环境卫生学：土壤卫生

土 壤 卫 生,1,环境卫生学,土壤卫生是研究土壤环境与人体健康关系的一项环境卫生内容。,2,讲授大纲一、土壤环境特征二、土壤的污染、自净及污染物的转归（重点）三、土壤污染对健康的影响（详见第8章）四、土壤质量标准和固体废物控制标准五、土壤卫生防护六、土壤卫生监督与监测,3,土壤：地球陆地表面具有一定肥力、能够生长植物的疏松层，是由地壳表层的岩石经过长期的风化和生物学作用而形成。,第一节 土壤环境特征,4,联系无机界和有机界的重要环节；结合环境各介质的枢纽；陆地生态系统的核心及其食物链的首端；许多有害废弃物的处理和容纳的场所,二氧化碳,5,固相 土壤矿物质 土壤有机质 液相土壤水分 气相土壤空气,1.1 土壤的组成,既是植物养分来源，也是各种污染物向其他环境圈层迁移的媒介,土壤污染程度、土壤生化作用、与大气交换,6,1.2 土壤的物理学特征,土壤颗粒soil particle土壤的物质基础 主要来自岩石风化后形成的矿物质，也有来源于动植物以及有机无机结合的颗粒 ;含量是土壤总重量的8090 ;大小和排列状态决定土壤的多种物理特性：孔隙率、渗水性、容水性和土壤的毛细管现象; 粒级soil particle classification 土壤质地soil texture,7,（1）土壤的粒级分组,1.2 土壤的物理学特征,8,（2）土壤机械组成（质地分类）表：土壤质地分类 （按各种粒径颗粒所占不同百分比）,9,（3）土壤孔隙度：单位容积土壤中空隙容积所占的百分率。,渗水性,容水量,毛细管现象,10,探讨的意义 1.构成土壤的化学元素主要与地壳成土母岩成分有密切的关系。 2.人体内的化学元素和土壤中化学元素之间保持着动态平衡关系。 3.土壤中微量元素的分布却存在着地区间的差异。 4.当地球化学元素的变化超出人体的生理调节范围，就会对健康产生影响，甚至引起生物地球化学性疾病。（详见第7章生物地球化学性疾病）,1.3 土壤的化学特征,各地区土壤中各种化学元素的背景值及其环境容量与居民健康之间有着非常密切的关系。,三个基本概念土壤元素的背景值：指该地区未受人类活动影响的天然土壤中各种元素的含量。（掌握）意义1)是评价化学污染物对土壤污染程度的参照值；2)是制订土壤中有害化学物质卫生标准的重要依据；3)是评价水土化学环境对居民健康影响的重要依据；4)是土地资源开发利用和地方病防治工作的科学依据。,12,土壤的环境容量(environment capacity)：指一定环境单元、一定时间内、不使生态系统污染的前提下土壤对污染物能够容纳的最大负荷量。（熟悉）意义：反映区域内的污染状况和环境质量水平；从总量控制上提出环境治理和管理的具体措施。,13,土壤有机质(soil organic matter)：指土壤中各种含碳有机化合物的总称，包括腐殖质、生物残体及土壤生物。,14,意义： 土壤有机质的含量和组成可以影响重金属在土壤中的积累，通过与土壤重金属形成络合物来 影响土壤重金属的迁移转化过程、生物有效性及其环境效应。,土壤有机质分类（是否有特殊性有机质） （1） 非特殊性的土壤有机质动植物残体的组成部分以及有机质分解的中间产物（如蛋白质、树脂、糖类、有机酸等，占土壤有机质总量的10% 15%）。（2） 土壤腐殖质（humus）,土壤腐殖质（掌握）土壤中动植物残体经微生物分解转化成简单有机化合物，又重新合成的复杂而较稳定的高分子有机化合物。占有机质总量的8590。主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫、磷等。 基本成分：以胡敏酸与富里酸为主； 性质：稳定、病原体死灭； 作用：改善土壤的物理性质，提高土壤的蓄水和缓冲能力，促进土壤微生物的活动；持续供应植物养料，促进植物生长发育； 土壤中腐殖质含量越高，卫生上越安全,又称褐腐酸。只溶于稀碱而不溶于稀酸的棕至暗褐色的腐殖酸。芳香核是胡敏酸的结构基础，使其分子核具疏水性。而其侧链具亲水性，其量决定整个胡敏酸的亲水性或疏水性。一般胡敏酸微溶于水。,又称黄腐酸，颜色较浅，多呈黄色。其官能团中酚羟基和甲氧基的数目比较多。 溶于稀酸和水，对某些土壤的淋溶和淀积起很大的作用。,16,吸附性,巨大的比表面和表面能； 电荷性质； 土壤胶体凝聚性和分散性,比表面：是单位重量(或体积)物质的表面积。 物质的比表面越大，表面能也越大。,土壤的化学特性,17,1.4 土壤的生物学特征,天然土壤中生存着大量微生物，主要有细菌、真菌、放线菌、原生动物和藻类等。 土壤是一些蠕虫卵和幼虫生长发育过程所必需的一个环境，因此，土壤受生活污水和粪便等污染在寄生虫的流行病学上有特殊的意义。,18,土壤微生物： 包括细菌、真菌、放线菌和藻类等； 直接参与有机物和无机物的氧化、还原、分解及腐殖质形成等各种反应过程； 对促进土壤自净及净化粪便、污水、垃圾等具有重要的卫生学意义,19,土壤动物：包括原生动物、蠕虫动物、节肢动物等；对土壤的性质和有机污染物的分解转化起一定作用,20,土壤系统的特征,是由多相组成的、能够容纳各种污染物质的多孔疏松系统；是一个具有吸附和交换作用的胶体系统；是一个有络合作用和氧化还原作用的化学反应系统； 是一个充满动植物和微生物活动的陆地生态系统。,21,第二节 土壤的污染、自净及污染物转归,22,定义土壤污染（soil pollution）：指人类产生和生活活动中排出的有毒物质进入土壤超过一定标准，直接或间接地危害人畜的现象。,2.1 土壤的污染,23,2.2 基本特点：隐蔽性：人不易察觉；累积性与地域性：超过它的承载容量以后就突然暴发；不可逆转性：需要较长的时间才能降解； 治理周期长：存在治理成本高和周期较长的矛盾。,24,2.3 土壤污染源,1.农业污染源,2. 工业污染源,5. 灾害污染,3. 生活污染源,25,4. 交通污染源,6. 电子垃圾污染,2.4 污染物污染土壤的方式,(1) 气型污染主要是大气中的污染物自然沉降或随降水而降落进入土壤。,其特点以大气污染源为中心呈环状或带状分布，长轴沿主风方向伸长，其污染半径可达510km，甚至更远，主要集中在土壤表层。,26,(2) 水型污染,主要是工业废水和生活污水污染土壤。,其特点为从土壤表层向下部扩散、转移，达地下水深度，沿河流或干、支渠道呈枝形片状分布。 进水口附近土壤污染重，中间地带和出水口附近渐轻。,27,矿山废水污灌的农田,重金属含量高 营养成分低 pH低 结构差 持水能力差 微生物多样性低 植被无法定植,28,(3) 固体废弃物型污染,其特点是污染范围比较局限和固定，但也可通过扩散，淋滤作用造成污染的扩散和转移，持续时间长。,是工业废渣、生活垃圾粪便、农药和化肥等对土壤的污染。,29,2.2 土壤的净化作用,土壤自净（soil self-purification）：指受污染的土壤通过物理、化学和生物学等自然因素的作用，使病原体死灭，各种有害物质转化到无害的程度，土壤可逐渐恢复到污染前的状态。（掌握）,30,污染 物的 输入 积累,自 净 作 用,土壤环境处于 动态平衡状态,31,污染 物的 输入 积累,自 净 作 用,土壤污染,32,2.2 土壤的净化作用 (1)物理净化作用 (2)化学净化作用对于性质稳定的化合物、重金属难以或不能净化，只是迁移方向发生改变。,33,（3）生物净化作用,A. 有机物的无机化,含氮有机物在土壤微生物的作用下，使含氮有机质分解，是土壤氮素循环的主要过程。,不含氮有机物也可在土壤微生物的作用下发生分解。,病原体的死灭 有机物的净化：土壤中的有机污染物在微生物的作用下，使有机物逐步无机化或腐殖质化，是土壤环境自净作用中最重要的净化途径之一。,含碳、硫、磷的有机物 亦有各自的无机化途径。,氨化细菌,亚硝酸细菌,硝酸细菌,有机氮化合物,氨或氨盐（氨化阶段）,亚硝酸盐,硝酸盐（硝化阶段）,有机物的无机化,35,反硝化细菌,36,B. 有机物的腐殖质化 （掌握）,有机物经过土壤微生物分解后再合成腐殖质的过程称为有机物的腐殖质化。,有机物的腐殖质化本质是有机化过程。,（3）生物净化作用,性质：稳定、病原体死灭； 作用：改善土壤的物理性质，提高土壤的蓄水 和缓冲能力，促进土壤微生物的活动； 持续供应植物养料，促进植物生长发育； 土壤中腐殖质含量越高，卫生上越安全。,2.3 污染物的转归,残留,迁移转化,37,挥发、扩散和迁移,土壤的吸附：缓冲解毒作用,农药的降解：,光化学降解：土壤表面接收太阳辐射和紫外线能量而引起农药的分解作用；化学降解：水解和氧化作用；生物降解：土壤微生物,（1）化学农药在土壤中的迁移转化,38,土壤胶体、腐殖质的吸附和鳌合作用,土壤pH的影响,土壤氧化还原状态的影响,（2）重金属元素在土壤中的迁移转化,39,重金属的迁移转化,（3）重金属和农药的残留半减期：污染物减少 50%所需的时间。 残留期：污染物减少75%100%所需的时间。,40,第三节 土壤污染对健康的影响,重金属污染的危害 农药污染的危害 持久性有机污染物的危害 生物性污染的危害,41,土壤污染的危害,（1）严重的经济损失 土壤重金属污染造成全国每年粮食减产1000多万吨，合计经济损失至少200亿元。 （2）食物安全不断下降 每年生产的“镉米”多达数亿公斤； 多个城市的蔬菜都受到一定程度的硝酸盐污染。,42,土壤污染的危害,（3）危害人体健康 途径：土壤作物（动物）人体； 特点：作用对象广泛，影响区域广、危害人口多； 毒性：急性、慢性和远期效应 （4）导致其他环境问题 大气污染 地表水污染、地下水污染 生态系统退化,43,3.1 重金属的危害,土壤生态系统受到了严重的威胁大量农业和森林土地被侵占土壤环境受到污染2000年对30万公顷基本农田保护区土壤抽样监测发现土壤有害重金属超标率达12.1 (农业部,2001年),44,广东土壤重金属污染问题,在珠江河口周边约1万平方公里范围内，Pb/Cd/Cu/Ni等8种重金属污染面积达5500平方公里(国土资源部,2004),广州及其近郊污水灌溉、工业污染、农业污染等污染土地面积占郊区耕地面积的46%,粤北矿区土壤重金属污染严重，例如大宝山污染土壤铅、锌、镉含量分别达到2822、4357、12.3 mg/kg,1,2,3,45,过量重金属对人体的威胁极大,大多数都能抑制生物酶的活，破坏正常的生物化学反应，低剂量就能够使机体代谢发生紊乱，诱发疾病，甚至死亡。,通过消化道、呼吸 道及皮肤进入人体 血液吸收后扩散全身 与蛋白质巯基结合， 抑制巯基酶活性 无机汞：肾>肝> 脾>甲状腺>脑 有机汞：肝>肾>脑,汞,镉干扰铜、锌代谢 与巯基、羧基结合， 抑制酶系统 肾脏损害 骨骼损害 肺部损害 心血管损害 睾丸损害,镉 痛痛病,通过消化道、呼吸道、皮肤 进入人体； 进入血液96%与红细胞结合； 分布于肝、肾、脾、肺、脑与蛋白质和酶的官能团结合 卟啉(血红蛋白产物)代谢紊乱 皮层兴奋、中枢神经紊乱,铅 血铅事件,汞中毒案例： 英王查理二世,只生女、不生男的奥秘,贝多芬是怎么死的？,震颤、易兴奋 运动失调、发音困难,镉(Cd),存在：在0-15米土壤表层积累。 含镉工业废水、肥料灌溉农田污染土壤蔬菜、稻谷吸收镉WHO的建议限量5771g天人日本“痛痛病”区的摄入量是267353g天人,47,2007年，南京农业大学研究团队，在全国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）市场随机采购大米样品91个，结果表明：10左右的市售大米镉超标,3.2 农药污染的危害 土壤污染引发急性中毒 对免疫功能的影响 对内分泌系统和生殖效应的影响 致癌、致畸、致突变作用,食物链、生物浓缩作用,49,3.3 持久性有机污染物的危害（persistent organic pollutants, POPs）能持久存在于环境中、并可借助大气、水、生物体等环境介质进行远距离迁移。通过食物链富集，对环境和人类健康造成严重危害的天然或人工合成的有机污染物。,