土壤污染是指人类活动产生的污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤净化作用和缓冲作用的速度或能力，自然动态平衡受到破坏，污染物的积累过程逐渐占据优势，从而导致土壤正常功能失调、土壤质量下降，并影响到动植物的生长和发育，以及导致产量和质量的降低。由于土壤污染的复杂性，尚没有统一的量化标准来定义土壤污染程度。一般认为，土壤中污染物累积总量达到土壤环境背景值的平均值加上其两倍标准差时，是土壤污染的起始值，说明土壤中该污染元素或化合物含量异常，已属土壤轻度污染。

土壤污染具有如下特点：①蓄积性。污染物在土壤中的运动速度较慢，能被土壤无机物或有机物吸附，可以在土壤表层不断蓄积，在一定时期内使污染越来越严重。②隐蔽性。土壤污染不能通过感官观察，往往需要通过动物、植物（如农作物，包括粮食、蔬菜、水果等农产品）的污染，以及吃食物的人或动物的健康状况才能反映出来。从开始污染到后果的出现，有较长时期的隐蔽过程。③不可逆性和长期性。污染物进入土壤环境后，在土壤中迁移和转化，与复杂的土壤组成物质，发生一系列吸附、置换和络合作用等不可逆过程，最终形成难溶化合物沉积在土壤中。多数有机污染物需要较长的降解时间，土壤一旦遭到污染，很难恢复。④间接危害性。土壤污染间接地污染水体和大气，成为二次污染源。土壤污染物通过地下渗漏造成地下水污染，或通过地表径流污染水域；被污染的土粒又可随风迁移传输，扩大污染面。⑤后果严重性。土壤污染会导致作物减产，并通过食物链危害人类健康。

土壤对污染的响应包括：①物理响应。酸碱和盐污染物能够导致土壤物理结构发生变化，如板结现象。②化学响应。污染物可以引起土壤酸碱度变化，以及使土壤养分元素形态发生改变等。③生物学响应。包括土壤动物、植物和微生物对污染的生物学响应，响应的水平包括生物分子、组织、个体、种群、群落等各个水平。至21世纪初，在分子、组织、个体水平上的响应研究较多，而在种群和群落水平上的响应研究相对较少。根据污染物的不同，土壤污染生态效应主要分为：土壤重金属污染生态效应、土壤有机物污染生态效应、土壤化肥污染生态效应、土壤农药污染生态效应。

土壤中的重金属污染物，主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。重金属污染物最主要的特性是不能被微生物降解，而只能发生各种形态之间的相互转化，以及分散和富集的过程。从毒性及对生物与人体的危害方面看，土壤重金属的生态效应特点主要有：①土壤环境中重金属总浓度不等于毒性效应浓度，重金属在土壤中的不同形态和价态的毒性不同。②长期生活在污染环境中的生物会对污染物产生适应性和抗性，在人体健康危害效应评估中还需要考虑通过食物链摄入污染物的生物有效性。③重金属污染往往以几种重金属复合污染的形式存在，因此土壤重金属的生态效应很大程度上是几种重金属的复合效应。④生物体必需元素的缺乏会显著影响重金属污染物的生态毒性效应。

土壤中的有机污染物包括天然有机污染物和人为有机污染物。天然有机污染物主要是由生物体的代谢活动及其他生物化学过程产生的，包括萜烯类、黄曲霉毒素、氨基甲酸乙酯、麦角、细辛脑、草蒿脑、黄樟素等；人为有机污染物主要是人类生产生活过程中产生的，包括塑料制品、染料、表面活性剂等，尤其是持久性有机污染物，如多溴联苯醚、多氯联苯等，由于具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，对人类健康和环境具有严重的危害。土壤有机物污染生态效应的特点有：①土壤有机污染物通常对植物的毒性较小，植物还能够通过直接吸收、释放分泌物和酶以及根际矿化作用等途径来修复土壤，然而在高浓度下，有机污染物也会抑制植物种子发芽以及幼苗生长。②土壤有机物对土壤动物的毒性较大，如半挥发性有机物多环芳烃（PAHs）能够影响蚯蚓细胞色素P450酶的代谢，通过氧化应激改变细胞周期进程，损伤DNA（脱氧核糖核酸）分子及干扰内分泌等。③土壤微生物在有机污染物矿化中有重要作用，但是高浓度的有机污染物会降低土壤功能微生物（如硝化细菌）的活性，如在多环芳烃污染土壤的毒性评价中通常会采用微生物生物量、酶活性、基础呼吸强度、呼吸熵、发光细菌荧光强度等指标。

化肥污染主要是指农业生产活动中过度使用氮、磷等营养盐，引起土壤理化性质和生物过程改变。长期过量施用化肥，使土壤酸化或碱化、土壤结构破坏、土地板结、土壤理化性质恶化，影响土壤可持续生产力。同时直接增加农业生产成本，影响作物的产量和质量。如氮肥过多会使土壤中氨离子增加，并与土壤中氢离子发生代换作用，导致土壤酸化，影响土壤微生物的群落组成和元素循环功能，造成土壤有机质减少，土壤质量下降。尿素、硫酸铵、氯化铵和硫酸氢铵等铵态氮肥在使用过程中，释放气态氨或氮氧化物，造成大气污染。农业生产中使用的氮、磷肥，可由于灌溉、雨水淋滤等随地表径流进入水体，引起地表水富营养化。

生产活动中使用的农药，以不同方式进入土壤中后，一部分通过挥发作用，逸散到大气中污染空气，一部分随雨水和排水流入河湖，污染水体，对鱼、虾、贝类等水生生物形成直接影响。农产品中残留的农药及鱼、虾、贝类体内积累的农药，又会通过食品或饲料危害人畜健康。常用的农药主要是有机氯农药、有机磷农药、有机汞农药、氨基甲酸酯类农药和除草剂等，其中性质稳定、在环境中不易降解和具有毒性的农药品种所造成的污染最为严重，如有机氯农药具有高度的化学、物理和生物学稳定性，半衰期长达数年，在自然界中很难分解，容易积累在土壤中，影响土壤微生物过程，降低土壤生产力。有机氯农药脂溶性强，在农产品加工过程中经单纯的洗涤不能去除，可被食用后在人体内蓄积，对人体产生慢性毒性作用，侵害肝脏、肾及神经系统，甚至产生致畸、致癌作用。