土壤环境学受损土壤改良与修复ppt课件.ppt
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1、案例教学 受损土壤改良与植被恢复,主要内容,受损土壤特点受损土壤改良受损土壤修复受损土壤植被恢复,主要内容,受损土壤特点受损土壤改良受损土壤修复受损土壤植被恢复,受损土壤的特点,1. 土壤物理结构不良,保水、保肥能力差土地平整、采矿作业等导致土壤压实、板结,孔隙度降低,容重增大土层扰动,底层土被翻至地表。孔隙很少,通透性极差或由剥离的表土、开采的废石堆积形成的废石废弃地、尾矿废弃地等,受损土壤的特点,2. 土壤贫瘠,氮、磷、钾及有机质含量极低 富含有机质的表层土常被剥离、扰动或原有结构被打乱,或覆盖未熟化土。,受损土壤的特点,3. 土壤酸化或盐碱化等 工矿企业酸性或碱性废水排放导致矿区废弃地土
2、壤极端酸性或碱性,受损土壤的特点,4. 存在重金属等有毒有害污染物质 工矿废弃地一般存在较高水平的重金属等污染物质。矿区尾矿库、废石堆场、选矿废水等含有极高浓度的重金属。重金属污染是金属矿山废弃地复垦土壤的重要特点。,主要内容,受损土壤特点受损土壤改良受损土壤修复受损土壤植被恢复,受损土壤改良,土壤改良、修复的方法、材料非常多,但最终都是要实现三个基本目标: 一是改善土壤基质的物理结构; 二是改善基质的养分状况; 三是去除基质中的有毒有害物质。,受损土壤改良,1. 土壤培肥改良技术2. 化学改良技术3. 微生物技术,1.土壤培肥改良技术,1) 客土覆盖2) 绿肥法3) 施用有机改良物质4) 施
3、用化学肥料,对土壤团粒结构、孔隙度等理化性状的改良及土壤有机质、氮、磷、钾等营养状况的改善。主要包括:,1.土壤培肥改良技术,1) 客土覆盖,废弃地土层较薄或没有土层的情况下,采用异地熟土覆盖,改善植物生长基质条件,特别是引进氮素、微生物和土壤种子库,为植被重建或达到可耕性提供有利条件。该技术的关键在于有充足的土源,土源应尽量在当地解决。,1.土壤培肥改良技术,2) 绿肥法,绿肥是改良整理复垦土地贫瘠土壤、增加有机质和氮磷钾等营养元素的有效方法。绿肥多为豆科植物,利用其根瘤菌固氮,其生命力旺盛,在自然条件较差、土壤较贫瘠的土地上都能很好地生长。在复垦第一、二年,种植绿肥作为先锋植物,压青腐熟,
4、除释放大量养分外,还可以转化成腐殖质,增加土壤有机质含量,其根系腐烂后也有胶结和团聚作用,可以有效改善土壤理化性质。,1.土壤培肥改良技术,3) 施用有机改良物质,有机物料不仅含有作物生长和发育所必需的各种营养元素,而且可以改良土壤物理性质,增加土壤持水保肥能力。常用的有城市污泥、人畜粪便、有机堆肥、生活垃圾、泥炭类物质等。,1.土壤培肥改良技术,4) 施用化学肥料,合理施用无机化学肥料是提高土壤中矿质营养水平的有效措施。综合施加氮、磷、钾肥要比单施某一种肥料好。,2.化学改良技术,1) 酸性土壤:可施用碳酸氢盐或石灰来调节酸性,既降低土壤酸碱度,又能促进微生物活性,改善土壤结构;也可施用磷矿
5、粉、粉煤灰等物质,磷矿粉既可提高土壤肥力,又能在较长时间内控制土壤pH值。粉煤灰既可以降低土壤的酸性,又可改善土壤的物理性状。2) 碱性土壤:可采用硫磺、氯化钙、硫酸亚铁、石膏和硫酸等酸性物质进行中和改良,土壤微生物具有迅速熟化土壤、固定空气中的氮素、参与养分转化、改进土壤结构提高植物的抗逆能力等功能。比较典型的例子是根瘤和菌根。,3.微生物技术,根瘤:固氮细菌与植物根系的共生体。可吸收固定大气中的分子态氮,即生物固氮。在养分缺乏的贫瘠土壤中更能促进植物生长。,3.微生物技术,3.微生物技术,接种根瘤菌对三叶草生长的影响,N0、N0.15、N0.30分别表示不施氮素、施氮素0.15g/kg、0
6、.30g/kg。,菌根:土壤中的真菌菌丝与高等植物形成的植物微生物共生联合体。 延伸的菌丝体增加根系的吸收面积,促进植物生长, 提高植物抗病等抗逆境能力。 菌丝的穿插促进土壤凝聚。,3.微生物技术,3.微生物技术,接种菌根菌对植株侵染率、地上下部及总的植株干重和根茎比的影响 (毕银丽等,2002),通过向新建植的植物接种微生物: 改善植物营养条件、促进植物生长 利用植物根际微生物的生命活动,使失去微生物活性的土壤重建和恢复土壤微生物体系,加速整理复垦土地地土壤的基质改良 加速生土熟化,提高土壤肥力,3.微生物技术,目前市场上推广的EM(Effctive Microorganisms)利用技术是
7、将经过筛选出的好氧性和厌氧性微生物加以混合,采用独特的工艺,发酵而制成微生物活菌制剂。EM 中代表性的微生物有光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、丝状菌等。可以加速土壤有机物分解,促进土壤团粒化,提高土壤肥力,使有效养分含量明显增加,大大节约肥料;控制有害微生物,减少病虫害等。,3.微生物技术,主要内容,受损土壤特点受损土壤改良受损土壤修复受损土壤植被恢复,受损土壤修复,1. 物理修复2. 化学修复3. 生物修复4. 农艺措施,工矿企业废弃地整理复垦区尤其是金属矿山废弃地往往存在重金属等污染问题。除采取上述各种土壤培肥改良措施外,还要进行土壤修复来处理土壤污染问题,使土壤条件达到植物生长或农畜产
8、品安全标准。主要技术包括:,1.物理修复,1)工程措施 2)玻璃化修复 3)电动力学修复 4)电磁法修复,主要包括换土、客土、去表土、隔离、深耕翻土等措施。换土、去表土、客土被认为是治本的好方法,但是工程量大,并有污土的处理问题,目前只用于小面积、污染严重的地区。,1.物理修复,1)工程措施,把重金属重污染区土壤置于高温高压条件下,形成玻璃态物质,使重金属固定于其中,达到消除重金属污染的目的。工程量大、费用高昂,但能从根本上消除土壤的重金属污染,且见效快,常用于重金属重污染区的抢救性修复。,1.物理修复,2)玻璃化技术,通过电流的作用,提高土壤的Eh值并在阴阳两极附近的土壤溶液中聚集大量的H+
9、和OH- ,调节土壤的pH 值,以利于重金属离子的去除。,1.物理修复,3)电动力学修复,1.物理修复,4)电磁法修复 (热解吸法修复),利用高频电压产生电磁波,在电磁波作用下,产生热能,对土壤进行加热,使污染物在土壤颗粒内解吸而达到修复的目的。适用于一些受汞或硒等易挥发性重金属污染的土壤的修复。是一种操作简单、经济可行的方法。,2.化学修复,1)化学改良剂修复 2)螯合剂修复 3)表面活性剂修复,2.化学修复,1)化学改良剂修复,向土壤中添加改良剂(抑制剂),与污染物发生氧化、还原、沉淀、吸附、络合、抑制、拮抗等化学作用,降低污染物的水溶性、扩散性和生物有效性,从而降低其迁移能力。磷酸盐、磷
10、灰石、石灰、硅酸盐、粘土矿物等被认为是处理重金属污染的常用改良剂。适用于污染不太严重的土壤。,2.化学修复,2)螯合剂修复,向土壤中施加重金属螯合剂,使吸附在土壤固体表面的重金属解吸到土壤溶液中,提高土壤中重金属的有效态,再经淋洗或植物吸收将污染物从土壤中去除。,2.化学修复,3)表面活性剂修复,利用表面活性剂润湿、增溶、分散、洗涤等特性,改变土壤表面电荷和吸收位能,或从土壤表面把污染物置换出来,以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中,提高污染物在土壤溶液中的流动性。,3.生物修复,1)植物修复 2)微生物修复 3)动物修复,3.生物修复,1)植物修复,植物提取植物挥发根际过滤植物稳定,3.生物
11、修复,1)植物修复,植物提取利用某些对重金属具有超富集作用的植物超积累植物,把污染物吸收转移到地上部,然后收割地上部分进行集中处理,达到降低土壤中重金属含量的目的。目前已发现400多种超积累植物。,3.生物修复,1)植物修复,植物提取对于超积累植物的定义一般考虑以下两个因素: 植物地上部分富集的重金属应达到一定的量; 植物地上部分的重金属含量应高于根部。重要的超积累植物主要集中在十字花科。,遏蓝菜:Zn、Cd,龙葵:Cd,海州香薷:Cu,羽叶鬼针草:Pb,井口边草:As,蜈蚣草:As,3.生物修复,1)植物修复,植物挥发土壤中重金属通过植物作用产生毒性小的挥发态物质。主要是Hg、Se、As。硒
12、在洋麻、牛毛草等植物的作用下转化为气态形式的二甲基硒和二甲基二硒。洋麻可使土壤中约50%的三价硒转化为甲基硒挥发从土壤中去除。,3.生物修复,1)植物修复,根际过滤是利用植物根系过滤沉淀重金属的过程。主要是利用水浮莲、浮萍、水葫芦等水生植物的吸附能力,减轻重金属对水体的污染程度。目前实际应用较多的是人工湿地技术和生物塘工程。,3.生物修复,1)植物修复,植物稳定通过植物吸收、分解、氧化还原和沉淀固定等作用,降低重金属在土壤中的活动性和毒性,防止重金属的渗滤或扩散。该技术适用于矿区或者核电站废弃地的污染修复。可以通过大面积种植这类植物来降低污染物的扩散和危害,或以这些植物作为矿区废弃区植被恢复的
13、先锋种。植物稳定并没有从根本上清除污染物,随着时间的推移或在适当的环境诱发下,仍有扩散、渗虑的风险。,典型案例:As超积累植物蜈蚣草修复矿山污染土壤(陈同斌研究小组),湖南郴州:世界上第一个砷污染土壤植物修复基地修复前:湖南郴州苏仙区邓家塘乡因砷污染导致600多亩稻田弃耕、2人死亡、400多人集体住院,诱发严重纠纷和暴力冲突,曾引起国务院高度重视,中央电视台焦点访谈专门报道。修复后:在田间种植条件下,蜈蚣草叶片含砷量高达0.8%,有力证明了蜈蚣草在砷污染土壤的治理方面具有极大的应用潜力。,典型案例:As超积累植物蜈蚣草修复矿山污染土壤(陈同斌研究小组),广西环江:污染土地的植物修复示范工程修复
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