《土壤污染及其防治》PPT課件.ppt

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土壤污染及其防治程炳紅200575020104,,1、土壤總覽,土壤是自然環(huán)境中各種因素相互作用的產(chǎn)物，是地理環(huán)境派生的自然體。同時，它也是自然地理環(huán)境的一個組成要素。是結(jié)合無機界和有機界的紐帶，是聯(lián)系其他要素的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；或者說土壤在整個自然環(huán)境中起著重要的作用；或者說土壤是有機界和無機界相互聯(lián)系、相互作用的產(chǎn)物；或者說土壤是自然環(huán)境中物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的主要環(huán)節(jié)和活躍的場所,（1）為陸生植物：營養(yǎng)物質(zhì)、立地條件；,（2）為河水、海水：鹽份等物質(zhì)；,（3）形成沉積物、沉積礦床；,（4）與大氣圈進(jìn)行熱量和物質(zhì)交換。,所以說土壤在自然地理環(huán)境中起著重要作用.,1、1土壤的組成與性質(zhì),,,土壤的礦物質(zhì)和有機質(zhì),土壤的水分與空氣,土壤的吸附與酸堿性,土壤的氧化還原性與生物體系,1.2土壤的背景值和環(huán)境容量,背景值的概念：未受或者少受人類活動影響的環(huán)境本身的化學(xué)元素組成及其含量背景值的應(yīng)用：制定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用、維護(hù)人類健康方面的應(yīng)用土壤環(huán)境容量土壤環(huán)境單元所容許承納的污染物質(zhì)的最大數(shù)量或負(fù)荷量,2.土壤環(huán)境的污染與凈化,土壤污染的概念土壤環(huán)境的自凈作用土壤污染物及污染源,2.1土壤污染的定義,指進(jìn)入土壤的污染物超過土壤的自凈能力，而且對土壤、植物和動物造成損害的狀況。,物理凈化——機械阻留、吸附、淋溶、稀釋、揮發(fā)、擴(kuò)散等物理化學(xué)凈化——離子交換吸附化學(xué)凈化——凝聚與沉淀反應(yīng)、氧化還原、絡(luò)合與螯合、酸堿中和等生物凈化作用——細(xì)菌、真菌、放線菌等體內(nèi)酶或分泌酶的催化作用下，發(fā)生各種各樣的分解反應(yīng)影響因素——土壤環(huán)境的物質(zhì)組成、土壤環(huán)境條件,2.2土壤自凈作用,污染物：有機污染物、無機污染物污染源：工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源、生物污染源,2.3土壤污染物及污染源,土壤的污染有許多渠道，污染物的類型也較多。但比較突出和典型的是重金屬污染。重金屬元素，如汞、鎘、銅、鋅、鉻、鎳、砷等，主要是通過工業(yè)廢水灌溉和施用被污染的底泥而進(jìn)入土壤中的。這些重金屬污染物的特點是不易被分解，因此在土壤中不斷地富集。,3.土壤重金屬污染,3.1土壤重金屬污染的特點,形態(tài)多變金屬有機態(tài)毒性大于無機態(tài)價態(tài)不同毒性不同金屬羰基化合物常劇毒遷移化形式多物理化學(xué)行為多具可逆性，屬于緩沖型污染產(chǎn)生毒性效應(yīng)的濃度范圍低微生物不能降解，反而會毒害微生物或者使之有機化，增強毒性對人體的毒性是積累性的,,3.2重金屬在土壤和植物體系中的遷移,重金屬的土壤化學(xué)行為：土壤氧化-還原條件與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化、土壤酸堿度與重金屬遷移轉(zhuǎn)化、土壤膠體的吸附作用與重金屬遷移轉(zhuǎn)化、土壤中重金屬的絡(luò)合－螯合作用、土壤微生物對重金屬的固定和活化、土壤根際的富集和降毒（根際氧化還原屏障形成、根際pH屏障形成、根系分泌物的絡(luò)合作用）、,,3.3主要的重金屬污染,土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，砷雖不屬于重金屬，但因其行為與來源以及危害都與重金屬相似，故通常列入重金屬類進(jìn)行討論。就對植物的需要而言，可分為兩類：一類是植物生長發(fā)育不需要的元素，而對人體健康危害比較明顯，如鎘、汞、鉛等；另一類是植物正常生長發(fā)育所需元素，且對人體又有一定生理功能，如銅、鋅等，但過多會發(fā)生污染，妨礙植物生長發(fā)育。,汞：土壤的汞污染主要來自于污染灌溉、燃煤、汞冶煉廠和汞制劑廠（儀表、電氣、氯堿工業(yè)）的排放。含汞顏料的應(yīng)用、用汞做原料的工廠、含汞農(nóng)藥的施用等也是重要的汞污染源。土壤中汞的存在形態(tài)有無機態(tài)與有機態(tài)，并在一定的條件下互相轉(zhuǎn)化。無機汞有ＨgＳＯ4、Ｈg（ＯＨ）2、ＨgＣＬ2、ＨgＯ，它們因溶解度低，在土壤中遷移轉(zhuǎn)化能力很弱，但在土壤微生物作用下，汞可向甲基化方向轉(zhuǎn)化。在好氧條件下主要形成脂溶性的甲基汞，可被微生物吸收、積累，而轉(zhuǎn)入食物鏈造成對人體的危害；在厭氧條件下，主要形成二甲基汞，在微酸性環(huán)境下，二甲基汞可轉(zhuǎn)化為甲基汞。汞對植物的危害因作物的種類和生育而異。汞在一定濃度下使作物減產(chǎn)，在較高濃度下甚至使作物死亡。,鎘主要來源于鎘礦、鎘冶煉廠。因鎘與鋅同族，常與鋅共生，所以冶煉鋅的排放物中必有ＺnＯ、ＣdＯ，它們揮發(fā)性強，以污染源為中心可波及數(shù)千米遠(yuǎn)。鎘工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田也是鎘污染的重要來源。土壤中鎘的存在形態(tài)也很多，大致可分為水溶性鎘和非水溶性鎘兩大類。鎘對農(nóng)業(yè)最大的威脅是產(chǎn)生“鎘米”、“鎘菜”，進(jìn)入人體后使人得骨痛病。另外，鎘會損傷腎小管，出現(xiàn)糖尿病，還有鎘引起血壓升高，出現(xiàn)心血管病，甚至還有致癌、致畸的報道。,鎘,鉛,鉛是土壤污染較普遍的元素。污染源主要來自汽油里添加抗爆劑烷基鉛，隨汽油燃燒后的尾氣而積存公路兩側(cè)百米范圍內(nèi)的土壤中，另外，鉛字印刷廠、鉛冶煉廠、鉛采礦場等也是重要的污染源，隨著我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，“三廢”中的鉛已大量進(jìn)入農(nóng)田。進(jìn)入土壤中的鉛在土壤中易與有機物結(jié)合，極不易溶解，土壤鉛大多發(fā)現(xiàn)在表土層，表土鉛在土壤中幾乎不向下移動。鉛對植物的危害表現(xiàn)為葉綠素下降，阻礙植物的呼吸及光合作用。谷類作物吸鉛量較大，但多數(shù)集中在根部，莖稈次之，籽實中較少。因此鉛污染的土壤所生產(chǎn)的禾谷類莖稈不宜作飼料。鉛對動物的危害則是累積中毒。人體中鉛能與多種酶結(jié)合從而干擾有機體多方面的生理活動，導(dǎo)致對全身器官產(chǎn)生危害。,,污染源主要是電鍍、制革廢水、鉻渣等。鉻在土壤中主要有兩種價態(tài)：Ｃr6+和Ｃr3+。兩種價態(tài)的行為極為不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。Ｃr3+主要存在于土壤與沉積物中，Ｃr6+主要存在于水中，但易被Ｆe2+和有機物等還原。植物吸收鉻約９５％留在根部。據(jù)研究，低濃度的Ｃr6+能提高植物體內(nèi)酶活性與葡萄糖含量，高濃度時則阻礙水分和營養(yǎng)向上部輸送，并破壞代謝作用。鉻對人體與動物也是有利有弊。人體中含鉻過低會產(chǎn)生食欲減退癥狀。但飲水中超標(biāo)４００倍時，會發(fā)生口角糜爛、腹瀉、消化紊亂等癥狀。,鉻,土壤砷污染主要來自大氣降塵與含砷農(nóng)藥。燃煤是大氣中砷的主要污染源。土壤中砷大部分為膠體吸收或和有機物絡(luò)合――螯合或和磷一樣與土壤中鐵、鋁、鈣離子相結(jié)合，形成難溶化合物，或與鐵、鋁等氫氧化物發(fā)生共沉淀。ＰＨ和ＥＨ值影響土壤對砷的吸附。ＰＨ值高土壤砷吸附量減少而水溶性砷增加；土壤的氧化條件下，大部是砷酸，砷酸易被膠體吸附，而增加土壤固砷量。隨ＥＨ降低，砷酸轉(zhuǎn)化為亞砷酸，可促進(jìn)砷的可溶性，增加砷害。砷對植物危害的最初癥狀是葉片卷曲枯萎，進(jìn)一步是根系發(fā)育受阻，最后是植物根、莖、葉全部枯死。砷對人體危害很大，它能使紅血球溶解，破壞正常生理功能，甚至致癌等。,砷,4.1我國重金屬污染的現(xiàn)狀我國"+個省（市）城郊、污水灌溉區(qū)、工礦等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快地區(qū)的320個重點污染區(qū)中，污染超標(biāo)的大田農(nóng)作物種植面積為60.6萬hm2,占監(jiān)測調(diào)查總面積的20%；其中重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的80%以上，尤其是pb、Cr、Hg、Cu及其復(fù)合污染最為突出。據(jù)陳同斌、萬洪富的資料，目前我國重金屬污染的耕地面積近2000萬畝，約占總耕地面積的五分之一!,4.土壤重金屬污染的調(diào)控與修復(fù),4.2污染土壤的修復(fù)技術(shù),調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不同種類的植物遺傳學(xué)、形態(tài)學(xué)和解剖學(xué)特征或離子運輸機制的生理學(xué)特性不同，對pb、Cr、Hg、Cu等污染元素的吸收效應(yīng)存在一定的差異。根據(jù)不同作物對重金屬元素的吸收效應(yīng)的特點，針對土壤重金屬污染程度的不同，有區(qū)別、有選擇地種植作物，有利于降低土壤重金屬對農(nóng)產(chǎn)品的污染，使受污染的農(nóng)田得到合理的開發(fā)利用。,生物修復(fù)技術(shù)重金屬污染的特殊性在于它不能被土壤微生物降解而從環(huán)境中徹底消除，使得治理環(huán)境重金屬污染成為一項困難的工作。近年來，利用植物修復(fù)技術(shù)對重金屬所造成的環(huán)境污染進(jìn)行治理，以其更廉價、更易實施及更易為公眾所接受而成為關(guān)注的熱點,?通過添加改良劑改變土壤性質(zhì)，從而改善植物生長條件，實現(xiàn)污染土壤的修復(fù)是一個可行的途徑。玉米苗期盆栽試驗，施入有機肥后土壤中有效態(tài)Cd、Zn含量明顯降低。水溶態(tài)Cd隨石灰用量的增加而急劇減少施用石灰是抑制Cd污染土壤上植株吸收Cd$的有效措施。?當(dāng)前的研究重點近期國內(nèi)的研究重點是土壤重金屬之間及其與土壤養(yǎng)分元素之間的交互作用對不同作物的生物效應(yīng)，在實驗室內(nèi)進(jìn)行的生物毒性試驗。重金屬復(fù)合污染的敏感指標(biāo)是目前的研究熱點，其中對植物生理毒性指標(biāo)的研究主要涉及植物種子萌發(fā)、根生長和酶活性。,改良劑法,5、土壤農(nóng)藥污染與防治,農(nóng)藥的使用概況：農(nóng)藥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，在控制有害生物的危害，保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全等方面發(fā)揮了重要的作用?；瘜W(xué)農(nóng)藥是消滅人類和植物病蟲害的有效藥物，對農(nóng)林牧業(yè)的增產(chǎn)、保收和保存，以及人類傳染疾病的預(yù)防和控制等方面起了非常大的作用。迄今農(nóng)藥的品種已發(fā)展到上千種，農(nóng)藥的使用量也急劇增加，成為決定現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和提高收獲量的重要因素。同時，隨著日益增加的化學(xué)農(nóng)藥通過生產(chǎn)、運輸、儲存、使用、廢棄等不同環(huán)節(jié)大量進(jìn)入環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)，因而產(chǎn)生了一些不良后果。,5.1農(nóng)藥對環(huán)境的污染,,（1）有機氯農(nóng)藥不僅對害蟲有殺傷毒害作用，同時對害蟲的“天敵”及傳粉昆蟲等益蟲益鳥也有殺傷作用，因而破壞了自然界的生態(tài)平衡。（2）長期使用同類型農(nóng)藥，使害蟲產(chǎn)生了抗藥性，因而增加了農(nóng)藥的使用量和防治次數(shù)，也大大增加了防治費用和成本。（3）長期大量使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥在環(huán)境中逐漸積累，尤其是在土壤中，產(chǎn)生了農(nóng)藥污染環(huán)境問題。（4）農(nóng)藥被農(nóng)作物吸收、進(jìn)入動物體內(nèi)，經(jīng)過生物富集濃縮，使其毒性更大，這就不僅使得害蟲的天敵更易受到毒害作用，而且會通過食物鏈威脅人體的健康。,5.2主要的農(nóng)藥類型,人工合成的化學(xué)農(nóng)藥，按化學(xué)組成可以分為有機氯、有機磷、有機汞、有機砷、氨基甲酸酯類等制劑；按農(nóng)藥在環(huán)境中存在物理狀態(tài)可分為粉狀、可溶性液體、揮發(fā)性液體等；按其作用方式可有胃毒、觸殺、熏蒸等。病、蟲、雜草等有害生物，不論在形態(tài)、行為、生理代謝等方面均有很大差異。因此，一種農(nóng)藥往往僅能防治某一種病蟲害，專用性很強。,5.3農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化,吸附：土壤是一個由無機膠體、有機膠體以及有機-無機膠體所組成的膠體體系，其具有較強的吸附性能。在酸性土壤下，土壤膠體帶正電荷，在堿性條件下，則帶負(fù)電荷。進(jìn)入土壤的化學(xué)農(nóng)藥可以通過物理吸附、化學(xué)吸附、氫鍵結(jié)合和配位價鍵結(jié)合等形式吸附在土壤顆粒表面。農(nóng)藥被土壤吸附后，移動性和生理毒性隨之發(fā)生變化。所以土壤對農(nóng)藥的吸附作用，在某種意義上就是土壤對農(nóng)藥的凈化。但這種凈化作用是有限度的，土壤膠體的種類和數(shù)量，膠體的陽離子組成，化學(xué)農(nóng)藥的物質(zhì)成分和性質(zhì)等都直接藥性到土壤對農(nóng)藥的吸附能力，吸附能力越強，農(nóng)藥在土壤中的有效行越低，則凈化效果越好。影響土壤吸附能力的一些因素土壤膠體、膠體的陽離子組成、農(nóng)藥性質(zhì)、土壤pH,,5.4化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的揮發(fā)、擴(kuò)散和遷移,農(nóng)藥除以氣體形式擴(kuò)散外，還能以水為介質(zhì)進(jìn)行遷移，其主要方式有兩種：一是直接溶于水；二是被吸附于土壤固體細(xì)粒表面上隨水分移動而進(jìn)行機械遷移。一般來說，農(nóng)藥在吸附性能小的砂性土壤中容易移動，而在粘粒含量高或有機質(zhì)含量多的土壤中則不易移動，大多積累于土壤表層30cm土層內(nèi)。因此有的研究者指出，農(nóng)藥對地下水的污染是不大的，主要是由于土壤侵蝕，通過地表徑流流入地面水體造成地表水體的污染。,5.5農(nóng)藥在土壤中的降解,農(nóng)藥在土壤中的降解，包括光化學(xué)降解、化學(xué)降解和微生物降解等在評價一種農(nóng)藥是否對環(huán)境有污染作用時，不僅要看藥劑本身的毒性，而且還要注意降解產(chǎn)物是否有潛在危害性。,5.6農(nóng)藥在土壤中的殘留及其毒害,農(nóng)藥一旦進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，殘留是不可避免的，盡管殘留的時間有長有短，數(shù)量有大有小，但有殘留并不等于有殘毒，只有當(dāng)土壤中的農(nóng)藥殘留積累到一定程度，與土壤的自凈效應(yīng)產(chǎn)生脫節(jié)、失調(diào)、危及農(nóng)業(yè)環(huán)境生物，包括農(nóng)藥的靶生物與非靶環(huán)境生物的安全，間接危害人畜健康，才稱其具有殘留積累毒害。一般說來，土壤化學(xué)農(nóng)藥的殘留積累毒害主要表現(xiàn)在兩方面：殘留農(nóng)藥的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的危害；殘留農(nóng)藥對靶生物的直接毒害。,6、土壤典型有機物及其他污染物,6.1土壤石油污染及其修復(fù)石油污染土壤的主要途徑：污灌、大氣污染、溢油事件、車輛污染石油對土壤的污染：粘著在土壤根部，影響根呼吸，引起爛根；進(jìn)入食物鏈；抑制微生物的活性,石油污染的微生物修復(fù),原位生物修復(fù)技術(shù)：原位處理方法是將受污染土壤在原地處理。處理期間，土壤基本不被攪動，最常見的就地處理方式是土壤的水飽和區(qū)進(jìn)行生物降解。除了要加入營養(yǎng)鹽，氧源（多為H2O2）外；還需引入微生物以提高生物降解的能力。這種方法因受溫度和土壤類型的影響而具有一定的局限性。異位生物修復(fù)技術(shù)異位生物修復(fù)主要包括現(xiàn)場處理法、預(yù)制床法、堆制處理法、生物反應(yīng)器和厭氧生物處理法。植物修復(fù)技術(shù)：植物生物修復(fù)是一項利用太陽能動力的處理系統(tǒng)，具有處理費用低，減少場地破壞等優(yōu)點而受到普遍重視。植物生物修復(fù)是利用植物體內(nèi)對某些污染物的積累、植物代謝過程對某些污染物的轉(zhuǎn)化和礦化，植物根圈與根莖的共生關(guān)系增加微生物的活性的特點，加速土壤污染物降解速度的過程。,6.2土壤有毒有機物污染,酚污染苯并『a』芘的污染多氯聯(lián)本（PCBs）的污染二惡暎污染,,7、大氣酸沉降對土壤的影響,酸沉降包括干、濕沉降。濕沉降一般系指pH值低于516的天然降雨以及酸雪、酸霧等。干沉降是指硫氧化物和氮氧化物以及包含硫、氮氧化物的顆粒隨風(fēng)而降。而現(xiàn)在很多情況下把酸雪酸霧和酸性粉塵降落物都統(tǒng)稱為“酸雨”。酸雨或酸沉降導(dǎo)致的環(huán)境酸化與危害是21世紀(jì)最大的環(huán)境問題。,7.1大氣酸沉降的影響,酸沉降酸沉降對土壤理化性質(zhì)的影響表現(xiàn)在土壤pH值的降低,一方面導(dǎo)致土壤營養(yǎng)離子的流失,另一方面N沉降量的增加,植物可吸收N增加,相應(yīng)導(dǎo)致對營養(yǎng)離子的需要量增加,這兩方面相互作用的結(jié)果導(dǎo)致了植物營養(yǎng)不平衡問題的出現(xiàn)。而重金屬的活化,導(dǎo)致植物體受到毒害。,,8.污水灌溉對土壤的影響,污水灌溉的生態(tài)效益：污水含有一定的有機物質(zhì)和營養(yǎng)成分，如直接排放到江、河、湖泊中，會引起水體”富營養(yǎng)化”，而且，污水中的有害物質(zhì)如排放到水體中，會引起污染，使水質(zhì)變壞嚴(yán)重影響水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和人類健康。污水用于農(nóng)田灌溉，不僅可以大大節(jié)省水資源，還可為農(nóng)作物生長提供豐富的養(yǎng)分，使農(nóng)作物增產(chǎn)。特別是在水資源不足情況下，如干旱、半干旱地區(qū)或干旱季節(jié)，污水的利用則顯得尤為重要,污水灌溉的污染問題,污水中大量是屬于工業(yè)廢水，不可避免地會帶有許多有毒的工業(yè)廢物，灌溉農(nóng)田會使這些有毒物質(zhì)在土壤中積聚，造成污染。生活污水中常帶有一些病原菌和寄生蟲卵，也會污染農(nóng)田和水源。這些污染物被農(nóng)作物吸收，積累在農(nóng)產(chǎn)品中或污染食品，進(jìn)入人畜食物鏈，長期食用超標(biāo)的食物，會發(fā)生中毒現(xiàn)象或感染疾病，嚴(yán)重影響人類的健康。主要污染物：重金屬物；有機化合物氰、酚、多環(huán)芳烴、烷基苯、磺酸鹽、苯并(a)芘等都是有害的有機化合物，其中很多是三致物質(zhì)；生物污染物主要是病毒、病菌和寄生蟲卵等.,9.生活垃圾對土壤的影響,9.1概況：國家城鄉(xiāng)建設(shè)部1987年的統(tǒng)計，我國生活垃圾的構(gòu)成成分，按全年平均數(shù)統(tǒng)計：大城市無機物占56％，有機物占36％以上，其他占8％；中小城市無機物占78％，有機物占17％，其他占5％。在無機物中主要是煤灰和渣土。垃圾中含有對農(nóng)業(yè)十分有用的有機物質(zhì)和植物營養(yǎng)物質(zhì)，改良土壤，培肥地力的作用顯著。生活垃圾中也含有許多有毒有害的物質(zhì)。未經(jīng)處理的城市垃圾，特別是人畜糞便和醫(yī)療單位的廢棄物中含有大量的病原體，施到土壤后能存活相當(dāng)長的時間。垃圾中的重金屬如汞、鉛、鎘、鋅、錳和有機污染物等是造成化學(xué)污染的重要原因。城市垃圾處置不當(dāng)，也容易引起大氣和水源的污染。城市垃圾處置不當(dāng)，也容易引起大氣和水源的污染。,9.2垃圾的資源化利用,垃圾堆肥及農(nóng)用效果：1.改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥能力。2.提高土壤肥力。3.增加作物產(chǎn)量，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。,10、農(nóng)用化肥對土壤的影響,10.1概況：我國是化肥使用大國，1996年我國化肥施用量3800萬噸，居世界第一位，單位面積用量居世界中等水平，但我國化肥利用率平均只有30-35％。也就是說，每年有1100多萬噸的肥份流入水體，其中氮肥損失率最高。這不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重污染，對水體、土壤、大氣、生物及人體健康造成嚴(yán)重危害。如造成江河湖及地下水源的污染、造成江河湖及地下水源的污染、影響人類健康、破壞土壤結(jié)構(gòu)。,10.2化肥污染的控制與防治對策,控制其施用量，又要嚴(yán)格執(zhí)行使用規(guī)程，具體方法有：科學(xué)施用鉀肥科學(xué)施用磷肥廣泛施用有機肥積極推廣微生物肥料積極推廣垃圾堆肥,謝謝！,