42 重金属在土壤 植物体系中的迁移及其机制 and 43 土壤中农药的迁移转化汇总

1、主要内容,土壤的组成和性质,重金属在土壤,植,物体系中的迁移及,其机制,土壤的组成,土壤的粒级与质地,土壤的吸附性,土壤的酸碱性,土壤的氧化还原性,影响重金属在土壤,植物体系中的迁移的因素,重金属在土壤,植物体系中的迁移转化规律,主要重金属在土壤中的积累和迁移转化,植物对重金属污染产生耐性的几种机制,土壤中农药的迁移转化,土壤中农药的迁移,非离子型农药与土壤有机质的作用,典型农药在土壤中的迁移转化,第二节,重金属在土壤,植物体系,中的迁移及其机制,重金属是土壤原有的构成元素，有些是植物、动,物和人必需的营养元素。如,Zn,Cu,Mo,Fe,Mn,等，但由于含量的不同，可导致不同的效应,如果含量

2、和有效性太低生物会表现缺乏症状，但,过量就会造成污染事件,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,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,土壤的重金属污染,1,重金属不被土壤微生物降解，可在土壤中不断积,累，也可以为生物所富集，并通过食物链在人体内,积累，危害人体健康,2,重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,重金属污染土壤的特点,重金属在土壤,植物系统的迁移,重金属通过质流、扩散、截获到达,植物根部,植物通过主动吸收、被动吸收等方,式吸收重金属,重金属通过木质部和韧皮部向地上,部运输,植物对污染物吸收受到土壤

3、性质,植物种类、污染物形态的影响,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,1,影响重金属在土壤,植物系统迁移的因素,影响因素,土壤的,理化性质,金属的种类,浓度,存在形态,植物的种类,生长发育期,复合污染,施肥,pH,土壤质地,有机质,含量,氧化还原,电位,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,2,重金属在土壤,植物系统的迁移转化规律,1,植物对土壤重金属的富集规律,2,重金属在土壤剖面中的迁移转化规律,3,土壤对重金属离子的吸附固定原理,a,总体来说：土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高,b,不同植物的累积有明显的种间差异：豆

4、类,小麦,水稻,玉米,c,重金属在植物体内的分布规律：根,茎叶,果壳,籽实,a,大部分重金属被土壤颗粒吸附,b,遵循垂直分布规律，可耕层是重金属的富集区,c,重金属有向根际土壤迁移的趋势,a,与胶体种类有关：氧化锰,有机质,氧化铁,伊利石,蒙脱石,高岭石,b,与金属离子的种类有关：价态越高，电荷越多，越易吸附；同等价态,离子半径越大，水合半径相对越小，越易吸附,来源：炼锌工业的副产品,旱地石灰性土壤中多以,CdCO,3,Cd(OH,2,存在,在水田中主要,CdS,存在,镉的吸附跟土壤胶体的性质有关,镉不是人体的必需元素,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,3,主要重金属在土壤中的累积和

5、迁移转化,镉,Cadmium,铜是各种生物的必需微量元素,Cu,2,容易与腐质酸的羧基和羟基发生螯合,污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的纵深垂直,分布递减,这是由于进入土壤的铜被表层土壤的粘土矿,物吸附，同时，表层土壤的有机质与铜结合形成螯合物,在植物各部分的积累分布：根,茎、叶,果实,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,3,主要重金属在土壤中的累积和迁移转化,铜,Copper,来源：冶炼废水、废渣，汽车尾气,主要以,Pb(OH,2,PbCO,3,PbSO,4,存在,K,sp,小,有效性受,pH,影响很大，土壤的,pH,增加，使铅的可,溶性和移动性降低，从而影响植物对铅的吸收,很

6、难迁移、植物吸收后积累于根部,藓类植物被确定为铅污染和积累的指示植物,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,3,主要重金属在土壤中的累积和迁移转化,铅,lead,锌是植物、动物和人类必需的营养元素,在还原条件下易形成,ZnS,在碱性条件下易形成,Zn(OH,2,沉淀,酸性土壤溶液中离子态含量高,2ppm,对土壤,pH,非常敏感,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,3,主要重金属在土壤中的累积和迁移转化,锌,Zinc,三种价态随着,pH,和,Eh,变化而转化,HgS,是还原,状态下的主要形态,土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作,用，因此汞进入土壤后，大部分被土壤吸附或,固定，

7、因此汞容易在表层积累,汞在厌氧微生物作用下可甲基化，毒性增大,植物对汞的吸收和积累与汞的形态有关,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,汞,Mercury,3,主要重金属在土壤中的累积和迁移转化,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,4,植物对重金属产生耐性的几种机制,1,植物根系的作用,2,重金属与植物的细胞壁结合,3,酶系统的作用,4,形成重金属硫蛋白或植物络合素,植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用,限制重金属离子跨膜吸收。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,已经证实，某些植物对重金属离子的吸收能力的降低,可以通过根际分泌螯

8、合剂而减少重金属的跨膜吸收,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,1,植物根系的作用,研究结果表明：细胞壁中的金属大部分以离子形式存在,或与细胞壁中的纤维素、木质素结合,由于金属离子被局限的细胞壁上，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,不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力是不同的,细胞壁对金属离子的固定作用不是一个普遍耐性机制,即：不是所有的耐性植物都表现为将金属离子固定在细,胞壁上,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,2,重金属与植物的细胞壁结合,耐性植物中的几种酶的活性在重金属含量增加时仍能,维持正常水平,同时还可以激发另外一些酶，从而使耐性植物

9、在受重,金属污染时保持正常的代谢,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,3,酶系统的作用,1957,年发现，在马的肾脏中发现金属硫蛋白,MT,能合成,MT,的细胞对重金属有明显的抗性,MT,是动物及,人体最重要的重金属解毒剂,后来，在植物中发现类,MT,或植物络合素。其作用是与进,入植物细胞内的重金属结合，使其以不具生物活性的无,毒的螯合物形式存在，降低金属离子的活性，从而减轻,或解除其毒害作用,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,4,形成重金属硫蛋白或植物络合素,二,重金属在土壤,植物体系中的迁移及其机制,4,植物对重金属产生耐性的几种机制,1,植物根系的作用,2,重金属与植物

10、的细胞壁结合,3,酶系统的作用,4,形成重金属硫蛋白或植物络合素,第三节,土壤中农药的迁移转化,三,土壤中农药的迁移转化,农药的种类,杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂,按杀灭对象,以化学官能团分（有机、无机,有机氯农药,降解慢，残毒大,有机磷农药,降解较快,氨基甲酸酯农药,降解快，残毒小,拟除虫菊酯农药,降解快，残毒小,化学农药在土壤中的迁移是指农药挥发到气相的移动以及,在土壤溶液中和吸附在土粒上的扩散、迁移，是农药从土,壤进入大气、水体和生物体的重要过程,主要方式是通过,扩散,和,质体流动,三,土壤中农药的迁移转化,1,土壤中农药的迁移,扩散是由于热能运动引起分子的不规则运动而使物质分

11、子,发生,由高浓度向低浓度方向,转移的过程,影响农药在土壤中扩散的主要因素,1,土壤的水分含量,2,吸附,3,土壤的紧实度,4,温度,5,气流速度,6,农药的种类,三,土壤中农药的迁移转化,扩散,物质的质体流动是由水或土壤微粒或是两者共同作用所致,影响农药在土壤中质体流动的因素,1,农药与土壤之间的吸附,2,土壤有机质的含量,3,土壤黏土矿物的含量,4,农药的种类,三,土壤中农药的迁移转化,质体流动,农药分为离子型和非离子型农药,应用品种、数量最多的是,非离子型农药,如有机氮、有机磷和氨基甲酸酯等农药,研究者认为：非离子型有机物在土壤,水体系中的吸附主要是,分配作用,主要表现的下面几个方面,1

12、,吸附等温线呈线性,2,不存在竞争吸附,3,分配作用与溶解度的关系为：分配系数随着在,水中溶解度的减小而增大,三,土壤中农药的迁移转化,2,非离子型农药与土壤有机质的作用,土壤湿度对分配过程的影响,土壤湿度是影响非离子型有机物在在土壤中吸附行为的关键,因素之一,三,土壤中农药的迁移转化,2,非离子型农药与土壤有机质的作用,极性水分子和矿物质表面发生强烈的偶极作用,使非离子性有机物很难占据矿物表面的吸附位，因此,对非离子性有机化合物在土壤表面矿物质上的吸附起,着一种有效的抑制作用,图,4,14,说明，随土壤,水分相对含量的增加,吸附（分配）作用减,弱，当相对湿度在,50,时，水分子强烈竞,争土壤

13、表面矿物质上,的吸附位，使吸附量,降低，分配作用占主,导地位，吸附等温线,为线性,图,4,15,说明，干土壤,中吸附的强弱还与吸,附质（农药）的极性,有关，极性大的吸附,量就大；而且分配作,用也同时发生。因此,非离子型有机物在干,土壤中表现为强吸附,被土壤矿物质）和,高分配（被土壤有机,质）的特征,且表面,吸附作用比分配作用,大得多。（,三,土壤中农药的迁移转化,典型农药在土壤中的迁移转化,3.1,有机氯农药,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,含有一个或几个苯环的氯的衍生物,DDT,HCH,六六六,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Aldrin,艾氏剂,Cl,

14、Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Heptachlor,七氯,O,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Dieldrin,狄氏剂,有机氯农药是目前造成污,染的主要农药,化学性质稳定，残留期长,易溶于脂肪，并在其中积,累,只有对位异构体有强烈的杀虫性能,DDT,易被土壤胶体吸附，故其在土壤中移动不明显，但,DDT,可通过植物根际渗入植物体内,DDT,在土壤中的,生物降解,主要按,还原,氧化,和,脱氯化氢,等机理进行,另一降解途径是,光解,三,土壤中农药的迁移转化,1,DDT,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,p,pDDT,的光解,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,H,p,p,DDE,p

15、,p,DDD,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,p,p,DDT,吸收,290-310nm,的紫外光,ClC,6,H,4,2,C=O,p,p,二氯二苯基甲酮,ClC,6,H,4,C,6,H,4,Cl,多氯联苯,只有,六六六具有杀虫效果，含,六六六,99,以上的六,六六成为林丹,六六六较,DDT,易挥发，可随水蒸发进入大气，造成大气,污染,六六六易溶于水，可从空气或土壤中进入水体，造成水,质污染,六六六在各类植物体内积累较少,与,DDT,相比，具有较低的积累性和持久性，但还是应尽,量消减其使用量，并尽量使用纯品,六六六,三,土壤中农药的迁移转化,2,林丹,磷酸的酯类或酰胺类化合物,三,土壤中农药的迁移

16、转化,3.2,有机磷农药,organophosphorpus pesticides,0Ps,R,X,P,Y,A,A,1,磷酸酯,2,硫代磷酸酯,3,膦酸酯和硫代膦酸酯类,4,磷酰胺和硫代磷酰胺类,按结构,P,O,H,3,CO,OCH,3,OCH,CH,2,P,O,HO,OH,OH,1,磷酸酯,磷酸中三,个氢原子被有机基团置,换所生成的化合物，如,敌敌畏、二溴磷等,三,土壤中农药的迁移转化,典型有机污染物,2,硫代磷酸酯,硫,代,磷,酸,分,子,中,的,氢,原,子,被,甲,基,等,基,团,所,置,换,而,形成的化合物,P,H,3,CO,H,3,CO,O,S,NO,2,磷酸,甲基对硫,磷,敌敌,畏

17、,磷酸分子中一个羟基被有机,基团置换，即在分子中形成,C-P,键，称为,膦酸,如果膦,酸中羟基的氢原子再被有机,基团取代，即形成,膦酸酯,如敌百虫。如果膦酸酯中的,氧原子被硫原子取代，即为,硫代膦酸酯,三,土壤中农药的迁移转化,典型有机污染物,3,膦酸酯和硫代膦酸酯类,P,H,3,CO,H,3,CO,CH,O,OH,CCl,3,敌百,虫,4,磷酰胺和硫代磷酰胺类,三,土壤中农药的迁移转化,典型有机污染物,乙酰甲胺磷,磷酸分子中羟基被氨基取,代的化合物为,磷酰胺,磷,酸胺分子中的氧原子被硫,原子所取代形成,硫代磷酰,胺,如甲胺磷,P,H,3,CO,H,3,CO,NHCOCH,3,O,S,P,H,

18、3,CO,H,3,CO,S,S,H,C,H,2,C,COOC,2,H,5,COOC,2,H,5,马拉硫磷,二硫代磷酸酯,P,H,3,CO,H,3,CO,S,S,H,2,C,C,O,NH,CH,3,乐果,二硫代磷酸酯,三,土壤中农药的迁移转化,典型有机污染物,对硫磷,1605,H,5,C,2,P,O,S,O,O,H,5,C,2,NO,2,有机磷农药是为取代有机氯农药而发展起来的，但是其毒,性较高,大部分对生物体内胆碱酯酶有抑制作用,较有机氯农药容易降解,1,有机磷农药的非生物降解过程,a,吸附催化水解,b,光降解,2,有机磷农药的生物降解过程,a,绿色木霉,tricboderma viride,b,假单胞菌,pseudomonas sp,三,土壤中农药的迁移转化,吸附催化水解