重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制

一、影响重金属在土壤—植物体系中迁移的理化性质（一）pHpH的大小显著影响土壤中重金属离子的存在形态和土壤对重金属的吸附量。

由于土壤胶体一般带负电荷，而重金属在土壤中大多以阳离子形式存在，因此，一般来说，土壤pH越低，H+越多，重金属被解吸得越多，其活动性就越强，从而加大了土壤中重金属向生物体内迁移的数量。

如pH=4时，土壤中镉的溶出率超过50%；当pH达到7.5时，镉就很难溶出；pH>7.5时，94%以上的水溶态镉进入土壤中，这时的镉主要以粘土矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。

Cd(OH)2 = Cd2+ + 2OH-（Ksp = 2.0×10-14）[Cd2+][OH-]2 = 2.0×10-14[Cd2+] = 2.0×10-14/ 1.0×10-14/ [H+]2log[Cd2+] = 14.3–2pH因此，[Cd2+] 随pH 值的升高而减少.反之，pH 值下降时土壤中重金属就溶解出来，这就是酸性土壤作物受害的原因。

但对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，则正好相反。

（二）土壤质地土壤质地影响着颗粒对重金属的吸附，一般来说，质地粘重的土壤对重金属的吸附能力强，降低了重金属的迁移转化能力。

如小麦盆栽试验结果表明，随着土壤质地的改变，即从砂壤→轻壤→中壤→重壤→粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性减少。

（三）土壤的氧化还原电位土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态，从而影响重金属化学行为，迁移能力及对生物的有效性。

一般来说，在还原条件下，很多种金属易产生难溶的硫化物，而在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。

但以阴离子状态存在的砷的情况正好相反。

对某些重金属来说，在不同的氧化还原条件下，不同价态的化合物的溶解性和毒性显著不同。

以镉为例，CdS是难溶物质，但在氧化条件下CdSO4的溶解度要大很多。

而实验发现镉对水稻生长的抑制与镉的溶解度有关。

（四）土壤中有机质含量土壤中有机质含量影响土粒对重金属的吸附能力和重金属的存在状态，有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高于有机质低的土壤。

典型环境现象或现象与重要环境污染物1、逆温（1）逆温由于过程的不同，可分为近地面的逆温、自由大气的逆温。

①近地面的逆温：辐射逆温、平流逆温、融雪逆温、地形逆温②自由大气逆温：乱流逆温、下沉逆温、锋面逆温（2）危害：①在对流层中，由于低层空气受热不均，能够使气体发生垂直对流运动，致使对流层上下空气发生交换。

通过垂直对流运动，污染源排放的污染物能够被输送到远方，并由于分散作用而使污染物浓度降低。

②逆温现象经常发生在较低气层中，这时气层稳定性特强，对大气垂直流动形成巨大障碍，地面气流不易上升，使地面污染源排放出来的污染物难以借气流上升而扩散。

2、大气中的主要污染物（1）定义：大气污染物是指由于人类活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。

（2）分类：①大气污染物按存在形式分可分为气态污染物和颗粒态污染物；③按照化学组成可以分为含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物和含卤素化合物；②按形成过程可以分为一次污染物和二次污染物；一次污染物：直接从污染源排放的污染物质。

如一氧化碳二氧化硫一氧化氮等。

二次污染物：由一次污染物经过化学反应形成的污染物质。

如臭氧、硫酸盐颗粒物等。

（3）重要污染物来源及消除途径（1）含硫化合物大气中的含硫化合物主要包括：氧硫化碳（COS）、二硫化碳（CS2）、二甲基硫（CH3）2S、硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）、硫酸（H2SO4）、亚硫酸盐（MSO3）和硫酸盐（MSO4）等。

大气中的SO2（就大城市及其周围地区来说）主要来源于含硫燃料的燃烧。

大气中的SO2约有50%会转化形成H2SO4或SO42-，另外50%可以通过干、湿沉降从大气中消除。

H2S主要来自动植物机体的腐烂，即主要由植物机体中的硫酸盐经微生物的厌氧活动还原产生。

大气中H2S主要的去除反应为：HO + H2S →H2O + SH。

（2）含氮化合物大气中存在的含量比较高的氮氧化物主要包括氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

重金属对植物生长的影响及其机制研究植物生长是决定一个生态系统健康的关键因素之一，而重金属元素是生态系统中常见的污染物之一。

重金属对植物的生长、发育、代谢和生理机制都有一定的影响。

因此，研究重金属对植物生长的影响及其机制是十分重要的。

一、重金属对植物的影响重金属对植物的影响种类繁多，其中比较常见的包括以下几个方面：1. 生长受限在高浓度重金属的环境中，植物的生长能力会受到限制。

例如，镉可以抑制植物根的生长和发育，而铅能够抑制植物的叶片生长。

2. 光合作用减弱重金属元素对植物的光合作用也有一定的影响。

某些重金属元素可以抑制植物叶片中的光合色素，从而影响光合作用效率。

例如，镉和铅都可以抑制植物的光合作用。

3. 生理代谢紊乱重金属元素还可以直接干扰植物的生理代谢过程，导致植物发生代谢紊乱。

例如，镉、铅和汞都可以干扰植物根系的吸收作用，导致植物吸收有益元素的能力下降。

二、重金属对植物生长的机制重金属对植物生长的机制比较复杂。

目前，研究人员已经确定了几个主要的影响机制。

1. 离子毒性机制重金属离子可以与植物细胞内的生物分子结合，干扰细胞内的代谢过程。

这种机制被称为离子毒性机制。

重金属元素经过化学反应形成离子，在植物体内与许多蛋白质、酶和其他生化物质发生作用，损害生理功能，影响代谢过程和物质代谢。

2. 氧化应激机制重金属元素可以通过诱导氧化应激来对植物产生影响。

氧化应激是由于反应性氧化物质积聚而引起的细胞膜的破坏和DNA的损伤。

重金属元素如镉、汞和铅等都可以引起氧化应激，从而对植物生长产生影响。

3. 生长激素机制重金属元素也可以对植物的激素代谢产生影响。

例如，铅可以抑制植物中的赤霉素合成，从而影响植物的生长发育。

总之，重金属对植物的生长机制是比较复杂的，并且涉及到植物的多个生理机制。

因此，研究重金属在植物体内的作用机制对于样方植物生长以及环境污染治理都具有重要的意义。

三、重金属污染治理的措施重金属污染治理主要通过控制重金属污染源、减少植物吸收重金属、利用重金属吸附材料等多种途径实现。

《环境化学》复习资料1、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)的生成1.乙醛光解产生乙酸基2.乙酰基与空气中O2结合形成过氧乙酰基.3.过氧乙酰基与No2化合生成PANps：PAN具有热不稳定性，遇热会分解而回到过氧乙.基和NO2，因而PAN的分解和合成之间存在着平衡.2、温室效应、气体概念大气中的co2吸收了地面辐射出来的红外光，把能量截留于大气之中，从而使大气温度升高，这种现象称为温室效应，能够引起温室效应的气体，称为温室气体.3、大气颗粒物消除方式并解释/(机制)①干沉降指颗粒物在重力作用下沉降或与其他物体碰撞后发生的沉降。

机制i通重力对颗粒物作用，使其降落在土、水等物体上 ii 粒径小于0.1um 靠布朗运动扩散相互碰撞成较大颗粒随大气湍流到地面去除。

②湿沉降.指通过阵雨，降雪等使颗粒物从大气中去除.机制 i 雨除：半径小于1um ii 冲刷：半径大于4um4、水中无机物的迁移转化方式：沉淀一溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附一解吸.5、水环境中颗粒物的吸附作用.①表面吸附：胶体具有巨大的比表面和表面能..物理吸附②离子交换吸附：静电作用，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量其他阳离子，属于物理化学吸附，不受温度影响，可逆反应③专属吸附：除化学键外，尚有加强的憎水键、范德华力、氢键在起作用.在中性表面甚至在与吸附离子带相同电荷符号的表面也可吸~6、沉积物中重金属诱发适当的因素盐浓度升高。

氧化还原条件变化。

降低ph。

增加水中配合剂的含量7、腐殖质分为腐殖酸(不碱可酸）、富里酸(可可）、腐黑物(不不)8、光解过程分三类：直接光解、敏化光解、氧化反应敏化光解：水体中存在的天然物质腐殖质被阳光激发，又将其激发态的能量转移给化合物而导致的分解。

9、有机物在土壤中的吸着在在两种机理（只适用于非离子型农药）1.分配作用：即在水溶液中，土壤有机质对有机物的溶解作用.而且在溶质的整个溶解范围内，吸附等温线都是线性的，与表面吸附位无关，只与有机物的溶解度相关(因而放出热量小)2.吸附作用：即在非极性的有机溶剂中.即在非极性有机溶剂中，土壤、矿物质对有机物表面的吸附作用或干土壤矿物质对有机物…作用.10、生物降解作用→两种代谢模式区别①生长代谢：许多有毒物质可以像天然有机污染物作为微生物的生长基质：作为微生物唯碳源有滞后期②共代谢：某些有机污染物不能作为微生物的唯一碳源和能源，必须有另外的化合物存在提供微生物碳源和能源时，该有机物才能被降解.这是共代谢无滞后期11、重金属在土壤一植物体系中的迁移及其机制，从三大类(土壤、植物、重金属分析) 1.土壤理化性质：~PH越低，H+越多，活动性越强，加大了土壤中重金属向生物体迁移的数量.~土壤质地黏重，对重金属的吸附力强，降低了重金属的迁移转化能力~土壤中有机质含量高.对重金属吸附力强.降低了重金属转化能力.~还原条件下能力弱、氧化条件下能力强。

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__80%-90%_。

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___A _污染水体后引起的A CdB HgC PbD As3、五十年代日本出现的水俣病是由_B__污染水体后引起的A CdB HgC PbD As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）NO2+ hν NO + O（2）HNO2 + hν HO + NO 或HNO2 + hν H + NO2（3）HNO3 + hν HO + NO2（4）H 2CO + hν + HCO 或H2CO + hν H2+ CO（5）CH 3X + hν + X2、大气中的NO2可以转化成HNO3、NO3和HNO3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：CH2(O3)CH2O3 + CH2 == CH2H2CO+H2COO5、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：CFmCln + hv CFmCln-1 + ClCl + O3O2 + ClOClO +O O2 + Cl7、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__。

重金属在土壤一植物体系中的迁移及其机制(1)土壤一植物体系土壤‘植物体系具有转化储存太阳能为生物化学能的功能，一而微量重金属是土壤中植物生长酶的催化剂；微量重金属又是一个强的“活过滤器”，当有机体密度高时，生命活力旺盛，可以经过化学降解和生物代谢过程分解许多污染物；一微量重金属可以促进土壤中许多物质的生物化学转化，但土壤受重金属污染负荷超过它所承受的容量时，生物产量会受到影响。

因此，土壤一植物系统通过一系列物理化学或生物代谢过程对污染物举行吸附、交换、沉淀或降解作用，使污染物分解或去毒，从而净化和庇护了环境。

(2)污染物由土壤向植物体系中的迁移土壤中污染物通过植物根系根毛细胞的作用堆积于植物的茎、叶和果实部分。

迁移方式：污染物由土壤通过植物体生物膜的方式迁移，可分为被动转移和主动转移两类。

(3）影响重金属在土壤一植物体系中转移的因素①植物种类、生长发育期。

②土壤的酸碱性和腐殖质的含量。

如在冲积土壤、腐殖质火山灰土壤中加入Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等元素后，观看对水稻生长的影响：Cd造成水稻严峻的生育障碍；Pb几乎无影响。

在冲积土壤中，其障碍大小挨次为Cd Zn Cu Hg Pb；在腐殖质火山灰土壤中则为Cd Hg Zn Cu Pb。

③土壤的理化性质。

a.土壤质地； b.土壤中有机质含量； c.pH普通来说，土壤pH越低，土壤中的重金属向生物体内迁移的数量越大； d．土壤的氧化还原电位土壤Eh值的变幻可以挺直影响到重金属元素的价态变幻，并可导致其化合物溶解性的变幻。

④重金属的种类、浓度及存在形态。

如CdSO4、Cd3(PO4)2和CdS三种不同形态的福在土壤中，试验发觉对水稻生长的抑制与镐的榕解度有关。

⑤重金属在植物体内的迁移能力。

(4)典型重金属在土壤的堆积和迁移转化①镉(Cd)镉对生物体和人体是非必须的元素，它在生物圈的存在，经常给生物体带来有害的效应，是一种污染元素。

a．来源地壳中福平均量为0.15mg/kg，未污染土壤中Cd主要来源于其成土母质，我国土壤的背景值为0.017~0.33mg/kg,受污染土壤中Cd主要来源于冶炼厂、电镀厂、涂料第1页共3页。