重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制and土壤中农药的迁移转化
土壤环境化学
液相 liquids 固相 solids
water
Soil solution salts
inorganic
minerals
organic
Humus and residue of plants
microorganisms
4-11
根须
土粒上的吸附水 土粒 土壤孔隙
被水饱和的土壤
排入地下水
4-12
土壤的分层： 覆盖层、淋溶层、淀积层
4-5
由于方方面面的原因，一些地区的土壤受到不同程度的污染， 对生态环境、食品安全和农业可持续发展构成威胁，总体形 势相当严峻。
一是土壤污染程度加剧。据不完全调查，目前全国受污 染的耕地约有1.5亿亩①，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体 废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10 以 上，其中多数集中在经济较发达的地区（2006年）。
4-9
固体50%左右
矿物质45%左右
水
空气
20%~30% 30%~20%
空隙 50%左右
有机质5%左右
Dynamic Nature of Soil
Ideal
Too Dry
Too Wet
Water
Mineral
Organic
Air
4-10
土壤 soil
气相 gases
Soil air: CO2，O2，N2，H2S，CH4等
，还会附着在土壤颗粒上，通过呼吸直接进入人体。
工业废物的 任意堆放
大气污染的 干湿沉降
污泥、污水 的施用等
工业废水的 任意排放
土壤
农药和化肥 的过度施用
地表径流带 来的污染
生活垃圾的 填埋
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。
镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素
对于 Zn-Cd 拮抗作用的机理 国内外也进行了 不少研究 并取得了一定的进展 但目前尚无定论 首先普遍的推测是 Zn 与 Cd 具有极其相似的化学 性质 因此在土壤－植物系统中吸附解吸 迁移转 化及在植物体内的生物代谢过程都具有可取代性 和竞争性 Welch 等[16]通过根系分离技术的实验研 究发现 Zn 抑制 Cd 从一个根区向另一个根区的迁 移 Cakmak 等[17]的进一步利用同位素示踪方法将 109Cd 施于小麦幼苗叶片的顶部 发现 109Cd 在 42 小时内迁移到了幼苗的根部及植株的其它部位 但 随着 Zn 处理质量分数的不同 109Cd 的迁移率不同 随着 Zn 质量分数从 0.1 µmol/L 提高到 5 µmol/L 109Cd 在地上部的重新分配减少了 4.4 倍 同样 向 根部的迁移也被降低 由于木质部运输是由植物叶 片和大气之间的水势差或者是蒸腾作用所驱动的 它的运输方向必然是向上的 所以作者认为处理叶 片上的 109Cd 向根部和植株的其它部位的再分配不 可能是通过木质部传输的 很可能是通过筛管陪伴 细胞的质膜进入韧皮部 然后通过韧皮部传输再以 同样的方式进入根系及其它部位的细胞的 并得出 结论 高质量分数的 Zn 很可能是通过干扰 Cd 从陪 伴细胞向韧皮部的转运而抑制了 109Cd 向根部及其 它部位的迁移 Hart 等[18]也进行了同位素示踪研 究 他们认为 Zn 与 Cd 的吸收和运输过程中可能 共用细胞质上的同一个转运子 二者同时存在时 就会竞争转运子的结合位点 这种转运子也可能存 在于陪伴细胞的质膜上 所以高质量分数的 Zn 可
人体积累的 Cd 的最主要来源是通过食物即农 副产品摄取[1] 而食物中 Cd 主要来源于土壤 世 界上土壤 Cd 污染较为突出 且日趋严重 日本受 Cd 污染的水稻土平均含 Cd 4.99 mg/kg 最高达 68.7 mg/kg 我国农业土壤 Cd 污染也比较普遍 1990 年受 Cd 污染的土壤就已超过 1.3 万 hm2 上海蚂蚁 滨区受 Cd 污染土壤中 Cd 的质量分数平均 21.48 mg/kg 最高达 130 mg/kg 广州郊区老污灌区土壤 Cd 质量分数最高达 228 mg/kg 土壤 Cd 污染主要
环境化学复习资料第四章 土壤环境化学 名词术语
第四章土壤环境化学名词术语1.土壤化学组成（Chemical composition of soil）指构成土壤的各种化学物质的种类和比例，土壤的化学组成包括①土壤矿物质：包括原生矿物和次生矿物；②土壤有机质，主要源于动植物和微生物残体，包括非腐殖物质和腐殖质；③土壤水分，并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液；④土壤中的空气。
2.土壤反应（Soil reaction）土壤酸碱性质的量度。
取决于土壤中氢离子浓度的大小，以pH值表示。
氢离子浓度高时，土壤呈酸性反应。
反之，呈碱性反应。
3.盐基饱和度（Base saturation percentage of soil）指土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数，与土壤母质、气候等因素有关4.土壤吸附（Soil adsorption）指土壤矿物质、土壤胶体和土壤有机质通过各种物理化学作用力对外源物质的结合。
土壤吸附能降低污染物的扩散系数，影响其生物可利用性，从而影响污染物在土壤中的行为和生态风险。
5.土壤络合（Soil complex）指土壤中，一些配位体通过配位键结合与进入土壤的物质结合而形成复杂的分子或离子，从而影响土壤中污染物的迁移和转化行为。
6.土壤退化（Soil degradation）又称土壤衰弱，是指土壤肥力衰退导致生产力下降的过程。
是土壤环境和土壤理化性状恶化的综合表征，包括有机质含量下降、营养元素减少、土壤结构遭到破坏、土壤侵蚀，土层变浅，土体板结、土壤盐化、酸化、沙化等。
其中，有机质下降，是土壤退化的主要标志。
在干旱、半干旱地区，原来稀疏的植被受破坏，土壤沙化，就是严重的土壤退化现象。
7.土壤污染源(Soil contaminant source)造成土壤污染的污染物来源，主要为工业和城市的废废弃物堆放、农业用的化肥及农药、污水直接排放、受污染的地表径流、大气沉降、以及放射性物质和有害微生物等。
8.土壤酸化(Soil acidification)土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少的过程，它又是一种重要的土壤退化形式，对区域食物安全、环境质量及人畜健康产生明显负面影响。
土壤环境化学
客土改土培肥技术 种植穴回填土按比例掺拌河沙、腐熟牛粪、草炭，穴外土壤按比例掺拌腐熟牛粪。
暗管排盐改土技术
PVC波纹管，管径6cm；暗管埋深120cm，暗管间距600-800cm；吸水管坡降2‰，集水管坡降1‰；工业固 体废弃物外包滤料，厚度20cm。
节水灌溉技术 分区灌溉模式和间歇性漫灌淋洗技术。栽植带土壤采用间歇性漫灌淋洗，栽植带间土壤主要利用雨季的雨水 自然淋洗和3次微喷灌淋洗。
我国耕地中盐渍化面积达到920.9×104hm2，占全国耕地面积的6.62%。
河滨口海三湿角地洲景红观地毯景观 内陆盐碱地
滨海湿地水鸟
盐碱地农业利用的障碍因素
土壤高盐胁迫 土壤结构性差，透水透气性能差 干旱缺水，或地下水位过高，造成渍涝 缺乏充足的淡水灌溉资源
盐渍化防控与盐渍土资源利用措施
盐渍土的分布范围很广，在南极洲以外的各大洲均有分布，涉及100多个国家，尤其以干旱、半干旱地区分 布最广，其总面积约为9.54×108hm2。
我国的盐渍土面积占世界盐渍土总面积的1/10强，约合9.91×107hm2，从热带到寒温带、滨海到内陆、湿润地 区到荒漠地区，均有分布，几乎占了我国国土面积的1/3 。
咸水冰融化 融化咸水入渗
土壤水盐运移动态
地下水
基于微地形营建的粘质盐土改良绿化 主要开展底部滤层排盐并阻断盐分上升途径、物理掺土改良、微地形营建增大控制土体深度、施用改良剂改 善土壤通透性能、根据土壤盐分含量和立地土壤深度需求配置绿化植被等复合盐碱土壤改良与绿化技术。
草本带 R3 乔灌混合带
乔木带 R2
大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都 有所改变。
2. 土壤有机质（Soil Organic Matter）
环境化学复习题
一.联合国已将每年的______定为“世界水日”，提醒人们注意水资源的开发、管理和保护。
A 4.22B 3.28C 3.22D 6.22 （）联合国已将每年的______定为“世界环境日”，提醒全世界注意地球状况和人类活动对环境的危害。
A 4.22B 6.25C 3.22D 6.05 （）烷烃与大气中的HO自由基发生氢原子摘除反应，生成。
A ROB R自由基C H2OD HO2酸雨是指pH______的雨、雪或其它形式的降水。
A <6.0B <7.0C <5.6D <5.0光化学烟雾是一个链反应，链引发反应主要是A.丙烯氧化生成具有活性的自由基B.HO2和RO2等促进了NO向NO2转化C.NO2的光解D.甲醛在光的照射下生成自由基2、属于我国酸雨中关键性离子组分的是A.NO3-、SO42-B.SO42-、Cl-C.SO42-、NH4+D.SO42-、Na+辐射一定时间产生的__ 量可以衡量光化学烟雾的严重程度。
A O3B NO2C 碳氢化合物D SO2大气逆温现象主要出现在___ ___。
A 寒冷的夜间B 多云的冬季C 寒冷而晴朗的冬天D 寒冷而晴朗的夜间由污染源排放到大气中的污染物在迁移过程中受到的影响。
A风B湍流C天气形势D地理地势烷烃与大气中的HO自由基发生氢原子摘除反应，生成。
A ROB R自由基C H2OD HO2大气中最主要的自由基是________。
A. HO ·B. HOO ·C. CH3 ·D. RO ·6、光化学烟雾污染的主要表征物是：________。
A..NOXB.CO与烃类C. NOX与SOXD. O3和PAN气溶胶中粒径________um的颗粒，称为飘尘。
A >10B <5C >15D <10根据Whittby的三模态模型，粒径小于μm的粒子称为爱根核模。
A 0.05B 0.1C 1D 29、随高度的增加气温的现象，称为逆温。
环境化学复习题库
第一章绪论一、填空1、造成环境污染的因素有物理、化学和生物的三方面，其中化学物质引起的约占8090。
2、环境化学研究的对象是：环境污染物。
3、环境中污染物的迁移主要有机械、物理-化学和生物迁移三种方式。
4、人为污染源可分为_工业_、农业_、交通_、和生活_。
5、如按环境变化的性质划分，环境效应可分为环境物理、环境化学、环境生物三种。
二、选择题1、属于环境化学效应的是AA热岛效应B温室效应C土壤的盐碱化D噪声2、五十年代日本出现的痛痛病是由_污染水体后引起的A B C D3、五十年代日本出现的水俣病是由污染水体后引起的A B C D三、问答题1、举例说明环境效应分为哪几类？2、举例简述污染物在环境各圈的迁移转化过程。
第二章大气环境化学一、填空题1、写出下列物质的光离解反应方程式：（1）2+ hν + O（2）2 + hν + 或2 + hν H + 2（3）3 + hν + 2（4）H2+ hν H + 或H2+ hν H2 +（5）3X + hν 3+ X2、大气中的2可以转化成3、3和3等物质。
3、碳氢化合物是大气中的重要污染物，是形成光化学烟雾的主要参与者。
4、乙烯在大气中与O3的反应机理如下：(O3)22O3 + 22H225、大气颗粒物的去除与颗粒物的粒度、化学组成和性质有关，去除方式有干沉降和湿沉降两种。
6、制冷剂氯氟烃破坏臭氧层的反应机制是：+ 1 ++ O3O2 +O2 +7、当今世界上最引人瞩目的几个环境问题中的温室效应、臭氧层破坏、光化学烟雾等是由大气污染所引起的。
8、大气颗粒物的三模态为爱根核模、积聚模、_粗粒子模。
9、大气中最重要的自由基为。
10、能引起温室效应的气体主要有2_、4、、_氯氟烃等。
11、11和1211的分子式分别为3和2。
12、大气的扩散能力主要受风和湍流的影响。
13、大气颗粒物按粒径大小可分为_总悬浮颗粒物、_飘尘_、降尘、可吸入颗粒物。
14、根据温度垂直分布可将大气圈分为对流层、平流层、中间层_、热层和逸散层。
第四章 土壤环境化学
（2）土地盐碱化 是指在各种因素的影 响下，原来不显盐碱的土地变为盐碱地的 过程。而由于人类不合理的农业措施而引 起的盐渍化，称为次生盐渍化，由此形成 的盐碱土也称为次生盐渍土。
24
土地荒漠化 图片
25
因沙漠化被埋没的村庄
26
由于草原严 重沙化，骆驼无 草可食，营养不 良，骆驼产下后 无法站立，无法 吃奶，最后死亡。
4
2、我国土地资源概况
我国是土地资源相对贫乏，土地质量较 差的国家。国土面积中干旱、半干旱土地大 约占一半，山地、丘陵和高原占66%，平原仅 占34%。而且随着人口的不断增长，工矿、交 通、城市建设用地不断增加，人均耕地不断 减少。与此同时，由于人类不合理的生产活 动，致使水土流失严重，土地沙化、盐渍化 和草场退化面积不断扩大而损失掉大片的良 田。
21
近年来，我国北方频繁出现的沙尘天 气，给社会发展和人民群众的生产及生活 带来了严重的影响。沙尘暴的形成原因有 自然的和人为的两方面：已知的自然原因 主要是气候的周期性变化 -- 尤其是气温和 降水量的周期变化；而人口膨胀导致的过 度开发自然资源、过量砍伐森林、过度开 垦土地等人为因素在一定的自然条件下直 接导致了沙尘暴频发。
3
1、世界土地资源概况
在全球51000 × 104 km2 总面积中， 陆地占 29.2% ，约 13000 万 km2，其中与 人类关系最大的是可耕土地。世界上现 有耕地 13.7 亿 hm2，约占土地总面积的 10.5% 。对于世界居民而言，这些土地 无疑是一个巨大的数字。用当前世界总 人口60亿计，人均占有2.5 hm2。
5
中国土地总面积居于世界第三位， 但人均土地面积仅为0.777 hm2，相当 于世界人均土地的三分之一。其中耕地 面积大约占世界总耕地的7%。虽然我们 用世界上7%的耕地养活了22%的人口， 取得了举世瞩目的成就，但这种情况不 可能无休止的维持下去。
土壤中主要重金属污染物的迁移转化及治理
１ 土壤 中主要重金属污染物的迁移转
化
１ 汞 的迁移 转化 ３
汞 是 一 种对 动 植 物 及 人 体无 生 物 学作 用 的有 毒元 素 。土壤 中汞 的重要 特点 是能 以零价 ｆ 质汞 ） 单
吸附还受土壤 的 ｐ Ｈ值及土壤中汞的浓度影响。当 土 壤 ｐ 值在 １ Ｈ ～８的范 围 内时 ，其 吸附量 随着 ｐ Ｈ 值的增大而逐渐增大 ； ｐ 当 Ｈ＞８ ， 时 吸附的汞量基 本不 变 。 １１ 配位 体对 汞的配 合 一螯合 作用 ．＿ ３ 土 壤 中 配位 体 与 汞 的 配 合 一螯 合作 用 对汞 的 迁移转 化有 较大 的影 响 。Ｏ ， 一 汞 的配合 作用 Ｈ－Ｃ１对 可大大 提高 汞化合物 的溶 解度 。土壤 中的腐殖 质对 汞离子有很强的螯合能力及吸附能力 。通过生物小 循环及土壤上层腐殖质的形成 ， 并借助腐殖质对汞 的螯合 及 吸 附作用 ， 使 土壤 中的汞 在 土壤 上层 累 将
屠存 金
（ 商丘职业技术学院， 河南 商丘 １６０ ） ７００
摘 关 键
要： 介绍 了土壤中主要重金属污染物汞 、 、 、 、 镉 铅 铬 砷在土壤 中的主要存 在形式 、 来源 、 迁移及转化 词 ： 重金属 ； 污染物 ； 治理方法 文献标识码： Ａ 文章编号： １７ — ４ ０ ２ １ ）４ ０５ — ３ ６ １０ ６ （０ ０ ０ — ４ ８ ０
植物 除 通过 根 系 吸收 土壤 中的铅 以外 ， 还可 以通 过 叶片上 的气 孔 吸收污染 空气 中的铅 。 １ 铬 的迁移 转化 ． ４
土壤 中挥 发进 入 大气 环境 ， 而且会 随着 土壤 温 度 的 升高 ， 其挥 发 的速 度加 快 。 土壤 中 的金 属汞 可 被植 物的根 系和 叶片 吸收 。 １１ 土壤胶 体对汞 的 吸附 ．． ２ 土壤 中 的胶体 对汞 有 强烈 的表 面吸 附 （ 理 吸 物 附 ） 离子 交换 吸附作 用 。从 而使 汞 及其 他微 量 重 和 金 属从被 污染 的水体 中转入 土壤 固相 。土壤对 汞 的
第四章土壤环境化学第三节土壤中农药的迁移和转化
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