第三章重金属污染及其生态效应ppt课件.ppt
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1、土壤本身均含有一定量的重金属元素,其中土壤本身均含有一定量的重金属元素,其中有些是作物生长所需要的微量元素,如有些是作物生长所需要的微量元素,如Zn、Cu、Mo、Fe、Mn、Co等,而有些重金属如等,而有些重金属如Cd、As、Hg等对植物生长是不利的。等对植物生长是不利的。:含量:含量背景值背景值最引人注意的是汞、镉、最引人注意的是汞、镉、 铬、铅、砷五毒。铬、铅、砷五毒。重金属污染的特点:(重金属污染的特点:(1 1)持久性;)持久性; (2 2)生物富集)生物富集来源:天然、人为(大气沉降、污灌、来源:天然、人为(大气沉降、污灌、采矿和冶炼、农药和化肥)采矿和冶炼、农药和化肥)土壤重金属污
2、染的危害主要表现在以下几个方面:土壤重金属污染的危害主要表现在以下几个方面:(1)影响植物生长。影响植物生长。(2)影响土壤生物群的变化及物质的转化。影响土壤生物群的变化及物质的转化。重金属离子对微生物的毒性顺序为:重金属离子对微生物的毒性顺序为:HgCdCrPbCoCu,其中,其中Hg2+、Ag+对微对微生物的毒性最强。生物的毒性最强。(3)影响人体健康影响人体健康(a)通过挥发作用进入大气通过挥发作用进入大气(b)(b)受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用,重金属进入地受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用,重金属进入地表水和地下水,影响水生生物表水和地下水,影响水生生物(c)(c)植物吸收并积
3、累土壤中的重金属,通过食物链进入人体。植物吸收并积累土壤中的重金属,通过食物链进入人体。 影响土壤中重金属活性(或生态效应)的因影响土壤中重金属活性(或生态效应)的因素:素:存在形态存在形态土壤胶体的吸附:有机、无机配合物土壤胶体的吸附:有机、无机配合物土壤酸碱度土壤酸碱度微生物作用:形成金属有机化合物微生物作用:形成金属有机化合物二、土壤中重金属的迁移和存在形态二、土壤中重金属的迁移和存在形态1. 影响重金属在土壤影响重金属在土壤-植物系统中的迁移的因素植物系统中的迁移的因素土壤理化性质土壤理化性质: pH ,土壤质地土壤质地,土壤的氧化还原电位土壤的氧化还原电位土壤中有机质含量土壤中有机质
4、含量重金属的种类、浓度及存在形态重金属的种类、浓度及存在形态植物的种类、生长发育期植物的种类、生长发育期复合污染复合污染施肥施肥CdCdAsAs易被植物吸收,易被植物吸收,CuMnCuMnSeZnSeZn等次之,等次之,CoPbCoPbNiNi等难于被吸收,等难于被吸收,CrCr极难被吸收。极难被吸收。重金属形态重金属形态定义:重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结定义:重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结 构态构态4个方面。即某一重金属元素在环境中以某种离子或分个方面。即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。子存在的实际形式。元素活动性、迁移路径、生物有效性
5、及毒性等主要取决于其元素活动性、迁移路径、生物有效性及毒性等主要取决于其形态而不是总量。形态而不是总量。形态分析:化学形态分析、物理形态分析形态分析:化学形态分析、物理形态分析化学形态分析法化学形态分析法-顺序提取法:顺序提取法:采用适当的化学浸提剂有选择性地将与土壤固相结合的不同采用适当的化学浸提剂有选择性地将与土壤固相结合的不同形态的重金属浸提出来形态的重金属浸提出来单独提取法单独提取法 :单一形态。适用于当重金属含量大大超单一形态。适用于当重金属含量大大超过地球背景值时的污染调查。过地球背景值时的污染调查。 连续分级提取法连续分级提取法 :多种形态多种形态 。有代表性的连续分级提取法:有
6、代表性的连续分级提取法:Tessier法:将沉积物或土壤中金属元素的形态分法:将沉积物或土壤中金属元素的形态分为为可酸溶可酸溶/可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物和硫化物结合态、残渣态结合态、有机物和硫化物结合态、残渣态5种形态。种形态。BCR法(欧盟提出)法(欧盟提出) :3种形态,种形态,弱酸提取态弱酸提取态(可(可酸溶酸溶/可交换态、碳酸盐结合态)、可交换态、碳酸盐结合态)、可还原态可还原态(铁(铁锰氧化物结合态)、锰氧化物结合态)、可氧化态可氧化态(有机物和硫化物结(有机物和硫化物结合态)、(合态)、(残渣态残渣态)目前常采用目前常采用两
7、种方法两种方法进行土壤中重金属的进行土壤中重金属的生物有效性研究,即测定土壤中重金属的生物有效性研究,即测定土壤中重金属的存在形态,或测定在此土壤上生长的植物存在形态,或测定在此土壤上生长的植物中的金属含量,并寻找这两者之间的相关中的金属含量,并寻找这两者之间的相关性。性。重金属不能被微生物所降解,同时由于胶重金属不能被微生物所降解,同时由于胶体对重金属离子有强烈的吸附作用等,使体对重金属离子有强烈的吸附作用等,使其不易迁移。因此,土壤一旦遭受重金属其不易迁移。因此,土壤一旦遭受重金属污染,就很难予以彻底消除。土壤是重金污染,就很难予以彻底消除。土壤是重金属污染的属污染的汇汇,故应积极防治土壤
8、的重金,故应积极防治土壤的重金属污染。属污染。 耕作层(耕作层(030cm)土壤)土壤中残渣态的中残渣态的Cu明显多于明显多于其他形态的其他形态的Cu,约占总量的,约占总量的80%,各形态的,各形态的Cu含量大小顺序为残渣态含量大小顺序为残渣态可氧化态可氧化态可还原态可还原态酸酸溶溶/可交换态。可交换态。实验所用实验所用堆肥污泥堆肥污泥呈酸性,有机质含量是土壤的呈酸性,有机质含量是土壤的40多倍,且其中的多倍,且其中的Cu含量低于农用污泥中含量低于农用污泥中Cu的的限制标准(限制标准(500 mg/kg),适合农用。污泥中),适合农用。污泥中Cu的形态以残渣态及可氧化态为主,两者之和占总的形态
9、以残渣态及可氧化态为主,两者之和占总量的量的92.8%,可酸溶,可酸溶/可交换态及可还原态可交换态及可还原态Cu所占所占比例较少。比例较少。论文举例:论文举例:污泥土地利用中重金属的环境效应研究污泥土地利用中重金属的环境效应研究小白菜中小白菜中Cu的含量与施泥量呈显著的正相关,且的含量与施泥量呈显著的正相关,且不同部位对不同部位对Cu的吸收有所差异。的吸收有所差异。Cu在小白菜中在小白菜中的富集为根部大于茎叶,这可能与根系和的富集为根部大于茎叶,这可能与根系和Cu离子离子直接接触有关。由此可见,在利用污泥堆肥时最直接接触有关。由此可见,在利用污泥堆肥时最好避开利用根部的植物。好避开利用根部的植
10、物。(1 1)通过短期及中期淋溶后发现,污泥土地利用)通过短期及中期淋溶后发现,污泥土地利用会增加土壤中的会增加土壤中的CuCu含量,但主要集中在上层土壤含量,但主要集中在上层土壤中;而长期淋溶后,各层土壤中的相对中;而长期淋溶后,各层土壤中的相对CuCu含量有含量有了明显的增加,如长期施用污泥,则了明显的增加,如长期施用污泥,则CuCu在土壤中在土壤中的积累是一个需要考虑的重要问题。的积累是一个需要考虑的重要问题。(2 2)添加堆肥污泥后耕作层土壤中)添加堆肥污泥后耕作层土壤中CuCu的形态百分的形态百分含量也发生了变化,但仍然以残渣态为主,占含量也发生了变化,但仍然以残渣态为主,占50%5
11、0%以上;易被植物利用的酸溶以上;易被植物利用的酸溶/ /可交换态和可还原态可交换态和可还原态CuCu有了明显的增加,且越靠近污泥的土层增幅越有了明显的增加,且越靠近污泥的土层增幅越大。大。(3)与去离子水相比,酸雨作用会促使污泥中)与去离子水相比,酸雨作用会促使污泥中Cu离子淋溶强度的增加离子淋溶强度的增加,并能促使土壤中易迁移态并能促使土壤中易迁移态Cu的百分含量有所增加,在一定程度上增强了的百分含量有所增加,在一定程度上增强了Cu污染土壤及地下水的风险。因此在进行堆肥污泥污染土壤及地下水的风险。因此在进行堆肥污泥对土地利用后对土地利用后Cu的迁移性风险评价时的迁移性风险评价时,不仅要考虑
12、不仅要考虑土壤的性质土壤的性质,还应充分考虑外界条件变化所引起的还应充分考虑外界条件变化所引起的土壤中土壤中Cu性质的改变。性质的改变。(4)通过淋溶可以发现,污泥中)通过淋溶可以发现,污泥中Cu的释放分为的释放分为两个阶段:前期稳定性较差的酸溶两个阶段:前期稳定性较差的酸溶/可交换态易随可交换态易随淋溶液进入土壤中,后期可还原态、可氧化态甚淋溶液进入土壤中,后期可还原态、可氧化态甚至残渣态至残渣态Cu开始缓慢的释放出来,并在土壤中进开始缓慢的释放出来,并在土壤中进行迁移转化的过程。行迁移转化的过程。(5 5)通过长期的淋溶实验可以看出,只有很小部)通过长期的淋溶实验可以看出,只有很小部分的分
13、的CuCu随淋溶液淋出,且随淋溶时间的延长,淋随淋溶液淋出,且随淋溶时间的延长,淋出液中出液中CuCu的含量有逐渐降低且趋于平缓的趋势。的含量有逐渐降低且趋于平缓的趋势。淋出液中淋出液中CuCu的含量的含量0.08mg/l0.08mg/l,远低于地下水,远低于地下水类标准及生活饮用水卫生标准中类标准及生活饮用水卫生标准中CuCu的限制指标的限制指标(1.0mg/l1.0mg/l),因此污泥农用后),因此污泥农用后CuCu对地下水的污染对地下水的污染风险较小。风险较小。三、五种重金属在土壤中的迁移转化及其生物三、五种重金属在土壤中的迁移转化及其生物效应效应土壤中镉污染主要来自矿山、冶炼、污灌土壤
14、中镉污染主要来自矿山、冶炼、污灌及污泥的施用。镉还可伴随磷矿渣和过磷酸钙的及污泥的施用。镉还可伴随磷矿渣和过磷酸钙的使用而进入土壤。在风力作用下,工业废气中镉使用而进入土壤。在风力作用下,工业废气中镉扩散并沉降至土壤中。交通繁忙的路边土壤常发扩散并沉降至土壤中。交通繁忙的路边土壤常发现有镉污染。现有镉污染。土壤中的镉可被胶体吸附。被吸附土壤中的镉可被胶体吸附。被吸附的镉一般在的镉一般在0 015 cm15 cm的土壤表层累积,的土壤表层累积,15 cm15 cm以下以下含量显著减少。大多数土壤对镉的吸附率在含量显著减少。大多数土壤对镉的吸附率在80%80%90%90%。土壤对镉的吸附同。土壤对
15、镉的吸附同pHpH值呈正相关;被吸附的值呈正相关;被吸附的镉可被水所溶出而迁移,镉可被水所溶出而迁移,pHpH越低,镉的溶出率越越低,镉的溶出率越大。如大。如pH 4pH 4时,镉的溶出率超过时,镉的溶出率超过50%50%;pH 7.5pH 7.5时,时,镉很难溶出。镉很难溶出。 水稻田在淹水条件下,形成了还原性环境,镉主水稻田在淹水条件下,形成了还原性环境,镉主要以要以CdSCdS形式存在,抑制了形式存在,抑制了CdCd2+2+的迁移,难以被植的迁移,难以被植物所吸收。当排水时造成氧化淋溶环境,物所吸收。当排水时造成氧化淋溶环境,S S2-2-氧化氧化或或SOSO4 42-2-,引起,引起p
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