（或称坏死斑），或者直接使叶片枯萎脱落；在低浓度污染物长期影响下产生慢性危害，使植物叶片褪绿；还有一种危害为不可见危害，指在低浓度污染物影响下，植物外表不出现受害症状，但植物的生理机能已受影响，使植物品质变坏和产量下降。大气污染除对植物的外观和生长发育产生上述直接影响外，还产生间接影响，表现为由于植物生长发育减弱，降低了对病虫害的抵抗能力，因此在大气污染严重的地区，植物受病害、虫害也较严重。对植物生长危害较大的大气污染物主要是二氧化硫、氟化物和光化学烟雾。 　　二、大气污染的综合防治对策 　　（一）大气环境质量标准 　　大气环境质量标准是以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对大气环境中多种污染物所规定的含量限度。它是进行大气质量管理和评价，制订大气污染防治规划和污染物排放标准的依据。1982年我国制定了大气环境质量标准，对空气污染浓度限制作了规定。空气污染物浓度限制有三级标准，见表7-8。 　　（二）大气环境质量区的划分及执行标准的级别 　　大气环境质量区分为三类： 　　一类区：为国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等； 　　二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村等；
　　三类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等。 　　一类区一般执行一级标准；二类区一般执行二级标准；三类区一般执行三级标准。凡位于二类区内的工业企业，应执行二级标准；凡位于三类区内的非规划的居民区，应执行三级标准。 　　（三）大气污染的综合防治对策 　　大气污染的综合防治实质上就是对多种大气污染控制技术方案的技术可行性、经济合理性、实施可能性和区域适应性等作最优选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。大气污染的综合防治可从以下几个方面开展工作： 　　1．制订合理的环境规划：影响大气污染的主要因素包括：气象因素（风向、风速、气温、雨量、温度等），地貌（如平原、丘陵、山谷盆地、城市中的高层建筑物等），植物的净化作用、污染物的综合作用以及工业布局等。因此，制订环境规划时，应根据工业布局、能源消耗、城镇建设、人口密度、生态系统的承受力等，制订切实可行的合理的环境规划，特别是有关保证大气质量的环境规划。对规划的要求是：把污染源与治理措施统一考虑，把环境目标与基本建设统一考虑，把近期环境状况与长远规划统一考虑，以便在经济日益发展的情况下，不断改善大气环境条件，不能因生产而影响大气环境质量。 　　2．利用大气的自净能力：通过大气的稀释、扩散、氧化、还原等物理、化学作用，可使大气中的污染物质逐渐消失，这种现象为大气的自净能力。例如，排入大气中的一氧化碳，经稀释扩散浓度降低，再经氧化变为二氧化碳，被绿色植物吸收后，空气成分恢复原来的状态。因此，充分掌握大气的自净能力，可以降低污染物浓度，减少污染的危害。如在一定区域内植树造林，增加绿地面积，不仅改善环境，还能调节空气，吸收粉尘和有害气体，可提高大气的自净能力。 　　3．减少污染物排放总量：大气污染物的产生与工业生产的原料和燃料直接相关，为了减少和控制污染物排放总量，可采取①改变生产工艺，采取无害工艺；②改变能源结构，尽可能采用无污染或低污染能源；③严格选择原料和燃料，尽可能使用低硫少灰的燃料；在燃烧一定的情况下，改进燃料方法，降低有害物的排放；④实行集中供热，提高热效率，减少污染；⑤改变居民用煤做饭的状况，大力发展能源煤气化和电气化，以减少分散污染源。 　　4．治理主要污染物：在采取上述措施后，若某个区域内有害物的排放仍有可能超过排放标准，则应采取治理措施。通常采取的措施有工程措施和生物措施。工程措施中控制悬浮微粒和飘尘的技术有重力沉降、旋风除尘、静电除尘、过滤除尘、湿式除尘等；对其有害气体的治理则采用吸收净化、吸附净化、膜分离法和催化转化等方法。生物措施是采用绿色植物净化空气的方法。本章将重点介绍生物净化法。 　　（1）颗粒物的控制方法 包括以下各种方法： 　　a．重力沉降：这是利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。所采用的除尘装置是重力沉降室，这是所有空气污染控制装置中最简单的一种，造价低，耗能小，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘，去除30-50μm的粉尘，效率达60-80％，但对于小于5μm的粉尘，净化效率几乎等于零。 　　b．旋风除尘：这是一种使含尘气流作旋转运动，借作用于颗粒上的离心力把颗粒污染物从气体中分离出来的过程。所采用的除尘装置是旋风除尘器，这种除尘器结构简单、占地面积小、投资低、操作维修方便、压力损失中等、动力消耗不大，可用各种材料制造，适用于高温、高压及有腐殖性气体的处理。旋风除尘器一般用来吸收5-15μm以上的颗粒物，除尘率可达80％左右。这种除尘器的主要缺点是吸收小于5μm颗粒的效率不高，一般作预除尘用。 　　c．静电除尘：这是利用静电力从气流中分离悬浮离子的一种除尘方法。所采用的装置是静电除尘器。它与前面所述及的重力沉降、旋风除尘的根本区别在于其分离的能量通过静电力直接作用于尘粒上，而不是作用在整个气流上，因此耗能低，一般处理1000立方米的含尘气体，所耗电能0.1-0.8度，气压损失也很小，约为100-1000帕，除尘效率很高。 　　d．过滤式除尘：这是利用过滤介质来对气流中的尘粒吸收的方法。尘粒在随气流通过过滤介质的过程中，由于惯性碰撞、布朗扩散、截流效应、重力沉降、静电沉降等除尘机理的作用，而被滤料吸收。所采用的装置有袋式除尘器和颗粒层除尘器等，过滤介质一般有滤布、滤纸、各种填料层等。过滤除尘多用于特定空间内的通风和空调系统的空气净化及去除工业排放尾气或烟气中的粉尘粒子，除尘效率一般都在90％以上。 　　（2）气态污染物的控制方法对大气中气态污染物的控制，主要是利用物化性质的不同（如溶解度、吸附饱和度、露点、选择性化学反应等），借助分子间和分子内的作用力来完成的。利用物质的溶解度不同来分离气态污染物的方法为吸收法；利用物质吸附饱和度的差异来分离气态污染物的方法称为吸附法；靠物质露点的不同的分离方法称为冷凝法。 　　a．气体吸收法：这是指气体混合物中一种或多种组分溶解于选定的液体吸收剂中，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将其从气流中分离出来的操作过程。这种方法不仅可净化气态污染物，而且还能将污染物转化为有用的产品。例如，用吸收法净化石油炼制尾气中硫化氢的同时，还可回收有用的元素硫。能够用吸收法净化的气态污染物主要包括SO2、H2S、HF和NOx等。 　　b．吸附法：这是一种用多孔性固体处理流体混合物，使其中所含的一种或几种组分浓集在固体表面，而与其他组分分开的过程。由于吸附过程能有效地吸收浓度很低的有害物质，所以可用这种方法处理被污染了的大气，如有机污染物的回收净化，低浓度二氧化硫和氮氧化物尾气的净化处理等。 　　（四）绿色植物对大气污染物的净化作用 　　绿色植物是生态平衡的支柱。绿色植物不仅能美化城市、吸收二氧化碳制造氧气，而且具有吸收有害气体、吸附尘粒、杀菌、改善小气候、避震、防噪音和监测空气污染等许多方面的长期和综合效果。 　　1．绿色植物对有害气体的吸收作用：绿色植物吸收有害气体主要是靠叶面进行的。据试验，一万平方米的高大森林，其叶面积可达75万平方米；一万平方米的草坪，其叶面积为22-28万平方米。庞大的叶面积在净化大气方面起到了重要的作用。但大气中的有害气体超过了绿色植物能承受的浓度，植物本身也会受害，甚至枯死。只有那些对有害气体抗性强、吸收量大的绿色植物才能在大气污染较严重的地区顽强地生长，并发挥其净化作用。下面简要介绍一些有关绿色植物对大气中有害气体的净化作用。 　　（1）对二氧化硫的吸收 大气中的二氧化硫主要来源于燃料燃烧和化肥、硫酸等工业产生的废气。 　　当大气中的二氧化硫浓度达到0.2-0.3ppm并持续一定时间的情况，有些敏感植物可能受到危害，达到1ppm时有些树木出现受害症状，特别是针叶树则出现明显的受害症状。达到2-10ppm时，一般树木均发生急性受害。通过有关部门试验，认为抗性强的植物主要有侧柏、白皮松、云杉、香柏、臭椿、榆树等近80种草木对二氧化硫的抗性较强。抗性中等的植物主要有20余种，如华山松、北京杨、合作杨、美杨、枫杨、桑等。抗性弱的植物有合欢、黄金树、五角枫等。 　　硫是植物所需要的营养元素之一，在非污染地区，一般叶中硫的含量为0.1-0.3％（干重）左右。对二氧化硫吸收能力较强的树木有垂柳、加杨、山楂、洋槐、云杉、桃树等15余种。对二氧化硫吸收能力中等的有侧柏、桧柏、紫穗槐、金银木等10余种。 　　（2）对氟化氢的吸收 氟化氢主要来自化肥、冶金、电镀等工业产生的废气。氟化氢危害植物的浓度见表7-9。氟化氢使植物受害的原因主要是积累性中毒，接触时间的长短是危害植物的重要因素。植物对氟化氢抗性强的植物主要有40余种，如白皮松、松柏、侧柏、银杏、枸树、胡颓子等。
　　植物吸收氟化氢净化大气的作用是很明显的。植物对氟化氢的最大吸氟量可达1000ppm以上，不同植物的最大吸氟量一般相差约2-3倍，不同树种每公顷树木的含氟量见表7-10。
　　由于树叶、蔬菜、花草等植物都能吸收大量的氟，人食用了含氟量高的粮食、蔬菜就会引起中毒，牲畜食用了含氟量高的饲料，蚕吃了含氟量高的桑叶也会引起中毒。所以，在氟化氢污染比较严重的地区，不宜种植食用植物，而适于种植多种非食用的树木、花草等植物。 　　（3）对氯气的吸收 氯是一种具有强烈臭味的黄绿色气体，主要来自化工厂、制药厂和农药厂。根据有关试验说明，氯气的浓度为2ppm作用6小时，朝鲜忍冬即有25％的叶面积受害，小叶女贞三天之后30％的叶面积受害，而侧柏、桧柏、大叶黄杨、鸢尾等均不受害。 　　国外有人用0.1ppm氯气作试验，能使抗性弱的植物如萝卜和一些十字花科植物受害。桃树用0.56ppm的氯气熏3小时便受害，松树以1ppm熏气3小时，针叶就出现明显的受害症状。对氯抗性强的植物主要有桧柏、侧柏、白皮松、皂荚、洋槐、银杏等近30种；抗性中等的植物主要有华山松、垂柳、拘树、白蜡树、泡桐、桑等；抗性弱的植物主要有油松、紫微、火炬树、雪柳、苹果等。 　　植物对氯气有一定的吸收和积累能力。在氯气污染区生长的植物，叶中含氯量往往比非污染区高几倍到几十倍，每万平方米植物的吸氯量为：柽柳140千克、皂荚80千克、刺槐42千克、银桦35千克、兰桉32.5千克、华山松30千克、桂香柳26千克、构树20千克、垂柳9千克。 　　（4）植物对其他有害气体的吸收情况 有关单位测定了汞蒸气源附近一批植物叶中的含汞量，每克干重叶中的含汞量为：夹竹桃96毫微克、棕榈84毫微克、樱花、桑树均为60毫微克、大叶黄杨为52毫微克、美人蕉为19.2毫微克、广玉兰和月桂均为6.8毫微克……，而所有清洁对照点的植物中都不含汞。一些国外的资料也报道烟草叶子吸汞量可高达0.47％，即使吸收了如此数量的汞，也只出现轻微症状，这是净化汞蒸气的极好植物，但吸汞后的烟草不宜再供人吸用。有关试验单位曾测定铅烟环境下植物叶中的含铅量，每克干重叶中的含铅量为：大叶黄杨为42.6毫微克，女贞、榆树为36.1毫微克，石榴、枸树为34.7毫微克，刺槐为35.6毫微克。以上这些植物达到上述含铅量后均未表现受害症状。试验还说明，大多数植物都能吸收臭氧，其中银杏、柳杉、樟树、青冈栎、夹竹桃、刺槐等10余种树木净化臭氧的作用较大。 　　2．绿色植物的减尘作用：绿色植物都有滞尘的作用，其滞尘量的大小与树种、林带、草皮面积、种植情况以及气象条件等均有密切的关系。 　　（1）树木、绿地的吸尘量 树木滞尘的方式有停着、附着和粘着三种。叶片光滑的树木其吸尘方式多为停着；叶面粗糙、有绒毛的树木，其吸尘方式多为附着；叶或枝干分泌树脂、粘液等，其吸尘方式为粘着。根据我国南京植物所在水泥粉尘源附近的调查与测定，各种树木叶片单位面积上的滞尘量如表7-11所示。
　　绿色树木减尘的效果是非常明显的，一般来说，绿化树木地带比非绿化的空旷地飘尘量要低得多。根据北京地区测定，绿化树木地带对飘尘的减尘率为21-39％，而南京测得的结果为37-60％。因此，有人讲森林是天然的吸尘器。并且由于树木高大，林冠稠密，因而能减小风速，也就可使尘埃沉降下来。 　　绿地也能起减尘作用，生长茂盛的草皮，其叶面积为其占地面积的20倍以上。同时，其根茎与土壤表层紧密结合，形成地被，有风时也不易出现二次扬尘，对减尘有特殊的功能。据我国北京地区测定，在微风情况下，有草皮处大气中颗粒物浓度为0.20mg/m3左右，在有草皮的足球场，比赛期间大气中颗粒物浓度为0.88mg/m3左右。而裸露地面的儿童游戏场，大气中颗粒物浓度高达2.67mg/m3，在有4-5级风时，裸露地面处的颗粒物浓度可高达9mg/m3。 　　（2）防尘树种的选择 树叶的总叶面积大、叶面粗糙多绒毛，能分泌粘性油脂或汁浆的树种都是比较好的防尘树种，如核桃、毛白杨、构树、板栗、臭椿、侧柏、华山松、刺楸、朴树、重阳木、刺槐、悬铃木、女贞、泡桐等。 　　3．绿色植物的杀菌作用：大气中散布着各种细菌，通常尘粒上附有不少细菌，通过绿色植物的减尘作用，也就减少了空气中的细菌。同时，绿色植物本身也具有杀菌作用。杀菌能力强的树种如表7-12所示。
　　根据有关研究部门测定：在人流少的绿化地带和公园中，空气中细菌量一般为1000-5000个/m3，但在公共场所或热闹的街道，空气中的细菌量可高达20000-50000个/m3。基本没有绿化的闹市区比行道树枝叶浓密的闹市区空气中的细菌量要增加0.8倍左右。 　　4．绿色植物吸收二氧化碳放出氧气的作用：绿色植物是吸收二氧化碳，放出氧气的天然加工厂。通常一万平方米的阔叶林在生长季节一天能消耗一吨二氧化碳，放出0.73吨氧气。如果成年人每天呼吸需氧气0.75千克，排出二氧化碳0.9千克，则每人需有10平方米的森林面积，就可消耗其呼吸排除的二氧化碳，并供给需要的氧气。据有关材料说明，生长良好的草坪，在进行光合作用时，每平方米每小时可吸收二氧化碳1.5克，所以白天如有25平方米的草坪就可以把一个人呼出的二氧化碳全部吸收。由此可以看出，绿色植物，特别是树木能吸收利用大量的二氧化碳并放出氧气，这对全球生物的生存与气候的稳定有着很大的影响。 　　此外，绿色植物还有减弱噪声、吸滞放射性物质的作用。有关试验说明，40米宽的林带可以减低噪声10-15dB；城市公园中成片林带可把噪声减少到26-43dB，使之对人接近无害的程度。比较好的隔声树种有：雪松、桧柏、龙柏、水杉、悬铃木、梧桐、垂柳、云杉、山核桃、柏木、臭椿、樟树、榕树、柳杉、栎树、桂花、女贞等。根据我国南京地区的试验测定，认为用来进行绿化的绿色植物减弱噪音的效果与防声林带的宽度、高度、位置、配置方式以及树种等有密切的关系：林带宽度在城市中以6-15米为宜，在郊区以15-30米为宜，如能建立多条窄林带则效果更好。林带中心的高度最好在10米以上。林带应靠近声源，而不要靠近受声区，一般林带边沿至声源的距离在6-15米之间效果最好。林带以乔木、灌木和草地相结合，形成一个连续、密集的障碍带，效果会更好。绿色植物也具有吸滞放射性物质的作用。据有关试验表明，在有辐射性污染的厂矿周围，设置一定结构的绿化林带，可明显地防止和减少放射性物质的危害；杜鹃花科的一种乔木在中子-伽玛混合辐射剂量超过15000拉德时，仍能正常生长，这说明绿色植物抗辐射的能力是很强的。 　　5．森林对大气污染防治的作用：目前全世界尚有森林面积约28亿公顷，仅占陆地面积的22％。由于森林具有再生性，在非彻底破坏的情况下，它可以自身重建，恢复起来。森林年固定太阳能约123.31兆焦耳，吸收二氧化碳1106.25亿吨，水分221250亿吨，释放氧气有737.5亿吨。森林还能把大量的土壤液态水变为汽态水，散发到大气中去。森林的这些作用都对大气的组成起着调节作用。因此说，森林是自然环境的调节器，对防治大气污染起着至关重要的作用。 　　我国是一个森林稀少、生态环境日趋恶化，各种自然灾害相当频繁的国家。为此，我们国家也非常重视森林保护和绿化工作。自新中国建立后，由北而南相继营造固沙林、农田防护林、水土保持林等，在重点地区取得了改善生态环境、护田增产等多种效益。特别是正在兴建的五大防护林体系将对改善生态环境起重大作用。这五大防护林体系包括：西北、华北北部、东北西部（简称“三北”）防护林体系工程；长江中上游防护林体系工程；沿海防护林体系工程；太行山绿化工程；平原绿化工程。五大防护林体系是由多种类型的防护林相结合；防护林与薪炭林、用材林、经济林相结合；乔灌草相结合；保护天然林与人工造林、封山育林、飞机播种相结合；形式上表现为片、网、带相结合的以木本植物群落为主的综合体。纳入上述五大防护体系的建设范围共达578万平方公里，占国土面积的60.2％，囊括了我国的主要水土流失区、风沙区和多灾区。因此，五大防护林带建成后，约可保护9亿亩农田能够稳产高额丰收，世界上水土流失最为严重的黄土高原与长江中上游的水土流失区的水土流失将被控制，东部地区的流沙将得到根治，生态环境将得到根本性的改善。 第四节 土壤的污染与防治 　　一、土壤的污染与净化 　　（一）土壤污染的基本概念 　　土壤污染是指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容纳的能力和土壤净化速度的现象。土壤污染可使土壤的性质、组成及性状等发生变化，使污染物质的积累过程逐渐占据优势，破坏了土壤的自然动态平衡，从而导致土壤自然正常功能失调，土壤质量恶化，影响作物的生长发育，以致造成产量和质量的下降，并可通过食物链引起对生物和人类的直接危害，甚至形成对有机生命的超地方性的危害。有关土壤污染量的指标有多种，目前常用以度量土壤污染程度的指标有如下几个方面： 　　1．土壤背景值（或本底值）：通常以一个国家或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。由于在不同土壤中同一元素的含量是不同的，因此，用同一土壤类型的污染和非污染土壤的元素平均含量作对比，可能更确切些。 　　2．生物指标：土壤中某有害元素或污染物含量较高时，被植物吸收的量亦相应增加，可引起植物的一系列反应，如生长发育受到抑制、生态发生明显变异、土壤微生物区系发生变化、人们食用受污染的植物后对人体健康的危害程度等均可作为度量污染的生物指标。 　　（二）土壤中污染物质的来源和种类 　　1．土壤污染物质的来源：土壤污染的发生特征是与土壤所处的地位和功能相联系的，其污染物主要来自两个方面：①人为污染源，土壤污染物主要来自工业和城市的废水和固体废物、农药和化肥、牲畜排泄物、生物残体及大气沉降物等；②自然污染源，在自然界中某些矿床或物质的富集中心周围，经常形成自然扩散晕，而使其附近土壤中某些物质的含量超出土壤正常含量范围，而造成的土壤污染。 　　2．土壤污染物的种类：土壤的污染源是十分复杂的，所以土壤污染物的种类也极为繁多，有化学污染、物理污染、生物污染和放射污染等，其中以土壤的化学污染最为普遍、严重和复杂。化学污染物质可分为无机污染物和有机污染物两大类。 　　（1）无机污染物 土壤中的无机污染物包括对生物有危害作用的元素和化合物，主要是重金属、放射性物质、营养物质和其他无机物质等。重金属有汞、镉、铅、砷、铜、锌、钴、镍、硒等；放射性物质主要指铯、锶、铀等；营养物质主要指氮、磷、硫、硼等；其他物质主要指氟、酸、碱、盐等。 　　（2）有机污染物 土壤中的有机污染物是化学农药，目前在世界范围内大量使用的农药约50余种，有有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、苯氧羧酸类、苯酰胺类等。石油、多环芳烃、多氯朕苯、甲烷等也是土壤中常见的有机污染物。 　　此外，还有生物类，例如肠细菌、炭疽杆菌、蠕虫类等侵入土壤，它们的大量繁衍，对人体健康或生态系统均产生不良影响。 　　（三）土壤污染的主要发生途径 　　污染物质可以通过多种途径进入土壤，其主要发生类型可归纳为以下四种。 　　1．大气污染型：污染物质来源于被污染的大气，污染物质主要集中在土壤表层，其主要污染物是大气中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等，它们通过沉降和降水而降落地表。如由于大气中的二氧化硫等酸性氧化物使雨水酸度增加，可引起土壤酸化，破坏土壤肥力与生态系统的平衡；各种大气飘尘（包括重金属、非金属有毒有害物质及放射性散落物等降落地面，会造成土壤的多种污染。 　　2．水污染型：城乡工矿企业废水和生活污水，未经处理不实行清污分流，就直接排放，会使水系和农田遭到污染。特别是在水源不足的地区，引用污水灌溉，常使土壤受到重金属、无机盐、有机物和病原体的污染，并影响到作物、蔬菜的质量。 　　3．固体废弃物污染型：主要是工厂矿山的尾矿废渣、污泥和城市垃圾等作为肥料施用或在堆放过程中通过扩散、降水淋洗等直接或间接地影响土壤。 　　4．农业污染型：污染物主要来自施入土壤的化学农药和化肥，其污染程度与化肥、农药的数量、种类、利用方式及耕作制度等有关。有些农药如有机氯杀虫剂、666等，在土壤中长期残留，并在生物体内富集；氮、磷等化学肥料，凡未被植物吸收利用和未被根层土壤吸附固定的养分都在根层以下积累或转入地下水，成为潜在的环境污染物。残留在土壤中的农药和氮、磷等化合物在地面径流或土壤风蚀时，就会向其他地方转移、扩大土壤的污染范围。 　　上述土壤污染类型是相互联系的，它们在一定的条件下可以相互转化。固体废弃物污染型可以转化为水污染型和大气污染型，农业污染型本身就是固体废弃物污染型、大气污染型及水污染型。 阅读材料 （四）农药和化肥污染土壤的机理 　　1．农药在土壤环境中的吸附与降解 　　（1）土壤对农药的吸附作用 进入土壤的农药，可以通过物理吸收、化学吸附、氢键结合及配价键结合等形式吸附在土壤颗粒的表面。各种农药在土壤中吸附能力的强弱，主要决定于土壤和农药两者的性质及相互作用的条件。一般来讲，粘性土壤和有机质含量高的土壤其吸附能力强，如土壤有机质可将大部分的林丹、西马津及2，4，5-T吸附，对有机磷农药（马拉硫磷）也有很强的吸附能力；化学农药本身的性质也直接影响到土壤对它的吸附作用。在各种农药的分子结构中，凡是带有R3N+-、-CONH2、-OH、-NH2COR、-NH2、-OCOR、-NHR等功能团的农药都能增加其吸附强度，尤其是带有-NH2的化合物，吸附能力更强。 　　农药在土壤有机质和矿物质上的吸附过程中可能起作用的机制有离子交换、配位体交换、氢键结合、质子化作用等。农药既可被土粒吸附，又可释放到土壤溶液中去，农药在土壤环境中的吸附可降低农药的活性，但吸附作用是暂时的、可逆过程，一旦吸附条件被破坏，农药又可解析出来进入土壤溶液中，从而导致土壤受到农药的再污染。 　　（2）农药在土壤中的降解作用 包括光化学降解、化学降解和微生物降解等。光化学降解是指土壤表面接受太阳辐射能和紫外线等而引起农药的分解作用，大多数农药都能发生光降解作用；化学降解以水解和氧化最为重要，水解是最重要的反应过程之一。例如二嗪农的降解原因就是由于化学的水解，其降解反应式是：
　　微生物降解是指土壤中的微生物通过生物化学作用参与分解土壤中的有机农药，其降解机理有脱氮作用、氧化还原作用、脱烷基作用、水解作用、环裂解作用等。土壤微生物对农药的降解与农药的结构有关，土壤微生物最容易分解脂肪烃化合物和含羟基的芳香化合物。 　　2．化学肥料在土壤中的转化 　　（1）土壤中氮肥的转化 土壤中氮肥的转化实际上是有机氮化物的矿化作用，基本上是连续的三个反应过程：氨基化作用、氨化作用和硝化作用。前两步是通过异养性生物进行的，第三步基本上是由土壤中的自养性微生物来完成的。异养性微生物以有机碳化物为能源，自养性微生物则通过氧化无机盐类而获得能量，从周围大气中的CO2获得所需的碳素。 　　氨基化作用：这一作用是多种异养性微生物共同作用的结果，反应式为： 蛋白质─→R-NH2+CO2+能+其他产物 　　氨化作用：上述反应中释放出的胺和氨基酸，进一步被其他异养性微生物所利用而释放出氨。如下式： 　　R-NH3+HOH─→NH3+R-OH+能量 　　
铵到硝酸盐的这种生物氧化作用叫做硝化作用。这个反应分两步进行： 　　
亚硝酸的作用主要是专性自养性细茵亚硝酸化毛杆菌进行的，其反应式为：
　　从亚硝酸盐转变成硝酸盐的作用主要由专性自养细菌硝化杆菌进行的，反应式为：
　　由反应式可以看出，在通气良好的土壤中，硝化作用的结果形成氢离子。因此，当氨态氮肥和许多有机氮肥转变成硝酸盐时，释放出的氢离子可导致土壤的酸化。 　　（2）土壤中磷的形态和转化土壤中的磷一般分为有机的和无机的两类。有机磷包括磷脂、核酸和磷酸肌醇；无机磷大多与铁、铝、钙、氟及其他元素结合，并以多种形态存在于土壤中，其中有一部分是由肥料盐类同某些土壤组成反应形成的特殊化合物。这些化合物通常只微溶于水。磷酸盐也可以同粘粒作用形成不溶性的粘粒-磷酸盐复合物。而水
液中。 　　土壤中磷的各种形态相互之间存在着动态平衡： 有机结合态磷
土壤溶液磷
相对不溶性的磷酸铁、铝和粘粒化合物 　　有机磷的转化是在土壤有机质分解时进行的，转化的结果可释放出铵态氮和硝态氮，与此同时，也伴随着无机磷的释放；土壤中的无机磷化物以多种形态存在于土壤中，其中的肥料盐类所形成的化合物被称为土壤-肥料反应产物。这种磷酸盐对作物的有效性是通过作物吸收磷元素而获得的。 　　二、土壤净化与土壤防治 　　（一）土壤净化 　　1．土壤净化：从广义上理解土壤净化，是指污染物质进入土壤后，经生物和化学降解变为无毒害物质，以及通过化学沉淀、络合和螯合作用、氧化还原作用变为不溶性化合物，或是为土壤胶体牢固地吸附，植物难以利用而暂时退出生物小循环、脱离食物链或被排出土壤之外的作用。狭义的土壤自净，主要是指微生物对有机污染物质的降解作用，以及使污染化合物转变为难溶性化合物的作用。土壤净化能力决定于土壤的物质组成和其他特性，也和污染物质的种类和性质有关。不同类型的土壤，其净化能力（即对污染物质的负荷量或容纳污染物质的容量）是不同的，土壤对不同污染物质的净化能力也是不同的。 　　2．土壤净化的机理：在土壤生态系统中，土壤生物特别是微生物能分解有机废物，使之矿化为无机营养物质，供给植物生长、发育的需要，这是土壤形成的基础，也是土壤净化的主要原因；再者，绿色植物不仅在光合作用过程中吸收空气中的二氧化碳，放出氧气，而且具有净化大气中尘埃、气溶胶、重金属和有机污染物以及细菌等的功能，同时，绿色植物的根还有吸收土壤中某些污染物的作用，这也是土壤生态系统净化功能的重要组成部分。因此，土壤生态系统往往被看成是高效的“活过滤器”。它的净化功能主要由下列要素组成：①绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用，②土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转化和生物的固定化作用；③土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和沉淀作用；④土壤的离子交换作用；⑤土壤和植物的机械阻留作用；⑥土壤的气体扩散作用。 　　土壤的净化能力受气候和其他环境条件的影响，在温暖的植物生长季节，对生物可降解的有机污染物，上述要素中①、②、③项起主要作用；对无机盐类、营养元素和重金属等污染物，①、④项起重要作用；对那些易挥发的或者可以转化为气态污染物的，则⑥项起主导作用。土壤的净化功能目前正在被广泛应用到环境治理方面。 　　（二）土壤污染的防治 　　土壤的特性是复杂的，一旦受到污染物质的污染，尤其是重金属的污染，治理非常困难。因此，在大力发展工农业生产的同时，应防止土壤污染，保护好农业环境，防治的措施包括： 　　1．控制和消除外排污染源：上面已经提到土壤污染源以四种不同的途径进入土壤，即大气、水、固体废物和农业途径。因此，必须注意和严格限制污染物质进入土壤。 　　大气和水污染的防治，在前边已做过介绍，现仅就土地处理系统加以说明。 　　所谓土地处理系统是指利用土地来处理污水，即利用土壤生态系统作为净化污水、改善水质、保护土壤的目的。目前土地处理系统已发展成为代替三级深度处理的重要途径之一。污水通过二级处理，仍然含有一定量的悬浮固体、溶解性有机物质、溶解性无机盐类，特别是含有较大量的氮、磷物质。因此，必须采取三级处理。但三级处理费用昂贵，所以提出用土地处理以代替三级处理的作用。这样不仅费用低廉、节省能耗，而且可利用肥源，促进土壤生态平衡，保护土壤。 　　土地处理系统是利用土壤以及其中的微生物和植物对污染物进行综合净化作用的。土地处理系统的净化处理主要是土壤的过滤、截留、物理和化学吸附、化学分解、生物氧化以及微生物和植物的吸收等作用。因此，必须保持土地生态系统的生态平衡，即保持污水-土壤-微生物-植物的生态平衡。否则污水不但不能处理，而且会污染土壤和环境。 　　土地处理系统的处理方式主要有：漫流或溢流、灌溉、渗流或渗漏等。 　　运用土地系统处理污水、净化土壤的措施已在国外许多国家兴起。例如澳大利亚的维多利亚州墨尔本西郊的威里比牧场，总面积一万公顷，原为一个贫瘠的平原，其中土地处理系统占7000公顷，包括原污水的过滤、沉淀及污泥消化等前处理系统，以及土地过滤、牧草过滤及池塘、氧化塘等主体处理系统，不同季节交互作用，日处理污水量达40多万吨，成为澳大利亚“化害为利”的典范（图7-11）。近年来，英、美等国家环保部门也都很重视土地处理系统的发展及科学研究工作，在密执安州的莫斯克岗县农场，是本世纪70年代新兴的一个现代化土地处理系统，总面积为4000公顷。土地处理包括氧化塘及污水库，起到二级处理作用，可处理全县的生活污水及纸浆和造纸厂所排放的全部高浓度有机废水。
　　我国随着工农业生产和城市的发展，废（污）水排放量日益增加。我国也十分重视污水的土地处理措施，目前，我国污水灌溉地区已发展到30多个，污灌面积达800万亩。例如，西安污灌区大大减轻了渭河的污染，白洋淀上游保定市截污灌田，使白洋淀水质有较大改善。土地处理系统巳是城乡生态系统物质循环与能量流动的重要环节，对城市及工业污水，提倡利用土地处理系统，做到乔、灌、草、农、林、牧多样化，做到处理与利用结合，这是我国今后环境治理的一个重要方向。 　　2．土壤污染治理的生态对策：这是控制和消除污染物进入农业生态系统的积极有力的措施。下面重点谈两种生态措施： 　　（1）控制农药污染的生态措施 农药使用后大部分直接落入土壤中，其次为植物吸收或飞扬到大气中，或随水流走，并有相当数量的农药残留在土壤中，残留的时间如表7-13所示。
　　如连续使用残留性大的农药，农药在土壤中的浓度要逐年增加，但残留量不是无限的增加。土壤中的农药在多数情况下呈指数函数减少。因此，连年使用农药，经若干年后也会达到平衡状态。农药在土壤中的残留受土壤质地、土壤含水量、土壤有机质及土壤其他特性的影响，如长期淹水的土壤可以加速666和二苯醚、五氯酚的降解，666在淹水条件下50天即有90％以上被降解；砂土吸附较弱，可使农药加速蒸发。 　　目前，我国已严禁使用有机氯农药，正在研制高效、低毒、低残留的农药代替。在生态治理上要发展生物防治技术，即以虫治虫和以菌治虫的方法，例如用金小蜂治红铃虫，养鸭治水稻虫害，蚂蜂治棉虫，赤眼蜂、草铃虫治农田害虫等。在生态治理方法上主要是通过天敌和生物转化，其中主要还是微生物的转化作用。 　　①农药被微生物降解的基本机理：有关材料说明，有些微生物具有代谢有机农药的作用，主要有假单胞菌属（Pseudomonas）、诺卡氏菌属（Nocardia）和曲霉菌属（Aspergillus）等。有关学者们认为这些微生物只所以具有上述作用是有两方面原因引起的：由于微生物原有的遗传能力经诱导而产生了相应的酶，通过变异而改变酶或其控制系统。其基本机理是微生物可以催化农药分子的基本化学结构发生改变。主要是通过脱卤作用，这是农药降解中常见的一种方式，它是某些脂肪族菌生物降解的最初反应；脱烃作用，这一作用主要发生在有烃基连接在氮、氧或硫原子上的农药（如三氮苯等）。一般烃基连在碳原子上的农药易为微生物代谢；酰胺及酯的水解，很多农药是无机酸的酯或酰胺类，有些微生物可以水解这些化合物的酰胺和酯键；氧化作用：不少微生物能合成氧酶，使分子氧进入有机分子中，特别是进入带有芳环的有机分子中，这也是农药微生物氧化的一种常见方式；缩合作用，这种方式可将有毒分子或其一部分与另一有机物结合，可使农药或其衍生物失去活性；共代谢，微生物使农药发生变构作用，但不从其中取得足够生长利用的碳或能，这种偶然发生的过程，称为共代谢或共氧化。共代谢表明有可能通过几种微生物的一系列共代谢反应使一种农药全部降解，但这种农药本身并不能维持微生物的生长。例如：杀虫剂的微生物降解——DDT的代谢主要是脱氯作用，使DDT变为DDD或经脱氢脱氯变成 DDE，而DDD和DDE又可进一步氧化为 DDA。反应式如下：
　　DDT在好气条件下分解很慢。DDE和DDD毒性比DDT低得多，但DDE仍有慢性毒性，因此要注意此类农药分解产物在环境中的积累；除草剂的微生物转化——农药在微生物作用下进行降解后，其降解产物毒性或降低、或提高，如除草剂2，4，5-7在土壤微生物作用下可降解为2，4，5-三氯酚，二个分子的三氯酚缩合脱去两个分子氯化氢，生成二恶英，是一种强致畸性物质，能长期残留，并固定于土壤中。 　　②土壤微生物对农药的净化作用：农药在土壤中的降解作用包括氧化、光解、水解以及微生物活动的分解。水解是其中最重要的反应之一。在大多数情况下，水解可导致农药变成毒性较小的物质。666的四种异构体在渍水水稻中都降解得很快，渍水两个月后，四种异构体基本消失，但灭过菌的土壤在同样条件下培养两个月，四种666异构体降解却很缓慢，这说明水解比起土壤微生物的作用来，后者起决定性作用。 　　经过试验说明，微生物在农药降解上起主要的作用。在渍水土壤中，加入1%紫云英，666的降解速度更快。这是由于绿肥的加入使土壤电位下降，并增强微生物活动所致。 　　林丹在湿润土壤上降解速率与渍水土壤类似，在旱地中，林丹28天可降解约95%，但是β-666虽在渍水土壤中降解很快，而在湿润土壤上却很难降解。这主要是在这两种条件下，降解的途径不同：渍水土壤中主要降解产物是γ-四氯环己烯，而在非渍水的旱田中，却是直接脱HCl，生成五氯环己烯，这个反应不易进行。 　　土壤微生物的作用也是有机磷农药净化的重要因素。假单孢茵（Pseudomonas SP．）对于4ppm的对硫磷只要20天就可全部分解。辛硫磷在含有多种微生物的自然土壤中能迅速降解。两周可消减75％，38天即可全部降解；而在无菌的同样土壤中，38天仅消失1/4。在常见的厌氧细菌（Aerobacter Cloacae）培养液中， 4日可减少 35%，20日就有90%的辛硫磷消失。 　　（2）控制土壤受重金属污染的生态对策 土壤一方面对重金属具有一定的保留和固定的能力，可以允许一定量的重金属进入而不表现出对植物生长危害或对食物链产生污染；但另一方面，土壤的重金属是从开始产生污染到产生后果有一个长时间的逐步积累的隐蔽过程，是潜在危害。土壤一旦遭受重金属污染，是难以治理的。因此，必须严格控制进入土壤的重金属。在防治措施上，应采取以防为主，综合治理的方针。可采用改种法，即在重金属污染的土地上经过改换作物类型或品种仍可维持农业生产；抑制吸收法，即采用合理的农业措施，可以减少农作物对重金属的吸收；土壤改造法，即在污染不太重的土壤上，采用深耕的办法使上下层混合，降低耕层中重金属的含量，也可用深耕倒换土层的办法，使上层土淹入下层；生物改良法，即种植某些具有很高富集重金属的作物，通过植物吸收作用，可以降低土壤中的某些重金属。