第五章土壤环境保护第二节农药与土壤污染-农药在土壤中的迁移转化（课件）《环境学基础》教学同步（化学工业出版社）

第五章土壤环境保护 第二节农药与土壤污染 农药在土壤中的迁移转化 全球范围施用农药对农作物的增产增收作用显而易见，约占全世界粮食产量的1/3左右。 大量使用农药，所引起的不良后果之一是农药药效随害虫抗药性不断增强而相对降低，要取得同样的杀虫效果，就得使用更多的农药。 施用农药对抑制害虫的天敌也有毒杀作用，从而破坏了农业生态平衡。 施用农药会引起环境污染，并通过食物链使农药在农作物或食品中的残毒引入人体，危及人体健康。 农药施用的环境意义 1. 扩散 农药的挥发 农药在田间中的损失主要途径是挥发，如，颗粒状的农药撒到干土表面上，几小时内几乎无损失；而将其喷雾时，雾滴复干的10分钟内，损失达20%。 影响农药挥发的因素包括：农药方面（物理化学性质、浓度、扩散速率）、土壤方面（含水量、吸附性）、和环境（温度、气流速度）三个方面。 一、土壤中农药的迁移 扩散迁移 指土壤中气-液、气-固界面上发生的扩散作用。土壤系统复杂，土壤表面的吸附和解吸平衡，土壤的性质，有机物的性质，都会影响农药的扩散作用。 Shearer等提出的农药的扩散方程式: (1)土壤水分的含量: A . Shearer 等对林丹在粉砂壤土中的扩散研究表明：干燥土壤中无扩散；含水4% 总扩散系数和气态扩散系数最大；含水4-20%，气态扩散占50%以上。 主要影响因素 B. 含水＞30%，非气态扩散为主; 含水<4% ，随水分的增加，两种扩散系数都增加; 含水>4% ，随水分的增加，总扩散系数下降; 含水4-16% 随水分的增加，非气体扩散系数下降； 含水>16% 随水分的增加，非气体扩散系数增加。 (2) 土壤吸附的影响 吸附作用是农药与土壤固相之间主要过程，并直接影响其他过程的发生。如土壤对2,4－D的吸附，使其有效扩散系数显著降低。 (3) 土壤的紧实度 会影响土壤孔隙率和界面性质；紧实度高，土壤孔隙率降低，扩散系数也降低。 (4) 温度的影响 温度升高，有机物的蒸汽密度增加，总扩散系数增大； 如：林丹的扩散系数随温度的升高而呈指数倍增大。 (5) 气流速度: 空气流速可直接或间接影响农药的挥发。 (6)农药种类 2.质体流动 土壤中农药既可以溶于水，也能悬浮在水中，还能以气态存在，或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质中，从而使它们与水一起发生质体流动。 在稳定的土壤-水流状态下，有机物通过多孔介质移动的一般方程为： D—扩散系数; V0—平均孔隙水速度; C—土壤溶液中农药的浓度; β—土壤容水量; S—吸着于土壤的农药浓度。 二.非离子型农药与土壤有机质的作用 1．非离子型农药在土壤-水体系中的分配作用 物理吸附 化学吸附 分子间范德华力 化学键相互作用力 （ 离子键、共价键、配位键等） 不需活化能 需活化能 吸附平衡瞬间达到 化学反应速度慢于物理吸附 过程：有机物的离子或基团从自由水介质向土壤矿物的亚表面层扩散，通过表面反应或进入双电层的扩散层的方式被土壤矿物质吸附。 吸附作用 有机化合物在自然环境中的主要化学机理之一，指水-土壤（沉积物）中，土壤有机质对有机化合物的溶解，或称吸附，可用分配系数 Kp 来描述。 分配作用 分配作用 吸附作用 作用力 分子力 溶解作用 范德华力和 化学键力 吸附热 低吸附热 高吸附热 吸附等温线 线性 非线性 竞争作用 非竞争吸附与溶解度相关 竞争吸附 实验例证 非离子型农药在土壤-水体系中的吸附属于物理吸附吸附等温线为线性; 各溶质之间不存在竞争关系,单独存在和共存对吸附量和吸附等温线无影响. 实验例证 非离子型农药在土壤-水体系中的分配系数随溶解度减小而增大. 2．土壤湿度对农药分配过程的影响 水分子和矿物质表面强烈的偶极作用，使非离子型分子很难占据表面吸附点位。因此，水分子对非离子型有机物的在矿物质表面上的吸附有抑制作用。 在干土壤，强烈吸附作用使林丹和狄氏剂吸附在土壤中,蒸汽浓度减小显著； 湿润土壤中，水分子的竞争作用，使土壤中农药的吸附量减少，蒸汽浓度增加。 实验例证 随土壤水分相对含量的增加，吸附（分配）作用减弱； 当相对湿度在50％时，水分子强烈竞争土壤表面矿物质上的吸附活性位置，使吸附量降低，分配作用占主导地位，吸附等温线为线性。 实验例证 三、典型农药在土壤中的迁移转化 农药的分类 按用途和成分，农药可分成以下几类: 这里主要讨论环境影响较大的几种农药，有机氯农药、有机磷农药等。 1.有机氯农药 有机氯农药大部分是含有一个或几个苯环的氯的衍