環(huán)境化學(xué)課件-南開大學(xué) 孫紅文博導(dǎo) 最新版本201408第四章

1、環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-1Chapter 4. Soil Environmental Chemistry 第四章 土壤環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-2 內(nèi)容提要及要點(diǎn)要求內(nèi)容提要及要點(diǎn)要求 本章主要介紹土壤的組成及性質(zhì)；污染物在土壤本章主要介紹土壤的組成及性質(zhì)；污染物在土壤植物體系中的遷移和它的作用機(jī)制，以及主要農(nóng)藥和重植物體系中的遷移和它的作用機(jī)制，以及主要農(nóng)藥和重金屬在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化與歸趨。要求了解土壤的組金屬在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化與歸趨。要求了解土壤的組成與性質(zhì)，土壤的粒級(jí)與質(zhì)地分組特性；了解污染物在成與性質(zhì)，土

2、壤的粒級(jí)與質(zhì)地分組特性；了解污染物在土壤植物體系中遷移的特點(diǎn)、影響因素及作用機(jī)制。土壤植物體系中遷移的特點(diǎn)、影響因素及作用機(jī)制。掌握土壤的吸附、酸堿和氧化還原特性，重金屬離子和掌握土壤的吸附、酸堿和氧化還原特性，重金屬離子和農(nóng)藥在土壤中的遷移原理與主要影響因素，以及主要農(nóng)農(nóng)藥在土壤中的遷移原理與主要影響因素，以及主要農(nóng)藥和重金屬離子在土壤中的轉(zhuǎn)化規(guī)律與效應(yīng)。藥和重金屬離子在土壤中的轉(zhuǎn)化規(guī)律與效應(yīng)。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-3 土壤圈土壤圈(Pedosphere) 特征：特征：1. 永恒的物質(zhì)循環(huán)與能量交換永恒的物質(zhì)循環(huán)與能量交換 2. 最活躍、最富生命力的圈層

3、最活躍、最富生命力的圈層3. 對(duì)環(huán)境的交互作用（凈化對(duì)環(huán)境的交互作用（凈化污染）污染） 4. 記憶塊與基因庫記憶塊與基因庫 5. 時(shí)空變化時(shí)空變化 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-4土土 壤壤地表徑流帶地表徑流帶來的污染來的污染生活垃圾的生活垃圾的填埋填埋農(nóng)藥和化肥農(nóng)藥和化肥的過度施用的過度施用污泥、污水污泥、污水的施用等的施用等工業(yè)廢水的工業(yè)廢水的任意排放任意排放大氣污染的大氣污染的干濕沉降干濕沉降工業(yè)廢物的工業(yè)廢物的任意堆放任意堆放 土壤是各種污染物最終的“宿營地”，世界上90 的污染物最終滯留在土壤內(nèi)。土壤中的污染物質(zhì)會(huì)向水體中遷移或流失；附著其上的污染物能夠

4、進(jìn)入大氣，并通過大氣環(huán)流在全球范圍內(nèi)進(jìn)行傳播。土壤中的有害物質(zhì)不僅通過食物和水體影響人體健康，還會(huì)附著在土壤顆粒上，通過呼吸直接進(jìn)入人體。 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-5 世界十大污染事件之一 骨痛病事件 19世紀(jì)80年代，日本富山縣平原神通川上游的神岡礦山(鉛鋅礦)開始采礦活動(dòng)，然而在采礦過程及堆積的礦渣中產(chǎn)生的含有鎘等重金屬的廢水卻長期直接流入周圍的環(huán)境中，在當(dāng)?shù)氐乃锿寥?、河流底泥中產(chǎn)生了鎘等重金屬的沉淀堆積。鎘通過稻米進(jìn)入人體，首先引起腎臟障礙，逐漸導(dǎo)致軟骨癥，在婦女妊娠、哺乳、內(nèi)分泌不協(xié)調(diào)、營養(yǎng)性鈣不足等誘發(fā)原因存在的情況下，使婦女得上一種渾身劇烈疼痛

5、的病，叫痛痛病，也叫骨痛病，重者全身多處骨折，在痛苦中死亡。從1931年到1968年，神通川平原地區(qū)被確診患此病的人數(shù)為258人，其中死亡128人，至1977年12月又死亡79人。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-6由于方方面面的原因，一些地區(qū)的土壤受到不同程度的污染，由于方方面面的原因，一些地區(qū)的土壤受到不同程度的污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅，總體形對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅，總體形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。 一是土壤污染程度加劇。據(jù)不完全調(diào)查，目前全國受污一是土壤污染程度加劇。據(jù)不完全調(diào)查，目前全國受污染的耕地約有染的耕地約有

6、1.51.5億畝億畝，污水灌溉污染耕地，污水灌溉污染耕地32503250萬畝，固體萬畝，固體廢棄物堆存占地和毀田廢棄物堆存占地和毀田200200萬畝，合計(jì)約占耕地總面積的萬畝，合計(jì)約占耕地總面積的1/101/10以以 上，其中多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)（上，其中多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)（20062006年）。年）。 二是土壤污染危害巨大。據(jù)估算，全國每年因重金屬污二是土壤污染危害巨大。據(jù)估算，全國每年因重金屬污染的糧食達(dá)染的糧食達(dá)12001200萬萬t t，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過200200億元。億元。 三是土壤污染防治基礎(chǔ)薄弱。三是土壤污染防治基礎(chǔ)薄弱。 1畝=66

7、7 m2環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-7在2008年12月12日召開的“中國環(huán)境修復(fù)發(fā)展戰(zhàn)略論壇”上，國家環(huán)保部科技司劉志全副司長在發(fā)言中稱，我國目前每年投入30004000萬元人民幣用于制定土壤污染標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，每年要制定100多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)在未來12年內(nèi)完成。 為全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確把握我國土壤污染的真實(shí)“家底”，有效防治土壤污染，確保百姓身體健康，2006年7月18日國家環(huán)?？偩郑ìF(xiàn)為環(huán)境保護(hù)部）和國土資源部聯(lián)合啟動(dòng)了經(jīng)費(fèi)預(yù)算達(dá)億元的全國首次土壤污染狀況調(diào)查。全國土壤污染狀況調(diào)查的范圍包括除臺(tái)灣省和香港、澳門特別行政區(qū)以外的各省、自治區(qū)、直轄市所轄全部陸地國土

8、，調(diào)查的重點(diǎn)區(qū)域是長三角、珠三角、環(huán)渤海灣地區(qū)、東北老工業(yè)基地、成渝地區(qū)、渭河平原以及主要礦產(chǎn)資源型城市。 根據(jù)安排，2006年月至2007年底是調(diào)查的實(shí)施階段，主要任務(wù)是進(jìn)行野外采樣和室內(nèi)數(shù)據(jù)分析工作；2008年是調(diào)查的總結(jié)階段，主要任務(wù)是編制調(diào)查報(bào)告，全面總結(jié)和集成調(diào)查成果。 此外，我國土壤污染標(biāo)準(zhǔn)體系的制定工作也日益受到重視此外，我國土壤污染標(biāo)準(zhǔn)體系的制定工作也日益受到重視環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-8第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成和性質(zhì)土壤的組成和性質(zhì)一、一、 土壤的組成土壤的組成 Soil Components二、二、 粒級(jí)分組與質(zhì)地分組粒級(jí)分組與質(zhì)地分組

9、Size Classification & Texture Classification三、三、 土壤吸附性土壤吸附性 Soil Sorption Capacity四、四、 土壤的酸堿性土壤的酸堿性 Soil Acidity & Soil Alkalinity五、五、 土壤的氧化還原性能土壤的氧化還原性能 Redox Characteristics of Soil4.1 Soil Components & Characteristics環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-9土壤是指地球陸地表面具有一定肥力且能生長植物的疏松表層。它是由巖石風(fēng)化和母

10、質(zhì)的成土兩種過程綜合作用下形成的產(chǎn)物。其本質(zhì)屬性是具有肥力，由固、液、氣三相組成。礦物質(zhì)礦物質(zhì) 90%以上以上 有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì) 1.0%10%土壤中的水分土壤中的水分及其水溶物及其水溶物（包括氣體）（包括氣體） Soil solution is defined as the soil interstitial water, its solutes and dissolved gases.孔隙中充滿空氣孔隙中充滿空氣porous media一、土壤的組成一、土壤的組成 Soil Components環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-10有機(jī)質(zhì)5%左右Dynamic Nat

11、ure of SoilIdeal Too Dry Too WetAirWaterMineralOrganic空氣30%20% 空隙 50%左右 水20%30% 礦物質(zhì)45%左右固體50%左右 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-11土壤soil氣相 gases液相 liquids固相 solidsSoil air: CO2，O2，N2，H2S，CH4等watersaltsSoil solutioninorganicorganicmineralsHumus and residue of plantsmicroorganisms環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土

12、壤環(huán)境化學(xué)4-12根須根須土粒上的吸附水土粒土粒土壤孔隙土壤孔隙被水飽和的土壤被水飽和的土壤排入地下水排入地下水環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-13土壤的分層：土壤的分層： 覆蓋層、淋溶層、淀積層覆蓋層、淋溶層、淀積層 淋溶層：是指由于淋溶作用使物質(zhì)下移所經(jīng)過的土層，也可稱過濾層，是土壤中生物最活躍的一層，有機(jī)質(zhì)大部分在這一層。淋溶（leaching ）：是指污染物隨滲透水在土壤中沿土壤垂直剖面向下的運(yùn)動(dòng)，是污染物在水土壤顆粒之間吸附解吸或分配的一種綜合行為。最大淋溶深度：評(píng)價(jià)污染物淋溶性能的指標(biāo)，是指土層中污染物的殘留濃度為500 gkg-1時(shí)，污染物所能達(dá)到的最

13、大深度。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-14n 簡單鹽類n 三氧化物n 次生鋁硅酸鹽類n 伊利石n 高嶺石n 蒙脫石原生礦物次生礦物土壤礦物質(zhì)環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-15由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化形成?；瘜W(xué)風(fēng)化的三個(gè)歷程：氧化、水解和酸性水解。分為三類：簡單鹽類原生礦物化學(xué)風(fēng)化的最終產(chǎn)物 ； 三氧化物硅酸鹽礦物徹底風(fēng)化后的產(chǎn)物 ； 次生鋁硅酸鹽類長石等原生硅酸鹽礦物風(fēng)化而成，又稱黏土礦物，分為三大類：伊利石、蒙脫石、高嶺石。 巖石受物理風(fēng)化，化學(xué)組成和結(jié)晶構(gòu)造都未改變。主要有：石英、長石類、云母類、輝石和角閃石。土壤中0.0011 mm

14、的沙和粉沙幾乎全部是原生礦物。四類最重要的原生礦物：磷酸鹽類、氧化物類、硫化物類、硅酸鹽類（占巖漿巖質(zhì)量的80以上）。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-16 Environmental Chemistry 8th ed. Manahan S E. CRC Press. 2004. 407.土壤層中的主要礦物組分Major Mineral Groups in the Earths CrustMineral GroupExamplesFormulaSilicatesQuartzSiO2Olivine(Mg, Fe)2SiO4Potassium feldsparKAlSi3

15、O8OxidesCorundumAl2O3MagnetiteFe3O4CarbonatesCalciteCaCO3DolomiteCaCO3 MgCO3SulfidesPyriteFeS2GalenaPbSSulfatesGypsumCaSO42H2OHalidesHaliteNaClFluoriteCaF2Native elementsCopperCuSulfurS環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-17環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-18共用底角氧原子共用底角氧原子硅氧四面體片硅氧四面體片 tetrahedral sheet環(huán)境化學(xué)環(huán)境化

16、學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-19環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-20鋁氧八面體片 octahedral sheet共用上下共用上下兩層氧原兩層氧原子形成片子形成片環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-21：當(dāng)硅酸鹽黏土礦物形成時(shí)，晶格內(nèi)的組成離子，常被另一種大小相近、電荷符號(hào)相同的離子所取代，取代后的晶體構(gòu)造并未改變。屬屬2 2：1 1型晶格，型晶格，富含鉀，兩晶層富含鉀，兩晶層之間通過之間通過K K離子離子相連，粒徑小于相連，粒徑小于2 2m m，陽離子交，陽離子交換量較多，膨脹換量較多，膨脹性小，可發(fā)生同性小，可發(fā)生同晶取

17、代，但不明晶取代，但不明顯。顯。屬屬2 2：1 1型晶格，晶型晶格，晶層之間主要靠弱的層之間主要靠弱的分子間力連接，粒分子間力連接，粒徑小于徑小于1 1m m，陽離，陽離子交換量極高，它子交換量極高，它所吸收的水分植物所吸收的水分植物難以利用，晶層連難以利用，晶層連接不緊，水分子易接不緊，水分子易進(jìn)入，極易發(fā)生同進(jìn)入，極易發(fā)生同晶取代。晶取代。屬屬1：1型晶格，型晶格，晶層之間由氫鍵晶層之間由氫鍵連接，甚為緊密，連接，甚為緊密，粒徑粒徑0.15.0 m，膨脹性小，陽離膨脹性小，陽離子代換量低，極子代換量低，極少發(fā)生同晶取代。少發(fā)生同晶取代。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系之間的關(guān)系環(huán)境化學(xué)環(huán)境化

18、學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-22伊利石伊利石illite伊利石類結(jié)晶伊利石類結(jié)晶構(gòu)造示意圖構(gòu)造示意圖環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-23K+能發(fā)生同晶取代能發(fā)生同晶取代伊利石伊利石環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-24蒙脫石類結(jié)晶蒙脫石類結(jié)晶構(gòu)造示意圖構(gòu)造示意圖蒙脫石蒙脫石 montmorillonite環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-25弱的分子間力弱的分子間力極易發(fā)生同晶取代極易發(fā)生同晶取代蒙脫石蒙脫石環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-26高嶺石高嶺石 kaolin

19、ite環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-27瞧瞧：氫鍵在這里：氫鍵在這里（牢固）（牢固）不易發(fā)生同晶取代不易發(fā)生同晶取代單位晶層單位晶層內(nèi)表面內(nèi)表面（無）（無）外表面外表面高嶺石高嶺石環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-28三大類次生硅酸鹽礦物區(qū)別性 質(zhì)次生層狀硅酸鹽礦物蒙脫石伊利石高嶺石晶架結(jié)構(gòu)2:12:11:1晶層間連接鍵分子引力鉀鍵氫鍵大小/m0.011.0（小）0.12.0（中）0.15.0（大)形狀不規(guī)則片狀不規(guī)則片狀六方形晶體比表面/(m2g-1)大700800中 100120小 520外表面高中低內(nèi)表面很高中無脹縮性高中低CEC/

20、(cmolkg-1)801202040315環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-29請(qǐng)根據(jù)圖示區(qū)分請(qǐng)根據(jù)圖示區(qū)分三種典型黏土礦物：三種典型黏土礦物：環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-30土壤有機(jī)質(zhì)：土壤中含碳有機(jī)化合物的總稱。土壤有機(jī)質(zhì)：土壤中含碳有機(jī)化合物的總稱。分為如下兩類：分為如下兩類：非腐殖質(zhì)：如蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸等，占非腐殖質(zhì)：如蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸等，占10%15%。腐殖質(zhì)：占腐殖質(zhì)：占85%90%。腐殖質(zhì)是地表分布最廣的天然有機(jī)物，。腐殖質(zhì)是地表分布最廣的天然有機(jī)物，是動(dòng)植物殘?bào)w在土地微生物的作用下，通過復(fù)雜的反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成是動(dòng)植物殘

21、體在土地微生物的作用下，通過復(fù)雜的反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成的暗色、無定形、難于分解、組成復(fù)雜的高分子有機(jī)物。包括：的暗色、無定形、難于分解、組成復(fù)雜的高分子有機(jī)物。包括：富里酸、胡敏酸、胡敏素。其中，富里酸、胡敏酸、胡敏素。其中，富里酸溶于稀酸稀堿；胡敏酸富里酸溶于稀酸稀堿；胡敏酸只溶于稀堿，不溶于稀酸；胡敏素不被堿液提取只溶于稀堿，不溶于稀酸；胡敏素不被堿液提取。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-31Environmental Chemistry 8th ed. Manahan S E. CRC Press. 2004. 447 .土壤有機(jī)成分的主要組分土壤有機(jī)成分的主要組分M

22、ajor Classes of Organic Compounds in SoilCompound typeCompositionSignificanceHumusDegradation-resistant residue from plant decay, largely C, H, and OMost abundant organic component, improves soil physical properties, exchanges nutrients, reservoir of fixed MFats, resins, and waxesLipids extractable

23、by organic solventsGenerally, only several percents of soil organic matter, may adversely affect soil physical properties by repelling water, perhaps phytotoxicSaccharidesCellulose, starches, hemi-cellulose, gumsMajor food source for soil micro-organisms, help to stabilize soil aggregatesN-containin

24、g organicsNitrogen bound to humus, amino acids, amino sugars, and other compoundsProvide nitrogen for soil fertilityPhosphorus compoundsPhosphate esters, inositol phosphates (phytic acid), phospholipidsSource of plant phosphate環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-32n提取方法提取方法土壤或沉積物土壤或沉積物 不溶物不溶物（腐黑物，胡敏素）（腐黑物

25、，胡敏素）用堿液提取用堿液提取不沉淀物不沉淀物（富里酸）（富里酸）可溶物可溶物用酸處理用酸處理沉淀物沉淀物(胡敏酸）胡敏酸）重新溶入堿并加入電解質(zhì)重新溶入堿并加入電解質(zhì)沉淀物沉淀物(灰腐酸灰腐酸)不沉淀物不沉淀物（褐腐酸）（褐腐酸）用乙醇提取用乙醇提取 可溶物可溶物（棕腐酸、（棕腐酸、吉馬多美朗酸）吉馬多美朗酸）環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-33 有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法：K2Cr2O7H2SO4氧化法 2K2Cr2O7 + 3C + 8H2SO4 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3CO2 + 8H2O K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 K2S

26、O4 + Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O有機(jī)碳含量（1.72）=有機(jī)質(zhì)含量環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-34菲文文 獻(xiàn)獻(xiàn) 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí)環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-35AFM images showing different DOM conformationDissolved Organic Matter Conformation and Its interaction with Pyrene As Affected by Water Chemistry and ConcentrationEnviron. S

27、ci. Technol，2008, 42, 1594-1599環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-36環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-37 主要來源于大氣降水、灌溉和地下水，土壤水分并非純水，實(shí)際上是土壤中各種成分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。 毛毛 管管 水水吸吸 附附 水水氣氣 態(tài)態(tài) 水水固固 態(tài)態(tài) 水水環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-38土壤溶液的重要意義早已被人們所認(rèn)識(shí) 1933年Joffe就將土壤溶液比喻成“土體的血液循環(huán)”。土壤溶液是土壤與環(huán)境間物質(zhì)交換的載體，是物質(zhì)遷移與運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，也是植物根系

28、獲取養(yǎng)分最基本的途徑。由于土壤溶液與土壤固相構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡體系，因此，土壤溶液的組成在一定程度上反映了發(fā)生在土壤中的各種反應(yīng)。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-39與大氣基本相似，主要成分：O2、N2、CO2 。不連續(xù)體系不連續(xù)體系（土壤是相（土壤是相互隔離的多互隔離的多孔介質(zhì)）孔介質(zhì)）含量差異：由含量差異：由于微生物和植于微生物和植物活動(dòng)物活動(dòng)CO2含含量比空氣中高，量比空氣中高，O2比空氣中比空氣中低低更高的濕度，更高的濕度，水蒸氣的含水蒸氣的含量比大氣中量比大氣中高得多高得多有還原性氣有還原性氣體和污染物，體和污染物，如如CHCH4 4，H H2 2，H H

29、2 2S S，NHNH3 3環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-40第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成和性土壤的組成和性質(zhì)質(zhì)一、一、 土壤的組成土壤的組成 Soil Components二、二、 粒級(jí)分組與質(zhì)地分組粒級(jí)分組與質(zhì)地分組 Size Classification & Texture Classification三、三、 土壤吸附性土壤吸附性 Soil Sorption Capacity四、四、 土壤的酸堿性土壤的酸堿性 Soil Acidity & Soil Alkalinity五、五、 土壤的氧化還原性能土壤的氧化還原性能 Redox Characte

30、ristics of Soil4.1 Soil Components & Characteristics環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-41瞧！瞧！顆粒大小多么不勻顆粒大小多么不勻二、 粒級(jí)分組與質(zhì)地分組 Size Classification & Texture Classification土壤的機(jī)土壤的機(jī)械組成：械組成：土壤是由粗細(xì)土壤是由粗細(xì)不等的土壤顆不等的土壤顆粒物組成的，粒物組成的，這種粗細(xì)不等這種粗細(xì)不等的土粒按不同的土粒按不同比例組合稱為比例組合稱為土壤的機(jī)械組土壤的機(jī)械組成，又稱為成，又稱為土土壤質(zhì)地（壤質(zhì)地（soil soil t

31、exturetexture）。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-42機(jī)械組成Mechanical composition組 成我國標(biāo)準(zhǔn) mm國際標(biāo)準(zhǔn) mm沙粒Sand主要是原生礦物0.0510.022粉粒Silt主要是次生礦物0.0050.050.002 0.02黏粒Clay原生與次生礦物混合0.0052石塊 stone粗礫 gravel3.023石塊石礫313粗沙 coarse sand細(xì)沙 fine sand0.220.020.2極粗沙粒 very coarse sand粗沙粒 coarse sand中沙粒 medium sand細(xì)沙粒 fine sand極細(xì)沙粒

32、very fine sand120.510.250.50.10.250.050.1粗細(xì)沙 中細(xì)沙細(xì)沙粒0.510.250.50.050.25粉粒 silt0.0020.02粉粒 silt0.0020.05粗粉沙中粉沙細(xì)粉沙0.010.050.0050.010.0010.005黏粒 clay0.002黏粒 clay0.002黏粒膠粒膠體0.0010.0050.00010.00050.0001環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-44粒級(jí)不同，其化學(xué)成分有較大的差異。較細(xì)粒級(jí)中，鈣、鎂、磷、鉀等元素含量增加。粒徑/mmSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OP2O51.

33、00.293.61.61.20.40.60.80.050.20.0494.02.01.20.50.11.50.10.040.0189.45.01.50.80.32.30.20.010.00274.213.25.11.60.34.20.1Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+3）可交換陽離子是由致酸離子(H+, Al+)和鹽 基離子 (Na+, K+, Ca2+)組成的。4） 陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC），用陽離子交換容量來表征，其大小與土壤膠體的種類、特性有關(guān)。 鹽基飽和度=交換性鹽基總量/陽離子交換量100

34、% 鹽基飽和土壤/鹽基不飽和土壤每kg干土中所含全部陽離子的總量環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-55（3）陰離子交換吸附與陽離子作用 沉淀 大大加強(qiáng)吸附各種陰離子被土壤膠體吸附的順序如下：各種陰離子被土壤膠體吸附的順序如下：F-草酸根草酸根檸檬酸根檸檬酸根PO43-AsO43- 硅酸根硅酸根 HCO3-H2BO3-CH3COO-SCN-SO42-Cl-NO3- 土壤中陰離子交換吸附是指帶正電荷的膠體土壤中陰離子交換吸附是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境

35、化學(xué)4-56 Environmental Chemistry 8th ed. Manahan S E. CRC Press.2004. 451 .陰離子交換能被視為發(fā)生于土壤礦物組分的氧化物表面。在低pH條件下，金屬氧化物表面的凈電荷為正，這使其可以通過靜電引力作用吸引陰離子（如氯離子）：在較高pH條件下，由于鍵合于金屬氧化物表面的水分子失去H+離子，形成OH-離子，使得金屬氧化物表面帶有凈負(fù)電荷： 在這樣的情況下，陰離子如HPO42-可能取代氫氧根離子，而直接與氧化物表面發(fā)生鍵合： 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-57第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成和性質(zhì)土壤的組成和性質(zhì)

36、一、一、 土壤的組成土壤的組成 Soil Components二、二、 粒級(jí)分組與質(zhì)地分組粒級(jí)分組與質(zhì)地分組 Size Classification & Texture Classification三、三、 土壤吸附性土壤吸附性 Soil Sorption Capacity四、四、 土壤的酸堿性土壤的酸堿性 Soil Acidity & Soil Alkalinity五、五、 土壤的氧化還原性能土壤的氧化還原性能 Redox Characteristics of Soil4.1 Soil Components & Characteristics環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第

37、四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-58 soil acidity 取決于土壤中H+的存在方式 （1）活性酸度 soil active acidity （有效酸度，pH） 土壤溶液中氫離子濃度的直接反映lCO2H2CO3l有機(jī)物質(zhì)分解 有機(jī)酸l土壤中礦物質(zhì)氧化 無機(jī)酸l施用的無機(jī)肥料中殘留的無機(jī)酸l大氣酸沉降四、四、 土壤的酸堿性土壤的酸堿性 Soil Acidity & Soil Alkalinity環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-59（2）潛性酸度 soil potential acidity 來源于處于吸附態(tài)的H+，Al3+ l處于吸附態(tài)的(H+，Al3

38、+ )不顯酸性 l僅有鹽基不飽和土壤才具有潛性酸度l主要來源于 Al3+ l分類：代換性酸度和水解酸度環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-60代換性酸度：代換性酸度：用過量的中性鹽（用過量的中性鹽（KCl，NaCl等等)溶液淋溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中洗土壤，溶液中金屬離子與土壤中H+，Al3+發(fā)生離子交發(fā)生離子交換作用，而表現(xiàn)出來的酸度。換作用，而表現(xiàn)出來的酸度。 土壤膠體 H+ + KCl 土壤膠體 K+ + HCl 土壤膠體 Al3+ 3KCl 土壤膠體 3K+ + AlCl3 AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl 用方程式說明用方程式

39、說明AlAl3+3+是潛性是潛性酸度酸度的主要來源的主要來源環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-61水解性酸度：水解性酸度：用強(qiáng)堿弱酸鹽（如醋酸鈉）溶液淋洗土壤，溶液用強(qiáng)堿弱酸鹽（如醋酸鈉）溶液淋洗土壤，溶液中金屬離子可將土壤膠體吸附的中金屬離子可將土壤膠體吸附的H+，Al3+離子代換出來，同時(shí)離子代換出來，同時(shí)生成弱酸（如醋酸），此時(shí)測(cè)定該弱酸的酸度。生成弱酸（如醋酸），此時(shí)測(cè)定該弱酸的酸度。 H+土壤膠體 Al3+ + 4CH3COONa Na+土壤膠體 + Al(OH)3 + 4CH3COOHNa+3H2ONa+Na+ 水解性酸度一般比代換性酸度高。這是由于中性鹽

40、所水解性酸度一般比代換性酸度高。這是由于中性鹽所測(cè)出的代換性酸度只是水解酸度的一部分，當(dāng)土壤溶液在測(cè)出的代換性酸度只是水解酸度的一部分，當(dāng)土壤溶液在堿性增大時(shí)，土壤膠體上吸附的堿性增大時(shí)，土壤膠體上吸附的H H較多地被代換出來，所較多地被代換出來，所以水解酸度較大。以水解酸度較大。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-62（3）活性酸度與潛性酸度的關(guān)系l同一平衡體系的不同表現(xiàn)形式l兩者可以相互轉(zhuǎn)化，并在一定條件下處于暫時(shí)的平衡態(tài)l潛性酸度是活性酸度的儲(chǔ)備 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-63 吸附的吸附的Na+，Ca2+，Mg2+達(dá)到一定飽和度

41、時(shí)，會(huì)引達(dá)到一定飽和度時(shí)，會(huì)引起交換性陽離子水解作用，導(dǎo)致諸如起交換性陽離子水解作用，導(dǎo)致諸如NaOH等出現(xiàn)，等出現(xiàn)，使土壤呈現(xiàn)堿性。使土壤呈現(xiàn)堿性。 soil alkalinity Na+飽和度稱為土壤堿土壤堿化度化度。鹽基離子的CO32-和HCO3-鹽是OH-的主要來源，所以碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度稱為總堿度總堿度。土壤膠體土壤膠體xNa+ + yH2O + yNaOH土壤土壤膠體膠體(x-y)Na+yH+ 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-64(1)土壤溶液的緩沖作用H2CO3，H3PO4， H4SiO4 與腐殖酸等有機(jī)弱酸，及其鹽類，構(gòu)成一個(gè)良好的緩沖體系，對(duì)

42、酸堿具有緩沖作用。 兩性物質(zhì)，如：氨基酸，胡敏酸。 Soil buffering capacity 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-65(2) 土壤膠體的緩沖作用 a. 對(duì)于酸：土壤膠體 M + HCl 土壤膠體 H + MCl b.對(duì)于堿：土壤膠體 H + MOH 土壤膠體 M + H2O 土壤膠體吸附各種鹽基離土壤膠體吸附各種鹽基離子和氫離子分別對(duì)酸和堿子和氫離子分別對(duì)酸和堿起緩沖作用起緩沖作用土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖性能越強(qiáng)土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖性能越強(qiáng)環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-66OH-

43、由 Schofield R K提出的模型（條件：pH 700mV：土壤完全處于氧化條件下，有機(jī)物質(zhì)迅速分解Eh 400700mV：土壤中的氮元素主要以NO3-形式存在Eh 400mV：反硝化發(fā)生Eh 200mV： NO3-開始消失，出現(xiàn)大量的NH4+Eh - 200mV：H2S產(chǎn)生，F(xiàn)e2+變成FeS要求：給出條件，能判斷出物質(zhì)的存在形態(tài)要求：給出條件，能判斷出物質(zhì)的存在形態(tài)環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-70一、一、 重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài)重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài) Speciation of Heavy Metals in Soil 三、重金屬在土壤植物體系中的遷移

44、轉(zhuǎn)化規(guī)律三、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律 Transfer/Transformation Principles of Heavy Metals in Soil-Plant System二、二、影響重金屬在土壤植物體系中遷移影響重金屬在土壤植物體系中遷移的因素的因素 Influencing Factors on the Transfer of Heavy Metals in Soil-Plant System四、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化四、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化 Accumulation, Transfer and Transformation of Main He

45、avy Metals in Soil五、植物對(duì)重金屬污染的耐性機(jī)制五、植物對(duì)重金屬污染的耐性機(jī)制 Tolerance Mechanisms of Plants to Heavy Metals第二節(jié) 重金屬在土壤植物體系中的遷移及其機(jī)制4.2 Transfer of Heavy Metals in the Soil-plant System & Mechanism 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-71(1) exchangeable fraction（可交換態(tài)）（可交換態(tài)）(2) carbonates bound fraction （碳酸鹽結(jié)合態(tài)）（碳酸鹽結(jié)合

46、態(tài)）(3) Fe-Mn oxides bound fraction （鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）（鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）(4) organic matter bound fraction（有機(jī)結(jié)合態(tài)）（有機(jī)結(jié)合態(tài)）(5) residue（殘?jiān)鼞B(tài)）（殘?jiān)鼞B(tài)）一、一、 重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài)重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài) Speciation of Heavy Metals in Soil 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-72(1) Exchangeable fraction 指吸附在黏土、腐殖質(zhì)以及指吸附在黏土、腐殖質(zhì)以及其他成分上的金屬，其對(duì)環(huán)境變化敏感，易于遷移轉(zhuǎn)化，其他成分上的金屬

47、，其對(duì)環(huán)境變化敏感，易于遷移轉(zhuǎn)化，能被植物吸收，因此會(huì)對(duì)食物鏈產(chǎn)生巨大影響。能被植物吸收，因此會(huì)對(duì)食物鏈產(chǎn)生巨大影響。(2) Carbonates bound fraction以這一形態(tài)存在的重金以這一形態(tài)存在的重金屬元素，對(duì)屬元素，對(duì)pHpH最敏感。當(dāng)最敏感。當(dāng)pHpH下降時(shí)，易重新釋放出來而下降時(shí)，易重新釋放出來而進(jìn)入環(huán)境中。相反，進(jìn)入環(huán)境中。相反，pHpH升高有助于磷酸鹽的生成和重金升高有助于磷酸鹽的生成和重金屬元素在碳酸鹽礦物上的共沉淀。屬元素在碳酸鹽礦物上的共沉淀。(3) FeMn oxides bound fraction 土壤中的鐵錳氧化物土壤中的鐵錳氧化物一般以礦物的外裹物和細(xì)

48、分散顆粒存在，高活性的鐵錳一般以礦物的外裹物和細(xì)分散顆粒存在，高活性的鐵錳氧化物比表面積大，極易吸附和陰離子或陽離子的共沉氧化物比表面積大，極易吸附和陰離子或陽離子的共沉淀。土壤中淀。土壤中pH和氧化還原條件變化對(duì)鐵錳氧化物結(jié)合和氧化還原條件變化對(duì)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)有重要影響。態(tài)有重要影響。pH和和Eh較高時(shí)，有利于較高時(shí)，有利于Fe/Mn氧化物的氧化物的生成。生成。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-73(4) Organic matter bound fraction：土壤中存在土壤中存在各種有機(jī)物，如動(dòng)植物殘?bào)w、腐殖質(zhì)及礦物顆粒的各種有機(jī)物，如動(dòng)植物殘?bào)w、腐殖質(zhì)及礦

49、物顆粒的包裹層等。它們自身具有較大螯合金屬離子的能力，包裹層等。它們自身具有較大螯合金屬離子的能力，又能以有機(jī)膜的形式附著在礦物顆粒表面，改變礦又能以有機(jī)膜的形式附著在礦物顆粒表面，改變礦物顆粒的表面性質(zhì)。不同程度上增加了吸附重金屬物顆粒的表面性質(zhì)。不同程度上增加了吸附重金屬的能力。在氧化條件下，部分有機(jī)物分子發(fā)生降解的能力。在氧化條件下，部分有機(jī)物分子發(fā)生降解作用，導(dǎo)致部分金屬元素溶出。作用，導(dǎo)致部分金屬元素溶出。(5) Residue：一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物的一般存在于硅酸鹽、原生和次生礦物的土壤晶格中，它們來源于土壤礦物，性質(zhì)穩(wěn)定，在自土壤晶格中，它們來源于土壤礦物，性質(zhì)穩(wěn)定，

50、在自然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在沉積物中。然界正常條件下不易釋放，能長期穩(wěn)定在沉積物中。不易被植物吸收，在整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)食物鏈影不易被植物吸收，在整個(gè)土壤生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)食物鏈影響較小。響較小。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-74 重金屬的生態(tài)效應(yīng)與其形態(tài)密切相關(guān)。在土壤和沉積物中，可交換態(tài)易于被吸收，其次是碳酸鹽結(jié)合態(tài)，再次是Fe/Mn氧化物結(jié)合態(tài)，而與硫化物和有機(jī)質(zhì)結(jié)合的重金屬活性較差，殘?jiān)鼞B(tài)不能被生物利用。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-75nTessier連續(xù)提取方法n稱取風(fēng)干過篩土1 g，置于50 mL塑料離心管中；n

51、可交換態(tài): 加入8 mL 1 molL-1 NaAc (pH =8.2)，在室溫下振蕩1 h；n碳酸鹽結(jié)合態(tài)：加入8 mL 1 molL-1 NaAc，pH =5（用HAc調(diào)節(jié)），在室溫下振蕩5 h；nFe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)：加入20 mL含25%HAc的0.04 mol L-1 NH4Cl溶液，在 963 下水浴6 h，同時(shí)不連續(xù)振蕩。兩種提取方法對(duì)天津土壤中Cd分級(jí)提取結(jié)果比較環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-76nTessier連續(xù)提取方法n有機(jī)結(jié)合態(tài)：加入3 mL 0.02 molL-1 HNO3，5 mL 30% H2O2 pH=2(用HNO3調(diào)節(jié)），在(8

52、52) 下持續(xù)2 h，再加入3 mL 30% H2O2 pH=2(用HNO3 調(diào)節(jié))， 在(852 )下持續(xù)3 h。冷卻后，加入5 mL 3.2 molL-1 NH4Ac(含20%HNO3)，連續(xù)振蕩30 min。NH4Ac 的加入是為了防止提取出來的重金屬又重新吸附到氧化的沉積物上。n殘?jiān)鼞B(tài)：用HF-HNO3-HCl消解，完成整個(gè)金屬含量的分析。 每次提取完成后，用50 mL離心管，在1000 r/min轉(zhuǎn)速下離心30 min，上清液用吸管吸出；再用8 mL蒸餾水離心30 min，第二次上清液棄去。兩種提取方法對(duì)天津土壤中Cd分級(jí)提取結(jié)果比較環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)

53、境化學(xué)4-77兩種提取方法對(duì)天津土壤中Cd分級(jí)提取結(jié)果比較nBCR（European Community Bureau of Reference）連續(xù)提取 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-78結(jié)果比較可交換態(tài)可交換態(tài) 碳酸鹽碳酸鹽結(jié)合態(tài)結(jié)合態(tài) Fe-Mn 氧化物氧化物結(jié)合態(tài)結(jié)合態(tài) 有機(jī)有機(jī)結(jié)合態(tài)結(jié)合態(tài) 殘?jiān)鼞B(tài)殘?jiān)鼞B(tài) 水溶態(tài)、可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài) Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài) 有機(jī)物和硫化物結(jié)合態(tài) 殘?jiān)鼞B(tài) Tessier連續(xù)提取連續(xù)提取Cd環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-79一、一、 重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài)重金屬在土壤中的結(jié)合態(tài) Speciat

54、ion of Heavy Metals in Soil 三、重金屬在土壤三、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律 Transfer/Transformation Principles of Heavy Metals in Soil-Plant System二、二、影響重金屬在土壤植物體系中遷移影響重金屬在土壤植物體系中遷移的因素的因素 Influencing Factors on the Transfer of Heavy Metals in Soil-Plant System四、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化四、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化 Accumula

55、tion, Transfer and Transformation of Main Heavy Metals in Soil五、植物對(duì)重金屬污染的耐性機(jī)制五、植物對(duì)重金屬污染的耐性機(jī)制 Tolerance Mechanisms of Plants to Heavy Metals第二節(jié) 重金屬在土壤植物體系中的遷移及其機(jī)制4.2 Transfer of Heavy Metals in the Soil-plant System & Mechanism 環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-80二、影響重金屬在土壤植物體系中遷移二、影響重金屬在土壤植物體系中遷移的因素

56、的因素 重金屬在土壤植物中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制非常復(fù)雜，影響因素很多，主要有:1. 土壤的理化性質(zhì)土壤的理化性質(zhì)2. 重金屬的種類、濃度、在土壤中的存在形態(tài)重金屬的種類、濃度、在土壤中的存在形態(tài)3. 植物種類、生長期植物種類、生長期4. 復(fù)合污染復(fù)合污染5. 施肥施肥Influencing Factors on the Transfer of Heavy Metals in Soil-Plant System環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-81 土壤的理化性質(zhì)主要通過影響重金屬在土壤中存在形態(tài)而影響重金屬的生物有效性。土壤的理化性質(zhì)主要包括pH、土壤質(zhì)地、土壤氧化還原電位

57、、有機(jī)質(zhì)含量、CEC（陽離子交換容量）等。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-82（1）pH pH的大小顯著影響土壤中重金屬的存在形態(tài)和土壤對(duì)重金屬的吸附量。由于土壤膠體一般帶負(fù)電荷，而重金屬在土壤植物體系中大都以陽離子的形式存在，因此，一般來說，土壤pH越低，H+越多，重金屬被解吸得越多，其活動(dòng)性就越強(qiáng)，從而加大了土壤中的重金屬向生物體內(nèi)遷移的數(shù)量。但對(duì)部分主要以陰離子狀態(tài)存在的重金屬來說，情況正好相反。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-83As在土壤中主要是通過陰離子交換機(jī)制而被專性吸附當(dāng)體系的pH升高時(shí)，有利于砷的解吸；pH升高，土壤對(duì)多

58、數(shù)重金屬的吸附量增加。如：pH=4時(shí)，土壤中鎘的溶出率超過50%；當(dāng)pH達(dá)到7.5時(shí)，鎘就很難溶出；pH7.5時(shí)，94%以上的水溶態(tài)鎘進(jìn)入土壤中，這時(shí)的鎘主要以黏土礦物和氧化物結(jié)合態(tài)及殘留態(tài)形式存在。AsO43-Cd 2+環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-84（2） 土壤質(zhì)地 土壤質(zhì)地影響著土壤顆粒對(duì)重金屬的吸附。一般來說，質(zhì)地黏重的土壤對(duì)重金屬的吸附力強(qiáng)，降低了重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。如小麥盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤質(zhì)地的改變，沙壤輕壤中壤重壤黏土，麥粒對(duì)汞的吸收率呈規(guī)律性減少。土壤黏性越重，吸收砷的能力越強(qiáng)，水稻受害程度越輕。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境

59、化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-85（3）土壤的氧化還原電位 土壤的氧化還原電位影響重金屬的存在形態(tài)，從而影響重金屬化學(xué)行為、遷移能力及對(duì)生物的有效性。一般來說，在還原條件下，很多重金屬易產(chǎn)生難溶性的硫化物，而在氧化條件下，溶解態(tài)和交換態(tài)含量增加。 以Cd為例，CdS是難溶物質(zhì)，但在氧化條件下CdSO4的溶解度要大很多。但主要以陰離子狀態(tài)存在的砷的情況正好相反，對(duì)砷而言，在還原條件下，一方面，As5+被還原為As3+，而亞砷酸鹽的溶解度大于砷酸鹽，從而增加了土壤中溶解的As濃度，使As的遷移能力增強(qiáng)。對(duì)某些重金屬來說，在不同的氧化還原條件下，有不同的價(jià)態(tài)，其化合物的溶解度和毒性顯著不同。注：As的性質(zhì)與重

60、金屬相似，故與重金屬一起討論。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-86（4）土壤中有機(jī)質(zhì)含量 土壤中有機(jī)質(zhì)含量影響土壤顆粒對(duì)重金屬的吸附能力和重金屬的存在形態(tài)，有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤對(duì)重金屬的吸附能力高于有機(jī)質(zhì)含量低的土壤。對(duì)于有機(jī)質(zhì)是否影響重金屬在土壤中的存在形態(tài)卻有不同的觀點(diǎn)。研究表明，土壤中各種元素的含量都與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)，但重金屬各組分占總量的比例一般與有機(jī)質(zhì)含量的大小沒有密切關(guān)系。如土壤剖面中，水溶性硒含量隨剖面深度的增加而迅速降低，與有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)一致。注：硒的性質(zhì)與重金屬相似，故與重金屬一起討論。環(huán)境化學(xué)環(huán)境化學(xué) 第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)4-87 重金屬對(duì)植物的毒害程度，首先取決于土壤中重金屬的存在形態(tài)，其次才取決于該元素的數(shù)量。而