土壤污染及其防治案例.ppt

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1、第七章 土壤污染及其防治,内容介绍,第一节土壤的组成和性质第二节土壤环境污染第三节重金属对土壤的污染第四节化学农药对土壤的污染第五节土壤污染的防治,第一节 土壤的组成和性质复习：土壤的组成土壤的结构,1.土壤矿物质2.土壤有机质3.土壤空气4.土壤溶液,粒状、片状、块状、柱状、无结构,50%,？,土壤结构,土壤的物理化学性质,土壤胶体,概念：类型 无机胶体 有机胶体 有机-无机复合胶体,一、土壤胶体,土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2m或者小于1m的土壤微粒。,粘土微粒,腐殖质的产物,矿物胶体和腐殖质胶体的结合,土壤胶体结构与构造示意图,土壤胶体的特性巨大的表面积和表面能，成为吸收性能的基础。带有

2、电荷，以负电荷为主。凝聚和分散作用，不可逆凝聚促进土壤结构的形成（溶胶 凝胶）。凝聚作用顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+,一、土壤胶体,吸附作用生物吸收机械吸收物理吸收化学吸收物理-化学吸收,植物和微生物吸收营养物质或有毒物质,土壤孔隙阻挡大于孔隙的物质进入土壤土壤颗粒越细，孔隙越小，机械吸收越强,土壤越细，分子态物质极性越强，物理吸收性能越大,土壤溶液中可溶性物质相互作用，产生难溶性化合物，固定在土壤中,土壤胶粒表面吸附的离子和溶液中的同号离子进行交换,二、土壤的吸附与交换,离子交换作用阳离子交换,二、土壤的吸附与交换,特征：是可逆反应；遵循等价离子交换的原则。土壤的

3、阳离子交换量：指每百克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的摩尔数，单位为mol100g土,不同质地土壤的阳离子交换量,单位：mol100g土,离子交换作用阳离子交换交换性阳离子分类：盐基离子（Ca2、Mg2、K、Na、NH4等）其他离子（H与Al3）,二、土壤的吸附与交换,离子交换作用阳离子交换盐基饱和度，就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。盐基饱和度大的土壤，一般呈中性或碱性。,二、土壤的吸附与交换,离子交换作用阴离子交换酸性土壤中，带正电的胶体发生阴离子交换。分类：易被土壤胶体吸附的阴离子 如 PO43、HSiO3、SiO32及某些有机酸根。很少被吸附甚至不能被吸收的

4、阴离子，如 NO3、NO2、Cl等。介于上述两者之间的阴离子，如 SO42、CO32、HCO3以及某些有机酸根。,二、土壤的吸附与交换,土壤酸的来源水的解离 HOH H+OH-碳酸解离 H2CO3 H+HCO3-有机酸解离 有机酸 H+RCOO-酸雨和其它无机酸土壤中铝的活化：H+进入土壤，破坏矿物结构，铝变为活性AI3+，反过来代换土壤中的H+，使代换性H+变为溶液中H+，加重酸化。,三、土壤的酸碱性,土壤酸度活性酸度 是指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表示。潜性酸度 是指土壤中交换性氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度，以mol/100g烘干土表示。,

5、三、土壤的酸碱性,土壤酸度交换性酸度 土壤中通过阳离子交换反应进入溶液的氢离子浓度称交换性酸度。水解性酸度 指土壤中可为碱性缓冲盐（弱酸强碱盐）解离的氢离子浓度。,三、土壤的酸碱性,土壤碱度用pH值表示，主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性Na的含量。交换性Na占交换量的百分数称为碱化度。,三、土壤的酸碱性,土壤碱度根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力的关系，可把土壤反应分为下列7级：,三、土壤的酸碱性,土壤酸碱性对土壤肥力的影响土壤中N、P、K、S、Ca、Mg、Fe及其他微量元素的有效性都受到土壤酸碱度的影响。如：pH6，固氮菌活动降低，pH8，硝化作用受抑制，有效氮供应减

6、少。pH为时，P的有效性最大；pH5时，K有效性降低；pH值越高，有效硫增大；pH为7-8.5时，钙、镁有效性最大。,三、土壤的酸碱性,土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式,土壤反应的调节酸性土的调节改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料。碱性土的调节改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等。,三、土壤的酸碱性,土壤氧化还原体系,四、土壤氧化还原性能,土壤氧化还原体系,影响土壤氧化还原的因素,四、土壤氧化还原性能,土壤通气性易分解有机质的含量微生物活动植物根系的代谢作用土壤的pH,通气良好，电位升高,分解成还原性物质,分解有机质,分泌有机酸，并可直接参与根系土壤的氧

7、化还原反应,pH降低，电位升高,思考：人类活动对土壤环境的负面影响有哪些？,人类活动对土壤环境的影响及其防治对策,土壤沙化水土流失土地盐渍化土壤污染非农业占地,1.土壤沙化,土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:极端干旱及大风过渡放牧乱挖乱樵水资源萎缩过渡开垦森林植被破坏,1.土壤沙化,土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:危害：,土地贫瘠化,植被退化，适宜性变差,土地沙化，利用程度降低,沙尘暴，环境恶劣,1.土壤沙化,土壤沙化:主要是风蚀和风力堆积过程。原因:危害：防治：,草方格沙障,营造防护林,种植耐旱作物,培育生物土壤结皮,退牧还草,减少耕作次数，少耕免耕,选种适生植物,秸杆覆盖

8、,2.土壤（水土）流失,土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:植被破坏坡地耕种年降雨分配不均,水土流失,水土流失,洪水引起的冲刷,降雨对裸土产生的沟蚀,2.土壤（水土）流失,土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:危害：土壤薄层化土壤质量下降生态环境进一步恶化,2.土壤（水土）流失,土壤流失:土壤由水力或水力加重力作用而搬移运走的侵蚀类型。原因:危害：防治,水土保持,Forest terrace suitable for reforestation in degraded mountain zones,Diversion ditch effec

9、tive for draining steep slopes,Algerian terrace,水土保持,等高种植,水土保持,沿等高线营造防护林,水土保持,陡坡地退耕还林,水土保持,沿沟建淤地坝,水土保持,修水窖雨季蓄水,水土保持,工程措施与生物措施结合,水土保持,修建梯田,水土保持,沟道种植灌木防切沟发展,水土保持,修隔坡梯田,水土保持,粮食作物与水保林间作,3.土壤盐渍化,土壤盐渍化:土壤地表面积盐的过程。土壤盐渍化的三条件:蒸发量大于降水量地下水位超过临界水位地下水矿化度高土壤盐渍化类型：现代土壤盐渍化;残余土壤盐渍化;潜在土壤盐渍化。,3.土壤盐渍化,土壤次生盐渍化:由于不恰当的利用,

10、使潜在盐渍化土壤中盐分趋向于表土层积聚的过程.原因:超量用水导致地下水位上升超过临界深度;高矿化度水灌溉(3g/L);灌排不配套，排水不畅;开垦利用本身含盐高的土壤.,3.土壤盐渍化,土壤次生盐渍化的防治合理利用水资源。灌排配套发展,实施合理的灌溉制度采用节水灌溉技术减少渠系渗漏损失改变种植制度,因地制宜建立生态农业结构。精耕细作。,4.土壤污染,土壤污染的控制措施：废物减排生物修复,浓缩阶段,固态堆放,5.耕地的非农业占用,固体废物堆放占地城镇建设占地防治：合理利用土地资源及时处理各种废物,第二节 土壤环境污染,一、土壤污染概念：人类活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度，引起土壤质量恶化

11、的现象。土壤污染的特点土壤污染物主要通过农作物和食品间接进入人体土壤污染的判定比较复杂土壤污染造成的危害不易及时发觉,第二节 土壤环境污染,二、土壤净化概念：分解、转移、转化，使土壤污染物的浓度降低而消失的过程。净化作用的原因微生物和土壤动物的分解转化；有机无机胶体吸附、解吸、代换，改变污染物形态；植物吸收作用。,第二节 土壤环境污染,二、土壤净化影响土壤净化作用的因素土壤环境的物质组成如，土壤粘土矿物的种类和数量影响着土壤的比表面积，电荷的性质及阳离子交换量等，从而影响吸附、解吸的作用。土壤环境条件土壤pH、电位条件直接或间接影响污染物转化；水热条件影响污染物迁移转化过程的速度与强度,第二节

12、 土壤环境污染,二、土壤净化影响土壤净化作用的因素土壤环境的物质组成土壤环境条件土壤环境的生物学特性植被与土壤生物区系的种属与数量，是土壤生物净化的决定性因素人类活动的影响长期施肥引起土壤酸化，降低土壤的净化性能,第二节 土壤环境污染,三、土壤污染源工业污染源农业污染源生物污染源四、土壤污染物有机物类重金属污染物放射性物质化学肥料致病微生物,第二节 土壤环境污染,五、土壤污染类型水体污染型大气污染型农业污染型固体废弃物污染型,污水灌溉,沉降,化学农药、化肥,废渣、污泥、城市垃圾,第三节 重金属对土壤的污染,一、重金属的来源,污水灌溉,施用化肥农药,固体废弃物堆积,城市化,矿床开发,原生岩石,第

13、三节 重金属对土壤的污染,二、重金属在土壤中的迁移转化（一）污染特征不易随水移动不能被微生物分解在土壤中易累积在植物体内可富集转化，潜伏期长,第三节 重金属对土壤的污染,二、重金属在土壤中的迁移转化（二）存在形态水溶态的弱代换剂可代换的强代换剂可代换的次生矿物中的原生矿物中的,毒性大,易于被植物吸收,毒性小,第三节 重金属对土壤的污染,二、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响氧化还原条件改变重金属价态，低价态化合物可溶性强，如Cr3+Cr6+，增强还原条件，土壤中Cr6+还原成Cr3+，溶于土壤溶液易于迁移。,第三节 重金属对土壤的污染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤

14、条件对迁移转化的影响氧化还原条件酸碱度pH升高，重金属溶解度下降，迁移变弱两性化合物在pH6时迁移以阳离子为主；pH6时，生成氢氧化物沉淀；pH继续升高，以阴离子为主，发生迁移。,土壤pH对重金属吸附的影响,Adsorption,Soil pH,3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7.0,Pb,Cu,Zn,Cd,第三节 重金属对土壤的污染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响氧化还原条件酸碱度土壤胶体的吸附作用离子交换吸附、共价键、配位键吸附形成沉淀有机胶体吸附容量无机胶体,第三节 重金属对土壤的污染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）土壤条件对迁移转化的影响

15、氧化还原条件酸碱度土壤胶体的吸附作用络合螯合作用重金属离子浓度较高时，以吸附交换为主；重金属离子浓度较低时，以络合螯合作用为主，迁移能力增大。,第三节 重金属对土壤的污染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化镉水溶性，易迁移、被植物吸收非水溶性，不易迁移氧化还原电位增大，酸碱度下降，镉溶解度增加迁移途径：随水迁移、植物吸收,第三节 重金属对土壤的污染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化汞与酸根结合易溶于水，其他大都难溶于水；还原条件下，无机汞转化为甲基汞；嫌气条件下，二价汞还原为汞单质，挥发。迁移途径：植物吸收、随水运动、蒸气迁出,第三节 重金属对土壤的污

16、染,三、重金属在土壤中的迁移转化（三）几种重金属的迁移转化砷呈吸附状态，导致污染物进入土壤后，主要积累于土壤表层还原条件下，砷酸转化成亚砷酸，可溶性增强迁移途径：植物吸收,第四节 化学农药对土壤的污染,一、化学农药对环境的污染二、主要的农药类型三、农药在土壤中的行为,农药的产生和发展天然药物时代无机农药时代有机合成农药时代,19世纪中期植物杀虫除虫菊鱼藤烟草,无机化合物砷酸铅砷酸钙硫酸烟碱,1939年，瑞士科学家Paul Mller发明了DDT,第四节 化学农药对土壤的污染,第四节 化学农药对土壤的污染,除虫菊,鱼藤,第四节 化学农药对土壤的污染,有机合成农药时代,DDT化学结构式,DDT分子

17、的平面结构图,DDT的球棍结构图,1847年，德国著名化学家蔡德勒合成了一种有机氯化合物二氯二苯基三氯乙烷。,蔡德勒,第四节 化学农药对土壤的污染,有机合成农药时代1939年，瑞士科学家缪勒发现了DDT的杀虫作用。,(1)对害虫毒性很高(2)对温血动物和植物相对无害(3)无刺激性，气味很小(4)能广泛施用(5)化学性质稳定且残效期长(6)价廉且容易大量生产。,1940年，瑞士的嘉基公司成功地开发了DDT杀虫剂产品，从此DDT在世界范围内得到了广泛地应用。,第四节 化学农药对土壤的污染,DDT的使用,在我国五十年代，曾经流传过这样的歌谣：要吃白米饭，只要“二二三（即DDT）”。,第四节 化学农药

18、对土壤的污染,蕾切尔卡逊(Rachel Carson),寂静的春天(silent spring),第四节 化学农药对土壤的污染,农药的危害之一,深点食螨瓢虫,对害虫的天敌和其它益虫、益鸟有杀伤作用，破坏了自然界的平衡。,第四节 化学农药对土壤的污染,农药的危害之二,使害虫产生了抗药性,产生抗药性疯狂繁殖“臭大姐”盘踞青岛山头,第四节 化学农药对土壤的污染,农药的生物富集作用,Biological enrichment function,在人体内蓄积 慢性中毒作用,D D T,DDT,第四节 化学农药对土壤的污染,农药对环境的污染,大气 水体 土壤,农药的危害之四,第四节 化学农药对土壤的污染,

19、目前，全世界已有农药品种1500多种，其中常用约500种，化学农药总产量（以有效成分计）已经超过200万吨。,第四节 化学农药对土壤的污染,二、主要的农药类型分类按农药用途分类按物理状态分类按化学组分分类按作用方式分类,杀虫剂除莠剂灭真菌剂杀鼠剂,粉状可溶性液体挥发性液体,氨基甲酸脂有机氯农药有机磷农药有机汞农药有机砷农药,胃毒触杀熏蒸拒食,第四节 化学农药对土壤的污染,二、主要的农药类型有机氯类农药种类特点高残留性脂溶性,禁 用,第四节 化学农药对土壤的污染,三氯杀螨醇,二、主要的农药类型有机磷类农药根据毒性大小可分为三类：剧毒类（对硫磷）中毒类（敌敌畏）低毒类（马拉硫磷）,对硫磷（1605

20、）,第四节 化学农药对土壤的污染,二、主要的农药类型氨基甲酸脂类农药该类农药均具有苯基-N-烷基氨基甲酸酯的结构，它与有机磷农药一样，具有抗胆碱酯酶作用，中毒症状也相同。但中毒机理有差别，是由对胆碱酯酶分子总体的弱可逆结合的抑制而引起的。在环境中易分解，在动物体内也能迅速代谢，而代谢产物的毒性多数低于其本身毒性，因此属于低残留的农药。,第四节 化学农药对土壤的污染,二、主要的农药类型除草剂（除莠剂）除草剂具有选择性，只能杀伤杂草，而不伤害作物。有的是非选择性的对被药剂接触到的植物都可杀死，如五氯酸钠。大多数除草剂在环境中会被逐渐分解，对哺乳动物的生化过程无干扰，对人、畜毒性不大，也未发现在人畜

21、体内有累积。,第四节 化学农药对土壤的污染,清除蔬菜上残留农药的方法：去皮法 碱水浸泡法 加热法 洗洁精洗涤法,三、农药在土壤中的迁移、降解及残留农药污染土壤的主要途径施用于田间的各种农药大部分落入土壤中，附着于植物体上的部分农药，也因风吹雨淋落入土壤中，这就是造成土壤污染的主要原因。使用浸种、拌种、毒谷等施药方式，或是将农药直接撒至土壤中，造成污染的累积。,第四节 化学农药对土壤的污染,三、农药在土壤中的迁移、降解及残留农药在土壤中的残留影响农药在土壤中残留的因素化学农药性质的影响：农药本身的化学性质，如挥发性、溶解度、化学稳定性、剂型等，有机氯农药挥发性小，但它们的蒸气压和土壤中残留有一定

22、关系。而且挥发的速度与农药的浓度、大气的相对湿度、土壤表面上方空气的运动（风速）及土壤中的温度等因素有关，一般是浓度愈大、湿度大、含水量高，风速大则挥发作用愈强。,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的残留影响农药在土壤中残留的因素土壤性质的影响：农药在质地粘重和有机质含量高的土壤中存留时间较长。主要是由于土壤是一个粘土矿物-有机质的复合胶体，其吸附性能作用可形成稳定的难溶性结合残留物。土壤pH值对有机磷农药影响比对有机氯农药更敏感。这主要是pH对土壤中农药分解速度的影响与分解的主要途径是化学分解还是微生物降解有关。,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的残留影响农药在土壤中残留的

23、因素土壤性质的影响：农药主要通过化学降解、细菌分解和挥发而消失，这些过程均受温度的影响，低温时这些过程减慢，农药失去速度减少。土壤水分对农药残留的影响主要是因为水是极性分子，同农药竞争吸附位置，被胶体强烈吸附，在较干燥的土壤中，与农药竞争吸附位置的水分子较少,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的残留残留时间与残留量半衰期：指施入土壤中的农药因降解等原因使其浓度减少一半所需要的时间；残留期：指施入土壤中的农药因降解等原因使其浓度减少75%100%所需要的时间；残留量：指土壤中的农药因降解等原因含量减少而残留在土壤中的数量，单位是mgkg土壤。,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的

24、转化土壤对化学农药的吸附作用进入土壤的化学农药通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面。物理吸附：土壤胶体上扩散层的阳离子通过“水桥”吸附极性农药分子，如,第四节 化学农药对土壤的污染,土壤胶体-,农药在土壤中的转化土壤对化学农药的吸附作用物理化学吸附：因土壤胶体带有电荷，能吸附呈离子态的农药。土壤胶体除通过交换作用对农药吸附外，还可借氢键将农药与胶体联系在一起，如：,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的转化土壤对化学农药的吸附作用物理吸附物理化学吸附,第四节 化学农药对土壤的污染,土壤对农药的吸附作用只是在一定条件下缓冲解毒作用，而没有使化学农药得到降解。

25、,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的挥发和扩散与水分有关：土壤干燥时，农药不扩散，主要是被土体表面所吸附。随着土壤水分的增加，由于水的极性大于有机农药，因此水占据了土壤矿物质表面把农药从土壤表面赶走，使农药的挥发性大大增加。当土壤含水量达4时，扩散最快，以后逐渐减慢。,第四节 化学农药对土壤的污染,扩散最强,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的挥发和扩散农药随水的迁移形式有两种：一些在水中溶解度大的农药可直接随水迁移；一些难溶性农药主要附着于土壤颗粒表面进行水的机械迁移，最终进入江河水体。,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的降解光化学降解化学降解微生物降解,第

26、四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的降解光化学降解,第四节 化学农药对土壤的污染,如除草剂：,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的降解光化学降解,第四节 化学农药对土壤的污染,也有些农药光解后(发生光化学反应后)反而使毒性更大。如对硫磷可被光氧化为毒性更大的对氧磷(1600)，同时产生光解产物对硝基酚：,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的降解化学降解催化反应：催化氧化、还原、水解和异构化非催化反应：水解、氧化、异构化、离子化等作用。如有机磷酯杀虫剂的水解：,第四节 化学农药对土壤的污染,农药在土壤中的转化化学农药在土壤中的降解微生物降解脱氯作用、氧化还原作用，脱烷

27、基作用、水解作用、环裂解作用等。土壤中微生物降解作用也受到土壤的pH、有机物、湿度、温度、通气状况、代换吸附能力等因素的影响。,第四节 化学农药对土壤的污染,化学农药在土壤中的降解微生物降解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：,第四节 化学农药对土壤的污染,一、我国土壤污染的特点（1）隐蔽性和滞后性；（2）累积性；（3）不可逆转性；（4）土壤污染很难治理。,第五节 土壤污染的防治,二、控制和消除天然污染源（一）控制和消除工业“三废”排放大力推广闭路循环，无毒工艺，以减少或消除污染物的

28、排放。对工业“三废”进行回收处理，化害为利。对所排放的“三废”要进行净化处理，并严格控制污染物排放量和浓度，使之符合排放标准。,第五节 土壤污染的防治,二、控制和消除天然污染源（二）加强土壤污灌区的监测和管理对用污水进行灌溉的污灌区，要加强对灌溉污水的水质监测，了解水中污染物质的成分、含量及其动态变化，避免带有不易降解的高残留的污染物随水进入土壤，引起土壤污染。,第五节 土壤污染的防治,二、控制和消除天然污染源（三）合理施用化肥和农药禁止或限制使用剧毒，高残留性农药，大力发展高效、低毒、低残留农药，发展生物防治措施。为保证农业的增产，合理施用化学肥料是必需的，但施用过量也会造成土壤或地下水的污

29、染。,第五节 土壤污染的防治,二、控制和消除天然污染源（四）增加土壤容量和提高土壤净化能力增加土壤有机质含量、砂掺粘改良砂性土壤，以增加和改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离和培养新的微生物品种，以增强生物降解作用，是提高土壤净化能力的极为重要的一环。,第五节 土壤污染的防治,三、防治土壤污染的措施（一）施加抑制剂（二）控制土壤氧化-还原状况（三）改变耕作制度（四）客土深翻（五）制定农药的容许残留量,第五节 土壤污染的防治,三、防治土壤污染的措施（五）制定农药的容许残留量根据人体对农药的“最大一日容许摄取量”（容许摄取量（kg

30、d），用ADI值表示）乘以安全系数（一般定为1100）。残留容许量ADI体重（kg）/食品系数kg/(人d),第五节 土壤污染的防治,四、污染土壤的修复（一）土壤农药污染的治理 生物修复化学添加剂和农艺措施（二）重金属污染土壤的治理施放改良剂排土、客土和水洗法电化法、热解吸法生物修复,第五节 土壤污染的防治,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,