重金属污染物在土壤中的传播特征
中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价
中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价一、本文概述《中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价》一文旨在全面解析中国农田土壤中重金属元素的分布特征,评估其污染状况,并探讨可能的环境影响。
重金属,如铅、汞、铬、砷等,因其对环境和生物的毒害作用,一直是环境科学研究的热点。
农田土壤作为农业生产的基础,其重金属含量不仅影响农作物的生长和品质,还直接关系到人类的食物安全和生态环境健康。
本文首先对中国农田土壤重金属的空间分布特征进行了详细分析,包括不同区域、不同土壤类型中重金属的含量及其变化趋势。
在此基础上,结合国内外相关标准和实际情况,对农田土壤重金属污染进行了评价,包括污染程度、污染范围、污染来源等方面的内容。
文章还探讨了重金属污染对农田生态系统、农产品质量以及人类健康可能产生的影响。
通过本文的研究,可以为我国农田土壤重金属污染防治提供科学依据,促进农业可持续发展和生态环境保护。
对于保障我国食品安全和人类健康也具有重要的现实意义。
二、文献综述重金属污染问题一直是全球环境保护领域关注的热点问题,尤其是在农田土壤污染方面,由于其直接关系到食品安全和人类健康,因此受到了广泛的研究和关注。
中国作为世界上人口最多、农业生产最发达的国家之一,农田土壤重金属污染问题尤为突出。
因此,近年来,中国学者针对农田土壤重金属污染问题进行了大量的研究,取得了一系列重要成果。
关于农田土壤重金属的空间分布特征,许多学者利用地理信息系统(GIS)和地统计学方法,对中国不同地区农田土壤重金属含量进行了详细的分析和描述。
这些研究表明,中国农田土壤重金属含量存在明显的地域性差异,其中南方地区由于工业化和城市化程度较高,农田土壤重金属污染较为严重。
农田土壤重金属的空间分布还受到土壤类型、土地利用方式、气候等多种因素的影响。
在农田土壤重金属污染评价方面,国内外学者已经建立了多种评价方法和指标体系。
其中,常用的评价方法包括单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、地质累积指数法等。
重金属对土壤的污染
重金属在土壤和植物体系中的迁移
重金属的土壤化学行为 : 1土壤氧化-还原条件与重金属的迁移转化 ; 2土壤酸碱度与重金属迁移转化; 3土壤胶体的吸附作用与重金属迁移转化 ;
4土壤中重金属的络合-螯合作用 、
5土壤微生物对重金属的固定和活化 、
6土壤根际的富集和降毒 (根际氧化还原屏障 形成 、根际pH屏障形成 、根系分泌物的络合 作用 )
附态镉等,不易迁移和为植物吸收。但两种在 一定条件下可相互转化。
在旱地土壤中多以碳酸镉、磷酸镉和氢氧化镉 形态存在,其中以碳酸镉为主,尤其在pH大 于7的石灰性土壤中明显。
淹水土壤,如水稻土则是另一情况,当土壤内 积水时,在水下形成还原环境,有机物不能完 全分解而产生硫化氢,当施用硫酸铵肥料时, 由于硫还原细菌的作用,也大量生成硫化氢。
随Eh降低,砷酸转化为亚砷酸,可促进砷的 可溶性,增加砷害。
Eh 氧化——还原电位。
砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎,进 一步是根系发育受阻,最后是植物根、茎、叶 全部枯死。
砷对人体危害很大,它能使红血球溶解,破坏 正常生理功能,甚至致癌等。
2土壤中重金属元素的迁移转化
镉的迁移转化 汞的迁移转化 砷的迁移转化
Cr3+主要存在于土壤与沉积物中,Cr6+主要 存在于水中,但易被Fe2+和有机物等还原。
植物吸收铬约95%留在根部。据研究,低浓 度的Cr6+能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量, 高浓度时则阻碍水分和营养向上部输送,并破 坏代谢作用。
铬对人体与动物也是有利有弊。人体中含铬过 低会产生食欲减退症状。但饮水中超标400 倍时,会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症 状。
第四章 第二三节_重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制_and_4.3_土壤中农药的迁移转化
• 另一降解途径是光解.
化学与材料科学系
p-p’DDT的光解
Cl
Cl
p,p’-DDT
Cl
Cl
Cl
吸收290-310nm的紫外光
Cl Cl
H Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
p,p’-DDE
p,p’-DDD
(ClC6H4)2C=O p,p’-二氯二苯基甲酮
深垂直分布递减,这是由于进入土壤的铜被表层 土壤的粘土矿物吸附,同时,表层土壤的有机质 与铜结合形成螯合物。 • 在植物各部分的积累分布:根>茎、叶>果实。
化学与材料科学系
铅-lead
• 来源:冶炼废水、废渣,汽车尾气 • 主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4存在,Ksp小 • 有效性受pH影响很大,土壤的pH增加,使铅
• 还可以通过形成跨根际的氧化还原电位梯度和 pH梯度等来抑制对重金属的吸收。
化学与材料科学系
2.重金属与植物的细胞壁结合
• 研究结果表明:细胞壁中的金属大部分以离子形 式存在或与细胞壁中的纤维素、木质素结合;
• 由于金属离子被局限的细胞壁上,而不能进入细 胞质影响细胞内的代谢活动,使植物对重金属表 现出耐性;
• 土壤背景值就是指在未受污染的情况下,天然土 壤中的金属元素的基线含量。
化学与材料科学系
重金属污染土壤的特点:
1.重金属不被土壤微生物降解,可在土壤中不 断积累,也可以为生物所富集,并通过食物链 在人体内积累,危害人体健康。 2.重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。
化学与材料科学系
重金属在土壤-植物系统的迁移
化学与材料科学系
重金属在土壤中的环境行为及影响因素
重金属在土壤中的环境行为及影响因素作者:罗乐来源:《经营管理者·下旬刊》2017年第10期摘要:重金属的开采、提炼等活动是环境重金属污染最主要的来源,一旦进入外环境并将长期存在且危害是长远的。
本文阐述了重金属在土壤中的环境行为,并分析了影响因素,对于土壤重金属形态的研究和环境风险的评估有重要的意义。
关键词:重金属土壤环境行为一、引言通常地,大多数的重金属元素是周期表中的副族元素,ρ>4.5g/cm3,如Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cr、Hg、Cd等,对人体伤害极大。
但针对环境领域所指的重金属而言,则是在环境中表现为具有显著生物毒性的重金属。
在自然环境中,具有可变价态的重金属元素往往又能与其他元素结合,表现出极为复杂的环境行为及环境效应。
当含有浓度很小重金属的废水进入水环境时,也有可能造成严重的水体重金属污染,如日本发生的水俣病和骨痛病等公害问题,均是由重金属污染所导致的。
此外,含有重金属的废水、废渣进入土壤环境,也会造成难易修复的土壤环境重金属污染,影响植物生长发育,最终通过食物链的富集作用进入人体,威胁人来健康。
因此,应严防重金属污染。
二、重金属在土壤中的环境行为重金属在土壤中的环境行为大致分为机械迁移、物理化学迁移及生物迁移,其主要表现有元素的溶解和悬浮运动、被植物根系吸收、伴随土壤中微生物的代谢。
1.机械迁移。
土壤中的重金属或络合离子能随地下水或地表水的运动迁移至水环境当中。
但土壤是一个多相的疏松多孔胶体体系,重金属往往会矿物颗粒包裹,或者被吸附在土壤胶体的表面上,伴随着土壤中的水流动而被机械搬运,尤其是在多雨潮湿地区的山坡土壤中,重金属的机械迁移更加明显;但在干旱少雨的土壤环境中,更多的是以尘土形式随风被机械搬运。
在自然环境中,富集作用是机械迁移的一种主要的形式,富集系数是用来表示重金属在土壤中的富集或亏损的程度。
2.物理化学迁移。
物理化学迁移是指重金属元素以简单的粒子、配合离子或可溶性分子在水环境中通过各种物理化学作用达到迁移转化的目的,其结果决定了重金属在环境中的形态、富集程度和潜在危害等级。
农田土壤重金属污染的特点和治理对策研究
ECOLOGY区域治理农田土壤重金属污染的特点和治理对策研究叶赛克1,万星玥2,解浩31.江苏智环科技有限公司;2.扬州美境环保科技有限责任公司;3.扬州市仪征生态环境局摘要:农田土壤重金属污染是影响我国农田生态环境的重要因素。
随着工业文明的快速发展,大量含有重金属物质的废气、废渣、废水被排放到农田环境中,使农田土壤受到铬、镉、铅等重金属的污染,如果含量超标将严重影响到农田作物的正常生产,危害人类的身体健康。
而明确污染来源及特点,提出相应的治理手段,能够切实有效地控制重金属污染对我国农田的影响,提高我国农业经济的发展效率。
关键词:农田土壤;重金属污染;治理对策中图分类号:[TE991.3] 文献标识码:A 文章编号:2096-4595(2020)22-0139-0001引言:农田土壤重金属污染主要指镉、铬、汞、铅等生物毒素显著的重金属物质及锌、镍、铜等污染物对土壤的污染,拥有较为显著的可逆性、长期性、隐蔽性等特征,能够严重危害农田作物的健康生长,制约农业经济的健康发展。
因此加强治理并控制农田重金属污染,对我国农业经济发展有重要的现实意义和价值。
然而要控制并治理农田污染,就必须明确农田重金属污染的基本来源。
一、农田重金属污染的基本来源首先是空气沉降,空气中所蕴含的重金属元素通常来源于建筑材料、冶金、能源生产过程中的粉尘和废气,通常以气溶胶的方式进入大气层,并在自然降水与沉降的过程中,渗透到农田土壤里。
在市场经济快速发展的过程中,汽车尾气成为土壤重金属污染的主要来源,通常以汽油燃烧中的Cu、Cr、Cd、Zn、Pb污染为主。
其次是固体废弃物。
在理论研究上,固体废弃物成分复杂、种类繁多,且不同废弃物的污染程度和危害方式也明显不同,其中工业废弃物和矿业废弃物的污染危害最大,通常在处理和堆放的过程中,通过水洗、雨淋、日晒的作用,使重金属物质以漏斗状或辐射状的形式向周围水体、土壤中移动、扩散。
最后是农药和化肥污染。
城市表层土壤重金属污染的空间分布特征分析
城市表层土壤重金属污染的空间分布特征分析摘要:分析了某城市城区表层土壤中的As、Cd 等8种重金属在生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区的含量水平,得出了不同区域重金属的污染程度;运用污染负荷指数法对影响土壤各重金属主要因子进行分析,确定不同区域重金属污染的主要特征;建立重金属污染物的传播模型,运用Kriging插值法对重金属含量进行最优无偏估计插值,对重金属污染的空间分布进行分析,揭示了城市表层土壤中重金属含量的空间分布特征。
关键词:城市城区;表层土壤;重金属污染;空间分布特征随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,大量工业“三废”、城市生活垃圾和污泥等污染物的排放与不恰当处置使重金属在土壤中不断积累,加重了土壤重金属的污染负荷,导致我国城市表层土壤的重金属污染日趋严重。
而城市土壤重金属污染是能有效反映城市环境污染状况的重要指标之一。
因此,对城市土壤环境异常的查证并应用查证数据开展城市环境质量评价、研究人类活动影响城市土壤环境的演变模式日益成为人们关注的焦点。
1 数据来源与研究方法以某城市城区为研究区,将其划分为间距1 km左右的网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土壤(0~10 cm土层)进行取样、编号,并用GPS 记录采样点的位置。
应用专门仪器测试分析,获得了每个样本所含的多种重金属元素的浓度数据。
另外,按照2 km的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样,将分析数据作为该城区表层土壤中重金属元素的背景值。
研究以2011年高教社杯全国大学生数学建模竞赛A题[1]所列的数据为数据来源,文献[1]列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区的信息、8种主要重金属元素在采样点处的浓度和8种主要重金属元素的背景值。
按照功能划分,现代城市整个城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等,分别记为1类区、2类区、3类区、4类区、5类区,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
城市表层土壤重金属污染分析
我们参赛选择的题号是(从 A/B/C/D 中选择一项填写) : 我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话) : 所属学校(请填写完整的全名) : 参赛队员 (打印并签名) :1. 2. 3. 中南大学 汪禹 盛曦 陈光 张佃中
A
20004112
指导教师或指导教师组负责人(打印并签名) :
日期: 2011 年
5.1 该城区重金属元素的空间分布特征 5.1.1 重金属元素的数据统计分析 为了更好的研究该城区的土壤状况,将所考察的城区划分为间距 1 公里左右 的网格子区域,按照每平方公里 1 个采样点对表层土(0~10 厘米深度)进行取 样、编号,并用 GPS 记录采样点的位置。应用专门仪器测试分析,获得了每个 样本所含的多种化学元素的浓度数据。另一方面,按照 2 公里的间距在那些远离 人群及工业活动的自然区取样, 将各种元素的平均值作为该城区表层土壤中元素 的背景值。现以附件 2 中的数据对该城区的重金属元素进行统计分析,结果见下 表:
重金属对土壤的危害及其防治
三重金属土壤治理的方法
比起大气、水污染,
土壤污染通常更难
以治理,同时治理
方法往往需要根据
不同的污染情况而
设计,并没有单一 的解决方案。
❖ 常见的重金属土壤治理 的方法包括化学法、生 物法、热力学方法等,
每种方法又包含不同的
技术,每种技术又可以
采用不同的施工方案实
施。
1
❖
定前的灰实染化
性业治等现土学
土壤重地方的 作物减产
二土壤重金属来源与分布
1,随着大气沉降进入土壤
大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和 建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外,重 金属基本上是以气溶胶的形态进入大气,经过自 然沉降和降水进人土壤。据报道,煤含Ce、Cr、 Pb、Hg、Ti等金属,石油中含有相当量的 Hg(O.02~30mg/kg),这类燃料在燃烧时,部分 悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气,其中 1O%~30%沉降在距排放源十几公里的范围内, 据估计全世界每年约有1600吨的汞是通过煤和其 它石化燃料燃烧而排放到大气中去的。例如;比 利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量就有 Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750g。 运输, 特别是汽车运输对大气和土壤造成严重污染。主 要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染为主
4, 随污水进入土壤
利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术,主要是把污水 作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污 水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活 污水中重金属含量很少,但是,由于我国工业迅速发展,工 矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放, 从而造成污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐 年增加。 随着污水灌溉而进入土壤的重金属,以不同的方 式被土壤截留固定。95%的Hg被土壤矿质胶体和有机质迅速 吸附,一般累积在土壤表层,自上而下递减。
模块一 重金属在土壤中的迁移转化规律
模块一 污染物的迁移转化规律
砷的迁移转化
含砷废水
土壤表层:大部分以难容性化合物存在 微气在 生条土 物件壤 下嫌 , 二甲基砷
难溶性As2S3 累积在土壤的表层 生物体内
砷结合的有机基团越多,其毒性越小。无机砷毒性最大,甲 基砷、二甲基砷毒性较弱,而砷甜菜碱、砷胆碱几乎无毒性。
模块一 污染物的迁移转化规律
模块一 污染物的迁移转化规律
(二)重金属在土壤中迁移转化
1.镉 土壤环境中的存在形态:
水溶性镉:Cd2+、CdCl+、CdSO4, CdHCO3+.
非水溶性镉: CdS(水田)、CdCO3(旱地)及胶体吸附 态镉 注意:土壤对镉的吸附能力很强,土壤中呈吸附交换态的镉所 占比例较大。土壤胶体吸附的镉一般随pH值的下降其溶出率 增加,当pH= 4时,溶出率超过50%,而当pH= 7.5时,交换吸附态的 镉则很难被溶出。
3.铬
铬在土壤中的存在形式: 两种三价铬离子Cr3+和CrO2-,两种六价铬阴 离子Cr2O72-和CrO42-. 大部分以Cr(OH)3形式存在。Cr(OH)3的溶 解性较小,是铬最稳定的存在形式,而水溶性六 价铬的含量一般较低。
模块一 污染物的迁移转化规律
铬的迁移转化
含铬废水 土壤表层:以Cr(OH)3等难容性化合物 存在,小量以可溶性六价铬存在
腐 殖 质
Cr6+还原成Cr3+ 累积在土壤的表层 生物体内
模块一 污染物的迁移转化规律
4.砷
砷是类金属元素,但是我们通常把它当作重金
属(从环境污染效应来看)来研究。
在土壤中的存在形态:以正三价和正五价存
在于土壤环境中.其存在形式可分为水溶性砷、吸附
重金属在土壤一植物体系中的迁移及其机制
重金属在土壤一植物体系中的迁移及其机制(1)土壤一植物体系土壤‘植物体系具有转化储存太阳能为生物化学能的功能,一而微量重金属是土壤中植物生长酶的催化剂;微量重金属又是一个强的“活过滤器”,当有机体密度高时,生命活力旺盛,可以经过化学降解和生物代谢过程分解许多污染物;一微量重金属可以促进土壤中许多物质的生物化学转化,但土壤受重金属污染负荷超过它所承受的容量时,生物产量会受到影响。
因此,土壤一植物系统通过一系列物理化学或生物代谢过程对污染物举行吸附、交换、沉淀或降解作用,使污染物分解或去毒,从而净化和庇护了环境。
(2)污染物由土壤向植物体系中的迁移土壤中污染物通过植物根系根毛细胞的作用堆积于植物的茎、叶和果实部分。
迁移方式:污染物由土壤通过植物体生物膜的方式迁移,可分为被动转移和主动转移两类。
(3)影响重金属在土壤一植物体系中转移的因素①植物种类、生长发育期。
②土壤的酸碱性和腐殖质的含量。
如在冲积土壤、腐殖质火山灰土壤中加入Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等元素后,观看对水稻生长的影响:Cd造成水稻严峻的生育障碍;Pb几乎无影响。
在冲积土壤中,其障碍大小挨次为Cd Zn Cu Hg Pb;在腐殖质火山灰土壤中则为Cd Hg Zn Cu Pb。
③土壤的理化性质。
a.土壤质地; b.土壤中有机质含量; c.pH普通来说,土壤pH越低,土壤中的重金属向生物体内迁移的数量越大; d.土壤的氧化还原电位土壤Eh值的变幻可以挺直影响到重金属元素的价态变幻,并可导致其化合物溶解性的变幻。
④重金属的种类、浓度及存在形态。
如CdSO4、Cd3(PO4)2和CdS三种不同形态的福在土壤中,试验发觉对水稻生长的抑制与镐的榕解度有关。
⑤重金属在植物体内的迁移能力。
(4)典型重金属在土壤的堆积和迁移转化①镉(Cd)镉对生物体和人体是非必须的元素,它在生物圈的存在,经常给生物体带来有害的效应,是一种污染元素。
a.来源地壳中福平均量为0.15mg/kg,未污染土壤中Cd主要来源于其成土母质,我国土壤的背景值为0.017~0.33mg/kg,受污染土壤中Cd主要来源于冶炼厂、电镀厂、涂料第1页共3页。
土壤重金属污染的特点及影响
土壤重金属污染的特点及影响摘要:土壤是是构成生态系统的基本环境要素,是人类赖以生存的物质基础,也是经济社会发展不可或缺的重要资源。
由于人类一些不合理经济活动的影响,大量重金属元素进入土壤环境使得土壤环境质量及其安全性能日益下降,直接威胁农产品质量安全,进而危害群众健康。
因此,加强土壤中重金属污染的防治意义重大。
关键词:土壤;重金属;污染;0引言土壤是我们赖以生存的环境,它对于我们有着极其重大的意义,通常来说它的污染具有四个特性分别为:不可逆性、长期性、隐蔽性和滞后性,其污染物又不易在生物物质循环和能量交换中得到分解[1],当有毒物质的积累超出土壤的承受能力或环境条件发生变化时,有毒物质可能会突然活化,导致严重的环境危害,因而有“化学定时炸弹”的说法[2]。
正是土壤的特殊性和其不可替代的重要性,近些年国内外都十分重视土壤的污染问题,其中重金属污染又可以说是土壤污染里危害最大的一部分。
以我国为例,据相关研究估计,全国仅重金属污染的耕地面积就达2000万hm2,约占耕地总面积的 1/5[3],每年因土壤污染而减产粮食1000 万吨;另外还有1200万吨粮食受污染而重金属超标,二者的直接经济损失达 200 多亿元[4]。
目前,我国土壤污染具有三大总体趋势:从轻污染向重污染发展、从单一型污染向复合型污染发展、从局部污染向区域污染发展。
1土壤重金属污染简介随着城市的发展,污染废水(主要来源于金属采矿、冶炼、电解、电镀等工业)将其中含有的大量重金属污染物质带入到城市土壤环境中,这也直接导致城市土壤原有功能退化甚至丧失。
这些重金属在土壤中累积的直接影响虽然在短时间内没有办法得到体现,但是重金属元素通过大气、水体或食物链等方式直接或间接地在人体内富集,它最终还是会威胁到了人类的健康。
2土壤重金属的影响(1)对土壤生态结构和功能稳定性的影响。
大多数重金属在土壤中相对稳定,但是大量的重金属进入土壤后,由于重金属本身无法在生物物质循环和能量交换过程中得到分解,因而难以从土壤中迁出。
土壤重金属污染特征与状况调查分析
土壤重金属污染特征与状况调查分析目录一、内容概述 (3)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状概述 (4)二、土壤重金属污染特征分析 (5)1. 重金属元素种类分布 (7)1.1 主要重金属元素含量水平 (9)1.2 重金属元素间相关性分析 (9)2. 重金属污染程度评价 (11)2.1 土壤污染指数计算与划分 (12)2.2 污染等级划分标准 (13)3. 重金属污染空间分布规律 (13)3.1 空间分布图示方法 (15)3.2 空间分布影响因素分析 (16)三、土壤重金属污染状况调查 (16)1. 调查区域选择与布点方案 (17)2. 样品采集与处理方法 (18)3. 数据获取与质量控制 (19)3.1 数据来源渠道与筛选 (20)3.2 数据质量评估方法 (21)四、土壤重金属污染成因分析 (22)1. 自然因素影响 (22)1.1 地理环境特征 (24)1.2 气候条件变化 (24)2. 人为因素影响 (26)2.1 工业污染源排放 (27)2.2 农业活动投入 (28)2.3 生活污水排放 (29)五、土壤重金属污染治理与修复建议 (30)1. 治理与修复目标与原则 (31)2. 治理与修复技术选择 (32)2.1 物理修复技术 (33)2.2 化学修复技术 (35)2.3 生物修复技术 (37)3. 治理与修复效果评估方法 (38)六、结论与展望 (39)1. 研究成果总结 (40)2. 存在问题与不足 (41)3. 后续研究方向与展望 (42)一、内容概述土壤重金属污染是指由于人类活动导致土壤中重金属元素含量超过其自然背景值,进而对生态环境和人体健康产生不利影响的现象。
随着工业化和城市化的快速发展,土壤重金属污染问题日益凸显,已成为全球性的环境难题。
本次调查分析旨在全面掌握某地区土壤重金属污染的特征与状况,为政府制定科学合理的防治措施提供决策依据。
研究内容包括但不限于:土壤样品的采集与测试,重金属元素的含量与分布规律,污染源的调查与分析,以及污染程度与生态风险评价等。
重金属在土壤环境中的迁移转化讲解学习
1)土壤胶体对重金属的吸附作用
• 同一类型的土壤胶体对阳离子的吸附
– 阳离子的价态越高,越易被土壤胶体所吸附; – 具有相同价态的阳离子,离子半径越大,越易
被土壤胶体所吸附。
• 土壤中胶体性质对重金属的吸附影响
– 如对Cu2+的吸附顺序为: 氧化锰>有机质>氧化铁>伊利石>蒙脱石>高岭石
• pH值上升,金属离子的吸附量增加。
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2)土壤中重金属的配合作用
• 重金属可与土壤中的无机和有机配位体发生配合作用,影 响着土壤中重金属离子的迁移活性。
• 无机配位体(OH-、Cl-)与重金属的配合作用,可提高难溶重 金属化合物的溶解度,同时,减弱土壤胶体对重金属的吸 附,促进重金属在土壤中的迁移转化。
– 如在土壤表层的土壤溶液中,汞主要以Hg(OH)2和HgCl20形态存在, 而在氯离子浓度高的盐碱土中,则以HgCl5-形态为主。
• 大气中的铅一部分经雨水淋洗进入土壤, 一部分落在叶面上,可通过张开的气孔进 人叶内。
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二、影响重金属在土壤-植物体系中迁移的因素
1)植物种类与生长发育期从土壤中吸收转移重金属的能力不同。
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2. 主要重金属离子在土壤中的迁移转化
1) 镉(Cd)
• 镉一般在土壤表层0~15cm处累积,而15 cm以下含量显著减少。
• 在土壤中,镉主要以CdCO3、Cd3(PO4)2及 Cd(OH)2的形态存在,其中以CdCO3为主。
• 土壤对镉的吸附率在80%~95%之间。 • 镉在植物各部分的分布:
根>叶>枝的秆皮>花、果、籽粒。
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2) 铬(Cr)
• 铬是动物和人必需的元素,但高浓度时对植物有害。 • 土壤中三价铬和六价铬之间能够相互转化。 • 土壤中铬主要以Cr(Ⅲ)存在,进人土壤后,90%以
重金属污染
土壤重金属污染是指由于人类活动,致使土壤中的重金属(密度大于5g/m3)含量过高,并造成生态环境质量恶化的现象。
随着城市化、工业化的发展,化肥与农药的大量施用、矿床的不断开采,工业“三废”、生活污水和汽车尾气的大量排放等,环境问题开始显现,造成了不同程度的污染。
而重金属污染是其中危害极大的一类,常见的对土壤造成污染的重金属包括锌、铜、铬、镍、铅、镉、汞等元素,它们不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低,还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水,恶化水文环境,并通过直接接触、食物链等途径进入人体,最终危害人体健康。
据不完全调查,目前全国受污染的耕地约1000万hm2,污水灌溉污染耕地216.7万hm2,固体废弃物堆存占地和毁田13.3万hm2,三项合计约占全国耕地总面积的1/10以上。
耕地污染已经对我国经济社会造成巨大的危害,全国每年被重金属污染的粮食达1200万t,造成的直接经济损失超过200亿元。
在此背景下,土壤的污染越来越受到人们的关注,这已成为全球关注的重大问题,并日益成为环境、土壤科学家们研究的热点问题。
1﹑土壤中重金属危害的特点土壤是人类赖以生存的物质基础,是生态系统的重要组成部分,同时土壤也是食物链的一个重要环节,与人的健康息息相关。
重金属是一类具有潜在危害的重要污染物,由于其在土壤植物系统中产生污染的过程具有普遍性、隐蔽性、长期性、不可逆性和迁移转化的特点。
随着人们生活水平的提高和环境意识的增强,环境问题越来越受到关注。
如土壤中汞污染会导致水俣病的发生,糙米中含镉量超标会引起“骨痛病”的产生。
2﹑植物修复技术2.1植物修复技术的概念植物修复技术是指利用植物吸收、分解、挥发或固定土壤中的重金属,降低重金属在土壤中的含量和有效态含量,从而降低其对生物的危害。
其实质是将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上,而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的忍耐和超量积累能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后可将重金属移出土体,以达到治理污染与恢复生态的目的。
国赛A题《城市表层土壤重金属污染分析》
A题城市表层土壤重金属污染分析随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加,人类活动对城市环境质量的影响日显突出。
对城市土壤地质环境异常的查证,以及如何应用查证获得的海量数据资料开展城市环境质量评价,研究人类活动影响下城市地质环境的演变模式,日益成为人们关注的焦点。
按照功能划分,城区一般可分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区等,分别记为1类区、2类区、……、5类区,不同的区域环境受人类活动影响的程度不同。
现对某城市城区土壤地质环境进行调查。
为此,将所考察的城区划分为间距1公里左右的网格子区域,按照每平方公里1个采样点对表层土(0~10 厘米深度)进行取样、编号,并用GPS记录采样点的位置。
应用专门仪器测试分析,获得了每个样本所含的多种化学元素的浓度数据。
另一方面,按照2公里的间距在那些远离人群及工业活动的自然区取样,将其作为该城区表层土壤中元素的背景值。
附件1列出了采样点的位置、海拔高度及其所属功能区等信息,附件2列出了8种主要重金属元素在采样点处的浓度,附件3列出了8种主要重金属元素的背景值。
现要求你们通过数学建模来完成以下任务:(1)给出8种主要重金属元素在该城区的空间分布,并分析该城区内不同区域重金属的污染程度。
(2)通过数据分析,说明重金属污染的主要原因。
(3)分析重金属污染物的传播特征,由此建立模型,确定污染源的位置。
(4)分析你所建立模型的优缺点,为更好地研究城市地质环境的演变模式,还应收集什么信息?有了这些信息,如何建立模型解决问题?城市表层土壤重金属污染分析摘要本文主要研究重金属对城市表层土壤污染的问题,我们根据题目所给定的一些数据和信息分析并建立了扩散传播模型、自然沉降模型、对比模型和转换模型解决问题。
针对重金属的空间分布问题,先拟出该城区地势图,根据所给数据绘出该地区的三维地势及采样点在其上的空间分布图。
再利用MATLAB 散乱插值法得到8种重金属元素的空间分布。
其次,通过单因子污染指数法和内梅罗综合指数法两种方法,得出城区内不同区域重金属的污染程度:工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。
2011全国大学生数学建模竞赛A题一等奖论文
城市表层土壤重金属污染分析摘要本文通过对城市表层土壤受重金属污染的过程、实际情况和相关数据的分析, 运用多种数学模型对问题进行求解。
在求解第1问时运用Matlab 软件编程绘出二维等高线图,建立图形模型。
直观地给出了各金属元素的空间分布,见正文第6页图1。
根据内梅罗污染指数模型:2p 最大平均+=p p对数据整合依次得到各功能区的指数值(见正文第8页),再与背景值的指数值作比较得到生活区、工业区和交通区的污染程度较大,山区和公园绿地区的污染程度较小的结论,同时在第一问的基础下,生成了有关各元素浓度与功能区之间的统计直方图,建立统计模型,通过分析找到了重金属污染的主要原因为:工业污染、交通污染和居民生活污染。
污染程度较大的几种元素是:Cr 、Cu 、Pb 和Zn 。
求解第三问时,将重金属在土壤中的传播等效为一种物质的紊流扩散,建立了菲克扩散模型:c m z y x F z cy c x c D w c z v c z v c y v c x t c +∂∂+∂∂+∂∂=⋅∂∂-⋅∂∂+⋅∂∂+⋅∂∂+∂∂)()()()()(222222 通过逐步降维和高斯分布得到反应传播特征函数:Exvy E z w evExh Qy x c 452002),(--=π根据分布曲线特征并结合图1找到了污染比较严重的几种元素污染源的位置为: Cr (3000,6000),Cu (2700,3500),Pb (2300,3500), Zn (3000,6000)、Zn (9500,4500)、Zn (13500,9500)。
由于建立的菲克扩散模型时忽略了很多外在因素,为了更好地研究城市地质环境的演变模式,还应收集诸如当地的自然环境(降雨量,温度等),地质情况,自然危害(地震,泥石流等),人类活动因素的叠加,包括对资源的开发,人类对环境的破坏以及保护等信息。
而对流-弥散方程模型对扩散问题的研究是一个考虑了多方面因素逐步精确化的模型,所以在第四问中我们选择了建立对流-弥散方程模型:)),,(),,(()),,(),,((),,(2222yt y x C x t y x C D y t y x C x t y x C v t t y x C ∂∂+∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂αα 得到以下结论:空间相关性体现于:同一时刻空间上其他点对某一点的浓度都有影响,这种非局域性是的扩散过程加快,即随着空间分数阶阶数γ的减小,溶质扩散速度越快。
我国农田土壤重金属污染来源及特点
我国农田土壤重金属污染来源及特点周雯婧*贺惠(湖南工学院安全与环境工程学院湖南·衡阳421002)中图分类号:X53文献标识码:A文章编号:1672-7894(2013)12-0102-02摘要近年来,我国重金属污染日趋严重引起了人们广泛关注。
本文概括了我国农田土壤重金属污染来源及特点,为我国农田重金属污染防治提供依据。
关键词重金属污染农田土壤来源特点The Sources and Characteristics of Heavy Metals Con原tamination of Farmland Soils in China//Zhou Wenjing*,He HuiAbstract Increased heavy metal contamination in China has at-tracted great attention in recent years.This review introduces the sources and characteristics of heavy metals contamination of farmland soils in China,which may provide light for the control of heavy metals contamination in farmland soils.Key words heavy metal contamination;farmland soils;sources; characteristics随着工农业生产的发展和人口剧增,土壤不断受到重金属的污染,土壤重金属污染已成为世界性的重大环境问题。
据估计,全球每年释放到环境中的有毒重金属高达数百万吨[1]。
农田土壤生态安全与农业可持续发展是环境科学研究的重要内容之一。
土壤污染是造成农产品安全问题的源头,农田土壤环境质量的不断恶化,必将严重影响到我国农田生态系统的生物多样性、食品安全、人体健康和经济、社会的可持续发展[2]。
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重金属污染物在土壤中的传播特征重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。
砷、硒是非金属,但是它的毒性及某些性质与重金属相似,所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。
环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷,还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。
随着全球经济化的迅速发展,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。
土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降,并可通过食物链危害人类的健康,也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。
因此引起世界各国的广泛重视。
目前,世界各国土壤存在不同程度的重金属污染,全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni 为100万t[1]。
中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染,如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地;。
南方相对较轻,如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。
土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。
从中国土壤资源状况看,到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2,而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等,土壤资源将进一步减少。
因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染,改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。
本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手,提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。
旨在保护环境,提高土壤的环境质量。
1 土壤中重金属污染物来源与分布土壤中重金属的来源是多途径的,首先是成土母质本身含有重金属,不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。
此外,人类工农业生产活动,也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。
1.1 大气中重金属沉降大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。
它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。
大气中的大多数重金属是经自然沉降[2]和雨淋沉降进入土壤的。
如瑞典中部Falun市区的铅污染[3],它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物,由于风的输送,这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。
南京某生产铬的重工业厂[4]铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍,污染以车间烟囱为中心,范围达1.5 km2,污染范围最大延伸下限1.38 km。
俄罗斯的一个硫酸生产厂[5]也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。
公路、铁路两侧土壤中的重金属污染,主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。
它们来自于含铅汽油的燃烧,汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。
它们成条带状分布,以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱;随着时间的推移,公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。
在宁—杭公路南京段[6]两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染晕带,且沿公路延长方向分布,自公路向两侧污染强度减弱。
在宁—连一级公路淮阴段[7]两侧的土壤铅含量增高,向两侧含量逐渐降低,且在地表0~30 cm铅的含量较高。
在法国索洛涅地区A71号高速公路[8]沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd,其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2~8倍,而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7~26倍。
在斯洛文尼亚[9]从居波加到扎各瑞波公路两侧,铅除了分布在公路两侧以外,还受阶地地貌和盛行风的影响,高铅出现在低地,公路顺风一侧铅含量较高。
经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染,主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心,向四周及两侧扩散;由城市—郊区—农区,随距城市的距离加大而降低,特别是城市的郊区污染较为严重。
此外,还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关;重工业越发达,污染相对就越严重。
此外,大气汞的干湿沉降[10~12]也可以引起土壤中汞的含量增高。
大气汞通过干湿沉降进入土壤后,被土壤中的粘土矿物和有机物的吸附或固定,富集于土壤表层,或为植物吸收而转入土壤,造成土壤汞的浓度的升高。
1.2 农药、化肥和塑料薄膜使用施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥,都可以导致土壤中重金属的污染。
一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb,磷肥次之,,氮肥和钾肥含量较低,但氮肥中铅含量较高,其中As和Cd污染严重[13]。
经过对上海地区菜园土地、粮棉地的研究[14],施肥后,Cd的含量从0.134 mg/kg 升到0.316 mg/kg,Hg的含量从0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg,Cu、Zn 增长2/3。
通过新西兰[15]50 a前和现今同一地点58个土样分析,自施用磷肥后,镉从0.39 mg/kg升至0.85 mg/kg。
在阿根廷[16]由于传统无机磷肥的施入,进而导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。
农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb,在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。
1.3 污水灌溉污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。
城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。
由于城市工业化的迅速发展,大量的工业废水涌入河道,使城市污水中含有的许多重金属离子,随着污水灌溉而进入土壤。
在分布上,往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重,远离污染源头和城市工业区,土壤几乎不污染[17]。
近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分,中国自60年代至今,污灌面积迅速扩大,以北方旱作地区污灌最为普遍,约占全国污灌面积的90%以上。
南方地区的污灌面积仅占6%,其余在西北和青藏[18]。
污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。
淮阳污灌区自污灌以来,金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高,1995~1997年已超过警戒级[19]。
太原污灌区的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其当地背景值,且积累量逐年增高[20]。
1.4 污泥施肥污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素,但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田,使农田中的重金属的含量在不断增高。
污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加,且污泥施用越多,污染就越严重,Cd、、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染;Cd、Hg可引起小麦、玉米的污染;污泥增加,青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加[21]。
Anthony[22]研究表明,用城市污水、污泥改良土壤,重金属Hg、Cd、Pb等的含量也明显增加。
1.5 含重金属废弃物堆积含重金属废弃物种类繁多,不同种类其危害方式和污染程度都不一样。
污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。
通过对武汉市垃圾堆放场[23]、杭州某铬渣堆存区[24]、城市生活垃圾场[25]及车辆废弃场[26]附近土壤中的重金属污染的研究,这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值,重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响,且随距离的加大重金属的含量而降低。
由于废弃物种类不同,各重金属污染程度也不尽相同,如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染,Zn 为中度污染,Cr、Cu为轻度污染。
1.6 金属矿山酸性废水污染金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等,可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水,随着矿山排水和降雨使之带入水环境(如河流等)或直接进入土壤,都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。
1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t,Cd为88 t,As为173 t,Pb为226 t[27]。
矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游,在河流中不同河段的重金属污染往往受污染源(矿山)控制,河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金属元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复,金属化学污染强度逐渐降低。
江西乐安江沽口—中洲[28]由于遭受德兴铜矿的污染,水体及土壤中的重金属Cu、Pb、Zn、Cr含量增高,至鄱阳湖段重金属含量逐渐降低。
美国科罗拉多州罗拉多流域[29]受采矿的影响,重金属元素Cd、Zn、Pb、As的浓度,以污染源为最高,之后随着与污染源距离延长而逐渐降低。
莱安河[30]重金属污染,来自一个大型铜矿,导致重金属浓度远远超过当地背景值。
流域重金属污染随季节变化而异,枯水期重金属的含量明显高于丰水期[31]。
河流流速减缓可以导致该流段重金属含量增加[32]。
同一区域土壤中重金属污染物的来源途径可以是单一的,也可以是多途径的。
胡永定[33]通过研究徐州荆马河区域土壤重金属污染的成因中指出:Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的,As是由农灌引起的,Cd是由农灌和垃圾施用引起的,Hg是各种途径都具备。
王文祥[34]通过对山东省耕地重金属元素污染状况的研究说明,工业快速发展地区铅高于农业环境,铅与距公路远近有关。
乡镇企业技术、设备落后,原材料利用率低,造成其周边土壤重金属污染相当严重。
据贵州1986年的统计,全省乡镇排放汞14.7万kg,土壤中有的地方达56.64 mg/kg,超过未污染土壤的84.5倍。
要引起高度重视。
总的来说:工业化程度越高的地区污染越严重,市区高于远郊和农村,地表高于地下,污染区污染时间越长重金属积累就越多,以大气传播媒介土壤重金属污染土壤的具有很强的叠加性,熟化程度越高重金属含量越高。
2 土壤中重金属污染物现行治理方法关于土壤重金属污染物的研究,国外始于20世纪60~70年代,如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属较深入,尤其澳大利亚。
我国在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究,如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分异规律和分区等。
当前,世界各国很重视对重金属污染治理方法研究,并开展广泛的研究工作[35~39]。
总的来说,目前大致有以下四种治理措施:2.1 工程治理方法工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。
主要有:客土是在污染的土壤上加入未污染的新土;换土是将以污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的表土翻至下层;去表土是将污染的表土移去等。
如日本富士县神通川流域的痛痛病发源地,就是由于长期食用含镉的稻米而引发的,他们通过研究,去表土15 cm,并压实心土,在连续淹水的条件下,稻米中镉的含量小于0.4 mg/kg;去表土后再客土20 cm,间歇灌溉稻米中镉的含量也不超标,客土超过30 cm,其效果更佳。
此外淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤;热处理法是将污染土壤加热,使土壤中的挥发性污染物(Hg)挥发并收集起来进行回收或处理;电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。