第一章污染物在生物体的迁移规律.ppt

3.主要土壤重金属污染形态 重金属元素在土壤中以不同的方式与各组分相联系，形成了不同形态的重金属，从而决定了重金属的移动性和生物利用率。研究表明土壤中重金属的生物毒性不仅与其总浓度有关，更大程度上由其形态分布所决定，不同的形态产生不同的环境效应，直接影响到重金属的毒性、迁移及在自然界的循环 。 重金属形态定义：是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式 。 Company Logo Tessier等用化学试机分步提取法来研究重金属形态，分为以下五种可交换态，碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态，有机质结合态，残渣态 。 几种状态的重金属的稳定性强弱顺序大致为:残渣态硫化物结合态有机物结合态碳酸盐氢氧化物结合态吸附态离子可交换态。 Company Logo 在未受污染的自然土壤中，重金属形态分布的一般特征是:交换态所占比例甚低，残留态所占比例较高。 在重金属污染程度低的土样中，重金属主要以残留态形式存在，在污染较严重的地区，交换态Cu、Cd、Zn呈上升趋势；Cu在土壤中主要以残留态存在，Cd主要以残留态和碳酸盐结合态，而Zn主要以碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态和残留态存在。但总体上是残留态占据总量的决大部分，而有机态与交换态含量较低，Zn在各重金属中，化学形态变化趋势较为一致，表现为残留态铁锰结合态碳酸盐结合态有机态交换态，其余各重金属元素存在一定差异。 Company Logo 分析土壤重金属形态的意义 重金属进入土壤后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应，形成不同的化学形态，并表现出不同的活性，土壤中重金属的形态影响它的活性和对植物的有效性。不论重金属在进入土壤之前是何种形态，进入土壤后都会与土壤中有机态和无机态等组分持续发生作用，如溶解－沉淀、吸附－解吸、络合－离解、氧化－还原作用等，从而产生空间位置的迁移及存在形态的转化。 Company Logo 土壤重金属形态与可迁移性 有研究表明土壤中重金属向植物体内的转移过程与重金属的种类、价态、存在形式以及土壤和植物的种类特性有关，其中水溶态和可交换态易被植物吸收，具有很大的迁移性。吴新民等人研究表明交换态和碳酸盐结合态这两组分重金属与土壤结合较弱，最易被释放，有较大的可迁移动性。有机结合态重金属在氧化态下易分解释放残渣态属不溶态重金属元素，它只有通过化学反应转化成可溶态物质才对生物产生影响，但它是土壤重金属污染的物质供给源 。 三、pH值 （一）土壤中的PH值与重金属 土壤中绝大多数重金属都是以难溶态存在，它的可溶性受pH值控制。 随pH值升高，镉、锌趋于稳定；在低pH时，沉积物中生物可给态的水溶液和可交换态Cd、Zn的浓度有明显增加。在酸性氧化条件下，镉的释放量远高于其他重金属的释放量。 四、氧化还原电位 重金属是过渡元素，在不同的氧化还原状态下，有不同的形态。 氧化还原电位 oxidation-reduction poten-tial，redox potential 不论反应形式如何，所谓氧化即失去电子（ 表现为正电），所谓还原即得到电子，一定伴有电子的授受过程。 所谓的氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高，氧化性越强（失去电子越多，表现为正电荷多，正价位高）。电位越低，氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则说明溶液显示出还原性。 在还原条件下，有机结合态镉最稳定，但在氧化条件下，有机结合态镉则被转化为生物可利用的水溶态、可交换态或溶解络合态而释放到水中，并随氧化还原电位增大，释放量增多。 氧化还原电位与重金属 1、在不同氧化还原电位条件下，沉积物中重金属的结合形态可互相转化 在不同氧化还原电位的条件下，对糙米含镉量的测定结果表明，氧化还原电位416mv时，糙米含镉量为165mv时的2.5倍。 2、土壤的氧化还原与植物的危害 重金属形成不同的氧化还原态对植物会产生不同的影响 （1）湿润条件下水稻根的含镉量为淹水条件下的2倍，茎叶是5倍，糙米是6倍。 （2）在含砷量相同 的土壤中，水稻易受害，而对旱地作物几乎不产生毒害。 因为在淹水条件下易形成还原态的三价砷(亚砷酸)，而旱地常以氧化态的五价砷存在。三价砷的毒性比五价砷高。 表1-13 水稻不同生育期落干处理土壤Eh变化及其对大米质量的影响 元素 临界值(mg/kg) 处理 分蘖期Eh(mV) 拔节期Eh (mV) 乳熟期Eh (mV) 大米含量(mg/kg) Cd 3 落干 308 2