环境中重金属元素镉概况研究学习教案.pptx

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1、会计学1环境中重金属元素镉概况环境中重金属元素镉概况(gikung)研究研究第一页，共64页。镉污染现状镉削减措施(cush)研究趋势第1页/共63页第二页，共64页。我国土壤镉污染我国土壤镉污染(wrn)现状现状n n我国有关农田Cd污染的调查工作是20世纪70年代中、后期开始的,但至今未见Cd污染总体状况的资料报道。何电源等(1991)在19871990年间对湖南省的农田污染状况进行(jnxng)了调查。结果发现,农田Cd污染主要来源于工矿企业排放的废气和废水,在各类Cd污染农田中5%10%的面积减产严重。90年代初,我国污灌农田已扩大到1.4106公顷。第2页/共63页第三页，共64页。

2、续上：续上：n nCd污染耕地涉及(shj)11个省市的25个地区,每年生产镉米(是指含量超过/的糙米,长期食用会引起骨痛病)5.0107。n n如沈阳市张士灌区因污灌使2533公顷农田遭受污染(土壤含量1.0/),其中严重污染面积(可能产生的稻米含量1.0/的农田)占13%。另外,作物受污染导致“镉米”的地区还有:上海的沙川灌区、广东的广州和韶关地区、广西的阳朔、湖南的衡阳等。第3页/共63页第四页，共64页。1 土壤中土壤中Cd的来源的来源、含量、含量(hnling)及分布及分布n nCd是一种稀有分散元素。n n地壳中镉平均量0.15 mg/kg。n n未污染土壤中Cd主要(zhyo)来

3、源于其成土母质。n n在世界范围内,土壤中Cd的含量范围为0.012mg/kg，中值为0.35mg/kg。n n日本和英国土壤的背景值分别为0.413mg/kg和0.62mg/kg,n n我国土壤的背景值为0.0170.33mg/kg。第4页/共63页第五页，共64页。1.1主要地球主要地球(dqi)贮库中镉的含量贮库中镉的含量及残留时间及残留时间第5页/共63页第六页，共64页。第6页/共63页第七页，共64页。几类岩石几类岩石(ynsh)中镉中镉n沉积岩1.167mg/kg;皂土1.4;泥灰岩2.6n变质岩0.46mg/kg;石榴(sh liu)石片岩1n火成岩中下中下中下中下层。这主要由

4、于有表层生物富集或外来废物污染层。这主要由于有表层生物富集或外来废物污染层。这主要由于有表层生物富集或外来废物污染层。这主要由于有表层生物富集或外来废物污染(wr(wr n)n)（污灌、污施等）引起。施用化肥、农药也会造成（污灌、污施等）引起。施用化肥、农药也会造成（污灌、污施等）引起。施用化肥、农药也会造成（污灌、污施等）引起。施用化肥、农药也会造成CdCd的污的污的污的污染染染染(wr(wr n)n)。n n据调查据调查据调查据调查,广州市施用磷肥、石灰的广州市施用磷肥、石灰的广州市施用磷肥、石灰的广州市施用磷肥、石灰的CdCd含量为含量为含量为含量为2 23mg/kg,3mg/kg,而澳

5、而澳而澳而澳大利亚施用的过磷酸钙含大利亚施用的过磷酸钙含大利亚施用的过磷酸钙含大利亚施用的过磷酸钙含CdCd达达达达383848mg/kg 48mg/kg。n n在沈阳张士灌区土壤中在沈阳张士灌区土壤中在沈阳张士灌区土壤中在沈阳张士灌区土壤中,经污灌进入土壤中的经污灌进入土壤中的经污灌进入土壤中的经污灌进入土壤中的CdCd的的的的56.33%56.33%累累累累积于土壤的表层积于土壤的表层积于土壤的表层积于土壤的表层,去表土去表土去表土去表土15cm,15cm,可使稻米中的可使稻米中的可使稻米中的可使稻米中的CdCd下降下降下降下降50%50%。第18页/共63页第十九页，共64页。镉在土壤镉

6、在土壤(trng)层次中的分层次中的分布布第19页/共63页第二十页，共64页。土壤土壤(trng)中重金属的形态中重金属的形态n土壤中重金属的形态分为:n可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和残留态。形态受土壤组分及其土壤化学(huxu)行为影响,各形态之间处于动态平衡中。n研究结果表明,随着土壤总Cd含量增加,残渣态百分率减少,交换态百分率显著上升,这说明土壤Cd污染越重,非残渣态的相对含量越高,将相对增加Cd的毒性。n 第20页/共63页第二十一页，共64页。土壤中重金属镉的形态土壤中重金属镉的形态(xngti)及关系及关系第21页/共63页第二十二页，共64页。2Cd在植

7、物体内在植物体内(t ni)的积累、分的积累、分布布 n2.1积累n不同植物对Cd的吸收、积累效应差异很大。木本植物对土壤中Cd的生物(shngw)积累较高,；有些蕨类其叶部Cd含量可高达1200mg/kg,是富集Cd最强的植物类型之一。水稻等大田农作物也易吸收土壤中的Cd。有报道,当土壤含Cd量为2.21mg/kg时,糙米中Cd即达2.64mg/kg。而国家食品卫生标准规定大米中镉允许量为：小于或等于0.2mg/kg(GB-238-84)。第22页/共63页第二十三页，共64页。2.2分布分布(fnb)n n水稻的根、茎叶、糙米中Cd的比例为 8051,n n而杨树则可将根部吸收Cd的一半运

8、转至地上部。n n一般来说,Cd在植物体内的分布是根茎叶籽实。Cd集中在根部可能与Cd和根内蛋白质、糖、核酸等有机物化合成为稳定(wndng)的大分子或不溶性有机大分子而沉积下来有关。第23页/共63页第二十四页，共64页。镉在植物镉在植物(zhw)体内的分布体内的分布第24页/共63页第二十五页，共64页。作物不同部位作物不同部位(bwi)镉的分布镉的分布第25页/共63页第二十六页，共64页。我国烟叶中我国烟叶中5元素含量元素含量(hnling)及变幅及变幅单位：单位：mg/kg第26页/共63页第二十七页，共64页。Cd在细胞在细胞(xbo)中的分布中的分布n n近十来年不少学者(xuz

9、h)研究报道,根所吸收的重金属中有70%90%累集在根尖细胞壁上。杨居荣等1993年的研究表明,Cd在黄瓜、菠菜中的可溶成分所占比例较大,为45%69%,沉积于细胞壁的成分占2.5%21.0%,而Pb有77%89%沉积于细胞壁上,可溶成分只占0.2%3.8%。第27页/共63页第二十八页，共64页。3 Cd对植物生长对植物生长(shngzhng)的影响的影响 n3.1Cd毒害症状：生长迟缓、植株矮小(ixio)、退绿、产量下降等。例如,大麦受Cd污染后,种子的萌发率、根生长速率下降,且随处理浓度增大和时间延长而加剧。Cd对植物生长的影响,还与生长发育的时期有关。例如,在水稻幼穗分化之前,Cd主

10、要降低光合力；在幼穗分化至抽穗期,主要抑制生殖器官分化,造成颖花败育；抽穗期后,Cd则主要干扰体内营养物质的迁移和再分配。第28页/共63页第二十九页，共64页。3.2Cd对细胞分裂的影响对细胞分裂的影响(yngxing)及及遗传毒害遗传毒害n nCd能引起细胞分裂出现障碍或不正常分裂,表现为细胞分裂周期延长,产生染色体断裂、畸变、粘连和液化等。n nCd能与带负电的核酸结合,破坏核仁结构(jigu),抑制DNase和RNase活性,并使植物体DNA合成受阻。第29页/共63页第三十页，共64页。3.3Cd对植物细胞结构对植物细胞结构(jigu)的影的影响响 n低浓度的Cd可使叶绿体基粒垛叠减

11、少,线粒体内腔嵴突减少或消失;高浓度的Cd可使叶绿体垛叠无规律、膜系统(xtng)溃解,使线粒体肿胀、溃解。n叶绿体的破坏与Cd沉积在类囊体上与膜上蛋白体结合，破坏叶绿体酶系统(xtng)和阻碍叶绿体合成有关。n线粒体结构的改变是由于Cd抑制线粒体膜上ATP酶的活性所引起。第30页/共63页第三十一页，共64页。Cd对植物对植物(zhw)细胞结构的影细胞结构的影响响无Cd正常(zhngchng)细胞受Cd害细胞(xbo)第31页/共63页第三十二页，共64页。3.4Cd对细胞膜透性的影响对细胞膜透性的影响(yngxing)n n80年代中期(zhngq)以来的一些试验结果表明：n nCd对细胞

12、膜有严重破坏作用,使得细胞膜透性增加。植物细胞膜透性与Cd浓度呈极显著正相关。n nCd导致膜脂过氧化加剧。第32页/共63页第三十三页，共64页。3.5Cd对植物体保护对植物体保护(boh)酶活性酶活性的影响的影响 n超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)是植物适应逆境胁迫的重要酶类,被统称为植物保护(zhwboh)酶系统。当植物受Cd污染后,Cd污染可引起SOD、POD和CAT活性下降。第33页/共63页第三十四页，共64页。nCd对植物的伤害(shnghi)是多方面的,相应地植物采取多方面的策略来抵抗或减弱Cd胁迫的程度,如固定化、区域化及合成植物螯合肽、金

13、属硫蛋白、应激蛋白、应激乙烯等。第34页/共63页第三十五页，共64页。土壤镉与大米土壤镉与大米(dm)镉的关系镉的关系第35页/共63页第三十六页，共64页。镉对人体镉对人体(rnt)的毒性的毒性n粮食作物是镉进入食物链的主要途径(tjng)，土壤镉与米中镉有良好的正相关，因而土壤镉污染产生的影响是全球性的。镉是一种积累性毒素，人体肾皮质是镉作用的靶器官。肾皮质镉浓度达到200mg/kg时，会引起多种症状的肾机能失调，如肾小管坏死，蛋白尿症等。第36页/共63页第三十七页，共64页。2镉污染的削减镉污染的削减(xujin)措施措施1化控途径化控途径(tjng)2生控途径生控途径(tjng)3

14、农业措施农业措施4工程及其它措施工程及其它措施第37页/共63页第三十八页，共64页。1化学化学(huxu)控镉控镉第38页/共63页第三十九页，共64页。施石灰施石灰(shhu)对土壤中水溶态镉的对土壤中水溶态镉的影响影响 第39页/共63页第四十页，共64页。施石灰施石灰(shhu)对土壤中交换态镉对土壤中交换态镉的影响的影响 第40页/共63页第四十一页，共64页。第41页/共63页第四十二页，共64页。第42页/共63页第四十三页，共64页。有机酸对镉毒害有机酸对镉毒害(dhi)的抑制的抑制第43页/共63页第四十四页，共64页。有机酸对镉毒害有机酸对镉毒害(dhi)的抑制的抑制第44

15、页/共63页第四十五页，共64页。2生物生物(shngw)控镉控镉2.1富镉苋科作物（野生苋）富集镉的能力特强，种一季可使土壤镉下降29.49mg/m2。2.2绿肥植物无叶紫花苕子能富集Pb、Zn;香根草、苎麻(zh m)对土镉的吸收力很强。收获后不要还田，要集中消毁。第45页/共63页第四十六页，共64页。世界各地发现世界各地发现(fxin)的重金属超积的重金属超积累植物累植物 第46页/共63页第四十七页，共64页。几种异常积累植物几种异常积累植物(zhw)外观外观第47页/共63页第四十八页，共64页。几种异常几种异常(ychng)积累植物外积累植物外观观第48页/共63页第四十九页，共

16、64页。利用苎麻改良镉污染利用苎麻改良镉污染(wrn)农农田田第49页/共63页第五十页，共64页。利用苎麻改良镉污染利用苎麻改良镉污染(wrn)农田农田第50页/共63页第五十一页，共64页。利用植物根系利用植物根系(gnx)削减水体削减水体中镉中镉n n植物在水体中对镉的积累效果明显优于在土壤中的积累效果。David E 注意到利用普通作物的根过滤作用，将向日葵浸入实验水体中仅24h，水体中镉浓度可由1000ug/L 降低(jingd)到 200ug/L，显示出利用植物根部可快速削减水体中毒害性重金属元素镉。第51页/共63页第五十二页，共64页。利用植物利用植物(zhw)根系削减水体根系

17、削减水体中镉中镉第52页/共63页第五十三页，共64页。利用植物根系利用植物根系(gnx)削减水体削减水体中镉中镉第53页/共63页第五十四页，共64页。3农业农业(nngy)措施措施3.1源源头头控控制制，重重类类金金属属污污染染的的主主要要源源头头之之一一是是矿矿质质肥肥（尤尤其其磷磷肥肥）和和劣劣质质农农业业化化学学品品（含含有有的的农农药药），因因而而对对新新来来源源的的磷磷肥肥等等农农业业化化学学品品要要把把好好源头检测关。源头检测关。3.2增增施施优优质质有有机机肥肥提提高高(t go)土土壤壤环环境境容容量量，有有机机质质可可增增加加土土壤壤胶胶体体对对污污染染物物的的吸吸附附吸

18、吸收收能能力力。在淹水还原条件下，可促使镉还原，减少毒性。在淹水还原条件下，可促使镉还原，减少毒性。3.3品品种种选选择择，不不同同品品种种对对重重金金属属吸吸收收差差别别很很大大，可选用对镉亲合力小的新品种。可选用对镉亲合力小的新品种。3.4培培植植扩扩大大根根系系统统,加加大大根根系系截截获获量量,收收获获后后全全层层清清理根系理根系,将有效削减土壤中镉量。将有效削减土壤中镉量。3.5加深耕层加深耕层,还可以让镉从土壤向下层淋失。还可以让镉从土壤向下层淋失。第54页/共63页第五十五页，共64页。4工程工程(gngchng)及其它措及其它措施施电化学措施电化学措施客土措施客土措施规避规避(

19、gub)措施等等措施等等第55页/共63页第五十六页，共64页。镉污染镉污染(wrn)土壤生物修复展土壤生物修复展望望1n n应用现代生物技术将超积累植物的相关基因克隆,然后转移到生物量较大的植物或作物体内,培养出新的超积累植物品种,将其应用到污染土壤的修复(xif)上,必将大大提高对污染土壤的修复(xif)能力,减少重金属在食物链中的积累。第56页/共63页第五十七页，共64页。镉污染土壤生物修复镉污染土壤生物修复(xif)展展望望2n n与超积累植物(zhw)相反,筛选以体外抗性为主导机制的重金属排异植物(zhw),特别是农作物,减少其向可食用部位转移,降低在食物链中的数量,对于人类寻找既

20、对污染物有较高的抗性,又能保证生物产品具有较高的安全性的作物种,这将为污染土壤的再利用提供一种崭新的途径。第57页/共63页第五十八页，共64页。镉污染土壤生物修复镉污染土壤生物修复(xif)展展望望3n化害为利、以毒攻毒(y d gng d)，新物质开发利用第58页/共63页第五十九页，共64页。本讲小结本讲小结(xioji)：n n1本讲叙述了环境中尤其土壤植物系统中重金属镉的含量、形态及分布。由于有生物富集，在生物量集中区，镉分布量较集中；生物小循环使镉在土壤植物系统中积累增多，人类采矿、冶炼、污灌污施加剧了这一过程。农业土壤中镉量偏高的所涉范围较大，加强镉削减的研究意义重大。n n2对

21、重金属异常积累的植物（作物）及排异植物（作物）品种的筛选和培育，是减少它们(t men)进入食物链的重要途径。另外应配套切实可行的农艺措施，以削减它们(t men)对环境和人体健康的影响。第59页/共63页第六十页，共64页。思考题思考题n n重金属镉在土壤植物系统(xtng)中的分布状况及其研究意义第60页/共63页第六十一页，共64页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德(dod)情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第61页/共63页第六十二页，共64页。第62页/共63页第六十三页，共64页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第63页/共63页第六十四页，共64页。