第三章重金属污染及其生态效应复习过程

三、五种重金属在土壤中的迁移转化及其生物 效应
1.镉
▪ 来源：土壤中镉污染主要来自矿山、冶炼、污灌
及污泥的施用。镉还可伴随磷矿渣和过磷酸钙的 使用而进入土壤。在风力作用下，工业废气中镉 扩散并沉降至土壤中。交通繁忙的路边土壤常发 现有镉污染。
Hale Waihona Puke Baidu
▪ 迁移转化：土壤中的镉可被胶体吸附。被吸附
的镉一般在0～15 cm的土壤表层累积，15 cm以下 含量显著减少。大多数土壤对镉的吸附率在80%～ 90%。土壤对镉的吸附同pH值呈正相关；被吸附的 镉可被水所溶出而迁移，pH越低，镉的溶出率越 大。如pH 4时，镉的溶出率超过50%；pH 7.5时， 镉很难溶出。 水稻田在淹水条件下，形成了还原性环境，镉主 要以CdS形式存在，抑制了Cd2+的迁移，难以被植 物所吸收。当排水时造成氧化淋溶环境，S2-氧化 或物化物S吸；所O收如吸42-。 收C，d土 。2引+和壤 因起P中此pOH4，P降3-O形土4低3-成壤等，难的离镉溶镉子溶C污均解d3染能在(P，影土O4)可响壤2，施镉中不用的，易石迁易被灰移被植和转植 磷肥，调节土壤pH至5.0以上，以抑制镉害。
▪ （2）添加堆肥污泥后耕作层土壤中Cu的形态百分
含量也发生了变化，但仍然以残渣态为主，占50% 以上；易被植物利用的酸溶/可交换态和可还原态 Cu有了明显的增加，且越靠近污泥的土层增幅越 大。
▪ （3）与去离子水相比，酸雨作用会促使污泥中
Cu离子淋溶强度的增加,并能促使土壤中易迁移态 Cu的百分含量有所增加，在一定程度上增强了Cu 污染土壤及地下水的风险。因此在进行堆肥污泥 对土地利用后Cu的迁移性风险评价时,不仅要考虑 土壤的性质,还应充分考虑外界条件变化所引起的 土壤中Cu性质的改变。
▪ （4）通过淋溶可以发现，污泥中Cu的释放分为
两个阶段：前期稳定性较差的酸溶/可交换态易随 淋溶液进入土壤中，后期可还原态、可氧化态甚 至残渣态Cu开始缓慢的释放出来，并在土壤中进 行迁移转化的过程。
▪ （5）通过长期的淋溶实验可以看出，只有很小部
分的Cu随淋溶液淋出，且随淋溶时间的延长，淋 出液中Cu的含量有逐渐降低且趋于平缓的趋势。 淋出液中Cu的含量＜0.08mg/l，远低于地下水Ⅲ 类标准及生活饮用水卫生标准中Cu的限制指标 （1.0mg/l），因此污泥农用后Cu对地下水的污染 风险较小。
(a)通过挥发作用进入大气 (b)受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用，重金属进入地
表水和地下水，影响水生生物 。
(c)植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进入人体。
▪ 影响土壤中重金属活性（或生态效应）的因素：
存在形态 土壤胶体的吸附：有机、无机配合物 土壤酸碱度 微生物作用：形成金属有机化合物
体对重金属离子有强烈的吸附作用等，使 其不易迁移。因此，土壤一旦遭受重金属 污染，就很难予以彻底消除。土壤是重金 属污染的"汇"，故应积极防治土壤的重金 属污染。
论文举例：污泥土地利用中重金属的环境效应研究
▪ 耕作层（0～30cm）土壤中残渣态的Cu明显多于
其他形态的Cu，约占总量的80%，各形态的Cu 含量大小顺序为残渣态>可氧化态>可还原态>酸 溶/可交换态。
来源：天然、人为（大气沉降、污灌、 采矿和冶炼、农药和化肥）
▪ 土壤重金属污染的危害主要表现在以下几个方面：
(1)影响植物生长。 (2)影响土壤生物群的变化及物质的转化。 重金属离子对微生物的毒性顺序为：Hg＞Cd ＞Cr＞Pb＞Co＞Cu，其中Hg2+、Ag+对微 生物的毒性最强。
(3)影响人体健康
不同部位对Cu的吸收有所差异。Cu在小白菜中 的富集为根部大于茎叶，这可能与根系和Cu离子
直接接触有关。由此可见，在利用污泥堆肥时最 好避开利用根部的植物。
▪ （1）通过短期及中期淋溶后发现，污泥土地利用
会增加土壤中的Cu含量，但主要集中在上层土壤 中；而长期淋溶后，各层土壤中的相对Cu含量有 了明显的增加，如长期施用污泥，则Cu在土壤中 的积累是一个需要考虑的重要问题。
▪ 实验所用堆肥污泥呈酸性，有机质含量是土壤的
40多倍，且其中的Cu含量低于农用污泥中Cu的 限制标准（500 mg/kg），适合农用。污泥中Cu 的形态以残渣态及可氧化态为主，两者之和占总 量的92.8%，可酸溶/可交换态及可还原态Cu所占 比例较少。
▪ 小白菜中Cu的含量与施泥量呈显著的正相关，且
单独提取法 ：单一形态。适用于当重金属含量大大超 过地球背景值时的污染调查。
连续分级提取法 ：多种形态 。
有代表性的连续分级提取法： ▪ Tessier法：将沉积物或土壤中金属元素的形态分
为可酸溶/可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物 结合态、有机物和硫化物结合态、残渣态5种形态。
▪ BCR法（欧盟提出） ：3种形态，弱酸提取态（可
酸溶/可交换态、碳酸盐结合态）、可还原态（铁 锰氧化物结合态）、可氧化态（有机物和硫化物结 合态）、（残渣态）
▪ 目前常采用两种方法进行土壤中重金属的
生物有效性研究，即测定土壤中重金属的 存在形态，或测定在此土壤上生长的植物 中的金属含量，并寻找这两者之间的相关 性。
▪ 重金属不能被微生物所降解，同时由于胶
第三章 重金属污染及其生态效应
一、土壤的重金属污染及危害 土壤本身均含有一定量的重金属元素，其中 有些是作物生长所需要的微量元素，如Zn、 Cu、Mo、Fe、Mn、Co等，而有些重金属如 Cd、As、Hg等对植物生长是不利的。 重金属污染：含量﹥﹥背景值 最引人注意的是汞、镉、 铬、铅、砷五毒。
重金属污染的特点：（1）持久性； （2）生物富集
2.重金属形态
定义：重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结 构态4个方面。即某一重金属元素在环境中以某种离子或分 子存在的实际形式。 元素活动性、迁移路径、生物有效性及毒性等主要取决于其 形态而不是总量。
形态分析：化学形态分析、物理形态分析
化学形态分析法-顺序提取法： 采用适当的化学浸提剂有选择性地将与土壤固相结合的不同 形态的重金属浸提出来 。
二、土壤中重金属的迁移和存在形态
1. 影响重金属在土壤-植物系统中的迁移的因素
土壤理化性质: pH ,土壤质地,土壤的氧化还原电位 ,
（CEC)
土壤中有机质含量 、阳离子交换量
重金属的种类、浓度及存在形态
植物的种类、生长发育期
复合污染
施肥
Cd\As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。