土壤自淨作用

土壤自淨作用，即土壤環境自然淨化作用，是指在自然條件下，污染物在土壤環境中通過吸附、分解、遷移、轉化等過程濃度降低、毒性或活性下降，甚至消失的過程。土壤環境的自淨功能對維持土壤生態平衡起著重要作用，明確土壤環境自淨作用及其機理時制定土壤環境容量，選擇土壤環境污染調控與污染修復技術有重要的指導意義。

基本介紹

• 中文名：土壤自淨作用
• 外文名：Soil self-purification
• 通過：吸附、分解、遷移、轉化
• 作用：增強生物降解作用
• 危害：危害牲畜及人體健康
• 全稱：土壤環境自然淨化作用

一、釋義

土壤對施入其中有一定負荷的有機物或有機污染物具有吸附和生物降解作用，通過各種物理、化學以及生物化學過程自動分解污染物，使土壤恢復到原有水平的淨化過程稱為土壤自淨作用。土壤自淨作用的能力一方面取決於土壤中微生物的種類、數量及活性；另一方面取決於土壤的結構、有機物含量、溫濕度、通氣狀況等理化性質。土壤具有團粒結構，並且棲息著種類繁多，數量巨大的微生物群落，這使土壤具有強烈的吸附、過濾和生物降解作用。當污水、有機固體廢棄物施入土壤後，各種有毒或無毒的物質先被土壤吸附，隨後被微生物和小型動物部分或全部分解轉化，使土壤恢復到原有狀態。

有相當一部分種類的污染物如重金屬、農藥等很難通過土壤的自淨作用降低毒性或消除危害。這些污染物進入土壤系統將會引起不同程度的土壤污染，進而影響土壤中生存的動植物，最後通過生態系統食物鏈危害牲畜及人體健康。

二、分類

土壤自淨作用是指在自然因素作用下，通過土壤自身的作用，使污染物在土壤環境中的數量、濃度或形態發生變化，其活性、毒性降低的過程。按照不同的作用機理，可劃分為物理淨化作用、物理化學淨化作用、化學淨化作用和生物淨化作用。

(一) 物理淨化作用

土壤的物理淨化是指利用土壤多相、疏鬆、多孔的特點，通過吸附、揮發和稀釋等物理作用過程使土壤污染物趨於穩定，毒性或活性減小，甚至排出土壤的過程。土壤是一個猶如天然大過濾器的多相多孔體系，固相中的各類膠態物質——土壤膠體顆粒具有很強的表面吸附能力，土壤中難溶性固體污染物可被土壤膠體吸附。可溶性污染物也可被土壤固相表面吸附（指物理吸附），或被土壤水稀釋而遷移至地表水或地下水層，如硝酸鹽、亞硝酸鹽、中性分子和以陰離子狀態存在的某些農藥等具有較大的遷移能力。某些污染物可揮發或轉化成氣態物質從土壤孔隙中遷移擴散進入大氣。例如，六六六在旱田施用後，主要靠揮發散失；氯苯靈等除草劑在高溫條件下易揮發失活。這些物理過程只是將污染物分散、稀釋和轉移，並沒有將它們降解消除，所以物理淨化過程不能降低污染物總量，有可能會使其他環境介質受到污染。土壤物理淨化的效果取決於土壤的溫度、濕度、土壤質地、土壤結構以及污染物的性質。

(二) 物理化學淨化作用

土壤的物理化學淨化是指污染物的陽離子和陰離子與土壤膠體上原來吸附的陽離子和陰離子之間發生離子交換吸附作用。

物理化學淨化作用為可逆的離子交換反應，且服從質量作用定律。同時，此種淨化作用也是土壤環境緩衝作用的重要機制，其淨化能力的大小可用土壤陽離子交換量或陰離子交換量的大小來衡量。污染物的陽離子和陰離子被交換吸附到土壤膠體上，可降低土壤溶液中這些離子的濃（活）度，相對減輕有害離子對生物的不利影響。通常，土壤中帶負電荷的膠體較多，因此，土壤對陽離子或帶正電荷的污染物的淨化能力較強。當污水中污染物的濃度不大時，經過土壤的物理化學淨化以後，就能得到很好的淨化效果。增加土壤中膠體的含量，特別是有機膠體的含量，可以相應提高土壤的物理化學淨化能力。此外，土壤pH升高，有利於對帶正電荷的污染物的淨化作用；相反，則有利於對帶負電荷污染物的淨化作用。對於不同的陽離子和陰離子，其相對交換能力大的，被土壤物理化學淨化的可能性也就較大。但是，物理化學淨化作用也只能使污染物在土壤溶液中的離子濃（活）度降低，相對地減輕危害，而並沒有從根本上消除土壤環境中的污染物。此外，經交換吸附到土壤膠體上的污染物離子，還可以被其他相對交換能力更大的，或濃度較大的其他離子交換下來，重新轉移到土壤溶液中去，又恢復原來的毒性、活性。所以說，物理化學淨化作用只是暫時的，不穩定的。同時，對土壤本身來說，則是污染物在土壤環境中的積累過程，長期不斷積累將產生嚴重的潛在威脅。

(三) 化學淨化作用

污染物進入土壤以後，可能發生一系列的化學反應，如凝聚與沉澱反應、氧化還原反應、絡合螯合反應、酸鹼中和反應、同晶置換反應、水解、分解和化合反應，或者發生由太陽輻射能和紫外線等引起的光化學降解作用等。通過這些化學反應，或者使污染物轉化成難溶性、難解離性物質，使其危害程度和毒性減少，或者分解為無毒物或營養物質，這些淨化作用統稱為化學淨化作用。酸鹼反應和氧化還原反應在土壤自淨過程中也起主要作用，許多重金屬在鹼性土壤中容易沉澱，同樣在還原條件下，大部分重金屬離子能與S^2-形成難溶性硫化物沉澱，從而降低污染物的毒性。

土壤環境的化學淨化作用反應機理很複雜，影響因素也較多，不同的污染物有不同的反應過程。那些性質穩定的化合物（如多氯聯苯、稠環芳烴、有機氯農藥，以及塑膠、橡膠等合成材料），則難以在土壤中被化學淨化。重金屬在土壤中只能發生凝聚沉澱反應、氧化還原反應、絡合螯合反應、同晶置換反應，而不能被降解。當然，發生上述反應後，重金屬在土壤環境中的遷移方向可能發生改變。例如，富里酸與一般重金屬形成可溶性的螯合物，則在土壤中隨水遷移的可能性增大。

土壤環境的化學淨化能力的大小與土壤的物質組成和性質以及污染物本身的組成和性質有密切關係，還與土壤環境條件有關。調節適宜的土壤pH、氧化還原電位(Eh)，增施有機膠體或其他化學抑制劑，如石灰、碳酸鹽、磷酸鹽等，可相應提高土壤環境的化學淨化能力。

(四) 生物淨化作用

土壤的生物淨化主要是指依靠土壤生物使土壤有機污染物發生分解或化合而轉化的過程。當污染物進入土壤中後，土壤中大量微生物體內酶或胞外酶可以通過催化作用發生各種各樣的分解反應，這是土壤環境自淨的重要途徑之一。

由於土壤中的微生物種類繁多，各種有機污染物在不同條件下的分解形式也多種多樣，主要有氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、芳香羥基化和異構化、環破裂等過程，最終轉化為對生物無毒的殘留物和二氧化碳。在土壤中，某些無機污染物也可以通過微生物的作用發生一系列的變化而降低活性和毒性。但是，微生物不能淨化重金屬，反而有可能使重金屬在土壤中富集，這是重金屬成為土壤環境的最危險污染物的根本原因。

有機物的生物降解作用與土壤中微生物的種群、數量、活性，以及土壤水分、土壤溫度、土壤通氣性、pH、氧化還原電位(Eh)、C/N比等因素有關。例如，土壤水分適宜，土溫30℃左右，土壤通氣良好，氧化還原電位較高，土壤pH偏中性到弱鹼性，C/N比在20：1左右，則有利於天然有機物的生物降解。相反，若有機物分解不徹底，可產生大量的有毒害作用的有機酸等。生物降解作用還與污染物本身的化學性質有關，那些性質穩定的有機物，如有機氯農藥和具有芳環結構的有機物，生物降解的速率一般較慢。

三、土壤環境的自淨作用影響因素

(一) 土壤的物質組成

土壤環境的物質組成主要包括土壤礦質部分的質地、土壤有機質的數量、土壤的化學組成和土壤黏粒種類與數量。

(二) 土壤環境條件

土壤環境條件主要包括土壤的pH值與Eh條件，土壤的水、熱條件等。

(三) 土壤環境的生物學特性

土壤中微生物種類和區系的變化，影響了土壤環境中污染物的吸收同定、生物降解和遷移轉化。

(四) 人類活動的影響

人類活動也是影響土壤淨化的重要因素，如長期施用化肥可引起土壤酸化而降低土壤的自淨能力；施石灰可提高土壤對重金屬的淨化能力；施有機肥可增加土壤有機質含量，提高土壤自淨能力。