第五章--土壤重金属元素与环境质量.ppt

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1、第五章第五章 土壤重金属元素土壤重金属元素与环境质量与环境质量第一节第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属第二节第二节 土壤元素背景值和土壤负载容量土壤元素背景值和土壤负载容量第三节第三节 重金属污染对环境质量的影响重金属污染对环境质量的影响第四节第四节 稀土元素在土壤中的行为与环境质量稀土元素在土壤中的行为与环境质量第五节第五节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用第一节第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属一、土壤重金属污染及其来源一、土壤重金属污染及其来源土壤重金属污染的定义土壤重金属污染的定义 土壤重金属污染土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入是指由于人类活动将重金属带入到土

2、壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量、到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量、并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。境恶化的现象。环境科学中人们通常关注环境科学中人们通常关注汞汞(Hg)、镉镉(Cd)、铅铅(Pb)、铬铬(Cr)、铜铜(Cu)、锌锌(Zn)、镍镍(Ni)、钼钼(Mo)、钴钴(Co)等，还有类金属等，还有类金属砷砷(As)。土壤重金属污染的来源土壤重金属污染的来源土壤重金属污染土壤重金属污染土壤重金属污染的特点土壤重金属污染的特点形态多变形态多变容易在生物体内积累容易在生物体内积累不能被降解而消除不

3、能被降解而消除汞污染汞污染 汞汞(Hg)（俗称（俗称水银水银），），是一种毒性较是一种毒性较大的有色金属，常温下银白色发光的液体，大的有色金属，常温下银白色发光的液体，熔点低、挥发性大。熔点低、挥发性大。汞在自然界以汞在自然界以金属汞金属汞、无机汞无机汞和和有机有机汞汞的形式存在。的形式存在。土壤中的黏土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作用，因此土壤中的黏土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作用，因此汞容易在表层累积汞容易在表层累积土壤中汞的化合物可被微生物作用转化成甲基汞，通过食土壤中汞的化合物可被微生物作用转化成甲基汞，通过食物链形成生物放大物链形成生物放大 土壤中汞的污染主要来自于土壤中汞的污染主

4、要来自于工业污染工业污染、农业污染农业污染及某及某些些自然因素自然因素。镉污染镉污染 环境中的环境中的镉镉(Cd)主要主要以各种形态以各种形态存在于各种矿物中，主要的含镉矿物存在于各种矿物中，主要的含镉矿物是硫镉矿、方硫镉矿、镉氧化物和菱是硫镉矿、方硫镉矿、镉氧化物和菱镉矿。镉矿。镉是一种毒性很大的重金属，其化合物也大都属毒性物质。镉镉是一种毒性很大的重金属，其化合物也大都属毒性物质。镉用途用途很广，镉盐、镉蒸灯、颜料、烟雾弹、合金、电镀、焊药、标准电池、冶很广，镉盐、镉蒸灯、颜料、烟雾弹、合金、电镀、焊药、标准电池、冶金去氧剂、原子反应堆的中子收棒等，都要用到镉。金去氧剂、原子反应堆的中子收

5、棒等，都要用到镉。镉在自然界中相当稀少，常伴生于硫化铅、锌矿特别是闪锌矿镉在自然界中相当稀少，常伴生于硫化铅、锌矿特别是闪锌矿(ZnS)之中。金属矿的开采和冶炼、电镀、颜料等是镉的主要之中。金属矿的开采和冶炼、电镀、颜料等是镉的主要人为污染源人为污染源。震惊世界的日本震惊世界的日本“痛痛病痛痛病”就是因镉污染而致。含镉的矿山废水污染就是因镉污染而致。含镉的矿山废水污染了河水及河两岸的土壤、粮食、牧草、通过食物链进入人体而慢慢积累，了河水及河两岸的土壤、粮食、牧草、通过食物链进入人体而慢慢积累，在肾脏和骨骼中。在肾脏和骨骼中。铅污染铅污染 铅铅(Pb)是自然界常见的元素之一，是自然界常见的元素之

6、一，是一种蓝色或银灰色的软金属。自然是一种蓝色或银灰色的软金属。自然界很少发现纯金属铅，多以硫化物的界很少发现纯金属铅，多以硫化物的形式存在。形式存在。土壤中铅的污染主要来自汽油燃烧、冶炼烟尘以及矿山和冶炼废水土壤中铅的污染主要来自汽油燃烧、冶炼烟尘以及矿山和冶炼废水等，在矿山和冶炼厂附近土壤含铅量都比较高。等，在矿山和冶炼厂附近土壤含铅量都比较高。大气传输、沉降大气传输、沉降是土壤外源铅的主要传输途径，是土壤外源铅的主要传输途径，污水灌田污水灌田是外源铅进是外源铅进入土壤的另一主要途径。入土壤的另一主要途径。作物对铅的吸收作物对铅的吸收90%以上集中在根部，其顺序为以上集中在根部，其顺序为根

7、根茎、叶茎、叶子实子实，呈由下向上骤减趋势，反映出铅在土壤中对植物的有效性及移动能力均低。呈由下向上骤减趋势，反映出铅在土壤中对植物的有效性及移动能力均低。铬污染铬污染 铬铬(Cr)是是人类和动物体的必需元人类和动物体的必需元素，但高浓度时有害。冶炼、燃烧、素，但高浓度时有害。冶炼、燃烧、耐火材料及化学工业等排放、含铬灰耐火材料及化学工业等排放、含铬灰尘的扩散、堆放的铬渣、含铬废水污尘的扩散、堆放的铬渣、含铬废水污灌等都造成土壤铬污染。灌等都造成土壤铬污染。土壤中铬主要以三价铬化合物存在，当它们进入土壤后，土壤中铬主要以三价铬化合物存在，当它们进入土壤后，90%以上以上迅速被土壤吸附固定，在土

8、壤中难以再迁移。迅速被土壤吸附固定，在土壤中难以再迁移。铬酸盐矿物具有鲜明的颜色，铬酸盐矿物具有鲜明的颜色，Cr2+一般为紫色一般为紫色，Cr3+为绿色为绿色，Cr6+呈呈浅蓝色浅蓝色。铬的毒性主要是铬的毒性主要是Cr()引起的，主要表现在引起呼吸道疾病、肠胃道引起的，主要表现在引起呼吸道疾病、肠胃道病和皮肤损伤等，此外病和皮肤损伤等，此外Cr()有有致癌致癌作用。作用。过量铬会抑制作物生长，但低浓度的铬能刺激作物生长；过量铬会抑制作物生长，但低浓度的铬能刺激作物生长；铬对土壤生化代谢的影响铬对土壤生化代谢的影响：抑制土壤纤维素的分解、抑制土壤的呼：抑制土壤纤维素的分解、抑制土壤的呼吸作用、抑

9、制土壤中磷酸酯酶和腺酶的活性吸作用、抑制土壤中磷酸酯酶和腺酶的活性砷污染砷污染 砷砷(As)的熔点为的熔点为817，相对密度，相对密度为为5.78，是一种类金属。在一般土壤，是一种类金属。在一般土壤环境中，砷往往以环境中，砷往往以+3和和+5两种价态为两种价态为主存在。地壳中各种岩石矿物砷是土主存在。地壳中各种岩石矿物砷是土壤砷的主要天然来源。壤砷的主要天然来源。含砷矿物可分为含砷矿物可分为三三大类：大类：硫化物硫化物，如，如AsS（雄黄）、（雄黄）、As2S2（雌黄）、（雌黄）、硫砷铁矿硫砷铁矿(FeAsS)，即毒砂，是含砷量最高、分布最广泛的砷矿；，即毒砂，是含砷量最高、分布最广泛的砷矿；

10、氧化物氧化物及含氧酸根形式砷矿物及含氧酸根形式砷矿物：如：如As2O3（砒霜，即白砷矿）、毒铁石（砒霜，即白砷矿）、毒铁石（Fe2AsO4(OH)35H2O）；）；金属砷化物金属砷化物：如：如SbBiAs（砷锑铋矿）等。（砷锑铋矿）等。土壤砷污染的土壤砷污染的来源来源：一、含砷矿石的开采和冶炼；二、含砷原料的：一、含砷矿石的开采和冶炼；二、含砷原料的应用；三、含砷农药的使用；四、煤的燃烧。应用；三、含砷农药的使用；四、煤的燃烧。砷主要通过食物和饮用水进入人体和动物砷主要通过食物和饮用水进入人体和动物，高浓度的砷可导致中枢，高浓度的砷可导致中枢神经系统和末梢神经系统功能紊乱；神经系统和末梢神经系

11、统功能紊乱；砷是植物强烈吸收累计的元素砷是植物强烈吸收累计的元素，砷，砷对植物的毒害主要是阻碍职务体内水分和养分的输送。对植物的毒害主要是阻碍职务体内水分和养分的输送。铜污染铜污染 土壤土壤铜铜(Cu)污染污染主要来自铜矿山和冶主要来自铜矿山和冶炼排出的废水。此外，工业粉尘、城市污炼排出的废水。此外，工业粉尘、城市污水以及含铜农药，都能造成土壤的铜污染。水以及含铜农药，都能造成土壤的铜污染。地壳中铜的平均丰度为地壳中铜的平均丰度为55ppm。在自然界。在自然界中中,铜主要以硫化物矿和氧化物矿形式存在，分铜主要以硫化物矿和氧化物矿形式存在，分布很广。布很广。铜是生命所必需的微量元素，但过量的铜铜

12、是生命所必需的微量元素，但过量的铜对人和动、植物都有害。对人和动、植物都有害。铜污染的治理：植物修复（海洲香薷，铜铜污染的治理：植物修复（海洲香薷，铜草）。例如，浙江富阳铜矿地区铜污染土壤的草）。例如，浙江富阳铜矿地区铜污染土壤的生物修复。生物修复。锌污染锌污染 锌锌(Zn)：铅锌矿的开采、农田施：铅锌矿的开采、农田施用污泥、污灌等均会造成土壤锌污染。用污泥、污灌等均会造成土壤锌污染。正常土壤含锌量为正常土壤含锌量为1300 mg/kg，平，平均为均为3050 mg/kg。土壤中锌的迁移主要取决于土壤土壤中锌的迁移主要取决于土壤体系的体系的pH值。值。锌污染土壤的生物修复锌污染土壤的生物修复：

13、东南景天东南景天是我国发现的一种新的是我国发现的一种新的Zn超超积累植物，地上部积累植物，地上部Zn含量可达含量可达4000 mg/kg以上。以上。二、土壤中重金属的形态二、土壤中重金属的形态化合物的类型化合物的类型 土壤中重金属存在的形态不同，其活性、生物毒性及迁土壤中重金属存在的形态不同，其活性、生物毒性及迁移特征也不同。移特征也不同。土壤中重金属形态的划分有两层含义：土壤中重金属形态的划分有两层含义：土壤中化合物或矿物的类型土壤中化合物或矿物的类型操作定义上的重金属形态操作定义上的重金属形态 目前广泛使用的重金属形态分级方法是加拿大目前广泛使用的重金属形态分级方法是加拿大学者学者Tess

14、ier等于等于1979年提出的年提出的 根据不同浸提剂连续提取土壤的情况，将重金属形根据不同浸提剂连续提取土壤的情况，将重金属形态分为：态分为：水溶态（以去离子水提取）水溶态（以去离子水提取）交换态或交换态或吸附交换态（以吸附交换态（以1 mol/L MgCl2为提取剂）为提取剂）碳酸盐结合态（以碳酸盐结合态（以1 mol/L NaAc-HAc(pH 5.0)缓冲溶液为提取剂）缓冲溶液为提取剂）铁锰氧化物结合态（以铁锰氧化物结合态（以0.04 mol/L NH2OHHCl溶液为浸提剂）溶液为浸提剂）有机结合态（以有机结合态（以0.02 mol/L HNO3+30%H2O2溶液为浸提剂）溶液为浸

15、提剂）残留态（以残留态（以HClO4-HF消化）消化）各种形态的重金属之间随着土壤或外界环境条件的各种形态的重金属之间随着土壤或外界环境条件的改变可相互转化，并保持着动态平衡。改变可相互转化，并保持着动态平衡。两个特例两个特例：砷砷以提取磷的方法为基础修改而成。以提取磷的方法为基础修改而成。吸附态砷吸附态砷 1 mol/L NH4Cl提取提取Al-As 0.5 mol/L NH4F提取提取Fe-As 0.1 mol/L NaOH提取提取Ca-As 0.25 mol/L H2SO4提取提取O-As 不能被上述提取液提取的闭蓄态砷不能被上述提取液提取的闭蓄态砷铬铬 由于不同土壤的矿物种类、组成、有

16、机质含由于不同土壤的矿物种类、组成、有机质含量和量和pH等不同，铬的形态亦不同。等不同，铬的形态亦不同。水溶态水溶态交换态交换态 1 mol/L CH3COONH4提取提取沉淀态沉淀态 2 mol/L HCl提取提取有机结合态有机结合态 5%H2O2-2 mol/L HCl提取提取残留态残留态三、控制土壤中重金属三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应溶解度的主要反应离子交换离子交换 离子交换吸附离子交换吸附，又称为，又称为非专性吸附非专性吸附，指重金属离子通，指重金属离子通过与土壤表面电荷之间的静电作用而被土壤吸附。过与土壤表面电荷之间的静电作用而被土壤吸附。一般来说，阳离子交换容量较大的土壤具

17、有较强吸附一般来说，阳离子交换容量较大的土壤具有较强吸附带正电荷重金属离子的能力；而对于带负电荷的重金属含带正电荷重金属离子的能力；而对于带负电荷的重金属含氧基团，它们在土壤表面的吸附量则较小。氧基团，它们在土壤表面的吸附量则较小。吸附反应吸附反应 吸附吸附是指界面上吸附质在吸附剂上的单纯表面富集或表是指界面上吸附质在吸附剂上的单纯表面富集或表面富集与渗入内部两者兼有的过程，包括面富集与渗入内部两者兼有的过程，包括化学吸附化学吸附和和物理吸物理吸附附。化学吸附化学吸附又称专性吸附，含有价键的形成，在进行的过程中有又称专性吸附，含有价键的形成，在进行的过程中有吸热或放热现象，它倾向于发生在吸附剂

18、的专性吸附位上吸热或放热现象，它倾向于发生在吸附剂的专性吸附位上物理吸附物理吸附是吸附质和吸附剂通过弱的原子和分子间相互作用力是吸附质和吸附剂通过弱的原子和分子间相互作用力（范德华力）而黏附，原子之间的电子云没有显著的迭盖效应，（范德华力）而黏附，原子之间的电子云没有显著的迭盖效应，是一种界面上的迅速而非活化的过程是一种界面上的迅速而非活化的过程 一般在恒温条件下，测得不同浓度时平衡状态下土一般在恒温条件下，测得不同浓度时平衡状态下土壤固相所吸附吸附质的量，即所谓壤固相所吸附吸附质的量，即所谓等温吸附线等温吸附线。S-型等温线型等温线 起始斜率随土壤溶液中吸附质浓度的增加而增大起始斜率随土壤溶

19、液中吸附质浓度的增加而增大L-型等温线型等温线 起始斜率不随土壤溶液中吸附质浓度的增加而增大起始斜率不随土壤溶液中吸附质浓度的增加而增大H-型等温线型等温线 有较大的起始斜率，这是由于土壤固相对吸附质具有较大的起始斜率，这是由于土壤固相对吸附质具有非常高的相对亲和力的结果有非常高的相对亲和力的结果C-型等温线型等温线 起始斜率与土壤溶液中吸附质的浓度无关起始斜率与土壤溶液中吸附质的浓度无关化学吸附化学吸附 进入土壤中的重金属离子大部分被其组分吸持而不进入土壤中的重金属离子大部分被其组分吸持而不可逆，这是由于土壤中的金属氧化物和氢氧化物以及无可逆，这是由于土壤中的金属氧化物和氢氧化物以及无定形铝

20、硅酸盐等能提供化学吸附的表面位点。定形铝硅酸盐等能提供化学吸附的表面位点。这种表面金属键形成的这种表面金属键形成的间接证据间接证据包括：包括：每吸附每吸附一个一个M2+离子有离子有2个个H+离子离子释放释放某些氧化物对特定的金属离子具有高度的专性某些氧化物对特定的金属离子具有高度的专性由于吸附作用的结果改变了氧化物的表面电荷性质由于吸附作用的结果改变了氧化物的表面电荷性质特点特点可发生在带不同电荷的表面，也可发生在中性界面上可发生在带不同电荷的表面，也可发生在中性界面上吸附量的大小不决定于土壤表面电荷的多少和强弱吸附量的大小不决定于土壤表面电荷的多少和强弱通常不能被中性盐所交换，只能被亲和力更

21、强和性质相似的元素所通常不能被中性盐所交换，只能被亲和力更强和性质相似的元素所解吸或部分解吸解吸或部分解吸应用示例应用示例As的吸附和解吸的吸附和解吸土壤对砷吸附的影响因素：土壤对砷吸附的影响因素：土壤铁、锰、铝等无定形氧化物越多，其吸附砷的能力越强土壤铁、锰、铝等无定形氧化物越多，其吸附砷的能力越强碳酸钙表面裸露的碳酸钙表面裸露的Ca2+会与砷生成砷酸钙沉淀之类的难溶性化合物和配合物会与砷生成砷酸钙沉淀之类的难溶性化合物和配合物土壤中腐殖质对土壤中腐殖质对As()的最大吸附量发生在的最大吸附量发生在pH5.5左右，并与腐殖质类型有关左右，并与腐殖质类型有关土壤中砷解吸的影响因素：土壤中砷解吸

22、的影响因素：土壤中砷的解吸与砷化合物种类和土壤组成有关土壤中砷的解吸与砷化合物种类和土壤组成有关土壤砷的解吸与砷化合物的氧化态和吸附位有关土壤砷的解吸与砷化合物的氧化态和吸附位有关 pH也是影响土壤中砷解吸的重要因素也是影响土壤中砷解吸的重要因素Cd的吸附和解吸的吸附和解吸土壤对镉吸附的影响因素：土壤对镉吸附的影响因素：随着土壤溶液离子强度的增加，土壤黏粒表面对镉的吸附量呈降低趋势随着土壤溶液离子强度的增加，土壤黏粒表面对镉的吸附量呈降低趋势Cd2+在蒙脱石上的吸附量依赖于交换性阳离子的种类在蒙脱石上的吸附量依赖于交换性阳离子的种类随着土壤随着土壤pH的增加，土壤对镉的吸附显著增加的增加，土壤

23、对镉的吸附显著增加土壤对镉解吸的影响因素：土壤对镉解吸的影响因素：土壤镉的解吸受土壤镉的解吸受pH、氧化还原电位、温度、有机质含量、氧化还原电位、温度、有机质含量、CEC、矿物、矿物类型和组成等的影响类型和组成等的影响Cr的吸附和解吸的吸附和解吸土壤对铬吸附的影响因素：土壤对铬吸附的影响因素：富含氧化铁和以高岭石为主的砖红壤，对富含氧化铁和以高岭石为主的砖红壤，对Cr()有强烈的吸附作用有强烈的吸附作用增加土壤有机质能降低对增加土壤有机质能降低对Cr()的吸附力的吸附力土壤对土壤对Cr()的吸附量随的吸附量随pH上升而减少上升而减少氧化还原作用氧化还原作用1、金属氧化物对重金属离子的氧化作用、

24、金属氧化物对重金属离子的氧化作用（1）土壤中）土壤中Cr()的氧化的氧化（2）土壤中）土壤中Cr()的还原的还原 氧化锰含量较高，有机质含量较低的大部分新鲜土壤氧化锰含量较高，有机质含量较低的大部分新鲜土壤样品对样品对Cr()都有一定的氧化能力都有一定的氧化能力 土壤中有机质的存在使土壤土壤中有机质的存在使土壤Cr()迅速还原为迅速还原为 Cr()。土壤土壤pH对对Cr()的还原也有一定影响。的还原也有一定影响。（3）土壤中）土壤中Hg的氧化还原的氧化还原 土壤中氧化还原电位和土壤中氧化还原电位和pH决定着汞在土壤中的价态。决定着汞在土壤中的价态。2、有机物对金属的溶解作用、有机物对金属的溶解

25、作用 某些有机分子能与金属离子产生配位反应，可以增加矿某些有机分子能与金属离子产生配位反应，可以增加矿物表面重金属的溶解作用，从而增加土壤溶液中金属离子的物表面重金属的溶解作用，从而增加土壤溶液中金属离子的浓度。浓度。第二节第二节 土壤元素背景值和土壤元素背景值和土壤负载容量土壤负载容量一、土壤元素背景值一、土壤元素背景值 土壤元素背景值土壤元素背景值是指土壤在自然成土过程中所形成是指土壤在自然成土过程中所形成的固有地球化学组成和含量。的固有地球化学组成和含量。背景值只是一个相对的概念，在实际样品的采集中应寻找受人为背景值只是一个相对的概念，在实际样品的采集中应寻找受人为影响较小的地区和土壤样

26、品。影响较小的地区和土壤样品。土壤元素背景值的研究法土壤元素背景值的研究法样点布设和采集样点布设和采集确定采样单元确定采样单元1、减少同一单元的差异性减少同一单元的差异性2、综合考虑土壤类型、母质母岩等因素综合考虑土壤类型、母质母岩等因素3、确定合适的样点数确定合适的样点数样点的选择样点的选择1、不应安排在多种土类和多种母质母岩交不应安排在多种土类和多种母质母岩交叉分布的边缘地带叉分布的边缘地带2、应避开工业污染源的影响应避开工业污染源的影响3、既要考虑交通便利，同时样点又必须远、既要考虑交通便利，同时样点又必须远离铁路、公路至少离铁路、公路至少300米外米外样点分析和数据处理样点分析和数据处

27、理 样品分析方法的样品分析方法的可靠性可靠性和和稳定性稳定性是获得土壤环境中化是获得土壤环境中化学元素正确含量的重要环节。学元素正确含量的重要环节。世世界界土土壤壤分分布布图图土壤元素背景值的应用土壤元素背景值的应用制定土壤环境质量标准制定土壤环境质量标准在环境质量评价中的应用在环境质量评价中的应用人体健康研究中的应用人体健康研究中的应用二、土壤负载容量二、土壤负载容量 污染物的污染物的土壤负载容量土壤负载容量亦称亦称土壤环境容量土壤环境容量，是指在，是指在一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，既能保一定环境单元、一定时限内遵循环境质量标准，既能保证土壤质量，又不产生次生污染时，土壤所能容

28、纳污染证土壤质量，又不产生次生污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。物的最大负荷量。土壤负载容量不是一个固定值而是一个土壤负载容量不是一个固定值而是一个范围值范围值。土壤负载容量的研究方法土壤负载容量的研究方法 土壤负载容量的研究通过对自然环境、社会经济与污土壤负载容量的研究通过对自然环境、社会经济与污染状况调查，污染物生态效应、环境效应、物质平衡的研染状况调查，污染物生态效应、环境效应、物质平衡的研究，确定土壤临界含量。究，确定土壤临界含量。自然环境、社会经济与污染状况调查自然环境、社会经济与污染状况调查污染物生态效应的研究污染物生态效应的研究污染物环境效应的研究污染物环境效应的研究物质平

29、衡研究物质平衡研究土壤污染物临界含量的确定土壤污染物临界含量的确定土壤负载容量的计算土壤负载容量的计算土壤环境容量的影响因子土壤环境容量的影响因子土壤性质的影响土壤性质的影响指示物的影响指示物的影响污染历程的影响污染历程的影响环境因素的影响环境因素的影响化合物类型的影响化合物类型的影响土壤负载容量的应用土壤负载容量的应用 土壤负载容量可以用于制定土壤环境质量标准，同时土壤负载容量可以用于制定土壤环境质量标准，同时也可用于区域污染重金属的总量控制、制定农田灌溉水质也可用于区域污染重金属的总量控制、制定农田灌溉水质标准和污泥使用标准。标准和污泥使用标准。存在的问题存在的问题黑箱黑箱输入输入输出输出

30、第三节第三节 重金属污染对环境重金属污染对环境质量的影响质量的影响一、重金属对土壤肥力的影响一、重金属对土壤肥力的影响氮氮磷磷钾钾1、金属对土壤氮素的影响、金属对土壤氮素的影响 重金属污染会影响到土壤氮的矿化势和氮的矿化速率常重金属污染会影响到土壤氮的矿化势和氮的矿化速率常数。数。2、重金属污染对土壤磷素的影响、重金属污染对土壤磷素的影响 外源重金属进入土壤后，可导致土壤对磷的吸持固定作外源重金属进入土壤后，可导致土壤对磷的吸持固定作用增强，亦即土壤磷的有效性下降；重金属污染还会影响土用增强，亦即土壤磷的有效性下降；重金属污染还会影响土壤磷的形态。壤磷的形态。3、重金属对土壤钾行为的影响、重金

31、属对土壤钾行为的影响 重金属污染导致土壤对钾的吸附能力降低而使土壤溶液重金属污染导致土壤对钾的吸附能力降低而使土壤溶液钾活度增加，加速了钾的流失。钾活度增加，加速了钾的流失。二、重金属的植物效应二、重金属的植物效应及其影响因素及其影响因素重金属浓度的影响重金属浓度的影响 一般来说，植物吸收重金属的浓度有随土壤中污染重金一般来说，植物吸收重金属的浓度有随土壤中污染重金属浓度的增高而增加的趋势。属浓度的增高而增加的趋势。示例示例 植物对砷的吸收随着土壤中植物对砷的吸收随着土壤中砷浓度的增加而增加，直至受害。砷浓度的增加而增加，直至受害。砷可以取代砷可以取代DNA中的磷，中的磷，抑制水分从根部向地上

32、部抑制水分从根部向地上部输送，输送，妨碍水分铁别是养分的吸收，从妨碍水分铁别是养分的吸收，从而使叶片凋萎以致枯死。而使叶片凋萎以致枯死。Eh、pH和和CECEh Eh、pH是影响淹水土壤中重金属的可动性是影响淹水土壤中重金属的可动性和对植物有效性的重要因子。和对植物有效性的重要因子。例如：例如：1、不同品种，例如小麦和水稻对重金属抗性的差异与、不同品种，例如小麦和水稻对重金属抗性的差异与Eh有关有关 2、不同农业管理措施，如水肥管理亦可造成、不同农业管理措施，如水肥管理亦可造成Eh和和pH的差异，的差异，从而影响植物对重金属毒害的抗性从而影响植物对重金属毒害的抗性pH和和CEC 土壤中重金属的

33、活性与其所处环境的土壤中重金属的活性与其所处环境的pH有密切关系。有密切关系。对重金属阳离子来说，对重金属阳离子来说，pH越低，溶解度越大，植物吸收越越低，溶解度越大，植物吸收越多多。土壤质地土壤质地 一定量的重金属或类金属投入到土壤后，土壤质地越黏一定量的重金属或类金属投入到土壤后，土壤质地越黏重，它的持留性就越大；反之，土壤质地越砂，它的淋失率重，它的持留性就越大；反之，土壤质地越砂，它的淋失率就越高。就越高。共存离子的影响共存离子的影响 1、钙和磷酸盐的存在对植物吸收铅的影响、钙和磷酸盐的存在对植物吸收铅的影响 2、镉和锌共存对植物吸收镉和锌均有影响，与土壤的、镉和锌共存对植物吸收镉和锌

34、均有影响，与土壤的锌锌/镉有关。镉有关。三、重金属对土壤微生物和酶的影响三、重金属对土壤微生物和酶的影响对微生物的影响对微生物的影响土壤微生物量是指土壤中体积小于土壤微生物量是指土壤中体积小于5103 m3的生物量。的生物量。土壤微生物量土壤微生物量=土壤微生物量碳土壤微生物量碳 47%微生物通过多种方式影响重金属的生物有效性微生物通过多种方式影响重金属的生物有效性 土壤中重金属浓度增加到一定限度会抑制微生物土壤中重金属浓度增加到一定限度会抑制微生物的生长代谢作用，甚至导致微生物死亡的生长代谢作用，甚至导致微生物死亡对土壤酶活性的影响对土壤酶活性的影响土壤中酶的活性土壤中酶的活性判断土壤生化过

35、程的强度判断土壤生化过程的强度评价土壤肥力的指标评价土壤肥力的指标确定土壤中重金属和其他有毒元素最确定土壤中重金属和其他有毒元素最大允许浓度的重要判据大允许浓度的重要判据重金属对土壤酶的抑制：重金属对土壤酶的抑制：1、污染物进入土壤对酶产生直接作用，单位土壤中酶的、污染物进入土壤对酶产生直接作用，单位土壤中酶的活性下降活性下降 2、污染物通过抑制微生物的生长、繁殖，减少微生物、污染物通过抑制微生物的生长、繁殖，减少微生物体内酶的合成和分泌，最终使单位土壤中酶的活性降低体内酶的合成和分泌，最终使单位土壤中酶的活性降低问题与展望问题与展望土壤污染微生物指标的选择标准：土壤污染微生物指标的选择标准：

36、1、必须可以在不同的土壤类型、不同的条件下精确测定、必须可以在不同的土壤类型、不同的条件下精确测定2、必须简单而经济，适合大批量样品的测定、必须简单而经济，适合大批量样品的测定3、必须是土壤的特征参数，其对照或背景值可以测定、必须是土壤的特征参数，其对照或背景值可以测定4、必须灵敏、可靠，以免误判、必须灵敏、可靠，以免误判5、必须具有科学的定义和清楚的涵义、必须具有科学的定义和清楚的涵义6、可能是由两三个指标组成指标体系，但无污染的原始环境或对照、可能是由两三个指标组成指标体系，但无污染的原始环境或对照必须可知、可测必须可知、可测土壤代谢熵土壤代谢熵四、重金属对人类健康的影响四、重金属对人类健

37、康的影响污染物污染物植物植物动植物动植物移动、扩散、大气排放移动、扩散、大气排放动植物动植物地下水地下水河流河流海洋海洋蓄积蓄积饮用水、植物、动物饮用水、植物、动物海洋植物海洋植物动物动物动物动物动物动物第四节第四节 稀土元素在土壤的稀土元素在土壤的行为与环境质量行为与环境质量一、土壤中稀土元素的来源和含量一、土壤中稀土元素的来源和含量稀土在矿物中存在的形态有：稀土在矿物中存在的形态有：1、存在于矿物晶格中，是矿物的主成分、存在于矿物晶格中，是矿物的主成分2、存在于造岩矿物中，以同晶置换方式分散在造岩矿物中、存在于造岩矿物中，以同晶置换方式分散在造岩矿物中3、以吸附态存在于次生矿物中、以吸附态

38、存在于次生矿物中 中国是世界上稀土资源最丰富的国家，素有中国是世界上稀土资源最丰富的国家，素有“稀土王国稀土王国”之称，总保有储量约之称，总保有储量约9000万吨，居世界第万吨，居世界第1位。位。我国稀土矿产多与其他矿产共生，南方以重稀土为主，我国稀土矿产多与其他矿产共生，南方以重稀土为主，北方以轻稀土为主。北方以轻稀土为主。二、土壤中稀土元素的形态二、土壤中稀土元素的形态 一般将稀土在土壤中的形态划分为一般将稀土在土壤中的形态划分为水溶态水溶态、交换态交换态、碳碳酸盐结合态酸盐结合态或弱结合态、或弱结合态、有机结合态有机结合态、铁锰氧化物结合态铁锰氧化物结合态及及残留态残留态。三、稀土元素在

39、土壤中的三、稀土元素在土壤中的吸附与解吸吸附与解吸土壤中稀土元素的吸附土壤中稀土元素的吸附交换性吸附交换性吸附专性吸附专性吸附 我国土壤对稀土元素的吸附呈明显的地带性特征，我国土壤对稀土元素的吸附呈明显的地带性特征，从南到北逐渐增加，以海南的砖红壤最小，黑龙江的从南到北逐渐增加，以海南的砖红壤最小，黑龙江的黑钙土最大黑钙土最大 我国土壤稀土吸附容量的地带性，主要影响因素我国土壤稀土吸附容量的地带性，主要影响因素是是黏粒矿物类型黏粒矿物类型，其次是，其次是无定形铁含量无定形铁含量。稀土元素的解吸与迁移稀土元素的解吸与迁移解吸解吸稀土元素的解吸量随土壤稀土吸附量的增加而增加稀土元素的解吸量随土壤稀

40、土吸附量的增加而增加土壤所吸附土壤所吸附稀土元素的解吸率随稀土元素的解吸率随pH降低而升高降低而升高迁移迁移剖面的纵向迁移剖面的纵向迁移地表径流迁移地表径流迁移 影响土壤中稀土迁移的因素主要是影响土壤中稀土迁移的因素主要是土壤稀土含量土壤稀土含量、吸附容量吸附容量、土壤土壤pH和和土壤质地土壤质地等。等。四、稀土元素的环境效应四、稀土元素的环境效应稀土对人体健康的影响稀土对人体健康的影响稀土对植物的影响稀土对植物的影响稀土对土壤微生物的影响稀土对土壤微生物的影响第五节第五节 土壤中污染物土壤中污染物的交互作用的交互作用 所谓所谓交互作用交互作用，是指在一定条件下两个以上元素或化，是指在一定条件下两个以上元素或化合物的结合效应小于、等于或大于它们各自效应之和，即合物的结合效应小于、等于或大于它们各自效应之和，即所谓颉抗、加和或者协同作用。所谓颉抗、加和或者协同作用。重金属重金属重金属重金属重金属重金属有机物有机物有机物有机物有机物有机物土壤中重金属与有机污染物土壤中重金属与有机污染物的交互作用的交互作用吸附行为的交互作用吸附行为的交互作用化学作用过程的交互作用化学作用过程的交互作用生物过程的交互作用生物过程的交互作用