污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制

污染物在土壤-植物体系中的迁移及其机制1土壤中的金属植物生长所需的养分来自土壤（重金属元素Cu、Zn、Mo、Fe、Mn）在植物体内是催化剂土壤中过量的重金属限制植物的生长、发育和繁衍，改变植物的群落结构铜是植物生长的必须元素之一，但是：

Cu含量＞50μg/g，柑桔幼苗生长受到阻碍Cu含量＞200μg/g，小麦会枯死Cu含量＞250μg/g，水稻会枯死在重金属含量高的土壤中，植物出现较大的耐受性，从而形成耐性群落，产生了耐受性，并富集重金属23土壤中的污染物污染物种类：(1)有机物质化学农药的种类繁多，主要为有机氯和有机磷两大类；(2)氮类和磷类化学肥料；(3)重金属，如砷、镉、汞、铬、铜、锌、铅等；(4)放射性，元素如铯、锶等；(5)有害微生物类，如肠细菌、炭疽杆菌、破伤风杆菌、肠寄生虫(蠕虫)、霍乱弧菌、结核杆菌等。

(6)土壤中有机物分解产生CO2、CH4、H2S、H2、NH3和N2等气体(其中CO2和CH4是主要的)。

4土壤中的污染物以重金属比较突出，重金属在土壤中积累，并转化为毒性更大的甲基化合物，并通过食物链在人体富集。

进入土壤中的重金属：

吸附在土壤中，溶解或者不溶解被其他生物、植物吸收

进入水体，离开土体

挥发进入大气

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土壤背景值

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。因此土壤背景值就是指在未受污染的情况下，天然土壤中的化学元素的基线含量。

土壤背景值中含量较高的元素为：Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、Pb、Co、As、Be、Hg、Se、Sc钪

、Mo一、土壤中的重金属6污染物在土壤—植物体系中的迁移土壤中污染物主要是通过植物根系根毛细胞的作用积累于植物茎、叶和果实部分。1、污染物由土壤向植物体内迁移的方式

被动转移主动转移被动扩散7

脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度侧，顺浓度梯度扩散，通过有类脂层屏障的生物膜。其扩散速率与有机物的化学性质、分子体积或在液体pH条件下离解性有关。被动扩散不耗能，不需载体参与，因而无竞争性抑制、特异性选择和饱和现象。8主动扩散在需消耗一定的代谢能量下，一些物质可在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体结合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质。这一转运称为主动转运

所需代谢能量来自膜的三磷酸酰苷酶分解三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷酸时所释放的能量。具有竞争性抑制、特异性选择和饱和现象。如钾离子在细胞内外浓度分布：

[K+](细胞内)＞[K+](细胞外)9具有竞争性抑制、特异性选择和饱和现象。如钾离子在细胞内外浓度分布：

[K+](细胞内)＞[K+](细胞外)一、重金属在土壤——植物体系中的迁移的因素1、土壤的理化性质：pH、土壤质地、土壤氧化还原电位、土壤中有机质含量。2、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态3、植物的种类、生长发育期4、复合污染5、施肥102、影响重金属在土壤-植物体系中转移的因素pH值土壤pH值越低，H+

越多，重金属被解吸的越多，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。土壤质地

质地粘重的土壤对重金属的吸附力强，降低了金属的迁移转化能力。

如：小麦试验田中，随着土壤如下性质的改变，麦粒对汞和砷的吸收率减少。砂壤——轻壤——中壤——重壤——黏土

11(1)土壤的理化性质2、影响重金属在土壤-植物体系中转移的因素土壤的氧化还原电位还原态，重金属易形成难溶性的硫化物，例如：CdS难溶，CdSO4

的溶解度要大得多。不同的氧化还原条件，有不同的价态，其化合物的溶解态和毒性显著不同。

土壤中有机质含量

土壤有机质含量高的土壤对重金属的吸附能力高，土壤中各元素的含量都与有机质含量呈现正比，但重金属各组分的含量与有机质含量的大小没有密切的关系。

12(1)土壤的理化性质13土壤中重金属污染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。

重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。二、土壤环境的自净作用土壤利用自身的物理、化学及生物学的特性，通过吸附、分解、迁移、转化等的作用，使污染物在土壤中的数量、浓度、毒性、活性降低的过程。14土壤背景值指未受到人类活动（特别是人为污染）影响的土壤环境本身的化学元素的组成及其含量15土壤背景值的计算：利用含量较高的抗风化物质TiO2（或者Al2O3）作为指示产物，用下式来计算某一元素的富集系数：当富集系数大于1时，表明土壤被污染土壤环境容量一定的环境单元，一定时限内遵循环境质量标准，既保证农产品产量和生物学质量，同时不使环境污染时，土壤所能容纳污染物的最大负荷量。16土壤背景值进行土壤评价制定土壤环境标准研究污染物或污染元素在土壤中的迁移转化的依据土地利用及其规划，土壤生态、施肥、浇水灌溉17重金属在土壤——植物体系中的迁移及其机制一、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：豆类>水稻>小麦>玉米；根>茎叶>颖壳>籽实2、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律：垂直分布规律：可耕层成为重金属的富集层；根际土壤>土体3、土壤对重金属离子的吸附固定原理：土壤中胶体中对吸附贡献大的除有机质外，主要是锰、铁等氧化物。1819二、植物对重金属污染产生耐性的机制

1．土壤－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，而微量重金属是土壤中植物生长酶的催化剂；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；20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。土壤-植物系统通过一系列物理化学或生物代谢过程对污染物进行吸附、交换、沉淀或降解作用，使污染物分解或去毒，从而净化和保护了环境。21四、植物对重金属污染产生耐性的几种机制

1.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的跨膜吸收。

植物对重金属吸收可根据植物的特性和重金属的性质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。某些植物对重金属吸收能力的降低是通过根际分泌螯合剂抑制重金属的跨膜吸收。222.重金属与植物的细胞壁结合

耐性植物中重金属分布在根系细胞壁上

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。

但不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力不同，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，Cd70－90%存在于细胞质中只有10%左右存在于细胞壁中。

233.酶系统的作用一般来讲，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。耐性植物中有些酶的活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平，