重金属在土壤环境中的迁移转化

– 能大量富集几乎所有的重金属，并通过食物链 进入人体，参与生物体内的代谢过程。
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微生物对重金属的迁移转化的影响
• 某些微生物，如硫酸盐还原菌以及某些藻 类，能够产生多糖、脂多糖、糖蛋白等胞 外聚合物，其大量的阴离子基团，可与重 金属离子结合；
• 某些微生物产生的代谢产物，如柠檬酸、 草酸等是有效的重金属配位、螫合剂。
➢如，Cd可通过与微生物或它们的代谢产物配位 而被土壤固定。
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植物根系对重金属的迁移转化的影响
• 植物根系在重金属的胁迫下，可导致分泌 物的大量释放
– 可溶性分泌物，如有机酸、氨基酸、单糖等， 可通过螫合作用和还原作用，或通过改变根系 区域的pH值和氧化还原状况，增加重金属的溶 解性和移动性；
– 不溶性分泌物，如多糖、挥发性化合物，脱落 的细胞组织等则在抵御重金属的毒害作用中起 着重要的作用。
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
上迅速被土壤吸附固定，在土壤中难以再迁移。 • 土壤对Cr(Ⅵ)的吸附固定能力较低(8.5%～36.2%)
第二节 重金属在土壤—植物体系中 的迁移及其机制
• 土壤含有一定量的重金属元素（Cu、Zn、 Mo、Fe、Mn等） ，其中很多是作物生长 所需要的微量营养元素（酶催化剂）。
• 土壤重金属污染的概念
①进入土壤的重金属元素积累的浓度超过了作物 需要和可忍受程度，表现出受毒害的症状
②或作物生长虽未受害，但产品中某种重金属含 量超过标准，造成对人畜的危害
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土壤—植物系统重金属污染的特点
• 重金属污染，不但影响植物产量与品质， 而且也影响大气和水环境质量。
• 重金属可为生物所富集并通过食物链而最 终在人体内积累，危害人体健康。
• 重金属不能被土壤微生降解，可在土壤中 不断积累，具有隐蔽性、长期性和不可逆 性的特点。土壤一旦遭受重金属污染，就 难以彻底消除。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 4) 汞(Hg)
• 汞进入土壤后，95％以上能迅速被土壤吸附或固 定，因此汞也容易在表层累积。
• 植物能直接通过根系吸收汞，汞化合物可能是在 土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才被植物吸收。
• 植物吸收和积累汞的顺序：
– 挥发性高、溶解度大 的汞化合物容易被植物吸收。 – 氧化甲基汞>氯化乙基汞>氯化汞>氧化汞>硫化汞
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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：
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一、土壤-植物系统中重金属的迁移转化
1. 重金属在土壤中的迁移转化 1) 土壤胶体对重金属的吸附作用 2) 土壤中重金属的配合作用 3) 土壤中重金属的沉淀和溶解作用 4) 土壤中重金属的生物转化
2. 主要重金属离子在土壤中的迁移转化
镉(Cd)、钴(Co) 、铬(Cr) 、 砷(As) 、汞(Hg) 、铅(Pb)
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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。
• 汞在植物各部分的分布：根>茎、叶>籽粒。
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5) 铅(Pb)
• 土壤中铅主要以Pb(OH)2 、PbCO3和 P铅b含SO量4极固低体;形式存在，土壤溶液中可溶性
• Pb2+可置换黏土矿物上吸附的Ca2+，在土 壤中很少移动。
• 土壤的pH值增加，使铅的可溶性和移动性 降低，影响植物对铅的吸收。
– 在高氧化环境中，钒、铬呈高氧化态，形成可溶性钒 酸盐、铬酸盐等，具有强的迁移能力，
– 在高氧化环境中，铁、锰形成高价难溶性化合物沉淀， 迁移能力低，对作物的危害也轻。
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4) 土壤中重金属的生物转化
• 土壤生物（植物、微生物）对重金属的迁 移转化的影响机制
– 通过烷基化、去烷基化、氧化、还原、配位和 沉淀作用转化重金属，并影响它们的迁移能力 和生物有效性(详见第五、六章)。
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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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3) 砷(As)
• 植物吸收As的难易 水溶性砷>吸附性砷>难溶性砷。
• 环境的pH值、pE值对土壤中溶解态、吸附态和难 溶态砷的相对含量以及砷的迁移能力有很大影响。 一般pH值升高，可显著增加砷的溶解度。
• 水溶性砷和吸附性砷(总称为可溶性砷)，是可被 植物吸收利用的部分。
• 水稻含砷量分布顺序：稻根>茎叶>谷壳>糙米
• 腐殖质中的富里酸与重金属离子形成的螯合物，溶解度较 大，易于在土壤中迁移。
• 腐殖质中的腐殖酸与重金属形成的螯合物溶解度小，不易 在土壤中迁移。
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3)土壤中重金属的沉淀和溶解作用
• 重金属化合物的溶解度越高→迁移能力越强。 • pH值↑→重金属离子的溶解度↓→迁移能力↓
• 土壤的氧化还原状况影响重金属的存在形态，使 其溶解度发生变化，从而影响重金属在土壤中的 迁移和对植物的有效性。
• 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
• 不同植物种类或同种植物的不同植物的不同 植株从土壤中吸收转移重金属的能力不同。