土壤环境化学4-3

一、影响重金属在土壤－植物 体系中迁移的因素
重金属在土壤—植物中的迁移转化机制非常
复杂，影响因素很多，主要有 土壤的理化性质 重金属的种类、浓度、在土壤中的存 在形态 植物的种类、生长发育期 复合污染 施肥
1、土壤的理化性质
• 土壤的理化性质主要通过影响重金属在土壤 中存在形态而影响重金属的生物有效性。土 壤的理化性质主要包括
物的根际土壤中，从而降低了As的生物有效性。
危险的稀土池 在广西平南县，距离教室最近的只有两米 地方可以看到一个个浸泡了化学物品的池子， 一个水泵正在抽水作业。 这些浸泡池里加工生产的正是稀土，风吹 过的时候可以清楚地闻到空气中有一股浓烈 的刺鼻的味道。
开采出来的稀土氧化物需要经过一些化学手 段进行分离，在稀土堆中导入硫酸铵水，经 过化学反应后再用管道引到沉淀池中，才能 得到最后的成品。 这种工艺极易污染环境，国务院2011年5月 坚决取缔
料、农作物和重金属种类的多样性以及重金属行
为的复杂性，施肥对土壤——农作物系统中重金 属迁移转化的影响机制十分复杂，结论也不尽相 同。
以施用磷肥为例，如磷酸根能与Cd形成共沉
淀而降低Cd的有效性，用磷肥可以抑制土壤Cd污
染。而对As，由于P和As是同族元素，二者之间存 在竞争吸附，施用磷肥能有效地促进土壤As的释放 和迁移，有利于As在土壤——植物系统中的迁移转 化；但正是二者之间的竞争吸附，As不易富集在植
我国稀土资源占世界稀土资源的80% 我国稀土资源分南北两大块。 ——北方：轻稀土资源，集中在包头白云鄂博特 等地，后来在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、 镨、钕和少量钐、铕、钆等元素； ——南方：中重稀土资源，分布在江西、广东、 广西、福建、湖南等省，以罕见的离子态赋存与 花岗岩风化壳层中，主要含钐、铕、钆、铽、镝、 钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。
广泛发现的超积累植物700余种，广泛分布于约 50种，但绝大多数属于镍超积累植物（329种）； 铜超积累植物37种，钴超积累植物30种，锌超积 累植物21种，硒超积累植物20种，铅超积累植物 17种，锰超积累植物13种，砷超积累植物5种。
作用：
4、复合污染
重金属复合污染的机制十分复杂,在复合污染状况下，影
生物有效性（又称有效态）。
3、植物的种类、生长发育期等
• 重金属进入土壤—植物系统后，除了物理化学
因素影响其相互迁移外，植物起着特殊的作用。
植物种类和生育期影响着重金属在土壤—农作
物系统中的迁移转化。植物种类不同，其对重 金属的富集规律不同；农作物生长发育期不同， 其对重金属的富集量也不同。
超积累植物
质与浓度的影响。元素的联合作用分为协同、竞争、加 和、屏蔽和独立等作用.
在土壤——植物系统中，重金属的复合效应使得重金 属的迁移转化十分复杂。受实验条件和所选择重金属 种类的差异，不同学者得出的结论也不同；重金属浓 度不同，复合效应亦不同。
5、施肥
施肥可以改变土壤的理化性质和重金属的存在
形态，并因此而影响重金属的迁移转化。由于肥
（1） pH（影响迁移）
（2）土壤质地（影响吸附）
（3）土壤的氧化还原电位 （影响形态） （4）土壤中有机质含量（影响吸附和形态）
A pH值
pH值的大小显著影响土壤中重金属的存在形态和土壤对重金
属的吸附量。由于土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤农作物系统中大都以阳离子的形式存在，因此，一般来说， 土壤pH越低，H+越多，重金属被解吸的越多，其活动性就越 强，从而加大了土壤中的重金属向生物体内迁移的数量。但
响重金属迁移转化的因素涉及到污染物因素（包括污染物
的种类、性质、浓度、比例和时序性）、环境因素（包括 光、温度、pH、氧化还原条件等）和生物种类、发育阶段 及所选择指标等。在其它条件相同，仅考虑污染物的情况 下，某一元素在植物体内的积累，除元素本身性质的影响
外，首先是环境中该元素的存在量，其次是共存元素的性
对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，情况正好相反。
如As，在土壤中砷主要是通过阴离子交换机制而被专性吸附， 当体系的pH值升高时，有利于砷的解吸。 pH值升高，土壤对重金属的吸附量增加。 如：
pH=4时，土壤中镉的溶出率超过50%，
当pH达到7.5时，镉就很难溶出； pH＞7.5时，94%以上的水溶态镉进入土壤中，这时的镉主要 以黏土矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。
更为严重的是，这个加工点就紧邻着当地的 主要河流——西江，废水一旦流入地下水， 或者是下雨涨水，废水漫入西江，对于河流 也不可避免会带来污染
“红水” 河北沧县张官屯乡小朱庄的一口水井，水竟然 是粉红色的。村民朱建勇在这里有一个养鸡场， 因为给鸡喝了这粉红色的水，几乎每天都有三 到十几只鸡死亡。朱健勇说，他认为鸡的死亡 和附近的建新化工厂有关。这个化工厂从1988 年建厂，2011年停产，在当地存在的时间长 达23年，期间一直在排放红色的污水，并散 发出一股酸臭味。
村民们说，小朱庄村总共有800多人，从1996 年以来得癌症的就有30人之多，其中24人已经 死亡。他们认为，如此高的癌症发病率和建新 化工厂的排污有很大关系。 沧县环保局局长邓连军说，红色的水不等于 不达标的水，比如放上一把红小豆，煮出来 的饭也可能是红色的。
小朱庄村养鸡场内井水苯胺为7.33毫克每升， 超出饮用水标准0.1毫克每升70多倍。 苯胺毒性较高，通过皮肤、呼吸道和消化道人 体，从而破坏血液造成贫血，损害肝脏，甚至 导致癌症死亡。至于水中是否还含有其它有害 物质，进入则需要进一步检测。
的As浓度，使As的迁移能力增强。对某些重金
属来说，在不同的氧化还原条件下，有不同的价 态，其化合物的溶解度和毒性显著不同。
D
土壤中有机质含量
土壤中有机质含量影响土壤颗粒对重金属的吸附能
力和重金属的存在形态，有机质含量较高的土壤对重金
属的吸附能力高于有机质含量低的土壤。对于有机质是
否影响重金属在土壤中的存在形态却有不同的观点。研 究表明，土壤中各种元素的含量都与有机质含量呈正相 关，但重金属各组分占全量的比例一般与有机质含量的 大小没有密切关系。如土壤剖面中，水溶性硒含量随剖 面深度的增加而迅速降低，与有机质变化趋势一致。
2、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态
• 重金属对植物的毒害程度，首先取决于土壤
中重金属的存在形态，其次才取决于该元素
的数量。而不同种类的重金属，由于其物理
化学行为和生物有效性的差异，在土壤和农 作物系统中迁移转化规律明显不同。
• 对重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研
究的结果为：Cd、As较易被植物吸收，Cu、 Mn、Se、Zn等次之，Co、Pb、Ni等难于 被吸收，Cr极难被吸收。研究春麦受重金 属污染状况后发现，Cd是强积累性元素，
中国凤尾蕨（蜈蚣草）
超积累植物应具备以下特点： 1.具有极强的抗毒害能力 2.能吸收重金属并向地上部传输， 具有极强的地上部富集能力。 3.对重金属的富集能力往往具有一定的选择性。
科学家对超积累植物进行定义：植物体内的重 金属浓度与土壤当中的比值。能富集100倍的， 对Cd是超积累植物，对Co来说是1000倍，对 不同的物质往往具有不同的定义，对Zn来说能 富集1万倍才算是超积累植物。
而Pb的迁移性则相对较弱；铬和铅是生物
不易积累的元素。
• 从总量上看，随着土壤中重金属含量的增加， 植物体内各部分的累积量也相应增加。而不同
形态的重金属在土壤中的转化能力不同，对植
物的生物有效性亦不同。重金属的存在形态， 可分为交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结 合态、有机结合态和残渣态。交换态的重金属 （包括溶解态的重金属）迁移能力最强，具有
在分离稀土的过程中，采一吨稀土氧化物要向 地下注入7吨硫酸铵，大量的硫酸铵长期滞留 在地下，会产生大量的废水、富含氨氮污染物 以及重金属镧、铈、镨等，会对周围的土壤和 地下水产生污染。在我国一些长期开采加工稀 土的地方，如江西的赣州等地都已经出现了庄 稼减产、河流污染、百姓染病等严重后果，据 初步测算需要七十年的时间来治理。而这家企 业用的是淘汰的落后工艺，没有环保技术员， 所谓的环保规范也停留在规程上，对于环境显 然也有着潜在的危害。
B
土壤质地
土壤质地影响着土壤颗粒对重金属的吸附。一
般来说，质地粘重的土壤对重金属的吸附力强，
降低了重金属的迁移转化能力。如小麦盆栽试验 结果表明，随着土壤质地的改变，砂壤→轻壤→ 中壤→重壤→粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性 减少。土壤粘性越重，吸收砷的能力越强，水稻
受害程度越轻。
C
土壤的氧化还原电位
各种的镧系元素叫做稀土元素， 通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为 轻稀土或铈组稀土； 把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为 重稀土或钇组稀土。
稀土有工业“黄金”之称。稀土用作许多重大武 器系统的关键材料，它也是很多高精尖产业所必 不可少原料，稀土是一组同时具有电、磁、光、 以及生物等多种特性的新型功能材料， 是信息技 术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建 设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业， 如农业、化工、建材等起着重要作用。
土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态，
从而影响重金属化学行为、迁移能力及对生物的
有效性。一般来说，在还原条件下，很多重金属 易产生难溶性的硫化物，而在氧化条件下，溶解
态和交换态含Fra Baidu bibliotek增加。
以Cd为例，CdS是难溶物质，但在氧化条件 下CdSO4的溶解度要大很多。但主要以阴离子状 态存在的砷的情况正好相反，对砷而言，在还原 条件下，一方面，As5+被还原为As3+，而亚砷酸 盐的溶解度大于砷酸盐，从而增加了土壤中溶解