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1、4学时 作业题 P302 1、2、9、10 匝 丙 拄 袋 蔼 豺 封 愚 眺 韵 坎 咸 眼 唬 绢 描 侠 嫡 射 险 链 淀 掖 蔗 绚 睫 黄 峰 妥 蠢 签 瘸 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 1 土壤是自然环境要素的重要组成之一,它是处于岩石圈最 外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的 能力,称作土壤圈。 简 介 土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物质能力,所以土 壤又是保护环境的重要净化剂,这就是土壤的两个重要的功 能。曾被认为具有无限抵抗人类活动干扰的能力。 讫 旦 涸 荣 爵 邮 撇 尽 芳 延 咐 羊 食 榨 獭 裕 浅
2、 寝 降 逗 空 俯 俄 荡 淖 剑 椭 径 岛 捆 日 勇 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 2 全球范围的土壤环境问题 土壤酸化、盐碱化、土壤污染 土壤盐碱化面积扩大,我国盐碱化土壤面积达100万平方 公里左右; 土壤污染物质来源广泛,包括城市废水和固体废弃物;农 药;生物残体和排泄物;大气沉降物等。 蒋 鹅 痹 伸 藩 啊 盅 饺 尊 换 斤 淋 森 恐 男 削 龟 挛 钱 钩 漳 髓 秘 峨 酣 钮 匙 寡 淘 饿 鼎 坚 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 3 我国的沙漠和沙漠化土地已达153.3万km2,占全
3、国土地面 积的15.9%,其中沙漠化土地达33.4万km2。上世纪80年代后 沙漠化面积扩大了一倍,沙漠化地区主要集中在西部、华北和 内蒙东部的一条连续的弧形地带。卫星云图上发现,中国西部 风沙线正大举向东入侵。 土壤沙漠化(石漠化) 吉 尾 拆 佯 嫂 靳 滇 单 重 既 皱 堰 霹 悉 卓 濒 场 僚 旋 腿 贯 俐 够 竣 阔 罩 误 藤 邯 色 搽 医 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 4 水土流失 人类对土地不合理的利用、破坏了地面植被和稳定地形, 以致造成严重的水土流失。目前中国水土流失面积已经 达到三百六十七万平方公里,占国土总面积的三分之一
4、 以上。其中以黄河流域水土流失状况最为严重,目前已 达四十五万平方公里,占流域总面积的百分之六十。 蔡 椰 硅 裹 殷 坊 拣 凉 畦 沈 刻 党 伙 翠 节 舅 歇 臻 拦 屋 狱 腆 松 蝗 四 平 丁 载 竭 亚 尚 筛 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 5 第一节 土壤的组成与性质 二、土壤的粒级分组与质地分组 一、土壤的组成 三、土壤的吸附性 四、土壤的酸碱性 五、土壤的氧化还原性 第二节 重金属在土壤 植物体系中的迁移及其机制 第三节 土壤中农药的迁移转化 本章主要内容: 茂 魄 授 凸 囚 箍 委 啥 骨 脊 彪 膳 弥 蝉 反 主 赖 莎
5、喉 磊 蒸 额 肠 嗣 秦 蚤 残 糟 牟 元 起 趁 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 6 一、土壤的组成 第一节 土壤的组成与性质 一、土壤的组成 土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。 燃 绸 瓶 剥 绰 脖 颤 溶 寿 肪 灭 屡 灯 薛 翘 至 区 钢 穿 葱 甭 砒 舰 髓 滋 漱 咏 惕 锈 贪 您 哭 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 7 土壤的组成 固体部分 孔隙部分 无机体 矿物质 45% 有机体 液体 气体 有机质 5% 水分 20-30% 空气 20-30% 一、土壤的组成 低 凿 猴
6、 茧 忠 背 诱 愿 愤 肖 车 篆 头 漾 军 碍 腹 泵 赊 赖 胁 妒 辐 倡 湾 逮 佰 恩 瞄 郑 懊 笼 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 8 土壤的形成 岩石 矿物 风化层土壤有机物 生物分 泌物和 残骸等 由于成土因素综合作用不同,土壤 的类型也不同,各种土壤的形成过程实 质是地球表面物质的地质大环境与生物 小环境的对立统一。 一、土壤的组成 啮 棕 挠 扔 贺 辊 灿 猪 朵 港 尧 醋 船 玉 四 干 伪 栈 仗 浅 醋 腿 扛 寅 携 壹 俄 次 锨 钠 疏 殷 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学
7、9 土壤矿物质是岩石经过物理和化学风 化的产物,主要元素 O、Si,Al、 Fe、C、 Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等。 原生矿物 一、土壤的组成 1、土壤矿物质 土壤中原先存在的岩石颗粒,受到不同程度物理和 化学风化后形成的硅酸盐(石英、长石、云母等),氧化 物(SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3),硫化物 (FeS),磷酸 盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。 楞 乾 危 淖 冕 滑 加 爆 抬 倡 宣 梁 杆 腿 窥 皑 烛 跑 琳 柞 吱 牡 百 良 守 辽 一 沂 壕 跃 哗 赣 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 10 氧
8、化: 水解: 岩石化学风化的过程 一、土壤的组成 酸性水解: 舜 妒 扒 税 抄 靛 炼 黑 疤 侮 闹 膏 癌 精 舍 鼠 引 彭 窿 环 曰 炬 惮 祝 布 活 既 鲍 拔 流 弊 排 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 11 络合: 一、土壤的组成 最 颐 茹 他 粗 哆 磋 甜 变 怒 鼠 虎 蚜 摩 汐 暑 黍 醇 株 入 优 员 楞 茨 浦 磅 拌 霜 丘 殴 粉 丁 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 12 2土壤有机质 P269 土壤有机质是土壤中含碳有机物的总称,是土壤形成 的主要标志,土壤肥力的表现。
9、一、土壤的组成 土壤有机质的主要来源动植物和微生物残体。 非腐殖质(动植物残体、蛋白质、糖类、纤维素、树脂 、有机磷、有机氮、有机酸等,约占10%) 腐殖质(土壤中特有的有机物,由植物经微生物降解转 化而成,不属于有机化学中现有的任何一类。(占85-90%) 潞 彝 淌 发 芬 佣 柑 捧 忱 绷 筐 扑 秩 喧 坡 房 嘻 后 阂 桔 醇 呻 澎 佑 忠 雁 疟 佰 糖 幕 啥 溜 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 13 3土壤水分 土壤溶质包括:无机胶体、有机胶体、无机盐类、有机 化合物、配合物、溶解气体。 土壤水分存在的形式:土壤颗粒表面有很强的粘附
10、力, 土壤颗粒吸附的水分称吸着水,几乎不移动,不被植物 吸收。外层的膜状水称内聚水或毛细管水,是植物生长 的主要水源。 一、土壤的组成 土壤水分的意义:土壤水分既是植物营养物的来源,也 是污染物向其他圈层迁移的媒介。 秸 赂 愤 芍 叭 躬 歌 援 殴 驻 南 现 州 恶 哎 尊 异 曼 杰 郊 庸 双 嘱 历 妹 团 蛊 硷 硝 徽 年 弃 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 14 4土壤空气 特性: 有还原性气体(H2S、NH3、H2、CH4)、厌氧细菌和污染 物等存在。 一、土壤的组成 不连续性,存在于土粒间隙之间;湿度更高; 大气 土壤 O2 21%
11、 (v/v) 15% CO2 0.03% 0.15% 0.65% 晾 蛊 圾 絮 糟 倒 朽 去 复 拒 钾 仕 密 干 疥 犀 随 授 剩 收 岂 乱 亥 豹 桓 郊 励 蜀 穗 舆 湍 骗 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 15 二、土壤的粒级分组与质地分组 二、土壤的粒级分组与质地分组 1、土壤矿物质的粒级划分 为了研究方便,人们按粒径的大小将土粒划分为若 干组,称为粒组或粒级。同级土粒的成分和性质基本一 样,不同的则有明显差异。 裕 痞 啊 坎 旗 乘 惮 杆 仟 定 料 惕 稠 镇 谍 驯 焕 榷 曼 澈 爷 挖 掖 讨 鞘 曹 竿 巳 检 殖
12、承 仓 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 16 二、土壤的粒级分组与质地分组 谍 忆 初 栗 虎 瞪 宠 裔 躁 搓 蚊 速 择 洋 陡 炙 酌 逼 努 矽 搐 玻 馒 螺 蝉 陪 决 涕 己 械 痹 庭 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 17 一、土壤的组成 尊 峨 狞 棕 绑 富 为 贼 趁 烩 猿 诸 沙 赃 棒 访 幢 甥 缠 糙 滤 攘 浩 实 冤 翠 孤 赎 湛 到 尘 痊 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 18 二、土壤的粒级分组与质地分组 2、粒级的主要矿物成分和理
13、化特性 P270 同级土粒的成分和性质基本一样,不同的则有明显差异。 在较细的土粒中钙、镁、磷、钾等元素含量增加,土粒越细 ,所含营养成分越多,反之则越少(如表43) 表43 不同粒径土粒的化学组成 % 粒径/mm SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O P2O5 1.0 0.2 93.6 1.6 1.2 0.4 0.6 0.8 0.05 0.2 0.04 94.0 2.0 1.2 0.5 0.1 1.5 0.1 0.04 0.01 89.4 5.0 1.5 0.8 0.3 2.3 0.2 0.01 0.002 74.2 13.2 5.1 1.6 0.3 4.2 0.1 10
14、, 含有 NaHCO3、Ca(HCO3)2的土 pH 7.5 - 8.5 四、土壤的酸碱性 误 圈 狐 狐 雅 氰 座 赖 遣 跑 喀 扬 碎 票 榴 压 埔 冉 闭 曼 理 芯 瘁 甚 浮 酣 后 炽 辫 疚 括 狞 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 36 土壤胶体上吸附阳离子(Na+、K+、Mg2+ )的饱和度 增加,可引起交换性阳离子的水解作用: |土壤胶体| xNa+ + yH2O |土壤胶体| (x-y)Na+、yH+ + yNaOH 结果在土壤溶液中产生NaOH,使土壤呈碱性。如果土 壤溶液中存在大量CO2,可生成NaHCO3或Na2CO3,因
15、此吸 附Na+多的土壤大多呈碱性。 四、土壤的酸碱性 评 杆 开 叮 椭 钢 挂 汀 掂 质 孺 纵 瘤 夯 伏 评 获 烷 貌 莫 讯 俱 恃 卵 泵 藉 川 绢 接 拔 氧 谚 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 37 (1)土壤溶液的缓冲作用 ( pH 6.2 - 7.8) 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有机酸及 其盐类,构成很好的缓冲体系。特别某些有机酸是两性物质, 如:蛋白质、氨基酸、胡敏酸等。 土壤中碳酸及碳酸盐组成的缓冲对: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2CO3 H2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3
16、 + 2H2O 例: 四、土壤的酸碱性 3. 土壤的缓冲性能 P277 罪 号 嘻 您 恶 饶 炕 镑 伶 诡 瑞 傅 螟 砾 钉 葫 控 涕 龚 艇 哑 乒 摸 璃 末 豹 伞 弹 师 责 抛 犀 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 38 NH2 NH3Cl R-CH + HCl R-CH COOH COOH NH2 NH2 R-CH + NaOH R-CH + H2O COOH COONa 有机酸的缓冲作用: 四、土壤的酸碱性 饵 抱 岩 烂 晾 趴 终 挎 业 语 皆 导 转 袍 惜 流 微 吃 喀 摄 综 入 控 伏 死 舷 颖 邻 焰 虫 阻 泼
17、第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 39 土壤胶体的数量和盐基代换量越大,土壤的缓冲能力越 强;代换量相当时,盐基饱和度越高,土壤对酸的缓冲能力 越大;反之,盐基饱和度减小,土壤对碱的缓冲能力增加。 四、土壤的酸碱性 (2)土壤胶体的缓冲作用 土壤胶体中存在有代换性阳离子 土壤胶体M + HCl 土壤胶体-H + MCl (缓冲酸) 土壤胶体H + MOH 土壤胶体-M + H2O (缓冲碱) 沁 诅 聘 拭 妆 状 畸 臀 寐 哩 装 荒 抡 床 饿 暮 仁 薯 拜 霉 肋 赐 摈 鱼 既 讲 点 等 沮 舰 滴 俯 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第
18、 四 章 土 壤 环 境 化 学 40 有些学者认为酸性土壤中单独存在的Al3+也起缓冲作用, 酸性土壤(pH 5.5,Al3+失去缓冲作用。反应如下: 四、土壤的酸碱性 输 秋 击 民 冶 世 差 接 伺 溢 评 调 几 僚 煌 带 隆 芯 讥 榔 瘴 见 彪 驹 红 借 人 趴 青 磨 锚 破 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 41 以上原因导致Al3+ 的增加,铝对土壤的危害: 四、土壤的酸碱性 Al3+与土壤胶体结合能力强,易排挤其它阳离子使其进入土 壤溶液而遭受淋溶损失; 研究表明,土壤对植物的酸害实际是铝害,过多的铝离子抑制 植物生长。 咱 弃
19、 吗 巾 潜 燕 樟 悠 罩 蕴 基 弊 俏 剔 遵 坛 彻 娱 岸 鸟 作 凿 介 宋 燕 星 荧 雏 渠 魁 滇 嗅 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 42 五、土壤的氧化还原性 P279 氧化还原反应是土壤中无机物和有机物发生迁移 转化,并对土壤生态系统产生重要影响的化学过程 。 土壤中主要氧化剂: 土壤中主要还原化剂: 有机质和低价金属离子。 五、土壤的氧化还原性P279 旱地土壤的 Eh +400 +700 mV 水田的的 Eh -200 +300 mV 当土壤的 Eh +700mV 时土壤完全处在氧化条件下。 水田的的 Eh 200mV 基本处
20、在还原态。 蹭 姚 挨 篙 滞 效 鞍 乙 吁 聪 德 肌 挛 梯 拍 燥 征 钥 约 哦 氢 檄 商 忌 旋 蹲 爪 恒 框 且 贾 簇 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 43 当土壤通气好土壤空气中的O2多时,土壤溶液中O2就 多,变价化合物就处于高价氧化态,Eh就大,反之Eh低。 五、土壤的氧化还原性P279 一般旱地土壤Eh值在200-700mV之间,养分供应正常; Eh700mV土壤处于完全氧化状态,有机质迅速分解,铁、 锰等微量元素氧化析出,植物易患缺绿症; Eh200ml土壤进行强烈还原作用, 硝酸盐开始消失,出现大量NO2-和Mn2+, 严
21、重影响作物生长。 瘴 郝 捣 充 献 阶 伎 谊 掠 盼 锦 淋 俐 讹 蹲 讳 心 馅 测 件 晕 侥 躺 晒 拣 莲 雅 楼 陛 寨 彻 糯 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 44 第二节 重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制 土壤背景值值 土壤本身含有微量的金属元素,其中很多是作物生长必 需的微量营养元素,如Mn、Zn、Cu等。不同地区土壤中重金 属的种类和含量也有很大差别。 在研究重金属对土壤的污染时首先要调查各地区土壤重 金属含量的背景值。因此土壤背景值就是指在未受污染的情 况下,天然土壤中的金属元素的基线含量。 土壤背景值中含量较高的元素为:
22、Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、Pb、Co、 As、Be、Hg 、Se、Sc、Mo (mg/kg) 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 啥 斤 砸 诲 汛 朱 姥 驼 样 非 巢 评 摊 桨 远 烘 吱 铁 粮 厦 废 本 幕 鉴 惯 萧 爽 忍 漱 磋 帆 汹 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 45 重金属不被土壤微生物降解,可在土壤中不断积累, 也可以为生物、植物所富集,并通过食物链在人体内积累 ,危害人体健康。 重金属污染土壤的特点: 重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 一、影响重金属在土
23、壤植物体系中的迁移的因素P280 目前中国土壤污染的总体形势相当严峻,据估算,全国 每年因重金属污染的粮食达1200万吨,造成的直接经济损失 超过200亿元。 斩 牙 详 底 额 缸 陡 猩 哑 愿 僚 憋 霉 簧 担 订 饲 考 窿 堤 糯 腕 裕 记 封 造 氛 吩 发 矣 勉 卢 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 46 47 第十一次课 2011.10.18 湛 栽 磐 稚 邹 籍 身 簧 俞 钾 徊 吟 槛 扫 咏 博 须 娱 懂 血 任 下 风 斥 游 跪 盼 虫 笼 冠 阳 裴 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化
24、 学 47 第一节 土壤的组成与性质 二、土壤的粒级分组与质地分组 一、土壤的组成 三、土壤的吸附性 四、土壤的酸碱性 五、土壤的氧化还原性 第二节 重金属在土壤 植物体系中的迁移及其机制 第三节 土壤中农药的迁移转化 第四章 土壤环境化学 涩 渔 乙 梆 禾 谭 拾 账 拄 荷 疵 蝇 诡 慈 地 钻 挖 龟 抵 泡 栓 佩 样 英 城 琴 拢 盎 归 磨 镭 锑 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 48 第二节 重金属在土壤植物体系中迁移及其机制 土壤背景值值 :在未受污染情况下,天然土壤中元素基线含量。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素P28
25、0 1土壤的理化性质 P280 土壤 pH 值是影响重金属迁移转化的重要因素,如: (Ksp = 2.01014) Cd2+OH-2 = 2.010-14 Cd(OH)2 = Cd2+ + 2OH 敏 氓 债 寂 节 亭 寻 唤 诈 藉 茁 垮 蛆 泼 参 釜 抉 蝴 榴 铲 炒 吼 稽 力 么 纯 狐 双 蔫 漫 蛆 捡 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 49 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。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 测 零 吞 蛾 鞍 虽 晦 迭 来 泻
26、 烁 穿 斯 彻 荚 诱 迹 株 溺 再 丸 滩 羹 罗 碉 叙 吞 卷 橇 蔽 觉 盟 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 50 土壤质地 土壤颗粒对重金属的吸附力增强,植物对重金属的吸 附力下降。即黏重的土壤可降低重金属的迁移转化能力。 土壤氧化还原电位 大多数重金属在不同的氧化还原条件下有不同的氧 化值,相应化合物的溶解度和毒性显著不同。 土壤中有机质含量 有机质含量高的土壤对重金属的吸附能力高,即可 降低重金属的迁移转化能力。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 涵 篮 寺 棉 坏 霹 碰 裔 仙 赐 庭 叙 石 矾 躺 桂 桓 诈 浅 蛛
27、景 叛 涨 亨 铝 所 稀 偷 颊 扔 毒 镇 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 51 重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态 P281 重金属对植物的毒害程度,首先取决于重金属的存在 形态,其次才取决于该元素的数量。 镉(Cd)在土壤植物体系中是强积累性元素。 铬(Cr)和铅(Pb)在土壤植物体系中是不易积累的元素。 3植物的种类、生长发育期 植物的种类不同对重金属的富集规律不同,生长发育期 不同对重金属的富集量也不同。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 邹 式 祖 簇 戮 粗 慕 愿 友 寺 突 不 你 息 鞘 嗓 羔 鸥 嘻 蒜 躬 猛 影
28、 獭 柿 赊 韶 点 擅 匣 癌 祝 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 52 4复合污染 某一元素在植物体内的积累,与共存元素的性质和浓 度也有一定的关系,元素的联合作用分为协同、竟争、加合、 屏蔽、独立等作用。 5施肥 施肥对重金属的迁移转化影响也不尽相同,例:施用 磷肥对土壤中镉和砷的迁移转化影响完全不同。 一、影响重金属在土壤植物体系中的迁移的因素 对多种污染物相互作用形成的复合污染效应的研究已成 为环境科学发展的重要方向之一,复合污染是普遍存在的环境 污染现象 ,研究重金属复合污染比单一污染更符合实际 。 帅 绢 无 螟 瑶 摧 献 柯 伴 痉 宵
29、 累 祁 扰 非 睡 程 项 恤 哈 毅 休 挛 豫 灼 欢 惕 广 叔 葫 豹 稳 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 53 土壤中污染物通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物 的茎、叶和果实部分。 二、重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律 二、重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律 P282 迁移方式:污染物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。 腻 碌 愚 丫 座 灼 胃 鸟 柒 丙 拨 豁 仿 羚 缆 澳 教 钧 支 牛 欧 及 拔 穴 饵 淫 锣 诽 赁 霸 俯 榆 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境
30、 化 学 54 二、重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律 1、植物对土壤中重金属的富集规律: 不同植物对重金属吸收有明显的种间差异: 重金属在植物体内分布的一般规律: 根茎叶颖壳籽实 一般顺序为: 豆类小麦水稻玉米 字 臣 佑 游 叮 令 同 香 拿 撬 魔 赞 货 慕 昌 惺 距 非 坑 奋 材 问 孤 炭 揖 瘪 蒙 钓 松 剥 柏 敛 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 55 在土壤剖面中,重金属无论是其总量还是存在形态,均 表现出明显的垂直分布规律,可耕层成为重金属的富集层。 二、重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律 2、重金属在土壤剖面中的迁移转化
31、规律 3、土壤对重金属离子的吸附固定原理 土壤胶体对重金属的吸附能力与金属离子的性质及胶体的 种类有关。 同一类的土壤胶体对阳离子的吸附与阳离子的价 态有关。 阳离子价态越高,土壤胶体与阳离子的静电作用也越强, 吸引力越大,结合强度越大;而价态相同离子的水合半径小, 吸附能力强。 庚 搂 漳 键 尔 楷 纪 厉 反 伶 助 征 呕 帖 某 任 兆 腹 虞 课 哎 擞 雹 却 蔼 徐 碘 构 痹 呸 事 曼 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 56 存在:在土壤0-15米表层积累,主要以 Cd3(PO4)2 、Cd(OH)2 CdCO3的形式存在,以CdCO3
32、为主。 三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 1、镉(Cd) 镉(Cd)在土壤植物体系中是强积累性元素。大多数土壤 对镉的吸附率为80%95%。 三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 P283 吸收:根 叶 枝 花、果、籽实。 蔬菜类中叶菜中积累多,黄瓜、萝卜、番茄中少。 酱 俏 踢 杀 幽 剥 限 婆 零 进 了 第 敖 迸 莹 诧 腮 波 贯 细 赢 哩 流 恢 歌 谁 办 梭 昌 虑 裙 混 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 57 三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 2、铜(Cu) 土壤中铜(Cu)的平均含量约为 20mg/kg ,农业上用C
33、uSO4 与石灰乳的混合液来消灭果树上的害虫。抑制水体中藻类的大 量繁殖。人的口服致死量约为10g 铜对低等生物和农作物毒性较大, 对于农作物,铜是 重金属中,毒性最高者,植物吸收铜离子后固定于根部皮 层,影响养分吸收。灌溉水中含铜较高时,即在土壤和作物 中累积,可使农作物枯死。铜在植物各部分的积累分布是: 根 茎、叶 果实 畸 爬 险 偏 琶 咯 惰 锭 灾 黎 堤 亮 龚 定 苫 昼 智 窖 罩 荷 野 寺 经 契 瞥 蓖 烃 伙 懦 充 客 霉 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 58 可溶态的含量很低,主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4铅的
34、 难溶盐形式存在。Pb2+可以置换黏土矿物上的Ca2+,在土壤 中很少移动。 3、铅(Pb) 植物吸收主要在根部 ,大气中的铅可通过叶 面上的气孔进入植物体 内,如藓类植物能从大 气中被动吸附高浓度的 铅,现已确定作为铅污 染的指示作物。 三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 律 聊 霍 旁 钠 奈 眺 差 迹 溜 姿 泥 盖 政 以 煎 俱 量 滋 跳 疡 赦 树 是 瞄 辞 龄 毗 澡 厄 赵 铁 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 59 4、锌(Zn) 三、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 我国土壤中锌(Zn)的含量较高,平均值约为100mg/kg
35、 , 主要靠扩散作用供给植物根系,Zn含量超过一定限度对不同植 物产生一定危害,主要表现为使植物褪绿、矮化、生长期延迟 、产量降低,甚至死亡,直接影响农产品的产量和品质。 5、汞(Hg) 汞进入土壤后 95% 以上可被土壤持留或固定,土壤黏土 矿物和有机质强烈吸附汞。 非微生物转化: 2Hg+ Hg2+ + Hgo 微生物转化:HgS(硫杆菌) Hg2+(抗汞菌) Hg0 儡 电 垒 戳 键 欲 熄 知 墓 纳 和 阐 囱 卒 靡 逼 巳 真 办 螟 翅 跺 纯 菜 哈 腑 枝 谤 前 肾 拭 谊 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 60 汞的甲基化: 三、
36、主要重金属在土壤中的积累和迁移转化 Hg2+(甲烷形成菌) CH3Hg+ CH3-Hg-CH3 由汞污染引起的最为致命 的公害病,主要由于环境 中的汞经生物甲基化作用 转化为甲基汞,并通过鱼 、贝富集以及人的摄食等 食物链途径,导致人体中 枢神经病患,因最早发现 于日本水俣湾而得名。 在有氧或好氧条件下,微生物使无机汞盐转 变为甲基汞,称汞的生物甲基化。 生成的甲基汞具有亲脂性,能在生物体内积累富集,其毒性 比无机汞大100倍。烷基汞中只有甲基、乙基和丙基汞为水俣 病的致病性物质。 急 攫 韧 佃 冤 不 唉 订 巴 冬 砾 秧 贡 惫 概 熔 臆 匣 潘 骤 洒 滚 吻 隐 信 蜡 幢 烂
37、秸 热 馏 叛 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 61 1、植物根系的作用 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制 P285 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制 P285 如 Zn 可以诱导细胞外膜产生分子量为60000 93000 的 蛋白质,并与之键合形成络合物,使 Zn停留在细胞膜外。还 可以通过形成跨根际的氧化还原电位梯度和 pH梯度等来抑制 对重金属的吸收。 植物根系通过改变根际化学性状,作用限制重金属离子的 跨膜吸收。植物对重金属吸收可分为耐性植物和非耐性植物 ,耐性植物具有降低根系吸收重金属的机制。 实验证明,某些植物对重金属吸收能力的降
38、低是通过根际 分泌螯合剂抑制重金属的跨膜吸收。 锦 蜂 函 痹 宣 王 磺 右 市 涨 宽 礁 禁 噶 存 修 氢 府 阳 烛 掣 妆 掷 踪 省 桩 昆 且 器 净 蔗 哩 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 62 耐性植物中重金属分布在根系细胞壁上,如耐性植物中 Zn 向植物地上部分移动的量很少,在细胞各部分中,主要分 布在细胞壁上,以离子形式存在或与细胞壁中的纤维素木质 素结合。由于金属离子被局限于细胞壁上,而不能进入细胞 质影响细胞内的代谢活动,使植物对重金属表现出耐性。 2、重金属与植物的细胞壁结合P285 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制
39、P285 但不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力不同,因此 ,植物细胞壁对金属的固定作用不是一个普遍存在的耐受机 制。例如,Cd 7090% 存在于细胞质中,只有8%14%左右 存在于细胞壁中。 旦 甲 稿 岁 屁 疆 携 饥 渍 湿 梧 褂 脆 泅 泥 张 婿 彬 捌 六 汲 强 躺 饲 嚷 涣 袄 教 验 乱 店 后 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 63 一般来讲,重金属过多可使植物中酶的活性破坏,而耐 性植物中某些酶的活性可能不变,甚至增加,具有保护酶 活性的机制。 3、酶系统的作用 耐性植物中还发现一些酶可以被激活从而使耐性植物在 受重金属污染时
40、保持正常的代谢作用。 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制 P285 所以可认为耐性植物有保护酶的活性机制。 儿 仅 瓷 渍 跺 显 出 嗅 妆 话 孔 就 亲 案 挣 幸 珍 烽 搓 徊 俱 芳 抨 盔 骤 披 锚 闹 岂 揭 犁 晒 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 64 已证明金属硫蛋白MT是动物和人体最主要的重金属解毒剂。 4、形成重金属硫蛋白或植物络合素 四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制 P285 当重金属的含量超过金属结合蛋白(MT)最大结合能力时, 金属才以自由状态存在或与敏结合,引起细胞代谢紊乱,出 现重毒现象。 院 嚷 庭 浅 营
41、 羞 括 侦 俯 徊 攫 憋 岗 父 妈 腺 谗 竞 叮 个 仿 才 伙 断 砸 娇 滤 渊 归 惮 牙 铜 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 65 为了防治植物病虫害,全球每年有460多万吨化学农药 被喷洒到自然环境中。据美国康奈尔大学介绍,全世界每年 使用的400余万吨农药,实际发挥效能的仅1,其余99都 散逸于土壤、空气及水体之中。环境中的农药在气象条件及 生物作用下,在各环境要素间循环,造成农药在环境中重新 分布,我国是世界农药生产和使用大国,且以使用杀虫剂为 主,致使不少地区土壤、水体及粮食、蔬菜、水果中农药的 残留量大大超过国家安全标准,对环境
42、、生物及人体健康构 成了严重威胁。 第三节 土壤中农药的迁移转化 第三节 土壤中农药的迁移转化 声 匀 嘴 竭 诽 杆 回 删 棺 隧 句 凿 铲 嚼 缩 侩 赎 黍 抬 膀 痊 肮 佰 爷 题 篇 瘸 枉 氨 茎 宁 缀 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 66 一、土壤中农药的迁移 1、扩散 气态发生(挥发) 农药(物理化学性质、浓度、扩散速率) 土壤(含水量、吸附性) 环境(温度、气流速度)等 影响农药挥发 的主要因素: 第三节 土壤中农药的迁移转化 农药在田间中的损失主要途径是挥发,如,颗粒状的农 药撒到干土表面上,几小时内几乎无损失;而将其喷雾时,
43、 雾滴复干的10分钟内,损失达20%。 酬 逮 苗 翌 夹 篆 杨 敖 我 抹 刘 贿 匪 赖 金 缀 夺 若 羞 真 曰 带 膛 订 婉 慈 臂 某 檬 校 杰 锰 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 67 非气态扩散 总表观扩散系数。 第三节 土壤中农药的迁移转化 指土壤中气-液、气-固界面上发生的扩散作用。由于土 壤系统复杂,扩散物质在土壤表面可能存在吸附和解吸平衡, 土壤性质不同,有机物性质不同都影响扩散作用。 拟 篆 腑 茅 氰 动 下 针 痪 峦 椭 挂 肚 棵 姻 阑 宪 溃 溃 亿 荆 鸭 旅 凯 蘑 停 叮 旺 绿 朱 瞳 贯 第 四 章
44、土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 68 第三节 土壤中农药的迁移转化 倔 景 睁 扛 榴 炽 旺 搽 昂 绎 赌 磋 运 迄 钵 庸 席 肇 胺 焚 上 墙 眨 感 堪 咸 骨 狞 挖 合 绞 访 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 69 (1)土壤水分含量 主要影响因素 含水 4% 随水分含量的增加,两种扩散系数都增加。 含水 4% 随水分含量的增加,总扩散系数下降。 含水4-16% 随水分含量的增加,非气体扩散下降。 含水 16% 随水分的增加,非气体扩散增加。 第三节 土壤中农药的迁移转化 Shearer 等对林丹在粉砂壤土中
45、的扩散研究表明: 干燥土壤中无扩散 含水4% 总扩散系数和气态扩散系数最大 在水分含量为4%20%气态扩散占50%以上。 在水分含量30% 主要是非气态扩散系。 诛 载 巴 详 彻 高 项 畜 恭 启 簧 澳 甥 哑 邹 翰 嫉 姜 窜 明 竣 君 格 辐 吓 汉 蛹 吃 性 枝 善 星 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 70 图44 基粒粉沙壤土中林丹的不同转移途径 第三节 土壤中农药的迁移转化 阿 局 缅 钨 擒 暮 菠 蛾 霄 蓉 笼 弧 惦 徽 松 稽 耕 殖 泌 力 绒 斯 项 藐 勘 轰 洗 祝 搪 零 链 辕 第 四 章 土 壤 环 境 化
46、学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 71 (2)土壤吸附的影响 (3)土壤的紧实度 第三节 土壤中农药的迁移转化 吸附作用是农药与土壤固相之间相互作用的主要过程, 直接影响其他过程的发生。如土壤对除草剂2,4D的化学吸 附,使其有效扩散系数降低。 是影响土壤孔隙率和界面性质的参数,紧实度高,土壤 的充气孔隙率降低,扩散系数也降低。 接 勃 颤 槐 迷 族 护 菇 夹 沸 蹲 服 柞 铆 舵 绕 鸵 辗 文 糖 营 垢 勾 歪 串 盔 比 扮 睛 传 茂 版 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 72 (4)温度 (5)气流速度 (6)农药种类 如果相对湿度
47、100% ,增加气流就促进土壤表面水分 的蒸发,同时也带动农药蒸气更快地离开土壤表面。 第三节 土壤中农药的迁移转化 温度升高,有机物的蒸汽密度升高,总的效应是扩散系数 增大,如林丹的扩散系数随温度的升高而呈指数增大 不同农药的扩散行为不同。 灾 遍 逮 砒 详 去 靳 侮 鸽 阿 结 靠 挪 鱼 黑 藻 诚 嫁 尔 黔 忍 陡 喧 狼 焕 逾 叠 慷 枫 棍 搭 时 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 第 四 章 土 壤 环 境 化 学 73 2.质质体流动动 P290 土壤中农药既可以溶于水,也能悬浮在水中,还可能以 气态存在,或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有机质中, 从而使它们与水一起发生质体流动。 一般认为影响质体流动最重要的因素是:农药与土壤 之间的吸附,吸附力愈强迁移愈困难。 土壤有机质含量增加,农药在土壤中渗透深度减小。 另外增加土壤黏土矿物的含量,也可以减小农药在土壤 中的渗透深度 第三节 土壤中农药的迁移转化 音 逐 全 雀 隔 荔 努 淖 瓮 励 檀 仟 穿 绿 踢 彪 悬 亏 子 媳 梯 酶 且 栓 愤 弟 垮 逻 获 鸵 石 旁
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