環(huán)境化學(xué)第四章土壤環(huán)境化學(xué)

1、土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué) 重點(diǎn)要求. 了解土壤的組成與性質(zhì) , 土壤的粒級(jí)與質(zhì)地分組特性 ;掌握重金屬污染物在土壤-植物體系中遷移的特點(diǎn)、 影響因素及作用機(jī)制.掌握土壤的吸附、酸堿和氧化還原特性 , 農(nóng)藥在土壤中的 遷移原理與主要影響因素 , 以及主要農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)歸規(guī)律與效應(yīng)。目 錄1.土壤的組成與性質(zhì)土壤的組成與性質(zhì)1.1土壤組成1.2土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組1.3土壤吸附性1.4土壤酸堿性 1.5土壤的氧化還原性2 重金屬重金屬在土壤在土壤 -植物體系中的遷移及其機(jī)制植物體系中的遷移及其機(jī)制 2.1 影響重金屬在土壤-植物體系中遷移的因素2.2重金屬在土壤-植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律2.

2、3主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化2.4植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制3 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化化3.1土壤中農(nóng)藥的遷移3.2非離子型農(nóng)藥與土壤有機(jī)質(zhì)的作用3.3典型農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化1.土壤的組成與性質(zhì)1.1土壤組成土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系 。土壤具有疏松的結(jié)構(gòu) ( 如圖 4-1).土壤固相包括土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)。土壤礦物質(zhì)占土壤的絕大部分 , 約占土壤固體總重量的 90% 以上。土壤液相是指土壤中水分及其水溶物。土壤中有無(wú)數(shù)孔隙充滿空氣 , 即土壤氣相 典型土壤隨深度呈現(xiàn)不同的層次 ( 如圖 4-2).覆蓋層 (Ao), 由地面上的枯枝落

3、葉所構(gòu)成。淋溶層 (A), 是土壤中生物最活躍的一層 , 土壤有機(jī)質(zhì)大部分在這一層 , 金屬離子和粘土顆粒在此層中被淋溶得最顯著。淀積層 (B), 它受納來(lái)自上一層淋溶出來(lái)的有機(jī)物、鹽類和粘土顆粒類物質(zhì)。C層 也叫母質(zhì)層 , 是由風(fēng)化的成土母巖構(gòu)成。D 層:母質(zhì)層下面為未風(fēng)化的基巖 。 1.1.1土壤礦物質(zhì) 土壤礦物質(zhì) 是巖石經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化形成的。按其成因類型可將土壤礦物質(zhì)分為兩類 : 一類是原生礦物 , 另一類是次生礦物 。原生礦物 : 原生礦物主要有石英、長(zhǎng)石類、云母類、輝石、角閃石、橄欖石、赤鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、黃鐵礦等。其中前五種最常見(jiàn)。石英最難風(fēng)化 , 長(zhǎng)石次之 , 輝石、

4、角閃石、黑云母易風(fēng)化。 巖石化學(xué)風(fēng)化主要分為三個(gè)歷程 , 即氧化、水解和酸性水解。 氧化 : 以橄欖石為例 , 其化學(xué)組成為 (Mg Fe)Si04, 其中 Fe() 可以氧化為 Fe() 。 酸性水解 : 水解 :土壤中最主要的原生礦物有四類 : 硅酸鹽類礦物、氧化物類礦物、硫化物類礦物和磷酸鹽類礦物。其中硅酸鹽類礦物占巖漿巖重量的 80% 以上。 (2) 次生礦物 :根據(jù)其性質(zhì)與結(jié)構(gòu)可分為三類 : 簡(jiǎn)單鹽類、三氧化物類和次生鋁硅酸鹽類。簡(jiǎn)單鹽類簡(jiǎn)單鹽類屬水溶性鹽 , 易淋溶流失 , 一般土壤中較少 , 多存在于鹽漬土中 .如方解石 (CaC03) 、白云石 Ca 、 Mg (C03)2 、

5、石膏 (CaS04. 2H20) 、瀉鹽 (MgS04.7H20) 、巖鹽 (NaCl) 、芒硝 (Na2S04.10H20) 、水氯鎂石 (MgCl2 6H20) 等 。三氧化物三氧化物：如針鐵礦 (Fe203.H20) 、褐鐵礦 (2Fe203.3H20) 、三水鋁石 (Al203.3H20) 等，和次生鋁硅酸鹽是土壤礦物質(zhì)中最細(xì)小的部分 , 粒徑小于0.25 m , 一般稱之為次生粘土礦物 . 次生鋁硅酸鹽次生鋁硅酸鹽：是由長(zhǎng)石等原生硅酸鹽礦物風(fēng)化后形成。它們是構(gòu)成土壤的主要成分 , 故又稱為粘土礦物或粘粒礦物。土壤中次生硅酸鹽可分為三大類 , 即伊利石、蒙脫石和高嶺石。 名稱伊利石 (

6、 或水云母 )蒙脫石高嶺石分子式(OH)4Ky(Al4 Fe4 Mg4 Mg6)(Si8-y Aly)O20Al4Si8020(OH)4Al4Si4010(OH)8風(fēng)化程度較低較高極高分布溫帶干旱地區(qū)溫帶干旱地區(qū)濕熱的熱帶地區(qū)顆粒直徑小于 2m小于 1 m0.1-5.0 m膨脹性較小大膨脹性小陽(yáng)離子代換量較高極高低透水性植物易感水分缺乏良好 , 植物可獲得的有效水分多晶體結(jié)構(gòu) 1.1.2土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)化合物的總稱。土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于動(dòng)植物和微生物殘?bào)w。分類非腐殖物質(zhì) ,組成有機(jī)體的各種有機(jī)化合物 , 如蛋白質(zhì)、糖類、樹脂、有機(jī)酸等 ;腐殖質(zhì), 它不屬于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有的任

7、何一類 , 它包括腐殖酸、富里酸和腐黑物等。1.1.3. 土壤水分來(lái)源：主要來(lái)自大氣降水和灌溉。在地下水位接近地面 (2-3m) 的情況下 , 地下水其重要來(lái)源?？諝馑魵庥隼淠?影響土壤保水能力的因素：土質(zhì)，氣候條件 土壤溶液：土壤水分實(shí)際上是土壤中各種成分和污染物溶解形成的溶液 , 即土壤溶液。土壤水分的作用：既是植物養(yǎng)分的主要來(lái)源 , 也是進(jìn)入土壤的各種污染物向其他環(huán)境圈層 ( 如水圈、生物圈等 ) 遷移的媒介。 1.2土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組組成：與大氣基本相似 , 主要成分都是N2、 02 和 C02. 差異是土壤空氣存在于相互隔離的土壤孔隙中 , 是一個(gè)不連續(xù)的體系 ; 在 02

8、和 C02 含量上有很大的差異. 土壤空氣中 C02 含量一般為 0.15%-0.65%, 甚至高達(dá) 5%，氧的含量低于大氣。土壤空氣中水蒸氣的含量比大氣中高得多。少量還原性氣體 , 如 CH4 、 H2S 、N2、 NH3 等。被污染的土壤 , 可能存在污染物 . 1.2 . 1土壤礦物質(zhì)的粒級(jí)劃分粒組或粒級(jí)：按粒徑的大小將土粒分為若干組 , 稱為粒組或粒級(jí) , 同組土粒的成分和性質(zhì)基本一致 , 組間則有明顯差異。粒級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要有三種, 即國(guó)際制、前蘇聯(lián)制和美國(guó)制1.1.4. 土壤中的空氣我國(guó)土壤顆粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)1.2.2. 各粒級(jí)的主要礦物成分和理化特性礦物組成各種礦物抵抗風(fēng)化的能力不同

9、 , 在各粒級(jí)中分布的多少也不相同 。 石英常以粗的土粒存在 , 而云母、角閃石等多以較細(xì)的土粒存在 ( 如表 4-3) 。礦物的粒級(jí)不同 , 其化學(xué)成分有較大的差異。在較細(xì)粒級(jí)中 , 鈣、鎂、磷、鉀等元素含量增加。一般地說(shuō) , 土粒越細(xì) , 所含養(yǎng)分越多 , 反之 , 則越少 ( 如表 4-4)。 各粒級(jí)物理化學(xué)性質(zhì) 石塊和石礫砂粒粘粒粉粒粒徑大于 1mm1-0.05mm小于 0.001mm0.05-0.005mm礦物 組成石英、長(zhǎng)石、云母、角閃石次生礦物原生礦物與次生礦物通氣和透水性水和養(yǎng)分易流失強(qiáng),保水保肥能力弱較差，良好的保水保肥能力保水保肥能力較好存在山區(qū)土壤和河漫灘土壤沖積平原土壤

10、中黃土中含量較多營(yíng)養(yǎng)元素很少少豐富較豐富1.2.3. 土壤質(zhì)地分類及其特性土壤質(zhì)地：由不同的粒級(jí)混合在一起所表現(xiàn)出來(lái)的土壤粗細(xì)狀況 , 稱為土壤質(zhì)地 ( 或土壤機(jī)械組成 ) 。土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)：是以土壤中各粒級(jí)含量的相對(duì)百分比作標(biāo)準(zhǔn)的。主要有國(guó)際制 ( 如表 4-5) 、美國(guó)制和前蘇聯(lián)制。國(guó)際制和美國(guó)制均采用三級(jí)分類法 , 即按砂粒、粉砂粒、粘粒三種粒級(jí)的百分?jǐn)?shù) , 劃分為砂土、壤土、粘壤土和粘土四類十二級(jí)。我國(guó)土壤質(zhì)地分類方案 ( 如表 4-6)。土壤質(zhì)地與特性的關(guān)系：質(zhì)地不同的土壤表現(xiàn)出不同的性狀。反映土壤礦物組成和化學(xué)組成 , 土壤的物理性質(zhì), 并且影響土壤孔隙狀況 , 對(duì)土壤水分、空

11、氣、熱量的運(yùn)動(dòng)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化均有很大的影響 。 壤土兼有砂土和粘土的優(yōu)點(diǎn) , 而克服了二者的缺點(diǎn) , 是理想的土壤質(zhì)地。 土壤質(zhì)地分類1.3土壤吸附性土壤中兩個(gè)最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物 , 它們對(duì)污染物在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化有重要作用。土壤膠體以其巨大的比表面積和帶電性 , 而使土壤具有吸附性。 1.3.1 土壤膠體的性質(zhì)(1)土壤膠體具有巨大的比表面和表面能(2)土壤膠體的電性：熱力電位 ，電動(dòng)電位(3)土壤膠體的凝聚性和分散性 ：影響土壤凝聚性能的主要因素是土壤膠體的電動(dòng)電位和擴(kuò)散層厚度 , 陽(yáng)離子種類和濃度,土壤溶液中電解質(zhì)濃度、 pH值也將影響其凝聚性能。土壤溶液中常見(jiàn)陽(yáng)離子的凝聚

12、能力順序如下Na+K+NH4+H+Mg2+Ca2+A13+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+ Na+Li+。陽(yáng)離子交換量：陽(yáng)離子交換量：每千克干土中所含全部可交換陽(yáng)離子總量 , 稱陽(yáng)離子換量 , 以厘摩爾每千克土 (C mol/kg) 表示 。影響土壤的陽(yáng)離子交換量的因素 : 不同種類膠體的陽(yáng)離子交換量的順序?yàn)?: 有機(jī)膠體 蒙脫石 水化云母 高嶺土 含水氧化鐵、鋁 。 土壤質(zhì)地越細(xì) , 陽(yáng)離子交換量越高。土壤膠體中 Si02/R203 比值越大 , 其陽(yáng)離子交換量越大 , 當(dāng) Si02/R203 小于 2, 陽(yáng)離子交換量顯著降低。因?yàn)槟z體表面- OH 基團(tuán)的

13、離解受 pH 的影響 , 所以 pH 值下降 , 土壤負(fù)電荷減少 , 陽(yáng)離子交換量降低 ; 反之 , 交換量增大。鹽基飽和土壤鹽基飽和土壤：當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子均為鹽基離子 , 且已達(dá)到吸附飽和時(shí)的土壤 , 稱為鹽基飽和土壤。當(dāng)土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子有一部分為致酸離子 , 則這種土壤為鹽基不飽和土壤。在土壤交換性陽(yáng)離子中鹽基離子所占的百分?jǐn)?shù)稱為土壤鹽基飽和度 :土壤鹽基飽和度與土壤母質(zhì)、氣候等因素有關(guān)。土壤鹽基飽和度 ， 堿性越強(qiáng)；保水保肥能力強(qiáng) 鈣離子為主，中性或微堿性：鈉離子為主，強(qiáng)堿性可交換性陽(yáng)離子有兩類 : 一類是致酸離子 , 包括 H+ 和 Al3+;另一類是鹽基離子 , 包括

14、Ca2+ 、 Mg2+ 、 K+、 Na+ 、 NH4+ 等。(2) 土壤膠體的陰離子交換吸附 :土壤中陰離子交換吸附是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。機(jī)制:它可與膠體微粒 ( 如酸性條件下帶正電荷的含水氧化鐵、鋁 ) 或溶液中陽(yáng)離子 (Ca2+ 、 Al3+、 Fe3+) 形成難溶性沉淀而被強(qiáng)烈地吸附。如 P043- 、 HP042- 與 Ca2+ 、 Fe3+ 、 Al3+ 可形成 CaHP04 2H20 、 Ca3(P04)2 、 FeP04 、 AlP04 難溶性沉淀。 由于Cl-、 NO3- 、 N02- 等離子不能形成難溶鹽 , 故它們不被或很少被土壤吸附。

15、陰離子被土壤膠體吸附的順序 :F- 草酸根 檸檬酸根 P043- As043-硅酸根 HC03-H2BO3-CH3COO-SCN-S042- Cl- N03-。 1.4土壤酸堿性根據(jù)土壤的酸度可以將其劃分為9 個(gè)等級(jí) (如表4-8)。我國(guó)土壤的 pH 大多在 4.5-8.5 范圍內(nèi) , 并有由南向北 pH 值遞增的規(guī)律性 , 長(zhǎng)江( 北緯 33 。 )以南的土壤多為酸性和強(qiáng)酸性 ; 長(zhǎng)江以北的土壤多為中性或堿性 , 如華北、西北的土壤大多含CaC03,pH 值一般在7.5-8.5 之間 , 少數(shù)強(qiáng)堿性土壤的 pH 值高達(dá) 10.5。 1.4.1. 土壤酸度根據(jù)土壤中 H+ 離子的存在方式 ,

16、土壤酸度可分為兩大類。 (1)活性酸度 : 土壤的活性酸度是土壤溶液中氫離子濃度的直接反映 , 又稱有效酸度 , 通常用 pH 表示。土壤溶液中氫離子的來(lái)源:A土壤中 C02 ;B有機(jī)物質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸 ；C土壤中礦物質(zhì)氧化產(chǎn)生的無(wú)機(jī)酸；D無(wú)機(jī)肥料中殘留的無(wú)機(jī)酸；E大氣酸沉降 (2) 潛性酸度 : 土壤潛性酸度是指土壤膠體吸附的可代換性 H+ 和 A13+被代換進(jìn)入土壤溶液中所表現(xiàn)的酸度。 只有鹽基不飽和土壤才有潛性酸度 , 其大小與土壤代換量和鹽基飽和度有關(guān)。根據(jù)測(cè)定土壤潛性酸度所用的提取液 , 可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度 。代換性酸度 : 用過(guò)量中性鹽 ( 如NaC1) 或

17、KC1) 溶液淋洗土壤 , 溶液中金屬離子與土壤中 H+ 和 Al3+ 發(fā)生離子交換作用 , 而表現(xiàn)出的酸度 , 稱為代換性酸度。即 土壤膠體-H+ +KCl 土壤膠體-K+ +HCl腐殖酸產(chǎn)生較多的氫離子 : 代換性 A13+ 是礦物質(zhì)土壤中潛性酸度的主要來(lái)源： 水解性酸度 : 用弱酸強(qiáng)堿鹽 ( 如醋酸鈉 ) 淋洗土壤 , 溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的 H+ 、 Al3+ 代換出來(lái) , 同時(shí)生成某弱酸 ( 醋酸 ) 。此時(shí) , 所測(cè)定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。其化學(xué)反應(yīng)分幾步進(jìn)行，首先 , 醋酸鈉水解 :CH3COONa+H2O = CH3COOH+Na+OH- 氫氧化鈉離解后

18、, 所生成的鈉離子濃度很高 , 可以代換出絕大部分吸附的 H+ 和 A13+, 其反應(yīng)如下 : 水解性酸度一般比代換性酸度高。 1.4.2. 土壤堿度土壤堿度活性酸度與潛性酸度的關(guān)系 :A 土壤的活性酸度與潛性酸度是同一個(gè)平衡體系的兩種酸度。二者可以互相轉(zhuǎn)化 , 在一定條件下處于暫時(shí)平衡狀態(tài)。土壤膠體是 H+ 和 Al3+ 的貯存庫(kù) , 潛性酸度則是活性酸度的貯備。B 土壤的潛性酸度往往比活性酸度大得多 , 二者的比例 , 在砂土中約為 1000;在有機(jī)質(zhì)豐富的粘土中則可高達(dá) 5 104-1 105。 土壤溶液中 OH- 離子的主要來(lái)源 ： C032- 和 HC03- 的堿金屬 (Na 、 K

19、) 及堿土金屬 (Ca 、 Mg) 的鹽類碳酸鹽堿度和重碳酸鹽度的總和稱為總堿度。不同溶解度的碳酸鹽和重碳酸鹽對(duì)土壤堿性的貢獻(xiàn)不同 , 富含 CaC03 和 MgC03 的石灰性土壤呈弱堿性 (pH 7.5-8.5); 含 Na2C03 的土壤 , pH 值 可達(dá) 10 以上 , 而含 NaHC03 和 Ca(HC03)2 的土壤 , 其 pH 值常在 7.5-8.5, 堿性較弱 。當(dāng)土壤膠體上吸附的 Na+ 、 K+ 、 Mg2+( 主要是 Na+) 等離子的飽和度增加到一定程度時(shí) , 會(huì)引起交換性陽(yáng)離子的水解作用 :結(jié)果在土壤溶液中產(chǎn)生 NaOH, 使土壤呈堿性。此時(shí) Na+ 離子飽和度亦

20、稱為土壤堿化度。膠體上吸附的鹽基離子不同 , 對(duì)土壤 pH 值或土壤堿度的影響也不同。 表 4-9表不同鹽基離子完全飽和吸附于黑鈣土?xí)r的 pH 值吸附性鹽基離子黑鈣土的pH值吸附性鹽基離子黑鈣土的pH值Li9.00Ca7.84Na8.04Mg7.59K8.00Ba7.351.4.3. 土壤的緩沖性能土壤溶液的緩沖作用土壤溶液的緩沖作用 : 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機(jī)酸等弱酸及其鹽類 , 構(gòu)成一個(gè)良好的緩沖體系 。例如，加入鹽酸時(shí) , Na2C03+2HCl= 2NaCl+H2C03 當(dāng)加人 Ca(OH)2 時(shí) , H2C03+Ca(OH)2 = CaC03+2H20 土壤

21、中的某些有機(jī)酸 ( 如氨基酸、胡敏酸等 ) 是兩性物質(zhì) , 具有緩沖作用 , 如氨基酸含氨基。 土壤緩沖性能是指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力 , 它可以保持土壤反應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定 , 為植物生長(zhǎng)和土壤生物的活動(dòng)創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境 。(2) 土壤膠體的緩沖作用土壤膠體的緩沖作用 :土壤膠體吸附有各種陽(yáng)離子 , 其中鹽基離子和氫離子能分別對(duì)酸和堿起緩沖作用。對(duì)酸的緩沖作用 ( 以 M 代表鹽基離子 )對(duì)堿的緩沖作用土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大 , 土壤的緩沖性能就越強(qiáng)。因此 , 砂土摻粘土及施用各種有機(jī)肥料 , 都是提高土壤緩沖性能的有效措施。 在代換量相等的條件下 , 鹽基飽和度愈高

22、 , 土壤對(duì)酸的緩沖能力愈大 ; 反之 , 鹽基飽和度愈低 , 土壤對(duì)堿的緩沖能力愈大。鋁離子對(duì)堿的緩沖作用 : 在 pH5.5 時(shí)時(shí) , 鋁離子開(kāi)始形成鋁離子開(kāi)始形成 Al(OH)3 沉淀沉淀 , 而失去緩沖能力而失去緩沖能力 。一般土壤緩沖能力的大小順序是 : 腐殖質(zhì)土 粘土 砂土。1.5土壤的氧化還原性土壤中的主要氧化劑有 : 土壤中氧氣、 N03-離子和高價(jià)金屬離子 , 如 Fe() 、 Mn(IV) 、 V(V ) 、 Ti(IV) 等。土壤中的主要還原劑有 : 有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。主要氧化還原體系如下 : 體系 氧化態(tài) 還原態(tài)鐵體系 Fe( ) Fe()錳體系 Mn(IV) Mn

23、( )硫體系 S042- H2S氮體系 NO3- N02- NO3- N2 NO3- NH4+ 有機(jī)碳體系 C02 CH4土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位 (Eh) 來(lái)衡量 , 其值是以氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)的相對(duì)濃度比為依據(jù)的。一般旱地土壤的氧化還原電位 (Eh ) 為 +400 - +700mV; 水田的 Eh 值在 +300 -200mV。 土壤的 Eh與物質(zhì)形態(tài)的關(guān)系當(dāng)土壤的 Eh 700mV 時(shí) , 土壤完全處于氧化條件下 , 有機(jī)物質(zhì)會(huì)迅速分解 ; 當(dāng) Eh =400-700mV 時(shí) , 土壤中氮素主要以 N03- 形式存在 ; 當(dāng) Eh 400mV 時(shí) , 反硝化開(kāi)

24、始發(fā)生 ; 當(dāng) Eh 200mV 時(shí) ,N03-開(kāi)始消失 , 出現(xiàn)大量的 NH4+。 Eh 值降至 -100mV,Fe2+ 濃度已經(jīng)超過(guò) Fe3+ ； Eh Zn，CuHgPb; 而在腐殖質(zhì)火山灰土壤中則為 Cd HgZnCuPb, 這是由于在腐殖質(zhì)火山灰土壤中腐殖質(zhì)與 Cu 結(jié)合而被固定 , 使 Cu 向水稻體內(nèi)轉(zhuǎn)移大大減弱 , 對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響也大大減弱 。 C土壤的氧化還原電位 一般 還原條件下，易形成難溶硫化物，遷移能力弱，氧化條件則相反例外，以陰離子的形式存在的重金屬則相反，如砷2.1. 2重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)n被植物吸收的順序

25、：nCd As ,Cu Mn,Se,Zn Co Pb Ni Crn濃度：隨土壤中重金屬含量的增加，植物體內(nèi)各部分的積累量也增加。n形態(tài)：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài) ，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)唤粨Q態(tài)（包括溶解態(tài)）遷移能力最強(qiáng)。2.1.3植物的種類、生長(zhǎng)發(fā)育期植物的種類、生長(zhǎng)發(fā)育期不同植物種類或同種植物的不同植株從土壤中吸收轉(zhuǎn)移重金屬的能力是不同的2.1.4復(fù)合污染復(fù)合污染 2.1.5 施肥施肥2.2、重金屬在土壤-植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律n2.2 1植物對(duì)土壤中 重金屬的 富集規(guī)律n土壤中重金屬含量越高，植物體內(nèi)的重金屬含量越高；n土壤中有效態(tài)重金屬含量越高，植物籽實(shí)中的重金屬含量越高；n

26、豆類 小麥水稻 玉米n在植物體內(nèi)的分布規(guī)律 根莖葉 穎殼 籽實(shí)n2.2 2重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律n垂直分布，可耕層為重金屬的富集層n2.2 3土壤對(duì)重金屬離子的吸附固定機(jī)理n與金屬離子的性質(zhì)與 膠體的種類有關(guān)n同一類土膠體;陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)越高，電荷越多，對(duì)陽(yáng)離子吸附能力越強(qiáng)n同價(jià)金屬陽(yáng)離子：離子半徑越大，其水合半徑越小，越易被膠體所吸附。n對(duì)Cu2+，氧化錳有機(jī)質(zhì) 氧化鐵伊利石 蒙脫石高嶺石n 對(duì)吸附貢獻(xiàn)較大的主要是鐵、錳氧化物及有機(jī)質(zhì)。2.3、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化n一般規(guī)律：主要停留在表層，然后通過(guò)植物根系的吸收并遷移到植物體內(nèi)，也可隨水流等向下層流動(dòng)。n2.3. 1

27、鎘 ：存在形態(tài)：CdCO3, Cd(PO4)2, Cd(OH)2。主要為CdCO3 n不同土壤對(duì)鎘的吸附順序：腐殖質(zhì)土重壤質(zhì)土壤質(zhì)土砂質(zhì)沖積土n2.3. 2銅：主要在表層積累，沿土壤縱深垂直遞減分布n酸性土壤中，銅容易淋溶遷移n在植物各部分的分布 根莖、葉果實(shí)2.3、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化n2.3. 3、鉛：主要存在形態(tài)Pb (OH)2 PbCO3, Pb SO4 固體。土壤中可溶性鉛含量很低，移動(dòng)性差。PH增加，可溶性和移動(dòng)性降低。n2.3. 4、鋅：n形態(tài)：有機(jī)態(tài)n 無(wú)機(jī)態(tài)：礦物態(tài)、代換態(tài)、土壤溶液中的鋅。相對(duì)含量與PH及全鋅量及土壤對(duì)鋅的富集能力有關(guān)。n2.3. 5、汞：汞容

28、易在表層積累。n 被植物的吸收：氯化甲基汞氯化乙基汞醋酸苯汞氯化汞硫化汞n在植物各部分的分布 根莖、葉果實(shí)2.4 植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的決定因素：植物的生態(tài)學(xué)特性、遺傳學(xué)特性和重金屬的物理化學(xué)性質(zhì)等2.4.1 植物根系通過(guò)改變根際化學(xué)性狀、原生質(zhì)泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收機(jī)制：通過(guò)根際分泌螯合劑抑制重金屬的跨膜吸收。如 Zn 可以誘導(dǎo)細(xì)胞外膜產(chǎn)生分子量 60000- 93000 的蛋白質(zhì) , 并與之鍵合形成絡(luò)合物 , 使 Zn 停留于細(xì)胞膜外 。通過(guò)形成跨根際的氧化還原電位梯度和 pH 梯度等來(lái)抑制對(duì)重金屬的吸收。2.4.2 重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合

29、：不同金屬與細(xì)胞壁的結(jié)合能力不同 , 經(jīng)對(duì)Cu 、 Zn 、 Cd 的研究證明 ,Cu 大于 Zn和 Cd 。此外 , 不同植物的細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的結(jié)合能力也是不同的。所以細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的固定作用不是植物的一個(gè)普遍耐性機(jī)制。2. 4.3. 酶系統(tǒng)的作用耐性植物中有幾種酶的活性在重金屬含量增加時(shí)仍能維持正常水平 , 此外 , 在耐性植物中還發(fā)現(xiàn)另一些酶可以被激活 , 如在重金屬 Cu 、 Cd、Zn 對(duì)膀脫麥瓶草生長(zhǎng)的影響2. 4.4. 形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素能大量合成 MT (“ 金屬硫蛋白 ”)的細(xì)胞對(duì)重金屬有明顯的抗性。MT 是動(dòng)物及人體最主要的重金屬解毒劑。植物類金屬硫蛋白植物絡(luò)

30、合素重金屬絡(luò)合肽 , 其分子量、氨基酸組成、紫外吸收光譜等性質(zhì)都不同于動(dòng)物體內(nèi)的金屬硫蛋白 , 所以不是植物的類金屬硫蛋白 , 而將其命名為植物絡(luò)合素 ( 簡(jiǎn)稱為 PC)。 其結(jié)構(gòu)通式為 (r-Glu-Cys)n-Gly,(n=3-7) ?？梢暈榫€性多聚體。 類金屬硫蛋白、植物絡(luò)合素或者其他的未知的金屬結(jié)合肽的作用或解毒機(jī)制：與進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)的重金屬結(jié)合 , 使其以不具生物活性的無(wú)毒的螯合物形式存在 , 降低金屬離子的活性 , 從而減輕或解除其毒害作用。 3 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化農(nóng)藥包括殺蟲劑 、除草劑、殺菌劑、防治嚙齒類動(dòng)物的藥物 , 以及動(dòng)、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。其中主要是除草劑、殺蟲劑和殺菌

31、劑。3.1土壤中農(nóng)藥的遷移 農(nóng)藥在土壤中的遷移主要是通過(guò)擴(kuò)散和質(zhì)體流動(dòng)擴(kuò)散和質(zhì)體流動(dòng)兩個(gè)過(guò)程。在這兩個(gè)過(guò)程中 , 農(nóng)藥的遷移運(yùn)動(dòng)可以蒸汽的和非蒸汽的形式進(jìn)行。3. 1 . 1 擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散是由于分子熱能引起分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而使物質(zhì)分子發(fā)生轉(zhuǎn)移的過(guò)程-分子由濃度高的地方向濃度低的地方遷移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散既能以汽態(tài)發(fā)生 , 也能以非汽態(tài)發(fā)生。 非汽態(tài)擴(kuò)散可以發(fā)生于溶液中、汽-液或汽-固界面上。 影響農(nóng)藥在土壤中擴(kuò)散的主要因素：土壤水分含量（圖 4-4 所示）農(nóng)藥在土壤中的擴(kuò)散確實(shí)存在氣態(tài)和非氣態(tài)二種擴(kuò)散形式。 在水分含量為 4%-20% 之間氣態(tài)擴(kuò)散占 50% 以上 ; 當(dāng)水分含量超過(guò) 30% 以 上

32、, 主要為非氣態(tài)擴(kuò)散。在干燥土壤中沒(méi)有發(fā)生擴(kuò)散。擴(kuò)散隨水分含量增加而變化。在水分含量為 4% 時(shí) , 無(wú)論總擴(kuò)散或非氣態(tài)擴(kuò)散都是最大的 ; 在 4%以下 , 隨水分含量增大 , 二種擴(kuò)散都增大 ; 大于 4%, 總擴(kuò)散則隨水分含量增大而 減少 ; 非氣態(tài)擴(kuò)散 , 在 4%-16% 之間 , 隨水分含量增加而減少 ; 在 16% 以上 , 則隨水分含量增加而增大。 影響農(nóng)藥在土壤中擴(kuò)散的主要因素（2）(2) 吸附 : Lind- strom 等研究了除草劑 2,4-D 在九種土壤中的吸附系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果證明 , 由于土壤對(duì) 2,4-D 的化學(xué)吸附 , 使其有效擴(kuò)散系數(shù)降低了 , 并且兩者呈負(fù)

33、相關(guān)關(guān)系。林丹和 DDT蒸汽密度與與土壤表面積呈負(fù)相關(guān).(3) 土壤的緊實(shí)度 : 土壤緊實(shí)度是影響土壤孔隙率和界面特性的參數(shù)。增加土壤的緊實(shí)度的總影響是降低土壤對(duì)農(nóng)藥的擴(kuò)散系數(shù)。(4) 溫度 : 當(dāng)土壤的溫度增高時(shí) , 農(nóng)藥的蒸汽密度顯著增大。溫度增高的總效應(yīng)是擴(kuò)散系數(shù)增大。如林丹的表觀擴(kuò)散系數(shù)隨溫度增高而呈指數(shù)增大。(5) 氣流速度 : 氣流速度可直接或間接地影響農(nóng)藥的揮發(fā)。風(fēng)速、湍流和相對(duì)濕度在造成農(nóng)藥田間的揮發(fā)損失中起著重要的作用。 (6) 農(nóng)藥種類 : 不同農(nóng)藥的擴(kuò)散行為不同。樂(lè)果的擴(kuò)散隨土壤水分含量增加而迅速增大。乙拌磷在整個(gè)含水范圍內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)變化很小。 3.1.2 質(zhì)體流動(dòng)物質(zhì)的質(zhì)

34、體流動(dòng)是由水或土壤微粒或者兩者共同作用引起的物質(zhì)流動(dòng)。所以質(zhì)體流動(dòng)的發(fā)生是由于外力作用的結(jié)果。影響農(nóng)藥在土壤中的質(zhì)體流動(dòng)轉(zhuǎn)移的因素有（1）農(nóng)藥與土壤之間的吸附：吸附最強(qiáng)者移動(dòng)最困難 , 反之亦然。下列幾種農(nóng)藥在土壤中的移動(dòng)距離大小順序?yàn)?: 非草隆 滅草隆 敵草隆 草不隆 , 而它們的吸附系數(shù)大小順序則相反 , 草不隆 敵草隆 滅草隆 非草隆。（2）土壤有機(jī)質(zhì)含量增加 , 農(nóng)藥在土壤中滲透深度減小。（3）增加土壤中粘土礦物的含量 , 也可減少農(nóng)藥的滲透深度。（4）不同農(nóng)藥在土壤中通過(guò)質(zhì)體流動(dòng)轉(zhuǎn)移的深度不同。測(cè)定林丹和 DDT 在四種不同土壤中的質(zhì)體流動(dòng)轉(zhuǎn)移距離時(shí)發(fā)現(xiàn) ,DDT 只能在土壤中移動(dòng) 3cm, 而林丹則比 DDT