Soil Science Lesson 11 Problem Soils.

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1 Soil Science Lesson 11 Problem Soils

2 問題土壤 酸性土壤問題： 酸性土壤之管理 強酸情形下，鋁、鐵、錳、鋅、銅等微量元素之溶解度均增加，植物生長可能遭受此類元素溶解度增加之毒害。
磷之有效性降低，鈣、鎂缺乏。 在酸性條件下，細菌、放射菌活性降低，影響微生物參與反應 植物發育最適合的pH大約都是pH6~7 酸性土壤之管理 因酸性土壤之pH值已降低至不適合於某些經濟或糧食作物栽培，不論其後自植物生理方面抑或自植物營養要素之有效性方面考慮，皆須施用石灰以矯正其pH

3 酸性土壤 (Acid soil) 酸性土壤之成因 降雨量 > 蒸散量 硫化物之氧化 長時期之施用酸性肥料 酸雨 (acid rain)
FeS2→H2SO4+Fe(OH)3 可造成 pH < 2 長時期之施用酸性肥料 NH4++2O2→NO3-+2H++H2O 酸雨 (acid rain) 含有H2SO4和HNO3 pH < 5.6 (rainwater equilibrium with pCO2= atm) ex. Minnesota pH下降0.2 unit → 137 yrs. 植物殘渣或有機廢棄物在還原狀態下分解生成有機酸

4 台灣耕地土壤的pH(1：1 soil/water)
分佈(%) <5.6(強酸性) 33 (酸性) 25 (中性) 16 (微鹼性) 22 >8.0(鹼性) 3

5 土壤~石灰間之反應 土壤粒子 CaCO3 土壤粒子 H2CO3 H2O CO2↑ 土壤粒子 Al(OH)2+ + CaCO3 土壤粒子
+Al(OH)3+CO2↑ 1.增加土壤粒子之鈣飽和 2.中和由氫或鋁兩者任一來源造成土壤之酸性

6 石灰需要量 (Lime requirement)
一般係指將每公頃表土層 pH 值提高至適於某種或某些作物生育的 pH 所需要之石灰量。亦有係指將土壤 pH 提高至 pH 7所需要之石灰量。 石灰需要量測定法： 土壤-石灰培養法 土壤-塩基滴定法 土壤-緩衝液平衡法

7 農用石灰之種類 方解石質石灰岩(Calcitic limestone, aCO3)
白雲石質石灰岩(Dolomitic limestone, CaMg(CO3)2) 生石灰(Quicklime, CaO) CaCO3 + 熱→ CaO +CO2↑ 消石灰(Hydrated or slaked lime, Ca(OH)2) CaO + H2O → Ca(OH)2

8 石灰之品質 碳酸鈣當量 pure CaCO3 = 100 粒度

9 石灰質土壤 (Calcareous Soils)
係指土壤中含有頗多之石灰物質，如CaCO3, MgCO3及CaMg(CO3)2等。 少雨地區土壤中，由於風化作用自各種礦物釋放出來之Ca2+,Mg2+等離子，因雨水不多未遭流失，常以碳酸鹽之狀態聚積於土壤中，在其他氣候中，有些石灰岩、大理岩或其他含石灰物質之母質，其風化生成之土壤，其中之石灰物質未被流失而保存。 pH 7 ~ 8.5，磷有效性低 (難溶性之Ca-P化合物)。Cu, Zn, Mn, Fe有效性低 改良 → 將石灰物質移去 加酸性物料 例如：硫，S + O2 → H2SO4 淡水灌溉洗滌與排水

10 塩化土壤 (salt-affected soils)
含塩土壤多見於乾旱地區之低漥排水不良地帶 年平均降雨量 < 年平均蒸發量 *人為不當之灌溉 土壤礦物經化學風化作用所釋放出來之各種離子所構成的簡單可溶性塩類未能全部洗去，而聚積於土壤中。 台灣塩化土壤分佈於台南七股、北門、嘉義布袋。

11 塩化土壤（續） 分為： 塩土 (saline soils)： 鹼土 (sodic soils)：
土壤飽和萃取液 EC (電導度) > 4 mmho / cm 鹼土 (sodic soils)： ESP (Exchangeable sodium percentage) > 15 % 塩鹼土 (saline-sodic soils)： EC > 4 mmho / cm ESP > 15 %

12 塩土對作物生長之影響 滲透壓之影響 高 pH，造成微量要素之缺乏 特殊離子如Cl-，B之影響

13 鹼土對作物生長之影響 鹼土因 ESP 高，當潮濕時各個膠體粒子彼此排斥而保持分散狀態，分散的細土壤粒子部分會阻礙土壤孔隙，依序對水分之穿透及移動必然發生不利之影響。當乾燥後，此類土壤多成為整塊狀、硬及壓實，土壤物理情況不良，高 pH 值，及造成營養之不平衡為土壤生產力不佳之主要原因。

14 塩土之改良與利用 洗塩 排水 栽種耐塩性作物

15 鹼土之改良 添加改良劑降低 ESP 石膏 CaSO4．2H2O Na 土壤粒子 2Na+ + Ca2+ 土壤粒子 Ca + Na

16 塩鹼土之改良 先添加改良劑降低 ESP 然後再洗塩 此處需特別提醒者，為在洗塩之前，先須先降低 ESP

17 土壤污染學 土壤污染物來源： 土壤污染物之媒介：
由於工業之急速發展，人口增加迅速，工業廢水、廢氣、廢棄物以及都市污水、廢棄物等之處置不當，使得其中所含之汙染物進入土壤，而影響了土壤之正常功能。 土壤污染物之媒介： 水、空氣、廢棄物及農業生產資材，為土壤污染物質來源之主要媒介。一般由於水污染而引起之土壤污染之情形最為普遍，其次為經由空氣污染落塵引起之土染污染，再其次則為由廢棄物或農業生產資材之處置或施用不當而引起之土壤污染。

18 水污染引起之土壤污染 工業或畜牧廢水未經處理排入灌溉渠道，引起灌溉水污染，而造成引用污染水灌溉之農田土壤受到汙染。或者由於這些廢水未經處理直接排入土壤，而造成土壤污染。 由工業廢水引起： 在台灣地區已有幾個因工業廢水不當排放而造成之土壤污染案例，其中最引起注意之個案為桃園縣觀音鄉及蘆竹鄉之土壤鎘、鉛污染。桃園縣觀音鄉大潭村高銀化工廠及蘆竹鄉中福村基力化工廠生產硬脂酸鎘及硬脂酸鉛塑膠安定劑，工廠排放含有鎘、鉛之廢水污染鄰近農田，造成土壤含鎘、鉛量過高。於民國71年調查土壤重金屬含量，發現部分稻田土壤含鎘及鉛量，均遠超過台灣農田土壤之自然含量，生產之糙米含鎘量超過安全限值。污染事件發現後，民國72年該區生產含鎘稻米以焚化或製成毒餌處理。並從民國73年一期作起全數辦理休耕。

19 水污染引起之土壤污染 由畜牧業廢水引起： 養豬廢水未經處理即行排入水溝中，其含高濃度之有機物、氮、磷、銅及鹽分等，造成灌溉水質之劣化，進而造成土質之劣化。在本省養豬頭數眾多，根據農林廳資料（西元1993年），民國80年本省養豬頭數共有1300萬頭，如養豬廢水未能妥善處理，即行排入灌溉水溝中，會對土壤之正常功能產生衝擊。新鮮之糞尿逕行排入土壤後，會使土壤中之養氣被消耗殆盡，植物根部易因缺氧而受害。或會使土壤呈還原狀態而產生一些對植物有害之物質，例如：有機酸。另由於豬飼料添加銅，豬糞尿排入土壤，導致土壤銅含量之增加，也值得注意。根據台灣省水利局所進行水污染防治監視計畫之調查（西元1992年），全省各水利會灌溉區中，廢水排入各渠道中之排洩戶共有3,356戶，其中畜牧廢水有1,335戶，佔總排洩戶之40%，這些畜牧廢水造成很多灌溉幹線之水質電導度和含氮量不合灌溉水質標準。

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21 空氣污染引起之土壤污染 由車輛廢氣、能源使用及工業廢氣引起：
車輛排放之廢氣造成公路兩旁土壤鉛含量之增加。台灣省環保局於民國73年進行高速公路兩側土壤鉛含量調查發現，路瑟土壤鉛含量隨著和公路之距離增加而減少，且路側土壤鉛含量較台灣地區土壤一般鉛含量高出甚多。自民國80年環保署大力推展無鉛汽油，車輛廢氣造成鉛污染之問題應已有所改善。能源使用及工廠排放之廢氣含有粒狀物、氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、氯化氫等會污染空氣，並可直接或間接污染土壤。例如：水泥廠排放之煙灰屬鹼性，落在土壤上會影響土壤之性質，使土壤pH值更趨鹼性；氮氧化物、硫氧化物、氯化氫等會使雨水酸化，造成所謂的酸雨，酸雨對於生態環境之平衡和土壤之正常功能會造成衝擊。根據環保署之空氣污染排放總量調查及減量規劃報告，西元1988年台灣地區單位面積NOX及SOX之年排放量分別為10.9和16.7百萬噸/平方公里，為美國之5倍和7倍。

22 空氣污染引起之土壤污染（續） 落酸之汙染：
落酸降（Acidic deposition）可分為乾、濕兩種，乾性落酸係指可形成酸之細微顆粒，濕性落酸即一般俗稱的「酸雨」。理論上，正常的雨水pH值，應與大氣中的二氧化碳氣體溶於水蒸氣而達平衡的pH值相同，約為5.6。因此一般報告係以5.6為雨水是否受到酸化之判斷依據。酸雨造成之原因咸認為因人類大量使用石油、煤和天 燃氣等石化燃料所產生的硫氧化物（SOX），汽、機車所排放的氮氧化物（NOX），再加上工廠排放的氯化氫，累積於大氣中所導致。

23 空氣污染引起之土壤污染（續） 根據臺灣地區與水pH值累積頻率分布圖，我們可發現台灣地區發生酸雨之機會有70%。酸性雨水降至地面上，能降低土壤之鹽基飽和度而酸化土壤（尤其是中性及鹼性土壤），加速土壤中植物養分的流失而造成土壤貧瘠。部份森林亦因土壤中容易中鋁濃度之增加而受害。

24 空氣污染引起之土壤污染 由車輛廢氣、能源使用及工業廢氣引起：
車輛排放之廢氣造成公路兩旁土壤鉛含量之增加。台灣省環保局於民國73年進行高速公路兩側土壤鉛含量調查發現，路瑟土壤鉛含量隨著和公路之距離增加而減少，且路側土壤鉛含量較台灣地區土壤一般鉛含量高出甚多。自民國80年環保署大力推展無鉛汽油，車輛廢氣造成鉛污染之問題應已有所改善。能源使用及工廠排放之廢氣含有粒狀物、氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、氯化氫等會污染空氣，並可直接或間接污染土壤。例如：水泥廠排放之煙灰屬鹼性，落在土壤上會影響土壤之性質，使土壤pH值更趨鹼性；氮氧化物、硫氧化物、氯化氫等會使雨水酸化，造成所謂的酸雨，酸雨對於生態環境之平衡和土壤之正常功能會造成衝擊。根據環保署之空氣污染排放總量調查及減量規劃報告，西元1988年台灣地區單位面積NOX及SOX之年排放量分別為10.9和16.7百萬噸/平方公里，為美國之5倍和7倍。

25 空氣污染引起之土壤污染（續） 落酸之汙染：
落酸降（Acidic deposition）可分為乾、濕兩種，乾性落酸係指可形成酸之細微顆粒，濕性落酸即一般俗稱的「酸雨」。理論上，正常的雨水pH值，應與大氣中的二氧化碳氣體溶於水蒸氣而達平衡的pH值相同，約為5.6。因此一般報告係以5.6為雨水是否受到酸化之判斷依據。酸雨造成之原因咸認為因人類大量使用石油、煤和天 燃氣等石化燃料所產生的硫氧化物（SOX），汽、機車所排放的氮氧化物（NOX），再加上工廠排放的氯化氫，累積於大氣中所導致。

26 廢棄物處置及農業生產資材使用不當引起之土壤汙染
廢棄物處置不當 廢棄物（含一般廢棄物及有害事業廢棄物）之任意傾棄或不當掩埋於土地上，將導致廢棄物中之有毒物質（如重金屬和有機合成化合物）汙染土壤。尤其是有害事業廢棄物，由電鍍、皮革、染整、電子、廢五金、石化、農業、造紙等行業產生之汙泥及廢棄物，其毒性特性溶出試驗（Toxicity Characteristic Leaching Procedure,簡稱TCLP）超過摽準者。這些溶出試驗超出標準之毒性物質（如表4-2所示），可能會由廢棄物中溶出而造成危害。例如：本省台南灣裡地區二仁溪流域附近之廢五金回收作業，因回收業者未能有效處理作業過程所產生之廢棄物及酸洗廢液，而將廢棄物和廢液任意傾棄於附近之空地或河岸。這些廢棄物及酸洗廢液所含之重金屬或毒性物質，因而進入土壤導致汙染。根據省環保處於民國七十五年委託中興大學之調查報告指出：廢五金回收作業區之土壤重金屬含量，遠高於非作業區土壤之含量。

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29 廢棄物處置及農業生產資材使用不當引起之土壤汙染（續）
農藥之汙染 農藥（包括：殺蟲劑、殺草劑、殺菌劑）之使用，使得作物之正當生長得以維護，且植物之病蟲害得以紓解，惟農藥使用後，有些農藥在土壤中分解緩慢，表4-3列出各種類農藥於土壤中被生物分解所需之時間估計值，遺留在土壤中之農藥殘量，是否會威脅土壤生態及人畜健康之疑慮，亦隨著農藥用量逐年增加而加劇。根據省農林廳之資料，民國七十八年全省農民購買農藥費用達40億元以上，而使用之農藥種類達三百種以上。

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31 廢棄物處置及農業生產資材使用不當引起之土壤汙染（續）
農藥之汙染 農藥（包括：殺蟲劑、殺草劑、殺菌劑）之使用，使得作物之正當生長得以維護，且植物之病蟲害得以紓解，惟農藥使用後，有些農藥在土壤中分解緩慢，表4-3列出各種類農藥於土壤中被生物分解所需之時間估計值，遺留在土壤中之農藥殘量，是否會威脅土壤生態及人畜健康之疑慮，亦隨著農藥用量逐年增加而加劇。根據省農林廳之資料，民國七十八年全省農民購買農藥費用達40億元以上，而使用之農藥種類達三百種以上。

32 廢棄物處置及農業生產資材使用不當引起之土壤汙染 （續）
肥料之不當使用 因本省肥料價廉以及農友施肥知識不足，常有不正確及過量施用之情形，其中尤以高經濟價值作物之實際施肥量，往往超過目前「作物施肥手冊」所載推薦量之數倍，甚至多十多倍。根據民國78年版化學工業年鑑，台灣地區單位面積三要素平均用量（N-P2O5-K2O）為 kg/ha，位居亞洲之冠。過量之施用化學肥料不僅浪費能源，而且可能裂化土壤裡話性質，並造成土壤、水源與環境汙染。例如：氮肥施用過量，可能引起作物徒長及硝酸態氮之累積，造成人類攝食之危害；長期過量使用肥料，會使土壤可溶性鹽份增加，如施用的又是酸性土壤，可使土壤酸化：氮肥施用不當引起大量之氮經淋洗而進入地下水，可能造成地下水硝酸態氮含量太高，而引起攝食者之健康危害。嬰兒之棕血球過多症（Methemoglobinemia）或稱「藍嬰症」，主因便是每日硝酸態氮攝取量過多。

33 其他原因引起之土壤汙染 地層下陷、海水入侵引起之土壤鹽化
本省沿海，例如：屏東地區、魚塭密集，經常抽取地下水做為養殖使用，因長期大量抽取，地下水又無補注，而造成地層下陷，海水入侵，土壤鹽化。根據屏東沿海地區土壤鹽份調查資料（鄭雙福，1991年），發現佔總調查面積五千五百公頃18%之表土及15%之裡土出現鹽土，而鹽土分布密度較大之地區正是魚塭密集地區。

34 其他原因引起之土壤汙染（續） 地下儲油槽洩漏引起之土壤污染
地下儲油槽可能因老舊腐蝕油品到周遭之土壤（如圖4-2所示），油品中所含之成份很多是管制之有害物質，例如：苯（Benzene）、甲苯（Toluene）、二甲苯（Xylene）、乙苯（Ethylbenzene）。這些有害物質因進入土壤而造成土壤之汙染。美國境內約有一百四十萬個地下儲槽，其中95%貯存石油製品，據調查約有35%之地下槽已遭到腐蝕，開始洩漏油品共有1,134個。每個加油站皆有數個地下儲油槽，加上軍方與工廠之儲油槽數目，本省地區地下儲油槽，加上軍方與工廠之儲油槽數目，本省地區地下儲油槽總數可能高達5000個左右，這些地下儲油槽有部分已經非常老舊，可能已經腐蝕而開始洩漏油品，導致鄰近之土壤受到汙染，值得我們注意。

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36 土壤污染管制標準

37 土壤污染管制標準（續）

38 土壤污染管制標準（續）

39 土壤污染管制標準（續）

40 土壤污染管制標準（續）

41 土壤汙染整治技術及方法 土壤汙染土壤改良工作可分為三種型態：第一，現地土體內處理；第二，現地取土處理；第三，取土外院處理。而對於尚無良好處理方法的土壤污染，為防止污染物之擴散為害，可採取現地封隔或取土後封隔（妥藏）的方法。 土壤防治技術與方法大致可分為六大類： 萃取法（Extraction） 安定法（Immobilization） 降解法（Degradation） 稀釋法（Attenuation） 揮發抑制法（Reduction of volatilization） 熱處理法（Thermal treatment）

42 土壤汙染整治技術及方法 （續） 每一類都有許多不同的處理技術，下面將各種處理技術與可能處理的汙染物列表（表14-1）概予說明，以供實際選擇應用與研究發展之參考。 選擇土壤汙染處理方法尚涉及諸多因素而難以立即正確的取捨。如對汙染區土壤了解不足，對現有處理方法之經驗不足，因此有必要遵循一個推介評選程序，將幾種可採用的方法先加以分析比較。內容包括受汙染地區之重劃利用理論、技術、執行及經費等多方面。

43 土壤汙染整治技術及方法 （續）

44 土壤汙染整治技術及方法 （續）