化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化

1、化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化環(huán)評第二組1教書育人主要內(nèi)容土壤的組成和性質(zhì)土壤的組成土壤的粒級與質(zhì)地土壤的吸附性土壤的酸堿性土壤的氧化還原性土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移非離子型農(nóng)藥與土壤有機質(zhì)的作用典型農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化2教書育人一. 土壤的組成和性質(zhì)土壤的組成土壤固相土壤液相：水分及水溶物土壤氣相： (土壤空氣)土壤礦物質(zhì) (90% )土壤有機質(zhì) (1-10%)原生礦物質(zhì) (90% )次生礦物圖1. 土壤中固、液、氣相結(jié)構(gòu)圖（自S.F. Manahan, 1984）排入地下水 根須土粒上的吸附水土粒土壤空隙被水飽和的土壤3教書育人4 土壤的組成 土壤礦物質(zhì) 土壤有機質(zhì) ：土壤中含碳有

2、機化合物的總稱（占固相總重量的10 以下 ）。分為非腐殖物質(zhì)和腐殖質(zhì)兩大類。土壤水分 土壤溶液 土壤中的空氣 主要成分都是N2、O2和CO2 。與空氣比較，土壤空氣中；CO2含量比大氣中高得多； O2的含量低于大氣；水蒸氣的含量比大氣中高得多；還含有少量還原性氣體 原生礦物質(zhì)（各種巖石受到程度不同的物理風(fēng)化而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化的碎屑物 ）四類：硅酸鹽類礦物、氧化物類礦物、硫化物類礦物和磷酸鹽類礦物 次生礦物質(zhì)（由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成的新礦物 ）三類：簡單鹽類、三氧化物類和次生鋁硅酸鹽類 巖石化學(xué)風(fēng)化(氧化、水解和酸性水解)伊利石（或水云母）（OH）4Ky（A14Fe4Mg4Mg6）（Si8-yA

3、ly）O20 蒙脫石高嶺石Al4Si4O10（OH）8 4教書育人質(zhì)地組砂土質(zhì)兩合土組粘土質(zhì)地號12345678910 質(zhì)地名稱粗砂土細(xì)砂土面砂土砂性兩合土小粉土兩合土膠性兩合土粉粘土壤粘土粘土砂粒(1-0.05mm)7060-7050-60202040404040-膠粒(0.001mm)-30-30303040各粒級百分含量我國土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)5教書育人 土壤的性質(zhì)吸附性 土壤膠體的性質(zhì)： 具有巨大的比表面和表面能 ； 電性 ； 凝聚性和分散性 ；土壤膠體的離子交換吸附 陽離子交換吸附 陰離子交換吸附 6教書育人土壤的特性 酸堿性我國土壤的pH大多在4.58.5范圍內(nèi)，并有由南向北pH值遞增

4、的規(guī)律性。 7教書育人氧化還原性 氧化還原體系 體系 氧化態(tài) 還原態(tài) 鐵體系 Fe(III) Fe（II） 錳體系 Mn（IV） Mn（II） 硫體系 SO42- H2S 氮體系 NO3- NO2- NO3- N2 NO3- NH4+ 有機碳體系 CO2 CH4 土壤氧化還原能力的大小可以用土壤的氧化還原電位（Eh） 來衡量 8教書育人 農(nóng)藥在土壤中保留時間較長。它在土壤中的行為主要受降解、遷移和吸附等作用的影響。降解作用是農(nóng)藥消失的主要途徑，是土壤凈化功能的重要表現(xiàn)。農(nóng)藥的揮發(fā)、徑流、淋溶以及作物的吸收等，也可使農(nóng)藥從土壤轉(zhuǎn)移到其他環(huán)境要素中去。吸附作用使一部分農(nóng)藥滯留在土壤中，并對農(nóng)藥的遷

5、移和降解過程產(chǎn)生很大的影響。二.土壤中農(nóng)藥的遷移9教書育人（一）、土壤中農(nóng)藥的遷移 主要方式是：擴散（自身作用）和質(zhì)體流動（外力作用）1、擴散 擴散是由于熱能引起分子的不規(guī)則運動而使物質(zhì)分子發(fā)生轉(zhuǎn)移的過程。分子由濃度高的地方向濃度低的地方遷移運動。10教書育人影響農(nóng)藥揮發(fā)的主要因素（1）土壤水分的影響（2）土壤吸附的影響 （3）土壤緊實度（4）溫度（5）氣流速度（6）農(nóng)藥種類11教書育人干燥土壤中無擴散含水4% 總擴散系數(shù)和氣態(tài)擴散系數(shù)最大含水4-20%，氣態(tài)擴散系數(shù)50%（1）、土壤水分的影響12教書育人（2）土壤吸附的影響 吸附作用是農(nóng)藥與土壤固相之間相互作用的主要過程，直接影響其他過程的

6、發(fā)生。農(nóng)藥的分子結(jié)構(gòu)、電荷特性和水溶能力是影響吸附的主要因素。對于土壤性質(zhì)，影響吸附的主要因素是粘土礦物和有機質(zhì)的含量、組成特征以及鋁、硅氧化物和它們水合物的含量。介質(zhì)條件和土壤溶液的pH值是影響吸附的最重要因素。土壤吸附農(nóng)藥的機理，簡略如下四種： 異性電荷相吸、非專一的物理性鍵合、 氫鍵力、配位鍵13教書育人影響農(nóng)藥揮發(fā)的主要因素（3）土壤緊實度（4）溫度（5）氣流速度（6）農(nóng)藥種類14教書育人2.質(zhì)體流動 物質(zhì)的質(zhì)體流動是由水或者土壤微?；蛘邇烧吖餐饔靡鸬奈镔|(zhì)流動。 土壤中的物質(zhì)如農(nóng)藥，既能溶于水中，也能懸浮于水中，或者以氣態(tài)存在，或者吸附于土壤固體物質(zhì)上，或存在于土壤有機質(zhì)中，而使他

7、們能隨水和土壤微粒一起發(fā)生質(zhì)體流動15教書育人影響農(nóng)藥在土壤中質(zhì)體流動的因素： （1）農(nóng)藥與土壤之間的吸附 （2）土壤有機質(zhì)的含量 （3）土壤黏土礦物的含量 （4）農(nóng)藥的種類16教書育人(二).非離子型農(nóng)藥與土壤有機質(zhì)的作用 1非離子型農(nóng)藥在土壤-水體系中的分配作用 吸附作用（adsorption ） 物理吸附 化學(xué)吸附 分子間范德華力 化學(xué)鍵相互作用力 離子鍵、共價鍵、配位鍵等） 不需活化能 需活化能 吸附平衡 化學(xué)反應(yīng)速度 瞬間達(dá)到 慢于物理吸附 17教書育人2、分配作用（partition） 有機化合物在自然環(huán)境中的主要化學(xué)機理之一，指水-土壤（沉積物）中，土壤有機質(zhì)對有機化合物的溶解，

8、或稱吸附（sorption, uptake），用分配系數(shù)Kd 來描述。18教書育人19教書育人3、非離子型農(nóng)藥的分配作用與溶解度的關(guān)系20教書育人4、土壤濕度對分配過程的影響干燥土壤中，農(nóng)藥大量吸附在土壤中土壤潮濕時，農(nóng)藥的吸附量減少，蒸氣濃度增加21教書育人殘留性和危害性 農(nóng)藥污染土壤的程度可用殘留性表示。土壤中農(nóng)藥進(jìn)人各類生物體內(nèi)的途徑：土壤陸生植物食草動物；土壤土壤中無脊椎動物脊惟動物食肉動物土壤水中浮游生物魚和水生生物食魚動物 22教書育人(三)、典型農(nóng)藥在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化23教書育人農(nóng)藥對環(huán)境的影響 對大氣的污染；對水體的污染；對土壤的污染；對生物及人類的危害24教書育人25農(nóng)藥對人

9、體健康的影響 急性毒作用 對神經(jīng)的影響 致癌作用 誘發(fā)突變 慢性中毒 對內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響農(nóng)藥對除蟲害帶來的問題對害蟲的天敵和其他益蟲、益鳥有殺傷作用 使害蟲產(chǎn)生抗藥性 25教書育人Page 26農(nóng)藥分類 按主用途不同分 殺蟲劑、殺螨劑、殺鼠劑、殺軟體動物劑、殺菌劑、殺線蟲劑、除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。按來源不同分 礦物源農(nóng)藥（無機化合物）、生物源農(nóng)藥（天然有機物、抗生素、微生物）及化學(xué)合成農(nóng)藥三大類。 26教書育人Page 27農(nóng)藥對環(huán)境的污染途徑對大氣的污染對土壤的污染對水體的污染27教書育人Page 28農(nóng)藥對土壤的污染 在實際對有害生物真正發(fā)揮作用的藥量只是常規(guī)施藥量的1%，其余都白白浪

10、費掉了，大部分就落入了田塊或漂移至施藥區(qū)外的土壤、空氣和水域中。土壤是所施用農(nóng)藥的主要接受體，雖然可以通過微生物分解、鈍化，土壤膠體的吸收和土壤離子或其它成分的結(jié)合，使部分農(nóng)藥失去生物活性，但有不少高毒農(nóng)藥能在土壤中長期殘留，雖不會直接引起人畜中毒，但可以被作物根系吸收。那些不易分解且毒性大、有三致作用的農(nóng)藥，對人類及環(huán)境造成極大的危害。28教書育人Page 29農(nóng)藥對水體的污染！施藥后棄置的包裝品以及清洗噴灑器械！通過土壤滲透、雨水沖刷！直接以噴霧形式進(jìn)入水體29教書育人1、有機氯農(nóng)藥(含有一個或幾個苯環(huán)的氯的衍生物) 特點：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，殘留期長，易溶于脂肪，并在其中積 累。主要有機氯農(nóng)藥

11、有：DDT和林丹。（1）DDT DDT揮發(fā)性小，不溶于水，易溶于有機溶劑和脂肪。 DDT易被土壤膠體吸附，故其在土壤中移動不明顯，但DDT可通過植物根際滲入植物體內(nèi)（葉片中積累）。 DDT是持久性農(nóng)藥，主要靠微生物的作用降解，如還原、氧化、脫氯化氫；另一個降解途徑是光解。30教書育人有機氯農(nóng)藥含有一個或幾個苯環(huán)的氯的衍生物DDT HCH：六六六 Aldrin：艾氏劑Heptachlor：七氯Dieldrin：狄氏劑有機氯農(nóng)藥是目前造成污染的主要農(nóng)藥?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，殘留期長，易溶于脂肪，并在其中積累。31教書育人1940年，瑞士的嘉基公司成功地開發(fā)了DDT殺蟲劑產(chǎn)品，從此DDT在世界范圍內(nèi)得到了

12、廣泛地應(yīng)用。DDT化學(xué)結(jié)構(gòu)式DDT分子的平面結(jié)構(gòu)圖DDT的球棍結(jié)構(gòu)圖蔡德勒1847年，德國著名化學(xué)家蔡德勒合成了種有機氯化合物，化合物中含有兩個氯苯和一個三氯甲基，化學(xué)名稱為2,2-雙-(對氯苯基)，1,1,1-三氯乙烷簡稱為DDT(我國又稱滴滴涕或二二三)。1932年，瑞士科學(xué)家繆勒開始研究有機氯化合物與殺蟲活性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)DDT具有以下幾個特征：(1)對害蟲毒性很高：(2)對溫血動物和植物相對無害；(3)無刺激性，氣味很??；(4)能廣泛施用；(5)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且殘效期長；(6)價廉且容易大量生產(chǎn)。 DDT:功臣還是災(zāi)難32教書育人DDT的殺蟲功效 DDT具有很好的廣普殺蟲作用。能夠有效

13、地消滅森林害蟲、棉花害蟲、蔬菜害蟲等、在防治棉花蕾期害蟲、越冬紅蛉蟲、果樹害蟲和粘蟲等效果尤為突出。作為有機合成農(nóng)藥，DDT的效率高、用量少，易于使用。DDT還能有效地消滅蚊、蠅、蚤、虱、臭蟲等衛(wèi)生害蟲，在防治致命的傳染病如斑疹傷寒和瘧疾中屢建奇功。自DDT問世以來，各種化學(xué)合成農(nóng)藥不斷被合成和應(yīng)用、化學(xué)農(nóng)藥的種類和產(chǎn)量不斷增加。到20世紀(jì)70年代中期，世界農(nóng)藥產(chǎn)品已達(dá)1300種，年產(chǎn)量達(dá)5000t(按100純度計)的大噸位產(chǎn)品達(dá)3040個，農(nóng)藥產(chǎn)量達(dá)200萬t(按100純度計)。 DDT:功臣還是災(zāi)難33教書育人由于DDT的神奇作用、使用的范圍和場所越來越廣，在20世紀(jì)40年代DDT的使用量

14、達(dá)到了頂峰。我國在1946年開始小規(guī)模地生產(chǎn)DDT，新中國成立后，農(nóng)藥工業(yè)開始快速地發(fā)展、1951年首次用飛機噴灑DDT，消滅蚊子。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計資料表明，全世界由于使用農(nóng)藥防治病蟲害挽回的農(nóng)產(chǎn)品的損失占世界糧食總產(chǎn)量的30左右。我國糧食作物由于使用化學(xué)農(nóng)藥，每年挽回的糧食損失占總產(chǎn)量的7左右、以1987年糧食總產(chǎn)量4019億kg計算，其中281億kg是農(nóng)藥的貢獻(xiàn)，對我國這樣一個在世界上人口最多，人均耕地最少的人口大國、農(nóng)藥對緩解人口與糧食的矛盾中發(fā)揮了重要作用。34教書育人美國海洋生物學(xué)家雷切爾卡爾進(jìn)出版的寂靜的春天一書中，列舉了大量的事實，說明了DDT對生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重影響

15、。20世紀(jì)70年代起，美國及西歐等發(fā)達(dá)國家開始限制和禁止使用DDT。我國子1983年宣布停止生產(chǎn)和使用DDT，從此DDT這一曾經(jīng)為人類健康和農(nóng)業(yè)發(fā)展做出過杰出貢以的農(nóng)藥退出了歷史舞臺。DDT的危害DDT的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易降解，在自然界及生物體內(nèi)可以較長時間存在，通過食物鉸富集、毒性增大、導(dǎo)致魚類和鳥類的死亡，甚至在南極大陸定居的企鵝體內(nèi)都有DDT的存在，對人類的健康也構(gòu)成了威脅。 DDT:功臣還是災(zāi)難35教書育人（2）林丹 林丹揮發(fā)性強，在水、土壤和其他環(huán)境對象中積累較少。林丹易溶于水，可從土壤和空氣中進(jìn)入水體，亦可隨水蒸發(fā)又進(jìn)入大氣。林丹還能在土壤生物體內(nèi)積累。與DDT相比，林丹具有較低的積累性和持久性。36教書育人37教書育人2、有機磷農(nóng)藥 有機磷農(nóng)藥是為取代有機氯農(nóng)藥而發(fā)展起來的。有機磷農(nóng)藥比有機氯農(nóng)藥容易降解，但有機磷農(nóng)藥毒性較大。有機磷農(nóng)藥多為液體，一般都難溶于水，而易溶于有機溶劑中。（1）有機磷農(nóng)藥的非生物降解過程 吸附催化水解降解的主要途徑。 光降解（2）有機磷農(nóng)藥的生物降解38教書育人磷酸的酯類或酰胺類化合物。有機磷農(nóng)藥（organophosphorpus pesticides，0Ps） (1) 磷酸酯(2) 硫代磷酸酯(3) 膦酸酯和硫代膦酸酯類(4) 磷酰胺和硫代磷酰胺類按結(jié)構(gòu)39教書育人(1) 磷酸酯