土壤自凈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(huán)境中的數(shù)量、濃度或形態(tài)發(fā)生變化，活性、毒性降低的過程。土壤環(huán)境都有一定的緩沖作用和強大的自然凈化作用，土壤自凈作用對維持土壤生態(tài)平衡起重要的作用。正是由于土壤具有這種特殊功能，少量有機污染物進入土壤后，經(jīng)生物化學(xué)降解就可降低其活性或變?yōu)闊o毒物質(zhì);進入土壤的重金屬元素通過吸附、沉淀、配合(絡(luò)合和螯合)、氧化還原等化學(xué)作用可變?yōu)椴蝗苄曰衔?，使得某些重金屬元素暫時退出生物循環(huán)，脫離食物鏈。按其作用機制的不同，土壤自凈作用可劃分為物理自凈作用、物理化學(xué)自凈作用、化學(xué)自凈作用和生物化學(xué)自凈作用等4個方面。

一、物理自凈作用

土壤是一個多相的疏松多孔體，猶如天然的大過濾器。固相中的各類膠態(tài)物質(zhì)——土壤膠體具有很強的表面吸附能力。因而進入土壤中的難溶性固體污染物可被土壤機械阻留?？扇苄晕廴疚锟杀煌寥浪窒♂專瑴p弱毒性，或被土壤固相表面吸附(指物理吸附),但也可能隨水遷移至地表水或地下水層，特別是那些呈負吸附的污染物(例如硝酸鹽、亞硝酸鹽),以及呈中性分子態(tài)和陰離子形態(tài)存在的某些農(nóng)藥等，隨水遷移的可能性更大。某些污染物可轉(zhuǎn)化成氣態(tài)物質(zhì)在土壤孔隙中遷移、擴散，以至遷移入大氣。這些自凈作用都是一些物理過程，因此統(tǒng)稱為物理自凈作用。

物理自凈作用只能使污染物在土壤中的濃度降低，而不能從整個自然環(huán)境中消除，其實質(zhì)只是污染物的遷移。某些有機污染物可通過揮發(fā)、擴散方式進入大氣。揮發(fā)和擴散過程主要決定于蒸氣壓、濃度梯度和溫度。土壤中的農(nóng)藥向大氣的遷移，是大氣中農(nóng)藥污染的重要來源之一。水遷移則與土壤顆粒組成、吸附容量密切相關(guān)，如果污染物大量遷移入地表水或地下水層，將造成水源的污染。同時，難溶性固體污染物在土壤中被機械阻留，是污染物在土壤中的積累過程，產(chǎn)生潛在的威脅。

二、物理化學(xué)自凈作用

所謂土壤環(huán)境的物理化學(xué)自凈作用，是指污染物的陽離子、陰離子與土壤膠體上原來吸附的陽離子、陰離子之間的離子交換吸附作用。此種自凈作用為可逆的離子交換反應(yīng)，且服從質(zhì)量作用定律(同時，此種自凈作用也是土壤環(huán)境緩沖作用的重要機制)。其自凈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、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植物生長的不利影響。由于一般土壤中帶負電荷的膠體較多，因此一般土壤對陽離子或帶正電荷的污染物的自凈能力較強，而對陰離子型污染物的作用較弱。當(dāng)污水中污染物離子濃度不大時，經(jīng)過土壤的物理化學(xué)自凈以后，就能得到很好的凈化效果。增加土壤中膠體的含量，特別是有機膠體的含量，可以相應(yīng)提高土壤的物理化學(xué)自凈能力。此外，土壤pH升高，有利于對污染物的陽離子進行凈化;土壤pH降低，則有利于對污染物陰離子進行凈化。對于不同的陽離子、陰離子，其相對交換能力大的，被土壤物理化學(xué)凈化的可能性也就較大。但是土壤物理化學(xué)自凈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，并沒有從根本上將污染物從土壤環(huán)境中消除。例如利用城市污水灌溉，只是使污染物從水體遷移入土體，對水體起到了很好的凈化作用。然而經(jīng)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(zhuǎn)移到土壤溶液中去，又恢復(fù)原來的毒性、活性。所以說物理化學(xué)自凈作用只是暫時性的、不穩(wěn)定的。同時，對土壤本身來說，則是污染物在土壤環(huán)境中的積累過程，將產(chǎn)生嚴重的潛在威脅。

三、化學(xué)自凈作用

污染物進入土壤以后，可能發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，例如凝聚與沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合-螯合反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、同晶置換反應(yīng)、水解反應(yīng)、分解反應(yīng)和化合反應(yīng)，以及由太陽輻射能和紫外線等能流引起的光化學(xué)降解作用等。通過這些化學(xué)反應(yīng)，或者使污染物轉(zhuǎn)化成難溶性、難解離性物質(zhì)，使危害程度和毒性降低，或者分解為無毒物質(zhì)或營養(yǎng)物質(zhì)，這些自凈作用統(tǒng)稱為化學(xué)自凈作用。酸堿反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)在土壤自凈過程中也起著主要作用，許多重金屬在堿性土壤中容易沉淀。在還原條件下，大部分重金屬離子能與S2-離子形成難溶性硫化物沉淀，從而降低污染物的毒性。

土壤環(huán)境化學(xué)自凈作用的反應(yīng)機制很復(fù)雜，影響因素也較多，不同的污染物有著不同的反應(yīng)過程。那些性質(zhì)穩(wěn)定的化合物，例如多氯聯(lián)苯、稠環(huán)芳烴、有機氯農(nóng)藥，以及塑料、橡膠等合成材料，則難以在土壤中被化學(xué)凈化。重金屬在土壤中只能發(fā)生凝聚沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合-螯合反應(yīng)、同晶置換反應(yīng)，而不能被徹底降解。當(dāng)然，發(fā)生上述反應(yīng)后，重金屬在土壤環(huán)境中的遷移方向可能發(fā)生改變。例如富里酸與重金屬形成可溶性的整合物，則在土壤中隨水遷移的可能性增大。

四、生物化學(xué)自凈作用

土壤有機污染物在微生物及其酶作用下，通過生物降解，被分解為簡單的無機物而消散的過程稱為生物化學(xué)自凈作用。土壤生物(土壤微生物、土壤動物)對污染物的吸收、降解、分解和轉(zhuǎn)化過程與作物對污染物的生物性吸收、遷移和轉(zhuǎn)化是土壤環(huán)境系統(tǒng)中兩個最重要的物質(zhì)與能量的遷移轉(zhuǎn)化過程，也是土壤的最重要的自凈功能。土壤自凈作用的強弱取決于生物自凈作用，而生物自凈作用的大小又決定于土壤生物和作物的生物學(xué)特性。從自凈機制看，生物化學(xué)自凈是真正的自凈。但不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在土壤中的降解歷程不同。污染物在土壤中的半衰期長短懸殊，其中有的降解中間產(chǎn)物的毒性可能比母體更大。

由于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是多種多樣的。主要有氧化還原反應(yīng)、水解反應(yīng)、脫烴反應(yīng)、脫鹵反應(yīng)、芳環(huán)羥基化和異構(gòu)化、環(huán)破裂等過程，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷ι餆o毒性的殘留物和二氧化碳。一些無機污染物也可在土壤微生物的參與下發(fā)生一系列化學(xué)變化而降低活性和毒性。但是微生物不能凈化重金屬污染，甚至能使重金屬在土體中富集，這是重金屬成為土壤環(huán)境的最危險污染物的根本原因。土壤環(huán)境中的污染物，被生長在土壤中的植物所吸收、降解，并或隨莖葉、種子而離開土壤，或者為土壤中的蚯蚓等軟體動物所食用，污水中的病原菌被某些微生物所吞食等，都屬于土壤環(huán)境的生物自凈作用。因此選育栽培對某種污染物吸收、降解能力特別強的植物，或應(yīng)用具有特殊功能的微生物及其他生物體，也是提高土壤環(huán)境生物自凈能力的重要措施?？傊?，土壤的自凈作用是各種化學(xué)過程共同作用、互相影響的結(jié)果，其過程互相交錯，其強度的總和構(gòu)成了土壤環(huán)境容量的基礎(chǔ)。盡管土壤環(huán)境具有上述多種自凈作用，而且也可通過多種措施來提高土壤環(huán)境的自凈能力。但是土壤自凈能力是有一定限度的，這就涉及土壤環(huán)境容量問題。