土壤中重金属的迁移和转化

第四章土壤环境化学——土壤中重金属的迁移转化不同重金属的环境化学行为和生物效应各异，同种金属的环境化学和生物效应与其存在形态有关。

例如，土壤胶体对Pb2+、Pb4+、Hg2+及Cd2+等离子的吸附作用较强，对AsO2-和Cr2O72-等负离子的吸附作用较弱。

对土壤水稻体系中污染重金属行为的研究表明：被试的四种金属元素对水稻生长的影响为：Cu＞Zn＞Cd＞Pb；元素由土壤向植物的迁移明显受共存元素的影响，在试验条件下，元素吸收系数的大小顺序为：Cd＞Zn＞Cu＞Pb，与土壤对这些元素的吸持强度正好相反；"有效态"金属更能反映出元素间的相互作用及其对植物生长的影响。

下面简单介绍主要重金属在土壤中的迁移转化及其生物效应。

●汞土壤中汞的背景值为0.01～0.15 μg/g。

除来源于母岩以外，汞主要来自污染源，如含汞农药的施用、污水灌溉等，故各地土壤中汞含量差异较大。

来自污染源的汞首先进入土壤表层。

土壤胶体及有机质对汞的吸附作用相当强，汞在土壤中移动性较弱，往往积累于表层，而在剖面中呈不均匀分布。

土壤中的汞不易随水流失，但易挥发至大气中，许多因素可以影响汞的挥发。

土壤中的汞按其化学形态可分为金属汞、无机汞和有机汞，在正常的pE和pH范围内，土壤中汞以零价汞形式存在。

在一定条件下，各种形态的汞可以相互转化。

进入土壤的一些无机汞可分解而生成金属汞，当土壤在还原条件下，有机汞可降解为金属汞。

一般情况下，土壤中都能发生Hg2+===Hg2++HgO反应，新生成的汞可能挥发。

在通气良好的土壤中，汞可以任何形态稳定存在。

在厌氧条件下，部分汞可转化为可溶性甲基汞或气态二甲基汞。

阳离子态汞易被土壤吸附，许多汞盐如磷酸汞、碳酸汞和硫化汞的溶解度亦很低。

在还原条件下，Hg2+与H2S生成极难溶的HgS；金属汞也可被硫酸还原细菌变成硫化汞；所有这些都可阻止汞在土壤中的移动。

当氧气充足时，硫化汞又可慢慢氧化成亚硫酸盐和硫酸盐。

土壤中主要重金属污染物的迁移转 化1.1 汞的迁移转化汞是一种对动植物及人体无生物学作用的有毒元素 土壤中汞的重要特点是能以零价(单质汞)形式存在，还有无机化合态汞和有机化合态汞 除甲基汞 2Hg Cl 、23)(NO Hg 外，大多数为难溶化合物 甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最强。

土壤中汞的迁移转化比较复杂，主要有如下几种途径 1. 土壤中汞的氧化 - 还原 2. 土壤胶体对汞的吸附3. 配位体对汞的配合 - 螯合作用4. 汞的甲基化作用 1.2镉的迁移转化由于土壤的强吸附作用，镉很少发生向下的再 迁移而累积于土壤表层 在降水的影响下，土壤表 层的镉的可溶态部分随水流动就可能发生水平迁 移，进入界面土壤和附近的河流或湖泊而造成次生 污染 土壤中水溶性镉和非水溶镉在一定的条件下 可相互转化，其主要影响因素为土壤的酸碱度 氧化- 还原条件和碳酸盐的含量。

与铅 铜 锌 砷及铬等相 比较，土壤中镉的环境容量要小得多，这是土壤镉 污染的一个重要特点。

1.3 铅的迁移转化铅是人体的非必需元素 土壤中铅的污染主要 来自大气污染中的铅沉降和铅应用工业的 三废 排放 土壤中铅的污染主要是通过空气 水等介质 形成的二次污染 铅在土壤中主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态 多以 2)(Pb OH 、3PbCO或243)(PO Pb 等难溶态形式存在，故铅的移动性和被作物吸收的作用都大大降低 在酸性土壤中 可溶性铅含量一般较高，因为酸性土壤中的 H+ 可将铅从不溶的铅化合物中溶解出来植物吸收的铅是土壤溶液中的可溶性铅 绝大多数积累于植物根部，转移到茎叶 种子中的很少。

植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过 叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。

1.4 铬的迁移转化铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时 对生物有害 土壤中铬的污染主要来源于铁 铬 电 镀 金属酸洗 皮革鞣制 耐火材料 铬酸盐和三氧 化铬工业的 三废 排放及燃煤 污水灌溉或污泥施用等 土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三 价铬离子 +3Cr和-2CrO ，两种六价铬阴离子 -272O Cr和-24CrO.其中3)(OH Cr 的溶解性较小，是铬最稳定的存在形式，而水溶性六价铬的含量一般较低，但 六价铬的毒性远大于三价铬的毒性 土壤中的有机 质如腐殖质具有很强的还原能力，能很快地把六价 铬还原为三价铬，一般当土壤有机质含量大于 2 时，六价铬就几乎全部被还原为三价铬[7-9] 由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能 力一般较弱，而含铬废水中的铬进人土壤后，也多 转变为难溶性铬，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层 铬在土壤中多以难溶性且不能被植物所吸收利用的形式存在，因而铬的生物移作用较小，故铬对植物的危害不像 Cd 、Hg 等重 属那么严重 有研究结果表明，植物从土壤溶液 吸收的铬，绝大多数保留在根部，而转移到种子 果实中的铬则很少[10-12]。

污染土壤中重金属迁移与转化机理研究近年来，随着工业化的快速发展，土壤污染问题日益严重。

其中，重金属污染是一大关注焦点。

重金属污染对土壤环境和农产品安全产生了巨大的影响，因此，研究污染土壤中重金属的迁移与转化机理具有重要意义。

重金属的迁移是指在土壤中由污染点向四周扩散的过程。

重金属常以离子形式存在于土壤中，其迁移主要受土壤水体的输运作用影响。

在重金属的迁移过程中，土壤粒市的结构和组成起到了重要的作用。

一方面，土壤颗粒的大小和排列会影响重金属的渗透速率，从而影响重金属的迁移距离；另一方面，土壤中的有机质、矿物质和胶体颗粒等也能与重金属形成络合物，影响其迁移能力。

此外，土壤的pH值、温度和湿度等环境因素也会对重金属的迁移过程产生影响。

因此，研究重金属迁移的机理，可以为有效预测和控制重金属污染提供理论依据。

重金属的转化是指在土壤中重金属由一种形态转变为另一种形态的过程。

重金属的转化主要受土壤理化性质和微生物作用的影响。

土壤理化性质如pH值、氧化还原条件、有机质含量等对重金属转化起到了重要影响。

例如，酸性土壤有利于重金属离子的溶解，从而增加其毒性和迁移性；而碱性土壤则会降低重金属的溶解度，减少其对环境的危害。

此外，土壤中的微生物也对重金属的转化有着重要作用。

某些微生物可以通过还原作用将重金属离子转化为沉淀态，从而降低其毒性；而另一些微生物则可以将重金属离子与有机物结合，形成稳定的络合物。

因此，研究重金属的转化机理，有助于寻找有效的修复和治理重金属污染土壤的方法。

本研究通过实验、观测和模型分析等方法，系统地研究污染土壤中重金属的迁移与转化机理。

首先，我们可以通过采集不同深度和距离污染点不同位置的土壤样品，分析重金属的分布特征，揭示重金属的迁移规律。

其次，我们可以通过控制土壤的物理性质（如孔隙度、比表面积等）和化学性质（如pH值、有机质含量等），研究这些因素对重金属迁移的影响。

同时，我们还可以通过模拟实验和数值模型的方法，模拟不同情景下重金属的迁移过程，为污染土壤的修复和治理提供科学依据。

重金属在土壤中的迁移与转化研究土壤是与人们息息相关的自然资源，它支撑着我们的农业、林业和畜牧业生产，同时也是城市建设和环境治理的基础。

然而由于人类的不当利用和污染，土壤中的重金属含量日益增加，给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。

因此，如何研究重金属在土壤中的迁移与转化，成为当前环境科学界的热点问题。

一、重金属污染的危害重金属是指密度大于4.5g/cm³的金属元素，它们具有高毒性、强残留性、不易分解等特点，往往会在大量积累后危害环境和健康。

重金属污染造成的危害主要有以下几方面：1、土壤质量下降。

重金属会破坏土壤结构，使土壤变得紧密硬化，影响气体和水分的渗透能力，降低土壤的肥力和作物的生长。

2、生态环境受到破坏。

重金属通过空气、水和食物链等途径进入生态系统，对人类、动物和植物的健康造成影响。

重金属还会破坏生态系统的平衡，缩小生物多样性，影响生态景观的形成。

3、危害人体健康。

重金属通过食物、食水和空气等途径进入人体，对神经系统、免疫系统、造血系统和生殖系统等各个系统造成危害，引起头痛、头晕、恶心、呕吐、皮肤瘙痒、气喘、支气管炎、挫伤白细胞的功能、肠胃功能不良等。

二、重金属在土壤中的形态重金属在土壤中的形态多种多样，其化学性质的不同直接影响了其在土壤中的存在形式、吸附态和活性。

通常，重金属在土壤中的形态可分为三种类型：1、可溶性态。

可溶性态的重金属一般与土壤中的水分结合形成溶液，容易遭受淋溶机制带走。

2、交换态。

交换态的重金属可与土壤中的颗粒物结合，形成为土壤中的不易迁移、不易淋溶的形态。

3、残渣态。

残渣态的重金属一般与土壤中的矿物质结合，成为土壤有机质的重要组成部分，几乎不参与活跃的物理、化学反应。

三、重金属在土壤中的迁移与转化重金属在土壤中的迁移与转化受到多种因素的影响，如土壤类型、土壤pH值、氧化还原电位、土壤有机质、微生物等等，下面分别进行讨论：1、土壤类型。

不同类型的土壤中，重金属的吸附能力和生物有效性会出现明显差异。

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。