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讲解
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4.2土壤中重金属的迁移转化(2)
第四章土壤环境化学——土壤中重金属的迁移转化不同重金属的环境化学行为和生物效应各异，同种金属的环境化学和生物效应与其存在形态有关。
例如，土壤胶体对Pb2+、Pb4+、Hg2+及Cd2+等离子的吸附作用较强，对AsO2-和Cr2O72-等负离子的吸附作用较弱。
对土壤水稻体系中污染重金属行为的研究表明：被试的四种金属元素对水稻生长的影响为：Cu＞Zn＞Cd＞Pb；元素由土壤向植物的迁移明显受共存元素的影响，在试验条件下，元素吸收系数的大小顺序为：Cd＞Zn＞Cu＞Pb，与土壤对这些元素的吸持强度正好相反；"有效态"金属更能反映出元素间的相互作用及其对植物生长的影响。
下面简单介绍主要重金属在土壤中的迁移转化及其生物效应。
●汞土壤中汞的背景值为0.01～0.15 μg/g。
除来源于母岩以外，汞主要来自污染源，如含汞农药的施用、污水灌溉等，故各地土壤中汞含量差异较大。
来自污染源的汞首先进入土壤表层。
土壤胶体及有机质对汞的吸附作用相当强，汞在土壤中移动性较弱，往往积累于表层，而在剖面中呈不均匀分布。
土壤中的汞不易随水流失，但易挥发至大气中，许多因素可以影响汞的挥发。
土壤中的汞按其化学形态可分为金属汞、无机汞和有机汞，在正常的pE和pH范围内，土壤中汞以零价汞形式存在。
在一定条件下，各种形态的汞可以相互转化。
进入土壤的一些无机汞可分解而生成金属汞，当土壤在还原条件下，有机汞可降解为金属汞。
一般情况下，土壤中都能发生Hg2+===Hg2++HgO反应，新生成的汞可能挥发。
在通气良好的土壤中，汞可以任何形态稳定存在。
在厌氧条件下，部分汞可转化为可溶性甲基汞或气态二甲基汞。
阳离子态汞易被土壤吸附，许多汞盐如磷酸汞、碳酸汞和硫化汞的溶解度亦很低。
在还原条件下，Hg2+与H2S生成极难溶的HgS；金属汞也可被硫酸还原细菌变成硫化汞；所有这些都可阻止汞在土壤中的移动。
当氧气充足时，硫化汞又可慢慢氧化成亚硫酸盐和硫酸盐。
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
• DDT在土壤中的生物降解主要按还原、氧化和脱 氯化氢等机理进行。
• 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
• 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
第四章土壤环境化学(SoilEnvironmentalChemistry)
土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离 子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100 阳离子交换量
（2）土壤胶体的阴离子交换吸附
带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中的阴离子交换。 吸附顺序：
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
代换性酸度：
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl
形成过程：由地壳的岩石、矿物经过风化作用形成的。 按成因类型分类： 原生矿物
Soil)
次生矿物
原生矿物：
土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同
程度物理风化后形成的。
类别：
硅酸盐（石英、长石、云母等）；
氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3）；
硫化物 (FeS)；
磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。
有机质和低价金属离子。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧 化还原电位（Eh）来衡量。 根据土壤Eh值可以确定土壤中有机物和
无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。
一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为 +400—+700mV;水田的Eh值在-200—300mV。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100 阳离子交换量
（2）土壤胶体的阴离子交换吸附
带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中的阴离子交换。 吸附顺序：
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
代换性酸度：
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl
形成过程：由地壳的岩石、矿物经过风化作用形成的。 按成因类型分类： 原生矿物
Soil)
次生矿物
原生矿物：
土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同
程度物理风化后形成的。
类别：
硅酸盐（石英、长石、云母等）；
氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3）；
硫化物 (FeS)；
磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。
有机质和低价金属离子。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧 化还原电位（Eh）来衡量。 根据土壤Eh值可以确定土壤中有机物和
无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。
一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为 +400—+700mV;水田的Eh值在-200—300mV。
模块一重金属在土壤中的迁移转化规律课件
加强与其他学科的交叉研究
重金属在土壤中的迁移转化规律涉及到环境科学、地球化 学、生态学等多个学科领域，未来需要加强与其他学科的 交叉研究，以促进学科融合和共同发展。
技术发展展望
发展原位监测技术
原位监测技术可以实时、准确地 监测土壤中重金属的动态变化， 为研究重金属在土壤中的迁移转 化规律提供重要的技术支持。未 来需要进一步发展原位监测技术 ，提高其监测精度和稳定性。
换土法
将污染表土挖出，用未污染的土壤进行回填，减 少重金属的浓度。
深耕翻土
通过深耕和翻土，使表层土壤和深层土壤混合， 降低表层土壤中重金属的浓度。
化学修复
化学钝化
向土壤中添加钝化剂，如硅酸盐、磷酸盐等，使重金属在土壤中形 成沉淀，降低其活性。
化学萃取
利用化学萃取剂将重金属从土壤中提取出来，然后进行分离和回收 。
THANKS 感谢观看
积累
在某些情况下，植物可以在其体内积累大量的重金属，这些 重金属可能对植物本身产生毒害作用，也可能通过食物链进 入人体，对人体健康产生威胁。
04 影响重金属迁移转化的因素
土壤性质
土壤类型
01
不同土壤类型对重金属的吸附、溶解和固定能力不同
，影响重金属的迁移转化。
土壤pH值
02 pH值可以影响重金属在土壤中的存在形态和溶解度
植被覆盖
01
植被覆盖可以影响重金属在土壤表面的分布和迁移，进而影响
其迁移转化。
土壤微生物
02
微生物可以通过生物作用影响重金属的溶解、吸附和迁移，进
而影响其迁移转化。
地形地貌
03
地形地貌可以影响重金属在土壤中的流失和富集，进而影响其
迁移转化。
05 重金属污染土壤的修复技术
重金属在土壤中的迁移转化规律涉及到环境科学、地球化 学、生态学等多个学科领域，未来需要加强与其他学科的 交叉研究，以促进学科融合和共同发展。
技术发展展望
发展原位监测技术
原位监测技术可以实时、准确地 监测土壤中重金属的动态变化， 为研究重金属在土壤中的迁移转 化规律提供重要的技术支持。未 来需要进一步发展原位监测技术 ，提高其监测精度和稳定性。
换土法
将污染表土挖出，用未污染的土壤进行回填，减 少重金属的浓度。
深耕翻土
通过深耕和翻土，使表层土壤和深层土壤混合， 降低表层土壤中重金属的浓度。
化学修复
化学钝化
向土壤中添加钝化剂，如硅酸盐、磷酸盐等，使重金属在土壤中形 成沉淀，降低其活性。
化学萃取
利用化学萃取剂将重金属从土壤中提取出来，然后进行分离和回收 。
THANKS 感谢观看
积累
在某些情况下，植物可以在其体内积累大量的重金属，这些 重金属可能对植物本身产生毒害作用，也可能通过食物链进 入人体，对人体健康产生威胁。
04 影响重金属迁移转化的因素
土壤性质
土壤类型
01
不同土壤类型对重金属的吸附、溶解和固定能力不同
，影响重金属的迁移转化。
土壤pH值
02 pH值可以影响重金属在土壤中的存在形态和溶解度
植被覆盖
01
植被覆盖可以影响重金属在土壤表面的分布和迁移，进而影响
其迁移转化。
土壤微生物
02
微生物可以通过生物作用影响重金属的溶解、吸附和迁移，进
而影响其迁移转化。
地形地貌
03
地形地貌可以影响重金属在土壤中的流失和富集，进而影响其
迁移转化。
05 重金属污染土壤的修复技术
《环境化学(第二版)》(戴树桂)知识点汇总及课后习题答案
1.循环经济中3R 原则的三个英文单词是 ， ， 。
2.环境因素变化导致生态系统变异而产生的后果称为 。
3.产生氧化性光化学烟雾的两种主要物质是 ， 。
4.全球变暖问题除CO 2外，还应考虑具有温室效应的 和 的作用。
5.水环境中胶体颗粒的吸附作用大体可分为表面吸附、 和 。
6.水环境中促成颗粒物相互碰撞产生凝聚作用的三种机理分别是 ，， 。
7.如果土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为 土壤。
8.污染物由土壤向植物体内迁移的方式主要包括 和 两种。
9.物质在生物作用下经受的化学变化，称为 。
10.受氢体如果为细胞内的分子氧，则生物氧化中有机物的氧化类型为 ，若为非分子氧的化合物就是 。
11.毒理学把毒物剂量(浓度)与引起个体生物学的变化，如脑电、心电、血象、免疫功能、酶活性等的变化称为 ；一、 回答下列问题（每题6分，共30分）1.影响大气中污染物质迁移的主要因素是什么？2.什么是电子活度pE ？它和pH 的区别是什么？3.影响重金属在土壤-植物体系中转移的主要因素是什么？举例说明。
4.请详细说明污染物质在肌体内有哪些转运过程。
5.1953年发生在日本熊本县的水俣病的致病的烷基汞物质有哪些？从化合物结构看，有什么特征？三、下列是光化学烟雾形成的一个简化机制，按序号分别写出哪几个属于引发反应、自由基传递反应和终止反应，在该机制中，控制光化学烟雾形成速率的是哪一类？(15分)四、下图是水解速率与pH 的关系，Mabey 等把水解速率归纳为由酸性或碱性催化和中性过程，因而水解速率可表示为：{}][][][][c OH K K H K c K B N A h -+++=在以一种催化为主时，其它两种催化可忽略不计，试证明： (a)lgK h =lgK A —pH ；(b)lgK h =lgK N ；(c)lgK h =lgK B K W +Ph 。
（15分）式中：K h —某一pH 值下准一级水解速率常数；K A 、K N 、K B —分别为酸性催化、中性过程和碱性催化的二级反应水解速率常数；K W —水的离子积；[c]—反应物浓度。
第四章土壤环境化学第三节土壤中农药的迁移和转化
①溶解性:
多数有机磷农药难溶于水(敌百虫、乐果除外),可溶于脂 肪及各种有机溶剂; 常用疏水性有机溶剂:丙酮、石油醚、正己烷、氯仿、二 氯甲烷及苯等;亲水性有机溶剂;乙醇、二甲基亚砜等。
②水解性: 有机磷农药属酯类(磷酸酯或硫代磷酸酯),在一定条件 下能水解,特别就是在碱性介质、高温、水分含量高等环 境中,更易水解。 例如:敌百虫在碱性溶液中易水解为毒性较大得敌敌畏。
2、质体流动
土壤中农药既可以溶于水,也能悬浮在水中,还能以气 态存在,或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质 中,从而使它们与水一起发生质体流动。
在稳定得土壤-水流状态下,有机物通过多孔介质移动 得一般方程为:
c t
D
2c x 2
V0
c x
S t
D—扩散系数;
V0—平均孔隙水速度;
C—土壤溶液中农药得浓度; β—土壤容水量;
④磷酰胺与硫代磷酰胺: 磷酸分子中羟基被氨基取代得化合 物,为磷酰胺。 磷酰胺分子中得氧原子被硫原子所 取代,即成为硫代磷酰胺;如甲胺磷。
敌百虫 甲胺磷
有机磷农药得理化性质
除敌百虫、乐果少数品种为白色晶体外,其余有机磷 农药得工业品均为棕色油状; 有机磷农药有特殊得蒜臭味,挥发性大,对光、热不稳 定,并具有如下性质:
扩散迁移 指土壤中气-液、气-固界面上发生得扩散作用。土壤系统 复杂,土壤表面得吸附与解吸平衡,土壤得性质,有机物得性 质,都会影响农药得扩散作用。
Shearer等提出得农药得扩散方程式:
主要影响
(1)土壤水分得含量: A 、 Shearer 等对林丹在粉砂壤土中得扩散研究表明:干燥土
R2CCHCl2
R2CHCHCl2 R2C=CCl2
OH R2CCCl3
多数有机磷农药难溶于水(敌百虫、乐果除外),可溶于脂 肪及各种有机溶剂; 常用疏水性有机溶剂:丙酮、石油醚、正己烷、氯仿、二 氯甲烷及苯等;亲水性有机溶剂;乙醇、二甲基亚砜等。
②水解性: 有机磷农药属酯类(磷酸酯或硫代磷酸酯),在一定条件 下能水解,特别就是在碱性介质、高温、水分含量高等环 境中,更易水解。 例如:敌百虫在碱性溶液中易水解为毒性较大得敌敌畏。
2、质体流动
土壤中农药既可以溶于水,也能悬浮在水中,还能以气 态存在,或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质 中,从而使它们与水一起发生质体流动。
在稳定得土壤-水流状态下,有机物通过多孔介质移动 得一般方程为:
c t
D
2c x 2
V0
c x
S t
D—扩散系数;
V0—平均孔隙水速度;
C—土壤溶液中农药得浓度; β—土壤容水量;
④磷酰胺与硫代磷酰胺: 磷酸分子中羟基被氨基取代得化合 物,为磷酰胺。 磷酰胺分子中得氧原子被硫原子所 取代,即成为硫代磷酰胺;如甲胺磷。
敌百虫 甲胺磷
有机磷农药得理化性质
除敌百虫、乐果少数品种为白色晶体外,其余有机磷 农药得工业品均为棕色油状; 有机磷农药有特殊得蒜臭味,挥发性大,对光、热不稳 定,并具有如下性质:
扩散迁移 指土壤中气-液、气-固界面上发生得扩散作用。土壤系统 复杂,土壤表面得吸附与解吸平衡,土壤得性质,有机物得性 质,都会影响农药得扩散作用。
Shearer等提出得农药得扩散方程式:
主要影响
(1)土壤水分得含量: A 、 Shearer 等对林丹在粉砂壤土中得扩散研究表明:干燥土
R2CCHCl2
R2CHCHCl2 R2C=CCl2
OH R2CCCl3
土壤环境化学省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件
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c. 断键: 硅酸盐黏土矿物在破碎时，引发晶层断 裂，使硅氧片和水铝片断裂边角上出现电性未中和键。 腐殖质胶体也常发生碳键断裂，从而产生剩下负电荷；
d. 胶体表面从介质中吸附离子: 使得土壤胶体带 电。
3）土壤胶体分散性和凝聚性 因为土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥， 含有分散性。负电荷越多，负电动电位越高，
土壤还含有同化和代谢外界进入土壤 物质能力——净化能力。所以, 土壤又是保 护环围土壤环境问题 （Environmental Problem in Soil）
土壤酸化、盐碱化、土壤污染 土壤沙漠化（石漠化） 陆地植被破坏 水土流失
4/100
一、研究简史 1850s’ 英国学者Way和Lawes发觉土壤
特征:
（1）不连续性，存在于土粒间隙之间；
（2）湿度高； 大气
土壤
（3）OO22少，C20O.925%多，有机0-质20.腐90%烂分解；
CO2
0.03%
0.03%-20%
（4）有还原性气体（H2S、NH3.H2、CH4）存 在。
18/100
5. 土壤生物（Organisms in Soil）
土壤中存在大量生物群落，包含微生物和 土壤动物两大类。
16/100
3. 土壤水分（Water in Soil） （1）土壤水分存在形式 土壤颗粒吸附水分称吸着水, 几乎不移动, 不被植物吸收。 外层膜状水称内聚水或毛细管水, 为植物 生长主要水源。 （2）土壤水分意义 土壤水分既是植物营养物起源, 也是污染 物向其它圈层迁移媒介。
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4. 土壤空气（Atmosphere in Soil）
b. 土壤质地越细，阳离子交换量越高；
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c. 断键: 硅酸盐黏土矿物在破碎时，引发晶层断 裂，使硅氧片和水铝片断裂边角上出现电性未中和键。 腐殖质胶体也常发生碳键断裂，从而产生剩下负电荷；
d. 胶体表面从介质中吸附离子: 使得土壤胶体带 电。
3）土壤胶体分散性和凝聚性 因为土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥， 含有分散性。负电荷越多，负电动电位越高，
土壤还含有同化和代谢外界进入土壤 物质能力——净化能力。所以, 土壤又是保 护环围土壤环境问题 （Environmental Problem in Soil）
土壤酸化、盐碱化、土壤污染 土壤沙漠化（石漠化） 陆地植被破坏 水土流失
4/100
一、研究简史 1850s’ 英国学者Way和Lawes发觉土壤
特征:
（1）不连续性，存在于土粒间隙之间；
（2）湿度高； 大气
土壤
（3）OO22少，C20O.925%多，有机0-质20.腐90%烂分解；
CO2
0.03%
0.03%-20%
（4）有还原性气体（H2S、NH3.H2、CH4）存 在。
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5. 土壤生物（Organisms in Soil）
土壤中存在大量生物群落，包含微生物和 土壤动物两大类。
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3. 土壤水分（Water in Soil） （1）土壤水分存在形式 土壤颗粒吸附水分称吸着水, 几乎不移动, 不被植物吸收。 外层膜状水称内聚水或毛细管水, 为植物 生长主要水源。 （2）土壤水分意义 土壤水分既是植物营养物起源, 也是污染 物向其它圈层迁移媒介。
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4. 土壤空气（Atmosphere in Soil）
b. 土壤质地越细，阳离子交换量越高；
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第四章土壤污染化学第二节污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制
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， 因此也会影响重金属在土壤——农作物系统中的迁移 转化，但影响机制十分复杂。 以磷肥为例，磷酸根能与Cd形成共沉淀而降低Cd的 有效性，施用磷肥可以抑制土壤Cd污染; 此外，P和As 是同族元素，二者存在竞争吸附，施用磷肥能有效地 促进土壤As的释放和迁移，使As不易富集在植物的根 际土壤中，从而降低了As的生物有效性。
（1）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。
原因：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，土壤pH越低，H+ 浓度越高，重金属被解吸的越多，其活动性就越强，向生 物体内迁移的数量越大。 土壤中以阴离子状态存在的重金属，情况正好相反。
土壤背景值中含量较高的元素有：Mn、Cr、Zn、Cu、 Ni 、 La 、 Pb 、 Co 、 As 、 Be 、 Hg 、 Se 、 Sc 、 Mo (mg/kg)
2.土壤重金属污染土壤的特点
重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中不断积累，也 可以被植物富集，并通过食物链在人体内积累，危害人体 健康。
2. 重金属在土壤剖面中的迁移转化规律
土壤柱淋溶实验表明：淋溶液中Hg、Cd、As、Pb95%以 上被土壤吸附。 在土壤剖面中，重金属无论是其总量还是存在形态，均表 现出明显的垂直分布规律，其中可耕层成为重金属的富集 层。������ 土壤中的重金属有向根际土壤迁移的趋势，且根际土壤中 重金属的有效态含量高于土体，这可能与植物根系的特性 和分泌物有关。
2. 铜
土壤中铜含量在2-100mg/kg之间，平均含量为20mg/kg。 污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的纵深垂直分 布递减，这是由于进入土壤的铜被表层土壤的黏土矿物吸 附，同时，表层土壤的有机质与铜结合形成螯合物，使铜 离子不易向下层移动。
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化学与材料科学系
汞－Mercury
三种价态随着pH和Eh变化而转化，HgS是还 原状态下的主要形态
土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附 作用，因此汞进入土壤后，大部分被土壤吸 附或固定，因此汞容易在表层积累。
汞在厌氧微生物作用下可甲基化，毒性增大。 植物对汞的吸收和积累, 与汞的形态有关。
化学与材料科学系
4. 植物对重金属产生耐性的几种机制
1.植物根系的作用 2.重金属与植物的细胞壁结合 3.酶系统的作用 4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
化学与材料科学系
• 第三节 土壤中农药的迁移转化
化学与材料科学系
农药的种类
按杀灭对象 杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂
以化学官能团分（有机、无机）
的可溶性和移动性降低，从而影响植物对铅的 吸收。 • 很难迁移、植物吸收后积累于根部 • 藓类植物被确定为铅污染和积累的指示植物
化学与材料科学系
锌-Zinc
锌是植物、动物和人类必需的营养元素 在还原条件下易形成ZnS 在碱性条件下易形成Zn(OH)2沉淀 酸性土壤溶液中离子态含量高 2ppm 对土壤pH非常敏感
• 可以认为：耐性品种或植株中有保护酶活性的 机制。
化学与材料科学系
4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
• 1957年发现，在马的肾脏中发现金属硫蛋白 （ MT ）。发现能合成MT的细胞对重金属有明 显的抗性， MT是动物及人体最重要的重金属解 毒剂 。
• 后来，在植物中发现类MT或植物络合素。其作 用是与进入植物细胞内的重金属结合，使其生成 不具生物活性的无毒螯合物，降低金属离子的活 性，从而减轻或解除其毒害作用。
第二节 重金属在土壤-植物体系 中的迁移及其机制
化学与材料科学系
二. 重金属在土壤-植物体系中的 迁移及其机制
土壤的重金属污染
• 重金属是土壤原有的构成元素，有些是植物、动 物和人必需的营养元素。如Zn、Cu、Mo、Fe、 Mn等，但由于含量的不同，可导致不同的效应， 如果含量和有效性太低生物会表现缺乏症状，但 过量就会造成污染事件。
• 不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力是不同 的；
• 细胞壁对金属离子的固定作用不是一个普遍耐性 机制。即：不是所有的耐性植物都表现为将金属 离子固定在细胞壁上。
化学与材料科学系
3.酶系统的作用
• 耐性植物中的几种酶的活性在重金属含量增加 时仍能维持正常水平；非耐性的则明显降低。
• 同时还可以激发另外一些酶，从而使耐性植物 在受重金属污染时保持正常的代谢。
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
• 重金属通过质流、扩散、截获 到达植物根部。
• 植物通过主动吸收、被动吸收 等方式吸收重金属。
• 重金属通过木质部和韧皮部向 地上部运输。
• 植物对污染物吸收受到土壤性 质、植物种类、污染物形态的 影响。
化学与材料科学系
1.影响重金属在土壤-植物系统迁移的因素
影响因素
土壤的 理化性质
金属的种类 浓度
化学与材料科学系
3. 主要重金属在土壤中的累积和 迁移转化
镉－Cadmium
• 来源：炼锌工业的副产品； • 旱 在地；石灰性土壤:多以CdCO3、Cd(OH) 2存 • 在水田中主要CdS存在； • 镉的吸附跟土壤胶体的性质有关。 • 镉不是人体的必需元素。
化学与材料科学系
铜－Copper
• 铜是各种生物的必需微量元素； • Cu2+容易与腐质酸的羧基和羟基发生螯合； • 污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的纵
2.重金属在土壤剖面中的迁移转化规律
a大部分重金属被土壤颗粒吸附； b遵循垂直分布规律，可耕层是重金属的富集区； c重金属有向根际土壤迁移的趋势。
3.土壤对重金属离子的吸附固定原理
a与胶体种类有关Cu2+：氧化锰> 有机质> 氧化铁> 伊利石> 蒙脱石> 高岭石； b与金属离子的性质有关：价态越高，电荷越多，越易吸附；同等价态，离子 半径越大，水合半径相对越小，越易吸附。
存在形态
植物的种类 生长发育期
复合污染
施肥
pH
土壤质地
氧化还原 电位
有机质 含量
化学与材料科学系
2. 重金属在土壤-植物系统的迁移转化规律
1.植物对土壤重金属的富集规律
a总体来说：土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高； b不同植物的累积有明显的种间差异：豆类>小麦>水稻>玉米； c重金属在植物体内的分布规律：根>茎叶>果壳>籽实。
化学与材料科学系
4. 植物对重金属产生耐性的几种机制
1.植物根系的作用:分泌螯合剂，pH梯度 2.重金属与植物的细胞壁结合 3.酶系统的作用
4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
化学与材料科学系
1.植物根系的作用
• 植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢 等作用限制重金属离子跨膜吸收。
• 已经证实，某些植物对重金属离子的吸收能力 的降低可以通过根际分泌螯合剂而减少重金属 的跨膜吸收。
• 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
有机氯农药
降解慢，残毒大
有机磷农药
降解较快
氨基甲酸酯农药 降解快，残毒小
拟除虫菊酯农药 降解快，残毒小
化学与材料科学系
1. 土壤中农药的迁移
• 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；
汞－Mercury
三种价态随着pH和Eh变化而转化，HgS是还 原状态下的主要形态
土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附 作用，因此汞进入土壤后，大部分被土壤吸 附或固定，因此汞容易在表层积累。
汞在厌氧微生物作用下可甲基化，毒性增大。 植物对汞的吸收和积累, 与汞的形态有关。
化学与材料科学系
4. 植物对重金属产生耐性的几种机制
1.植物根系的作用 2.重金属与植物的细胞壁结合 3.酶系统的作用 4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
化学与材料科学系
• 第三节 土壤中农药的迁移转化
化学与材料科学系
农药的种类
按杀灭对象 杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂
以化学官能团分（有机、无机）
的可溶性和移动性降低，从而影响植物对铅的 吸收。 • 很难迁移、植物吸收后积累于根部 • 藓类植物被确定为铅污染和积累的指示植物
化学与材料科学系
锌-Zinc
锌是植物、动物和人类必需的营养元素 在还原条件下易形成ZnS 在碱性条件下易形成Zn(OH)2沉淀 酸性土壤溶液中离子态含量高 2ppm 对土壤pH非常敏感
• 可以认为：耐性品种或植株中有保护酶活性的 机制。
化学与材料科学系
4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
• 1957年发现，在马的肾脏中发现金属硫蛋白 （ MT ）。发现能合成MT的细胞对重金属有明 显的抗性， MT是动物及人体最重要的重金属解 毒剂 。
• 后来，在植物中发现类MT或植物络合素。其作 用是与进入植物细胞内的重金属结合，使其生成 不具生物活性的无毒螯合物，降低金属离子的活 性，从而减轻或解除其毒害作用。
第二节 重金属在土壤-植物体系 中的迁移及其机制
化学与材料科学系
二. 重金属在土壤-植物体系中的 迁移及其机制
土壤的重金属污染
• 重金属是土壤原有的构成元素，有些是植物、动 物和人必需的营养元素。如Zn、Cu、Mo、Fe、 Mn等，但由于含量的不同，可导致不同的效应， 如果含量和有效性太低生物会表现缺乏症状，但 过量就会造成污染事件。
• 不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力是不同 的；
• 细胞壁对金属离子的固定作用不是一个普遍耐性 机制。即：不是所有的耐性植物都表现为将金属 离子固定在细胞壁上。
化学与材料科学系
3.酶系统的作用
• 耐性植物中的几种酶的活性在重金属含量增加 时仍能维持正常水平；非耐性的则明显降低。
• 同时还可以激发另外一些酶，从而使耐性植物 在受重金属污染时保持正常的代谢。
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
• 重金属通过质流、扩散、截获 到达植物根部。
• 植物通过主动吸收、被动吸收 等方式吸收重金属。
• 重金属通过木质部和韧皮部向 地上部运输。
• 植物对污染物吸收受到土壤性 质、植物种类、污染物形态的 影响。
化学与材料科学系
1.影响重金属在土壤-植物系统迁移的因素
影响因素
土壤的 理化性质
金属的种类 浓度
化学与材料科学系
3. 主要重金属在土壤中的累积和 迁移转化
镉－Cadmium
• 来源：炼锌工业的副产品； • 旱 在地；石灰性土壤:多以CdCO3、Cd(OH) 2存 • 在水田中主要CdS存在； • 镉的吸附跟土壤胶体的性质有关。 • 镉不是人体的必需元素。
化学与材料科学系
铜－Copper
• 铜是各种生物的必需微量元素； • Cu2+容易与腐质酸的羧基和羟基发生螯合； • 污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的纵
2.重金属在土壤剖面中的迁移转化规律
a大部分重金属被土壤颗粒吸附； b遵循垂直分布规律，可耕层是重金属的富集区； c重金属有向根际土壤迁移的趋势。
3.土壤对重金属离子的吸附固定原理
a与胶体种类有关Cu2+：氧化锰> 有机质> 氧化铁> 伊利石> 蒙脱石> 高岭石； b与金属离子的性质有关：价态越高，电荷越多，越易吸附；同等价态，离子 半径越大，水合半径相对越小，越易吸附。
存在形态
植物的种类 生长发育期
复合污染
施肥
pH
土壤质地
氧化还原 电位
有机质 含量
化学与材料科学系
2. 重金属在土壤-植物系统的迁移转化规律
1.植物对土壤重金属的富集规律
a总体来说：土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高； b不同植物的累积有明显的种间差异：豆类>小麦>水稻>玉米； c重金属在植物体内的分布规律：根>茎叶>果壳>籽实。
化学与材料科学系
4. 植物对重金属产生耐性的几种机制
1.植物根系的作用:分泌螯合剂，pH梯度 2.重金属与植物的细胞壁结合 3.酶系统的作用
4.形成重金属硫蛋白或植物络合素
化学与材料科学系
1.植物根系的作用
• 植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢 等作用限制重金属离子跨膜吸收。
• 已经证实，某些植物对重金属离子的吸收能力 的降低可以通过根际分泌螯合剂而减少重金属 的跨膜吸收。
• 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
有机氯农药
降解慢，残毒大
有机磷农药
降解较快
氨基甲酸酯农药 降解快，残毒小
拟除虫菊酯农药 降解快，残毒小
化学与材料科学系
1. 土壤中农药的迁移
• 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；