第四章土壤環(huán)境化學(xué)

1、14學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)作業(yè)題作業(yè)題 p3021、2、9、102 土壤是自然環(huán)境要素的重要組成之一，它是處于巖石圈土壤是自然環(huán)境要素的重要組成之一，它是處于巖石圈最外面的一層疏松的部分最外面的一層疏松的部分, ,具有支持植物和微生物生長(zhǎng)繁殖具有支持植物和微生物生長(zhǎng)繁殖的能力，稱作的能力，稱作土壤圈。土壤圈。 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介 土壤還具有同化和代謝外界進(jìn)入土壤的物質(zhì)能力，所以土壤還具有同化和代謝外界進(jìn)入土壤的物質(zhì)能力，所以土壤又是保護(hù)環(huán)境的重要凈化劑，這就是土壤的兩個(gè)重要的土壤又是保護(hù)環(huán)境的重要凈化劑，這就是土壤的兩個(gè)重要的功能。曾被認(rèn)為具有無(wú)限抵抗人類活動(dòng)干擾的能力。功能。曾被認(rèn)為具有無(wú)限抵抗人類活動(dòng)干擾的能力

2、。3 全球范圍的土壤環(huán)境問(wèn)題全球范圍的土壤環(huán)境問(wèn)題土壤酸化、鹽堿化、土壤污染土壤酸化、鹽堿化、土壤污染 土壤鹽堿化面積擴(kuò)大，我國(guó)鹽堿化土壤面積達(dá)土壤鹽堿化面積擴(kuò)大，我國(guó)鹽堿化土壤面積達(dá)100萬(wàn)平方萬(wàn)平方 公里左右；公里左右； 土壤污染物質(zhì)來(lái)源廣泛，包括城市廢水和固體廢棄物；農(nóng)土壤污染物質(zhì)來(lái)源廣泛，包括城市廢水和固體廢棄物；農(nóng) 藥；生物殘?bào)w和排泄物；大氣沉降物等。藥；生物殘?bào)w和排泄物；大氣沉降物等。 4 我國(guó)的沙漠和沙漠化土地已達(dá)我國(guó)的沙漠和沙漠化土地已達(dá)153.3萬(wàn)萬(wàn)km2，占全國(guó)土地面，占全國(guó)土地面積的積的15.9%，其中沙漠化土地達(dá)，其中沙漠化土地達(dá)33.4萬(wàn)萬(wàn)km2。上世紀(jì)。上世紀(jì)80年

3、代后年代后沙漠化面積擴(kuò)大了一倍，沙漠化地區(qū)主要集中在西部、華北沙漠化面積擴(kuò)大了一倍，沙漠化地區(qū)主要集中在西部、華北和內(nèi)蒙東部的一條連續(xù)的弧形地帶。衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)，中國(guó)和內(nèi)蒙東部的一條連續(xù)的弧形地帶。衛(wèi)星云圖上發(fā)現(xiàn)，中國(guó)西部風(fēng)沙線正大舉向東入侵。西部風(fēng)沙線正大舉向東入侵。 土壤沙漠化土壤沙漠化（石漠化）5水土流失水土流失人類對(duì)土地不合理的利用、破壞了地面植被和穩(wěn)定地形，人類對(duì)土地不合理的利用、破壞了地面植被和穩(wěn)定地形，以致造成嚴(yán)重的水土流失。目前中國(guó)水土流失面積已經(jīng)以致造成嚴(yán)重的水土流失。目前中國(guó)水土流失面積已經(jīng)達(dá)到三百六十七萬(wàn)平方公里，占國(guó)土總面積的三分之一達(dá)到三百六十七萬(wàn)平方公里，占國(guó)土總面

4、積的三分之一以上。其中以黃河流域水土流失狀況最為嚴(yán)重，目前已以上。其中以黃河流域水土流失狀況最為嚴(yán)重，目前已達(dá)四十五萬(wàn)平方公里，占流域總面積的百分之六十。達(dá)四十五萬(wàn)平方公里，占流域總面積的百分之六十。6第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)土壤的組成與性質(zhì)二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組一、土壤的組成一、土壤的組成三、土壤的吸附性三、土壤的吸附性四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性五、土壤的氧化還原性五、土壤的氧化還原性第二節(jié)第二節(jié) 重金屬在土壤重金屬在土壤 植物體系中的遷移及其機(jī)制植物體系中的遷移及其機(jī)制第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化本章主要內(nèi)容：本章主要

5、內(nèi)容：7一、土壤的組成一、土壤的組成第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)土壤的組成與性質(zhì)一、土壤的組成一、土壤的組成土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。8土壤的組成土壤的組成固體部分固體部分孔隙部分孔隙部分無(wú)機(jī)體無(wú)機(jī)體 礦物質(zhì)礦物質(zhì) 45%45%有機(jī)體有機(jī)體液體液體氣體氣體 有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì) 5%5% 水分水分 20-30%20-30% 空氣空氣 20-30%20-30%一、土壤的組成一、土壤的組成9土壤的形成土壤的形成巖石巖石礦物礦物風(fēng)化層風(fēng)化層土壤土壤有機(jī)物有機(jī)物生物分生物分泌物和泌物和殘骸等殘骸等 由于成土因素綜合作用不同，土壤由于成土因

6、素綜合作用不同，土壤的類型也不同，各種土壤的形成過(guò)程實(shí)的類型也不同，各種土壤的形成過(guò)程實(shí)質(zhì)是地球表面物質(zhì)的地質(zhì)大環(huán)境與生物質(zhì)是地球表面物質(zhì)的地質(zhì)大環(huán)境與生物小環(huán)境的對(duì)立統(tǒng)一。小環(huán)境的對(duì)立統(tǒng)一。一、土壤的組成一、土壤的組成10 土壤礦物質(zhì)是巖石經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)風(fēng)土壤礦物質(zhì)是巖石經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，主要元素化的產(chǎn)物，主要元素 o o、si,alsi,al、 fefe、c c、caca、k k、nana、mgmg、titi、n n、s s、p p等。等。 原生礦物原生礦物一、土壤的組成一、土壤的組成1 1、土壤礦物質(zhì)、土壤礦物質(zhì) 土壤中原先存在的巖石顆粒，受到不同程度物理和土壤中原先存在的巖石顆

7、粒，受到不同程度物理和化學(xué)風(fēng)化后形成的硅酸鹽（石英、長(zhǎng)石、云母等），氧化化學(xué)風(fēng)化后形成的硅酸鹽（石英、長(zhǎng)石、云母等），氧化物（物（sio2 、al2o3、 tio2、 fe2o3），硫化物），硫化物 (fes)，磷酸，磷酸鹽如氟磷灰石鹽如氟磷灰石ca5(po4)3f等。等。11 氧化：氧化：)()()(35)(21)(),(24442232224aqsiohssiomgsohofeohgossiofemg水解：水解： )()()(4)(24)(),(24442224aqsiohssiofeaqohaqmgohssiofemg巖石化學(xué)風(fēng)化的過(guò)程巖石化學(xué)風(fēng)化的過(guò)程一、土壤的組成一、土壤的組成酸性水

8、解：酸性水解： )()(4)(),(44224aqsiohfemgaqhssiofemg12 絡(luò)合：絡(luò)合： kohsiaqoalchaqocsohoalalsik2)(6)(620)(6)()()(4422424204262一、土壤的組成一、土壤的組成132 2土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì) p p269269 土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中含碳有機(jī)物的總稱，是土壤形成是土壤中含碳有機(jī)物的總稱，是土壤形成的主要標(biāo)志，土壤肥力的表現(xiàn)。的主要標(biāo)志，土壤肥力的表現(xiàn)。一、土壤的組成一、土壤的組成土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源土壤有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源動(dòng)植物和微生物殘?bào)w。動(dòng)植物和微生物殘?bào)w。 非腐殖質(zhì)（動(dòng)植物殘?bào)w、蛋白質(zhì)、糖類、纖

9、維素、樹(shù)脂、非腐殖質(zhì)（動(dòng)植物殘?bào)w、蛋白質(zhì)、糖類、纖維素、樹(shù)脂、有機(jī)磷、有機(jī)氮、有機(jī)酸等，約占有機(jī)磷、有機(jī)氮、有機(jī)酸等，約占10%10%） 腐殖質(zhì)（土壤中特有的有機(jī)物，由植物經(jīng)微生物降解轉(zhuǎn)腐殖質(zhì)（土壤中特有的有機(jī)物，由植物經(jīng)微生物降解轉(zhuǎn)化而成，化而成，不屬于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有的任何一類。（占不屬于有機(jī)化學(xué)中現(xiàn)有的任何一類。（占85-90%85-90%）143 3土壤水分土壤水分 土壤溶質(zhì)包括：無(wú)機(jī)膠體、有機(jī)膠體、無(wú)機(jī)鹽類、有機(jī)土壤溶質(zhì)包括：無(wú)機(jī)膠體、有機(jī)膠體、無(wú)機(jī)鹽類、有機(jī)化合物、配合物、溶解氣體?；衔铩⑴浜衔?、溶解氣體。 土壤水分存在的形式：土壤顆粒表面有很強(qiáng)的粘附力，土壤水分存在的形式：土壤顆

10、粒表面有很強(qiáng)的粘附力，土壤顆粒吸附的水分稱吸著水，幾乎不移動(dòng)，不被植物土壤顆粒吸附的水分稱吸著水，幾乎不移動(dòng)，不被植物吸收。外層的膜狀水稱內(nèi)聚水或毛細(xì)管水，是植物生長(zhǎng)吸收。外層的膜狀水稱內(nèi)聚水或毛細(xì)管水，是植物生長(zhǎng)的主要水源。的主要水源。一、土壤的組成一、土壤的組成 土壤水分的意義：土壤水分既是植物營(yíng)養(yǎng)物的來(lái)源，也土壤水分的意義：土壤水分既是植物營(yíng)養(yǎng)物的來(lái)源，也是污染物向其他圈層遷移的媒介。是污染物向其他圈層遷移的媒介。 15 4 4土壤空氣土壤空氣 特性：特性： 有還原性氣體（有還原性氣體（h h2 2s s、nhnh3 3、h h2 2、chch4 4）、厭氧細(xì)菌和污）、厭氧細(xì)菌和污染物等

11、存在。染物等存在。一、土壤的組成一、土壤的組成 不連續(xù)性，存在于土粒間隙之間；濕度更高；不連續(xù)性，存在于土粒間隙之間；濕度更高； 大氣大氣 土壤土壤 o o2 2 21% (v/v) 15% 21% (v/v) 15% co co2 2 0.03% 0.15% 0.03% 0.15% 0.65%0.65% 16二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組1 1、土壤礦物質(zhì)的粒級(jí)劃分、土壤礦物質(zhì)的粒級(jí)劃分 為了研究方便，人們按粒徑的大小將土粒劃分為若為了研究方便，人們按粒徑的大小將土粒劃分為若干組，稱為粒組或粒級(jí)。同級(jí)土粒的成分

12、和性質(zhì)基本一干組，稱為粒組或粒級(jí)。同級(jí)土粒的成分和性質(zhì)基本一樣，不同的則有明顯差異。樣，不同的則有明顯差異。17二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組18一、土壤的組成一、土壤的組成19二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組2 2、粒級(jí)的主要礦物成分和理化特性、粒級(jí)的主要礦物成分和理化特性 p p270270 同級(jí)土粒的成分和性質(zhì)基本一樣，不同的則有明顯差異。同級(jí)土粒的成分和性質(zhì)基本一樣，不同的則有明顯差異。在較細(xì)的土粒中鈣、鎂、磷、鉀等元素含量增加，土粒越細(xì)，在較細(xì)的土粒中鈣、鎂、磷、鉀等元素含量增加，土粒越細(xì)，所含營(yíng)養(yǎng)成分越多，反之則越少（如表所含營(yíng)養(yǎng)成

13、分越多，反之則越少（如表4 43 3）表表4 43 3 不同粒徑土粒的化學(xué)組成不同粒徑土粒的化學(xué)組成%粒徑粒徑/mmsiosio2 2 al al2 2o o3 3 fe fe2 2o o3 3 cao mgo k cao mgo k2 2o po p2 2o o5 51.0 0.2 93.6 1.6 1.2 0.4 0.6 0.8 0.050.2 0.04 94.0 2.0 1.2 0.5 0.1 1.5 0.10.04 0.01 89.4 5.0 1.5 0.8 0.3 2.3 0.20.01 0.002 74.2 13.2 5.1 1.6 0.3 4.2 0.1 10ph 10， 含有含

14、有 nahconahco3 3、ca(hcoca(hco3 3) )2 2的土的土 ph 7.5 - 8.5ph 7.5 - 8.5四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性37 土壤膠體上吸附陽(yáng)離子（土壤膠體上吸附陽(yáng)離子（na+、k+、mg2+ ）的飽和度）的飽和度增加，可引起交換性陽(yáng)離子的水解作用：增加，可引起交換性陽(yáng)離子的水解作用： |土壤膠體土壤膠體| xna+ + yh2o |土壤膠體土壤膠體| (x-y)na+、yh+ + ynaoh 結(jié)果在土壤溶液中產(chǎn)生結(jié)果在土壤溶液中產(chǎn)生naoh，使土壤呈堿性。如果，使土壤呈堿性。如果土壤溶液中存在大量土壤溶液中存在大量co2，可生成可生成nahco3或

15、或na2co3，因此，因此吸附吸附na+多的土壤大多呈堿性。多的土壤大多呈堿性。四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性38（1）土壤溶液的緩沖作用）土壤溶液的緩沖作用 ( ph 6.2 - 7.8） 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機(jī)酸及土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有機(jī)酸及其鹽類，構(gòu)成很好的緩沖體系。特別某些有機(jī)酸是兩性物質(zhì)，其鹽類，構(gòu)成很好的緩沖體系。特別某些有機(jī)酸是兩性物質(zhì)，如：蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏酸等。如：蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏酸等。土壤中碳酸及碳酸鹽組成的緩沖對(duì)：土壤中碳酸及碳酸鹽組成的緩沖對(duì)：na2co3 + 2hcl = 2nacl + h2co3h2co3

16、+ ca(oh)2 = caco3 + 2h2o例：例：四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性3. 3. 土壤的緩沖性能土壤的緩沖性能 p p27727739 nh2 nh3cl r-ch + hcl r-ch cooh cooh nh2 nh2r-ch + naoh r-ch + h2o cooh coona有機(jī)酸的緩沖作用：有機(jī)酸的緩沖作用：四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性40 土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖能力越土壤膠體的數(shù)量和鹽基代換量越大，土壤的緩沖能力越強(qiáng)；代換量相當(dāng)時(shí)，鹽基飽和度越高，土壤對(duì)酸的緩沖能力強(qiáng)；代換量相當(dāng)時(shí)，鹽基飽和度越高，土壤對(duì)酸的緩沖能力越大越大；反之，鹽基

17、飽和度減小，土壤對(duì)；反之，鹽基飽和度減小，土壤對(duì)堿的堿的緩沖能力增加。緩沖能力增加。四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性（2 2）土壤膠體的緩沖作用）土壤膠體的緩沖作用 土壤膠體中存在有代換性陽(yáng)離子土壤膠體中存在有代換性陽(yáng)離子 土壤膠體土壤膠體 m + hcl m + hcl 土壤膠體土壤膠體-h + mcl (-h + mcl (緩沖酸）緩沖酸） 土壤膠體土壤膠體 h + moh h + moh 土壤膠體土壤膠體-m + h-m + h2 2o o （緩沖堿）（緩沖堿） 41 有些學(xué)者認(rèn)為酸性土壤中單獨(dú)存在的有些學(xué)者認(rèn)為酸性土壤中單獨(dú)存在的al3+也起緩沖作用，也起緩沖作用，酸性土壤（酸性土壤（

18、ph 5.5，al3+失去緩沖作用。反應(yīng)如下：失去緩沖作用。反應(yīng)如下：ohohohaiohohai2482223624)()(2)( 2四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性42 以上原因?qū)е乱陨显驅(qū)е耡lal3+ 3+ 的增加，鋁對(duì)土壤的危害：的增加，鋁對(duì)土壤的危害：四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性 al al3+3+與土壤膠體結(jié)合能力強(qiáng)，易排擠其它陽(yáng)離子使其進(jìn)入土與土壤膠體結(jié)合能力強(qiáng)，易排擠其它陽(yáng)離子使其進(jìn)入土壤溶液而遭受壤溶液而遭受淋溶損失淋溶損失； 研究表明，土壤對(duì)植物的酸害實(shí)際是鋁害，過(guò)多的鋁離子抑研究表明，土壤對(duì)植物的酸害實(shí)際是鋁害，過(guò)多的鋁離子抑制植物生長(zhǎng)。制植物生長(zhǎng)。43五、土壤的

19、氧化還原性五、土壤的氧化還原性 p p279279 氧化還原反應(yīng)是土壤中無(wú)機(jī)物和有機(jī)物發(fā)生遷移氧化還原反應(yīng)是土壤中無(wú)機(jī)物和有機(jī)物發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化，并對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)過(guò)程。轉(zhuǎn)化，并對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)過(guò)程。土壤中主要氧化劑：土壤中主要氧化劑：).()()()(3ivtivvivmniiifeno、土壤中主要還原化劑：土壤中主要還原化劑： 有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。有機(jī)質(zhì)和低價(jià)金屬離子。五、土壤的氧化還原性五、土壤的氧化還原性p p279279旱地旱地土壤的土壤的 e eh h +400 +400 +700 mv+700 mv 水田的水田的的的 e eh h -200 -200

20、 +300 mv+300 mv 當(dāng)土壤的當(dāng)土壤的 e eh h +700mv +700mv 時(shí)時(shí)土壤完全處在氧化條件下。土壤完全處在氧化條件下。 水田的水田的的的 e eh h 200mv 200mv 基本基本處在還原態(tài)。處在還原態(tài)。44 當(dāng)土壤通氣好土壤空氣中的當(dāng)土壤通氣好土壤空氣中的o o2 2多時(shí)，土壤溶液中多時(shí)，土壤溶液中o o2 2就就多，變價(jià)化合物就處于高價(jià)氧化態(tài)，多，變價(jià)化合物就處于高價(jià)氧化態(tài)，e eh h就大，反之就大，反之e eh h低。低。五、土壤的氧化還原性五、土壤的氧化還原性p p279279 一般旱地土壤一般旱地土壤e eh h值在值在200-700mv200-700

21、mv之間，養(yǎng)分供應(yīng)正常；之間，養(yǎng)分供應(yīng)正常；e eh h700mv700mv土壤處于完全氧化狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)迅速分解，鐵、土壤處于完全氧化狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)迅速分解，鐵、錳等微量元素氧化析出，植物易患缺綠癥；錳等微量元素氧化析出，植物易患缺綠癥； e eh h200ml200ml土壤進(jìn)行強(qiáng)烈還原作用，土壤進(jìn)行強(qiáng)烈還原作用，硝酸鹽開(kāi)始消失，出現(xiàn)大量硝酸鹽開(kāi)始消失，出現(xiàn)大量nono2 2- -和和mnmn2+2+，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)。嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)。45第二節(jié)第二節(jié) 重金屬在土壤重金屬在土壤植物體系中的遷移及其機(jī)制植物體系中的遷移及其機(jī)制 土壤背景值土壤背景值 土壤本身含有微量的金屬元素，其中很多是作物生長(zhǎng)

22、必土壤本身含有微量的金屬元素，其中很多是作物生長(zhǎng)必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，如需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，如mnmn、znzn、cucu等。不同地區(qū)土壤中重金等。不同地區(qū)土壤中重金屬的種類和含量也有很大差別。屬的種類和含量也有很大差別。 在研究重金屬對(duì)土壤的污染時(shí)首先要調(diào)查各地區(qū)土壤重在研究重金屬對(duì)土壤的污染時(shí)首先要調(diào)查各地區(qū)土壤重金屬含量的背景值。因此土壤背景值就是指在未受污染的情金屬含量的背景值。因此土壤背景值就是指在未受污染的情況下，天然土壤中的金屬元素的基線含量。況下，天然土壤中的金屬元素的基線含量。 土壤背景值中含量較高的元素為：土壤背景值中含量較高的元素為： mn、cr、zn、cu、ni、la、pb

23、、co、 as、be、hg、se、sc、mo (mg/kg)一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素46 重金屬不被土壤微生物降解，可在土壤中不斷積累，重金屬不被土壤微生物降解，可在土壤中不斷積累，也可以為生物、植物所富集，并通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)積累，也可以為生物、植物所富集，并通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)積累，危害人體健康。危害人體健康。重金屬污染土壤的特點(diǎn)：重金屬污染土壤的特點(diǎn)：重金屬一旦進(jìn)入土壤就很難予以徹底的清除。重金屬一旦進(jìn)入土壤就很難予以徹底的清除。一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土

24、壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素p p280280 目前中國(guó)土壤污染的總體形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，據(jù)估算，全國(guó)目前中國(guó)土壤污染的總體形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，據(jù)估算，全國(guó)每年因重金屬污染的糧食達(dá)每年因重金屬污染的糧食達(dá)1200萬(wàn)噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失萬(wàn)噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)超過(guò)200億元。億元。 4747第十一次課第十一次課 2011.10.1848第一節(jié)第一節(jié) 土壤的組成與性質(zhì)土壤的組成與性質(zhì)二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組二、土壤的粒級(jí)分組與質(zhì)地分組一、土壤的組成一、土壤的組成三、土壤的吸附性三、土壤的吸附性四、土壤的酸堿性四、土壤的酸堿性五、土壤的氧化還原性五、土壤的氧化還原

25、性第二節(jié)第二節(jié) 重金屬在土壤重金屬在土壤 植物體系中的遷移及其機(jī)制植物體系中的遷移及其機(jī)制第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化第四章第四章 土壤環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)49第二節(jié)第二節(jié) 重金屬在土壤重金屬在土壤植物體系中遷移及其機(jī)制植物體系中遷移及其機(jī)制土壤背景值土壤背景值 : :在未受污染情況下，天然土壤中元素基線含量。在未受污染情況下，天然土壤中元素基線含量。22ohkcdsp一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素p p2802801 1土壤的理化性質(zhì)土壤的理化性質(zhì) p p280280 土壤土壤 ph 值是影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要

26、因素，如：值是影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要因素，如：（ksp = 2.0ksp = 2.010101414）cdcd2+2+ohoh- - 2 2 = 2.0 = 2.01010-14-14cd(oh)2 = cd2+ + 2oh 222hkohw50 因此，因此，cdcd2+2+ 隨隨phph值的升高而減少；反之，值的升高而減少；反之，ph ph 值下降時(shí)土值下降時(shí)土壤中重金屬就溶解出來(lái)，這就是酸性土壤作物受害的原因。壤中重金屬就溶解出來(lái)，這就是酸性土壤作物受害的原因。2222wspspkhkohkcdlg2lg2lglglg222hkkkhkcdwspwspphcd23 .14lg2一、影響重

27、金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素51土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地土壤顆粒對(duì)重金屬的吸附力增強(qiáng)，植物對(duì)重金屬的吸土壤顆粒對(duì)重金屬的吸附力增強(qiáng)，植物對(duì)重金屬的吸附力下降。即黏重的土壤可降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。附力下降。即黏重的土壤可降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。土壤氧化還原電位土壤氧化還原電位大多數(shù)重金屬在不同的氧化還原條件下有不同的氧大多數(shù)重金屬在不同的氧化還原條件下有不同的氧化值，相應(yīng)化合物的溶解度和毒性顯著不同?；担鄳?yīng)化合物的溶解度和毒性顯著不同。土壤中有機(jī)質(zhì)含量土壤中有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量高的土壤對(duì)重金屬的吸附能力高，即可有機(jī)質(zhì)含量高的土壤對(duì)重金屬的吸附能力高

28、，即可降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。降低重金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素52重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài) p p281281 重金屬對(duì)植物的毒害程度，首先取決于重金屬對(duì)植物的毒害程度，首先取決于重金屬的存在重金屬的存在形態(tài)形態(tài)，其次才取決于該元素的數(shù)量。，其次才取決于該元素的數(shù)量。鎘鎘(cd)(cd)在土壤植物體系中是強(qiáng)積累性元素。在土壤植物體系中是強(qiáng)積累性元素。鉻鉻(cr)(cr)和和鉛（鉛（pbpb）在土壤植物體系中是不易積累的元素。在土壤植物體系中是不易積累的元素。3 3

29、植物的種類、生長(zhǎng)發(fā)育期植物的種類、生長(zhǎng)發(fā)育期 植物的種類不同對(duì)重金屬的富集規(guī)律不同植物的種類不同對(duì)重金屬的富集規(guī)律不同, ,生長(zhǎng)發(fā)育期生長(zhǎng)發(fā)育期不同對(duì)重金屬的富集量也不同。不同對(duì)重金屬的富集量也不同。一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素534 4復(fù)合污染復(fù)合污染 某一元素在植物體內(nèi)的積累，與共存元素的性質(zhì)和濃某一元素在植物體內(nèi)的積累，與共存元素的性質(zhì)和濃度也有一定的關(guān)系，元素的聯(lián)合作用分為協(xié)同、竟?fàn)帯⒓雍?、度也有一定的關(guān)系，元素的聯(lián)合作用分為協(xié)同、竟?fàn)帯⒓雍?、屏蔽、?dú)立等作用。屏蔽、獨(dú)立等作用。5 5施肥施肥 施肥對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化影響也不盡相同

30、，例：施用施肥對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化影響也不盡相同，例：施用磷肥對(duì)土壤中鎘和砷的遷移轉(zhuǎn)化影響完全不同。磷肥對(duì)土壤中鎘和砷的遷移轉(zhuǎn)化影響完全不同。一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素一、影響重金屬在土壤植物體系中的遷移的因素 對(duì)多種污染物相互作用形成的復(fù)合污染效應(yīng)的研究已成對(duì)多種污染物相互作用形成的復(fù)合污染效應(yīng)的研究已成為環(huán)境科學(xué)發(fā)展的重要方向之一，為環(huán)境科學(xué)發(fā)展的重要方向之一，復(fù)合污染是普遍存在的環(huán)復(fù)合污染是普遍存在的環(huán)境污染現(xiàn)象境污染現(xiàn)象 ，研究重金屬?gòu)?fù)合污染比單一污染更符合實(shí)際，研究重金屬?gòu)?fù)合污染比單一污染更符合實(shí)際 。54 土壤中污染物通過(guò)植物根系根毛細(xì)胞的作用積累于植物土壤中污染物通

31、過(guò)植物根系根毛細(xì)胞的作用積累于植物的莖、葉和果實(shí)部分。的莖、葉和果實(shí)部分。二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律 p p282282 遷移方式：污染物通過(guò)植物體生物膜的方式遷移，可分遷移方式：污染物通過(guò)植物體生物膜的方式遷移，可分為：為：被動(dòng)轉(zhuǎn)移被動(dòng)轉(zhuǎn)移和和主動(dòng)轉(zhuǎn)移主動(dòng)轉(zhuǎn)移兩類。兩類。 55二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律1 1、植物對(duì)土壤中重金屬的富集規(guī)律：、植物對(duì)土壤中重金屬的富集規(guī)律：不同植物對(duì)重金屬吸收有明顯的種間差異

32、：不同植物對(duì)重金屬吸收有明顯的種間差異：重金屬在植物體內(nèi)分布的一般規(guī)律：重金屬在植物體內(nèi)分布的一般規(guī)律：根莖葉穎殼籽實(shí)根莖葉穎殼籽實(shí)一般順序?yàn)橐话沩樞驗(yàn)? : 豆類小麥水稻玉米豆類小麥水稻玉米56 在土壤剖面中，在土壤剖面中，重金屬無(wú)論是其總量還是存在形態(tài)，均重金屬無(wú)論是其總量還是存在形態(tài)，均表現(xiàn)出明顯的垂直分布表現(xiàn)出明顯的垂直分布規(guī)律，規(guī)律，可耕層成為重金屬的富集層?？筛麑映蔀橹亟饘俚母患瘜?。二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律二、重金屬在土壤植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律2 2、重金屬在土壤剖面中的遷移、重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律轉(zhuǎn)化規(guī)律3 3、土壤對(duì)重金屬離子的吸附固定原理、土壤對(duì)重

33、金屬離子的吸附固定原理 土壤膠體對(duì)重金屬的吸附能力與金屬離子的性質(zhì)及膠體的土壤膠體對(duì)重金屬的吸附能力與金屬離子的性質(zhì)及膠體的種類有關(guān)。種類有關(guān)。 同一類的土壤膠體對(duì)陽(yáng)離子的吸附與陽(yáng)離子的價(jià)同一類的土壤膠體對(duì)陽(yáng)離子的吸附與陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)有關(guān)。態(tài)有關(guān)。 陽(yáng)離子價(jià)態(tài)越高，土壤膠體與陽(yáng)離子的靜電作用也越強(qiáng)，陽(yáng)離子價(jià)態(tài)越高，土壤膠體與陽(yáng)離子的靜電作用也越強(qiáng)，吸引力越大，結(jié)合強(qiáng)度越大；而價(jià)態(tài)相同離子的水合半徑小，吸引力越大，結(jié)合強(qiáng)度越大；而價(jià)態(tài)相同離子的水合半徑小，吸附能力強(qiáng)。吸附能力強(qiáng)。57存在：在土壤存在：在土壤0-15米表層積累，主要以米表層積累，主要以 cd3(po4)2 、cd(oh)2 cdco

34、3的形式存在，以的形式存在，以cdco3為主。為主。三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化1、鎘、鎘(cd) 鎘鎘(cd)(cd)在土壤植物體系中是強(qiáng)積累性元素。大多數(shù)土壤在土壤植物體系中是強(qiáng)積累性元素。大多數(shù)土壤對(duì)鎘的吸附率為對(duì)鎘的吸附率為80%80%95%95%。三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化 p p283283吸收：根吸收：根 葉葉 枝枝 花、果、籽實(shí)?；?、果、籽實(shí)。 蔬菜類中葉菜中積累多，黃瓜、蘿卜、番茄中少。蔬菜類中葉菜中積累多，黃瓜、蘿卜、番茄中少。58三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要

35、重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化2、銅、銅(cu) 土壤中銅土壤中銅(cu)的平均含量約為的平均含量約為 20mg/kg ，農(nóng)業(yè)上用，農(nóng)業(yè)上用cuso4與石灰乳的混合液來(lái)消滅果樹(shù)上的害蟲。與石灰乳的混合液來(lái)消滅果樹(shù)上的害蟲。抑制水體中藻類的大抑制水體中藻類的大量繁殖。人的口服致死量約為量繁殖。人的口服致死量約為10g 銅對(duì)低等生物和農(nóng)作物毒性較大，銅對(duì)低等生物和農(nóng)作物毒性較大， 對(duì)于農(nóng)作物，銅是對(duì)于農(nóng)作物，銅是重金屬中，毒性最高重金屬中，毒性最高者，植物吸收銅離子后固定于根部皮者，植物吸收銅離子后固定于根部皮層，影響?zhàn)B分吸收。灌溉水中含銅較高時(shí)，即在土壤和作物層，影響?zhàn)B分吸收。灌溉水中含銅較高時(shí)

36、，即在土壤和作物中累積，可使農(nóng)作物枯死。銅在植物各部分的積累分布是：中累積，可使農(nóng)作物枯死。銅在植物各部分的積累分布是： 根根 莖、葉莖、葉 果實(shí)果實(shí)59 可溶態(tài)的含量很低，主要以可溶態(tài)的含量很低，主要以pb(oh)pb(oh)2 2、pbcopbco3 3、pbsopbso4 4鉛鉛的難溶鹽形式存在。的難溶鹽形式存在。pbpb2+2+可以置換黏土礦物上的可以置換黏土礦物上的caca2+2+，在土，在土壤中很少移動(dòng)。壤中很少移動(dòng)。3 3、鉛、鉛(pb)(pb) 植物吸收主要在根部植物吸收主要在根部，大氣中的鉛可通過(guò)葉，大氣中的鉛可通過(guò)葉面上的氣孔進(jìn)入植物體面上的氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，如蘚類植物能從

37、大內(nèi)，如蘚類植物能從大氣中被動(dòng)吸附高濃度的氣中被動(dòng)吸附高濃度的鉛，現(xiàn)已確定作為鉛污鉛，現(xiàn)已確定作為鉛污染的指示作物。染的指示作物。三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化604 4、鋅、鋅(zn)(zn)三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化 我國(guó)土壤中鋅我國(guó)土壤中鋅(zn)(zn)的含量較高，平均值約為的含量較高，平均值約為100mg/kg 100mg/kg ，主要靠擴(kuò)散作用供給植物根系，主要靠擴(kuò)散作用供給植物根系，znzn含量超過(guò)一定限度對(duì)不同植含量超過(guò)一定限度對(duì)不同植物產(chǎn)生一定危害物產(chǎn)生一定危害, ,主要表現(xiàn)為使植

38、物褪綠、矮化、生長(zhǎng)期延遲、主要表現(xiàn)為使植物褪綠、矮化、生長(zhǎng)期延遲、產(chǎn)量降低產(chǎn)量降低, ,甚至死亡甚至死亡, ,直接影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。直接影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。5 5、汞、汞(hg)(hg) 汞進(jìn)入土壤后汞進(jìn)入土壤后 95% 95% 以上可被土壤持留或固定，土壤黏土以上可被土壤持留或固定，土壤黏土礦物和有機(jī)質(zhì)強(qiáng)烈吸附汞。礦物和有機(jī)質(zhì)強(qiáng)烈吸附汞。非微生物轉(zhuǎn)化：非微生物轉(zhuǎn)化： 2hg2hg+ + hghg2+2+ + hg + hgo o微生物轉(zhuǎn)化：微生物轉(zhuǎn)化：hgshgs（硫桿菌）（硫桿菌） hg hg2+2+（抗汞菌）（抗汞菌） hg hg0 0 61 汞的甲基化：汞的甲基化：三、主要重

39、金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化三、主要重金屬在土壤中的積累和遷移轉(zhuǎn)化hg2+（甲烷形成菌）（甲烷形成菌） ch3hg+ ch3-hg-ch3由汞污染引起的最為致命由汞污染引起的最為致命的公害病，主要由于環(huán)境的公害病，主要由于環(huán)境中的汞經(jīng)生物甲基化作用中的汞經(jīng)生物甲基化作用轉(zhuǎn)化為甲基汞，并通過(guò)魚、轉(zhuǎn)化為甲基汞，并通過(guò)魚、貝富集以及人的攝食等食貝富集以及人的攝食等食物鏈途徑，導(dǎo)致人體中樞物鏈途徑，導(dǎo)致人體中樞神經(jīng)病患，因最早發(fā)現(xiàn)于神經(jīng)病患，因最早發(fā)現(xiàn)于日本水俁灣而得名。日本水俁灣而得名。 在有氧或好氧條件下，微生物使無(wú)機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)在有氧或好氧條件下，微生物使無(wú)機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆?，稱汞的生物甲基化。變?yōu)榧?/p>

40、基汞，稱汞的生物甲基化。生成的甲基汞具有親脂性，能在生物體內(nèi)積累富集，其毒生成的甲基汞具有親脂性，能在生物體內(nèi)積累富集，其毒性比無(wú)機(jī)汞大性比無(wú)機(jī)汞大100100倍。烷基汞中只有甲基、乙基和丙基汞為水倍。烷基汞中只有甲基、乙基和丙基汞為水俁病的致病性物質(zhì)。俁病的致病性物質(zhì)。62 1 1、植物根系的作用、植物根系的作用四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制 p285四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制 p285 如如 zn 可以誘導(dǎo)細(xì)胞外膜產(chǎn)生分子量為可以誘導(dǎo)細(xì)胞外膜產(chǎn)生分子量為60000 93000 的的蛋白質(zhì)，并與之

41、鍵合形成絡(luò)合物，使蛋白質(zhì)，并與之鍵合形成絡(luò)合物，使 zn停留在細(xì)胞膜外。還停留在細(xì)胞膜外。還可以通過(guò)形成跨根際的氧化還原電位梯度和可以通過(guò)形成跨根際的氧化還原電位梯度和 ph梯度等來(lái)抑制梯度等來(lái)抑制對(duì)重金屬的吸收。對(duì)重金屬的吸收。 植物根系通過(guò)改變根際化學(xué)性狀，作用限制重金屬離子的植物根系通過(guò)改變根際化學(xué)性狀，作用限制重金屬離子的跨膜吸收。植物對(duì)重金屬吸收可分為跨膜吸收。植物對(duì)重金屬吸收可分為耐性植物耐性植物和和非耐性植物，非耐性植物，耐性植物具有降低根系吸收重金屬的機(jī)制。耐性植物具有降低根系吸收重金屬的機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)證明，某些植物對(duì)重金屬吸收能力的降低是通過(guò)根際實(shí)驗(yàn)證明，某些植物對(duì)重金屬吸收能

42、力的降低是通過(guò)根際分泌螯合劑抑制重金屬的跨膜吸收。分泌螯合劑抑制重金屬的跨膜吸收。63耐性植物中重金屬分布在根系細(xì)胞壁上，如耐性植物中耐性植物中重金屬分布在根系細(xì)胞壁上，如耐性植物中 zn zn 向植物地上部分移動(dòng)的量很少向植物地上部分移動(dòng)的量很少, ,在細(xì)胞各部分中，主要分在細(xì)胞各部分中，主要分布在細(xì)胞壁上，以離子形式存在或與細(xì)胞壁中的纖維素木質(zhì)布在細(xì)胞壁上，以離子形式存在或與細(xì)胞壁中的纖維素木質(zhì)素結(jié)合。由于金屬離子被局限于細(xì)胞壁上，而不能進(jìn)入細(xì)胞素結(jié)合。由于金屬離子被局限于細(xì)胞壁上，而不能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)影響細(xì)胞內(nèi)的代謝活動(dòng)，使植物對(duì)重金屬表現(xiàn)出耐性。質(zhì)影響細(xì)胞內(nèi)的代謝活動(dòng)，使植物對(duì)重金屬表現(xiàn)出

43、耐性。 2 2、重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合、重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合p p285285四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制 p285 但不同植物的細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的結(jié)合能力不同，因此，但不同植物的細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的結(jié)合能力不同，因此，植物細(xì)胞壁對(duì)金屬的固定作用不是一個(gè)普遍存在的耐受機(jī)制。植物細(xì)胞壁對(duì)金屬的固定作用不是一個(gè)普遍存在的耐受機(jī)制。例如，例如，cd 70cd 7090% 90% 存在于細(xì)胞質(zhì)中存在于細(xì)胞質(zhì)中, ,只有只有8%8%14%14%左右存在左右存在于細(xì)胞壁中。于細(xì)胞壁中。 64 一般來(lái)講，重金屬過(guò)多可使植物中酶的活性破壞，而耐一般來(lái)講，重金

44、屬過(guò)多可使植物中酶的活性破壞，而耐性植物中某些酶的活性可能不變，甚至增加，具有性植物中某些酶的活性可能不變，甚至增加，具有保護(hù)酶保護(hù)酶活性的機(jī)制?；钚缘臋C(jī)制。 3 3、酶系統(tǒng)的作用、酶系統(tǒng)的作用 耐性植物中還發(fā)現(xiàn)一些酶可以被激活從而使耐性植物在耐性植物中還發(fā)現(xiàn)一些酶可以被激活從而使耐性植物在 受重金屬污染時(shí)保持正常的代謝作用。受重金屬污染時(shí)保持正常的代謝作用。四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制 p285所以可認(rèn)為耐性植物有保護(hù)酶的活性機(jī)制。所以可認(rèn)為耐性植物有保護(hù)酶的活性機(jī)制。65已證明已證明金屬硫蛋白金屬硫蛋白mt是動(dòng)物和人體最主要的重金屬解毒劑。是

45、動(dòng)物和人體最主要的重金屬解毒劑。 4 4、形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素、形成重金屬硫蛋白或植物絡(luò)合素四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制 p285 當(dāng)重金屬的含量超過(guò)當(dāng)重金屬的含量超過(guò)金屬結(jié)合蛋白金屬結(jié)合蛋白( (mt)最大結(jié)合能力時(shí)，最大結(jié)合能力時(shí)，金屬才以自由狀態(tài)存在或與敏結(jié)合，引起細(xì)胞代謝紊亂，出金屬才以自由狀態(tài)存在或與敏結(jié)合，引起細(xì)胞代謝紊亂，出現(xiàn)重毒現(xiàn)象?，F(xiàn)重毒現(xiàn)象。 66 為了防治植物病蟲害，全球每年有為了防治植物病蟲害，全球每年有460460多萬(wàn)噸化學(xué)農(nóng)藥多萬(wàn)噸化學(xué)農(nóng)藥被噴灑到自然環(huán)境中。據(jù)美國(guó)康奈爾大學(xué)介紹，全世界每年被噴灑到自然環(huán)境中。

46、據(jù)美國(guó)康奈爾大學(xué)介紹，全世界每年使用的使用的400400余萬(wàn)噸農(nóng)藥，實(shí)際發(fā)揮效能的僅余萬(wàn)噸農(nóng)藥，實(shí)際發(fā)揮效能的僅1 1，其余，其余9999都都散逸于土壤、空氣及水體之中。環(huán)境中的農(nóng)藥在氣象條件及散逸于土壤、空氣及水體之中。環(huán)境中的農(nóng)藥在氣象條件及生物作用下，在各環(huán)境要素間循環(huán)，造成農(nóng)藥在環(huán)境中重新生物作用下，在各環(huán)境要素間循環(huán)，造成農(nóng)藥在環(huán)境中重新分布，我國(guó)是世界農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國(guó)，且以使用殺蟲劑為分布，我國(guó)是世界農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國(guó)，且以使用殺蟲劑為主，致使不少地區(qū)土壤、水體及糧食、蔬菜、水果中農(nóng)藥的主，致使不少地區(qū)土壤、水體及糧食、蔬菜、水果中農(nóng)藥的殘留量大大超過(guò)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境、生物及

47、人體健康構(gòu)殘留量大大超過(guò)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境、生物及人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。成了嚴(yán)重威脅。 第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化67一、土壤中農(nóng)藥的遷移一、土壤中農(nóng)藥的遷移1 1、擴(kuò)散、擴(kuò)散 氣態(tài)發(fā)生（揮發(fā)）氣態(tài)發(fā)生（揮發(fā)）農(nóng)藥（物理化學(xué)性質(zhì)、濃度、擴(kuò)散速率）農(nóng)藥（物理化學(xué)性質(zhì)、濃度、擴(kuò)散速率）土壤（含水量、吸附性）土壤（含水量、吸附性）環(huán)境（溫度、氣流速度）等環(huán)境（溫度、氣流速度）等 影響農(nóng)藥揮發(fā)影響農(nóng)藥揮發(fā)的主要因素：的主要因素：第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 農(nóng)藥在田間中的損失主要途徑是揮發(fā)，

48、如，顆粒狀的農(nóng)農(nóng)藥在田間中的損失主要途徑是揮發(fā)，如，顆粒狀的農(nóng)藥撒到干土表面上，幾小時(shí)內(nèi)幾乎無(wú)損失；而將其噴霧時(shí)，藥撒到干土表面上，幾小時(shí)內(nèi)幾乎無(wú)損失；而將其噴霧時(shí)，霧滴復(fù)干的霧滴復(fù)干的10分鐘內(nèi)，損失達(dá)分鐘內(nèi)，損失達(dá)20%。68 非氣態(tài)擴(kuò)散非氣態(tài)擴(kuò)散 22xcdtcvsvsd總表觀擴(kuò)散系數(shù)?？偙碛^擴(kuò)散系數(shù)。第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 指土壤中氣指土壤中氣- -液、氣液、氣- -固界面上發(fā)生的擴(kuò)散作用。由于土固界面上發(fā)生的擴(kuò)散作用。由于土壤系統(tǒng)復(fù)雜，擴(kuò)散物質(zhì)在土壤表面可能存在吸附和解吸平衡，壤系統(tǒng)復(fù)雜，擴(kuò)散物質(zhì)在土壤表面可能存在吸附和解吸平衡，土壤性質(zhì)不同，有機(jī)物性

49、質(zhì)不同都影響擴(kuò)散作用。土壤性質(zhì)不同，有機(jī)物性質(zhì)不同都影響擴(kuò)散作用。 69第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化70 (1) (1)土壤水分含量土壤水分含量 主要影響因素主要影響因素 含水含水 4% 4% 隨水分含量的增加，兩種擴(kuò)散系數(shù)都增加。隨水分含量的增加，兩種擴(kuò)散系數(shù)都增加。 含水含水 4% 4% 隨水分含量的增加，總擴(kuò)散系數(shù)下降。隨水分含量的增加，總擴(kuò)散系數(shù)下降。 含水含水4-16% 4-16% 隨水分含量的增加，非氣體擴(kuò)散下降。隨水分含量的增加，非氣體擴(kuò)散下降。 含水含水 16% 16% 隨水分的增加，非氣體擴(kuò)散增加。隨水分的增加，非氣體擴(kuò)散增加。 第三節(jié)第三節(jié) 土壤中

50、農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 shearer shearer 等對(duì)林丹在粉砂壤土中的擴(kuò)散研究表明：等對(duì)林丹在粉砂壤土中的擴(kuò)散研究表明： 干燥土壤中無(wú)擴(kuò)散干燥土壤中無(wú)擴(kuò)散 含水含水4% 4% 總擴(kuò)散系數(shù)和氣態(tài)擴(kuò)散系數(shù)最大總擴(kuò)散系數(shù)和氣態(tài)擴(kuò)散系數(shù)最大 在水分含量為在水分含量為4%4%20%20%氣態(tài)擴(kuò)散占?xì)鈶B(tài)擴(kuò)散占50%50%以上。以上。 在水分含量在水分含量30% 30% 主要是非氣態(tài)擴(kuò)散系。主要是非氣態(tài)擴(kuò)散系。71圖44 基粒粉沙壤土中林丹的不同轉(zhuǎn)移途徑第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化72(2)(2)土壤吸附的影響土壤吸附的影響 (3)土壤的緊實(shí)度土壤的緊實(shí)度 第三

51、節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 吸附作用是農(nóng)藥與土壤固相之間相互作用的主要過(guò)程，吸附作用是農(nóng)藥與土壤固相之間相互作用的主要過(guò)程，直接影響其他過(guò)程的發(fā)生。如土壤對(duì)除草劑直接影響其他過(guò)程的發(fā)生。如土壤對(duì)除草劑2,42,4d d的化學(xué)吸的化學(xué)吸附，使其有效擴(kuò)散系數(shù)降低。附，使其有效擴(kuò)散系數(shù)降低。 是影響土壤孔隙率和界面性質(zhì)的參數(shù)，緊實(shí)度高，土壤是影響土壤孔隙率和界面性質(zhì)的參數(shù)，緊實(shí)度高，土壤的充氣孔隙率降低，擴(kuò)散系數(shù)也降低。的充氣孔隙率降低，擴(kuò)散系數(shù)也降低。73(4)(4)溫度溫度 (5)(5)氣流速度氣流速度 (6)(6)農(nóng)藥種類農(nóng)藥種類 如果相對(duì)濕度如果相對(duì)濕度100% 10

52、0% ，增加氣流就促進(jìn)土壤表面水分，增加氣流就促進(jìn)土壤表面水分的蒸發(fā)，同時(shí)也帶動(dòng)農(nóng)藥蒸氣更快地離開(kāi)土壤表面。的蒸發(fā)，同時(shí)也帶動(dòng)農(nóng)藥蒸氣更快地離開(kāi)土壤表面。第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 溫度升高，有機(jī)物的蒸汽密度升高，總的效應(yīng)是擴(kuò)散系溫度升高，有機(jī)物的蒸汽密度升高，總的效應(yīng)是擴(kuò)散系數(shù)增大，如林丹的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而呈指數(shù)增大數(shù)增大，如林丹的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而呈指數(shù)增大 不同農(nóng)藥的擴(kuò)散行為不同。不同農(nóng)藥的擴(kuò)散行為不同。742.2.質(zhì)體流動(dòng)質(zhì)體流動(dòng) p p290290 土壤中農(nóng)藥既可以溶于水土壤中農(nóng)藥既可以溶于水, ,也能懸浮在水中，還可能以也能懸浮在水中，還可能以

53、 氣態(tài)存在，或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有機(jī)質(zhì)中氣態(tài)存在，或者吸附在土壤固相上或存在于土壤有機(jī)質(zhì)中, , 從而使它們與水一起發(fā)生質(zhì)體流動(dòng)。從而使它們與水一起發(fā)生質(zhì)體流動(dòng)。 一般認(rèn)為影響質(zhì)體流動(dòng)最重要的因素是：農(nóng)藥與土壤一般認(rèn)為影響質(zhì)體流動(dòng)最重要的因素是：農(nóng)藥與土壤之間的吸附，吸附力愈強(qiáng)遷移愈困難。之間的吸附，吸附力愈強(qiáng)遷移愈困難。 土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，農(nóng)藥在土壤中滲透深度減小。土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，農(nóng)藥在土壤中滲透深度減小。另外增加土壤黏土礦物的含量，也可以減小農(nóng)藥在土壤另外增加土壤黏土礦物的含量，也可以減小農(nóng)藥在土壤中的滲透深度中的滲透深度第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移

54、轉(zhuǎn)化75twxxdt022d d， 分散系數(shù)。分散系數(shù)。v v0 0 平均孔隙水速度，平均孔隙水速度，cm/scm/s 土壤溶液中農(nóng)藥的濃度，土壤溶液中農(nóng)藥的濃度，g/cmg/cm3 3 土壤容量，土壤容量，g/cmg/cm3 3 w w 吸著于土壤上的農(nóng)藥濃度，吸著于土壤上的農(nóng)藥濃度，g/gg/g第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 在穩(wěn)定的土壤在穩(wěn)定的土壤- -水流狀態(tài)下，化學(xué)品通過(guò)多孔介質(zhì)移動(dòng)水流狀態(tài)下，化學(xué)品通過(guò)多孔介質(zhì)移動(dòng)的一般方程為：的一般方程為：76二、非離子型農(nóng)藥與土壤有機(jī)質(zhì)的作用二、非離子型農(nóng)藥與土壤有機(jī)質(zhì)的作用 1 1非離子型農(nóng)藥在土壤非離子型農(nóng)藥在土壤-

55、水體系中的分配作用水體系中的分配作用 吸附作用（吸附作用（adsorption adsorption ） 過(guò)程：有機(jī)物的離子或基團(tuán)從自由水向土壤礦物的亞表過(guò)程：有機(jī)物的離子或基團(tuán)從自由水向土壤礦物的亞表面層擴(kuò)散；離子或基團(tuán)以表面反應(yīng)或進(jìn)入雙電層的擴(kuò)散層的面層擴(kuò)散；離子或基團(tuán)以表面反應(yīng)或進(jìn)入雙電層的擴(kuò)散層的方式為土壤礦物質(zhì)吸附。方式為土壤礦物質(zhì)吸附。 物理吸附物理吸附 化學(xué)吸附化學(xué)吸附 分子間范德華力分子間范德華力 化學(xué)鍵相互作用力化學(xué)鍵相互作用力 不需活化能不需活化能 (離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵等）離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵等） 吸附平衡吸附平衡 化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度 瞬間達(dá)到瞬間達(dá)到 慢于物理

56、吸附慢于物理吸附 第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化77 分配作用（分配作用（partition） 近年來(lái)不少學(xué)者對(duì)非離子型有機(jī)物和農(nóng)藥在土壤水體系近年來(lái)不少學(xué)者對(duì)非離子型有機(jī)物和農(nóng)藥在土壤水體系中的吸附進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出非離子型有機(jī)物和農(nóng)藥在土中的吸附進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出非離子型有機(jī)物和農(nóng)藥在土壤水體系中的吸附主要是分配作用。壤水體系中的吸附主要是分配作用。 當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量在當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量在0.5%40%范疇內(nèi)，其分配系數(shù)與有范疇內(nèi)，其分配系數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量成正比。機(jī)質(zhì)含量成正比。為了在類型各異組分復(fù)雜的沉積物或土壤之間找到表征吸為了在類型各異組分復(fù)雜的沉積物或土

57、壤之間找到表征吸著的常數(shù)著的常數(shù), ,引入標(biāo)準(zhǔn)化的分配系數(shù)引入標(biāo)準(zhǔn)化的分配系數(shù)k kococ。也叫有機(jī)碳分配系數(shù)。也叫有機(jī)碳分配系數(shù)。第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化 有機(jī)毒物在沉積物（或土壤）與水之間的分配可用分配有機(jī)毒物在沉積物（或土壤）與水之間的分配可用分配系數(shù)系數(shù)p表示表示78ocpocwkkkpawococpwkk 若進(jìn)一步考慮到顆粒物大小的影響，分配系數(shù)可表示為：若進(jìn)一步考慮到顆粒物大小的影響，分配系數(shù)可表示為：focfsocfocpwwwwkk)1 (21. 0fw 細(xì)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)細(xì)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)( (d 50m)50m)socwfocw粗沉積物組分的有機(jī)

58、碳含量。粗沉積物組分的有機(jī)碳含量。細(xì)沉積物組分的有機(jī)碳含量。細(xì)沉積物組分的有機(jī)碳含量。(3113)owockk63. 0第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化p216794 6第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化804 7kpaw第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化812 2土壤濕度對(duì)分配過(guò)程的影響土壤濕度對(duì)分配過(guò)程的影響 p p293293 極性水分子與礦物質(zhì)表面極性水分子與礦物質(zhì)表面發(fā)生強(qiáng)烈的偶極作用，使非發(fā)生強(qiáng)烈的偶極作用，使非離子性有機(jī)物很難占據(jù)礦物離子性有機(jī)物很難占據(jù)礦物表面的吸附位，因此對(duì)非離表面的吸附位，因此對(duì)非離子性有機(jī)化合物

59、在土壤表面子性有機(jī)化合物在土壤表面礦物質(zhì)上的吸附起著一種有礦物質(zhì)上的吸附起著一種有效的抑制作用。效的抑制作用。 hho104040第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化82圖圖4-8 4-8 說(shuō)明，在干土壤中，由于土壤表面的強(qiáng)烈吸附說(shuō)明，在干土壤中，由于土壤表面的強(qiáng)烈吸附作用，使林丹和狄氏劑大量吸附在土壤中；濕潤(rùn)土壤中，由作用，使林丹和狄氏劑大量吸附在土壤中；濕潤(rùn)土壤中，由于水分子的競(jìng)爭(zhēng)作用，土壤中農(nóng)藥的吸附量減少，蒸汽濃度于水分子的競(jìng)爭(zhēng)作用，土壤中農(nóng)藥的吸附量減少，蒸汽濃度增加。增加。 4 840400 0c c30300 0c c第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥

60、的遷移轉(zhuǎn)化83 圖圖4 49 9說(shuō)明，說(shuō)明，隨土壤水分相對(duì)隨土壤水分相對(duì)含量的增加，吸含量的增加，吸附（分配）作用附（分配）作用減弱，當(dāng)相對(duì)濕減弱，當(dāng)相對(duì)濕度在度在5050時(shí)，水時(shí)，水分子強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)土分子強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)土壤表面礦物質(zhì)上壤表面礦物質(zhì)上的吸附位，使吸的吸附位，使吸附量降低，分配附量降低，分配作用占主導(dǎo)地位，作用占主導(dǎo)地位，吸附等溫線為線吸附等溫線為線性性 4 9第三節(jié)第三節(jié) 土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化土壤中農(nóng)藥的遷移轉(zhuǎn)化84 圖圖4 41010說(shuō)明，干土說(shuō)明，干土壤中吸附的強(qiáng)弱還與壤中吸附的強(qiáng)弱還與吸附質(zhì)（農(nóng)藥）的極吸附質(zhì)（農(nóng)藥）的極性有關(guān)，極性大的吸性有關(guān)，極性大的吸附量就大；而且分配附量就大