第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为 环境土壤学.ppt

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1、第第8章土壤植物系章土壤植物系统中中的硒氟和碘及其的硒氟和碘及其环境境行行为 环境土壤学境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第一节第一节 土壤土壤-植物中硒及其环境行为植物中硒及其环境行为第二节第二节 土壤土壤-植物中氟及其环境行为植物中氟及其环境行为第三节第三节 土壤土壤-植物中碘及其环境行为植物中碘及其环境行为第第8章土壤植物系统中的硒氟和碘章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为及其环境行为 环境土壤学环境土壤学一、土壤中的硒二、植物中的硒三、土壤-植物中硒的迁移四、硒的环境效应及其调节n n1817年瑞典化学家B

2、erzelius发现了元素硒。由于硒具有一定的毒性，早在几百年前就引起了人们的关注，但一直到20世纪30年代，通过对高硒土壤中植物的分析后发现，生长于其上的谷物和牧草含有大量的硒，从而可引起动物的硒中毒，硒被视为剧毒元素。n n人们在研究毒性的过程中，却发现了硒的一些有人们在研究毒性的过程中，却发现了硒的一些有益的生物学功能，并于益的生物学功能，并于7070年代证实了硒是谷胱甘年代证实了硒是谷胱甘肽过氧化物酶（肽过氧化物酶（GSHGSHpxpx）的活性成分，并随后）的活性成分，并随后（19751975年）提出了硒是有机体的一种保护性因子，年）提出了硒是有机体的一种保护性因子，中国专家提出了用硒

3、（中国专家提出了用硒（Na2SeO3Na2SeO3）预防和治疗克山）预防和治疗克山病的建议。病的建议。19751975年左右，硒被确认为是一种年左右，硒被确认为是一种生物生物必需的微量元素必需的微量元素，对人和动物的抗氧化系统起着，对人和动物的抗氧化系统起着关键作用。关键作用。n n硒蛋白与人体荷尔蒙三碘甲酰胺的合成有密切关硒蛋白与人体荷尔蒙三碘甲酰胺的合成有密切关系。硒的缺乏可能会加重碘缺乏所导致的甲状腺系。硒的缺乏可能会加重碘缺乏所导致的甲状腺肿。环境中肿。环境中硒的不足或过量都会通过食物链而影硒的不足或过量都会通过食物链而影响人类的健康响人类的健康。第第8 8章土壤植物系统中的硒氟和章土

4、壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学（一）土壤中的硒的含量（一）土壤中的硒的含量n n硒（硒（SeSe）位于元素周期表第四周期）位于元素周期表第四周期VI AVI A族，硒是族，硒是分散的稀有元素，自然界中没有单独的硒矿，通分散的稀有元素，自然界中没有单独的硒矿，通常以硒化物的形式作为杂质存在于金属硫化矿中。常以硒化物的形式作为杂质存在于金属硫化矿中。主要的氧化值有主要的氧化值有2 2、2 2、4 4和和6 6。n n地壳中硒的平均含量在地壳中硒的平均含量在0.050.050.09mg/kg0.09mg/kg之间，世之间，世界土壤含硒量为界土壤含硒量为0.01

5、0.0112mg/kg12mg/kg，中值为，中值为0.4mg/kg0.4mg/kg。n n我国土壤（我国土壤（A A）层硒范围在）层硒范围在0.0060.0069.13mg/kg9.13mg/kg，95%95%范围在范围在0.0470.0470.993mg/kg0.993mg/kg之间，算术平均值为之间，算术平均值为0.2900.255mg/kg0.2900.255mg/kg。n n不同土壤中的硒的含量不同不同土壤中的硒的含量不同n n全球分为低硒土壤和高硒土壤，这是一个相对概念，目前尚无量化关系。n n高硒土壤主要分布在美国的中西部、加拿大、委内瑞拉、印度及中国的陕西紫阳和湖北恩施等部分地

6、区。n n我国湖北恩施硒中毒区土壤含硒量为9.68mg/kg，而非中毒区土壤含硒量仅为0.050.8mg/kg。土壤中硒的局部高异常与其地质因素有关。n n世界上有大面积的低硒土壤地区，我国存在着一条从东北到西南分布的低硒带。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n成土母质n n土壤硒含量的因素受很多因素的影响，很大程土壤硒含量的因素受很多因素的影响，很大程度上取决于成土母质的组成和性质，发育程度度上取决于成土母质的组成和

7、性质，发育程度低的土壤尤为如此。低的土壤尤为如此。n n研究表明自然土壤中硒的含量和母质中硒的含研究表明自然土壤中硒的含量和母质中硒的含量有极显著的相关性。（表量有极显著的相关性。（表4 43 3）n n由于在白垩纪及其之前有广泛的火山活动贯穿由于在白垩纪及其之前有广泛的火山活动贯穿于大陆架，释放了同大量的硒，因此白垩纪年于大陆架，释放了同大量的硒，因此白垩纪年代的岩石和侏罗纪砂岩、板岩、石灰岩、页岩代的岩石和侏罗纪砂岩、板岩、石灰岩、页岩等发育的土壤硒的含量较高；其他火成岩中硒等发育的土壤硒的含量较高；其他火成岩中硒的含量较低，由其发育形成的土壤常常缺硒，的含量较低，由其发育形成的土壤常常缺

8、硒，而沉积岩形成的土壤，绝大部分硒的含量较高。而沉积岩形成的土壤，绝大部分硒的含量较高。n n归纳起来，低硒母质有近代风沙沉积岩、黄土、归纳起来，低硒母质有近代风沙沉积岩、黄土、花岗岩、石英砂岩、砂岩、流纹岩等。花岗岩、石英砂岩、砂岩、流纹岩等。n n成土过程n n成土过程往往改变成土母质中硒的最初含量、成土过程往往改变成土母质中硒的最初含量、结合形态及其在土壤剖面中的分布。随着成土结合形态及其在土壤剖面中的分布。随着成土过程的加深，母质对土壤的影响渐趋减弱。过程的加深，母质对土壤的影响渐趋减弱。n n硒在土壤剖面中的分异，受到生物富积、淋溶硒在土壤剖面中的分异，受到生物富积、淋溶与黏化作用的

9、强烈影响。与黏化作用的强烈影响。n n土壤酸碱性影响硒存在的形态。土壤酸碱性影响硒存在的形态。n n富铁铝化过程，常伴有硒的富积富铁铝化过程，常伴有硒的富积 ，富铝化程度，富铝化程度愈高，则硒含量愈多。愈高，则硒含量愈多。n n淋溶作用则导致土壤贫硒。土壤在淹水后渐渐淋溶作用则导致土壤贫硒。土壤在淹水后渐渐转化为还原条件，促使氧化铁等的还原并同时转化为还原条件，促使氧化铁等的还原并同时释放出所含有的硒，从而导致无机硒溶解量增释放出所含有的硒，从而导致无机硒溶解量增加并随水下移至土壤底层。加并随水下移至土壤底层。n n土壤质地n n土壤中硒的多寡亦与黏粒含量密切相关，土壤土壤中硒的多寡亦与黏粒含

10、量密切相关，土壤质地越黏重，硒含量就越高，即细质地土壤含质地越黏重，硒含量就越高，即细质地土壤含硒多于粗质地土壤。硒多于粗质地土壤。n n土壤有机质n n有机质中硒含量显著高于其载体土壤的硒含量，有机质中硒含量显著高于其载体土壤的硒含量，一般高出一般高出1 12 2个数量级。土壤有机质含量越高，个数量级。土壤有机质含量越高，硒相应增加。硒相应增加。n n生物对硒的吸收和在土壤中富集作用较强，土生物对硒的吸收和在土壤中富集作用较强，土壤腐殖质对硒又有较强的吸附和配位反应能力，壤腐殖质对硒又有较强的吸附和配位反应能力，因而反映至土壤中硒的含量上即为富有机质土因而反映至土壤中硒的含量上即为富有机质土

11、 粗质土粗质土 细质土细质土 粗质土。粗质土。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学不同的分类方式不同的分类方式n n按价态的不同可分为元素态硒、硒化物、硒酸盐、亚硒酸盐、有机态硒化物和挥发态硒等;n n若按操作定义，即按与土壤组分的结合方式来划分，则包括吸附型、铝型、铁型、钙型吸附型、铝型、铁型、钙型;n n该4种形态用用连续分级浸提法可细分为水溶态、交换态、有机结合态、酸溶性铁锰氧化物结合态、硫化物态、硅酸盐结合态（残留态）。n n1.按价态划分的硒的形态n n1)1)1)1)元素态硒（元素态硒（元素态硒（元素态硒（SeSe

12、SeSe0 0 0 0）：土壤中含量极低，很不活泼，：土壤中含量极低，很不活泼，不溶于水，植物难以吸收。不溶于水，植物难以吸收。n n2)2)2)2)硒化物（硒化物（硒化物（硒化物（SeSeSeSe2-2-2-2-）：大多难溶于水。：大多难溶于水。n n3)3)3)3)硒酸盐（硒酸盐（硒酸盐（硒酸盐（SeOSeOSeOSeO4 4 4 42-2-2-2-）：可溶于水，能被植物吸收。：可溶于水，能被植物吸收。n n4)4)4)4)亚硒酸盐（亚硒酸盐（亚硒酸盐（亚硒酸盐（SeOSeOSeOSeO3 3 3 32-2-2-2-）：易溶于水，易为植物吸收：易溶于水，易为植物吸收利用。利用。n n5)5

13、)5)5)有机态硒化物：有机态硒化物：有机态硒化物：有机态硒化物：占相当大比例，是土壤有效硒占相当大比例，是土壤有效硒的主要来源。的主要来源。n n6)6)6)6)挥发态硒：挥发态硒：挥发态硒：挥发态硒：土壤微生物的作用，转化为气态烷土壤微生物的作用，转化为气态烷基化合物。基化合物。第第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为为 环境土壤学环境土壤学n n1)1)吸附型硒吸附型硒 常用常用1mol/L1mol/L氯化铵氯化铵 溶液提取。这是溶液提取。这是一种断键的、结合松弛的硒，一般占土壤全硒的一种断键的、结合松弛的硒，一般占土壤全硒的6 61616。n n

14、2)2)铝型硒铝型硒 用用0.5mol/L0.5mol/L氟化铵溶液提取。是可提取氟化铵溶液提取。是可提取的与铝化合物结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量为的与铝化合物结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量为8 859mg/kg59mg/kg，一般占土壤全硒的，一般占土壤全硒的10101616。n n3)3)铁型硒铁型硒 可用可用0.10mol/L NaOH0.10mol/L NaOH溶液提取。指可提溶液提取。指可提取的与铁结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量一般占取的与铁结合的硒酸盐和亚硒酸盐，含量一般占土壤全硒的土壤全硒的17174242。n n4)4)钙型硒钙型硒 用用0.25mol/L 0.25mol/L 硫酸

15、溶液提取。是与钙结硫酸溶液提取。是与钙结合的硒酸盐和亚硒酸盐。合的硒酸盐和亚硒酸盐。第第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为为 环境土壤学环境土壤学n n水溶态；水溶态；n n交换态；交换态；n n有机结合态；有机结合态；n n酸溶性铁锰氧化物结合态；酸溶性铁锰氧化物结合态；n n硫化物态；硫化物态；n n硅酸盐结合态（残留态）。硅酸盐结合态（残留态）。n nP182 P182 形态分级图形态分级图第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n在土壤植物系统中硒和硫有很大的相似性。植物对硒酸

16、根的吸收是通过硫酸根载体来完成的，从植物特别是富硒植物中挥发的含硒化合物（即二甲基二硒化物），是导致植物（例如黄芪属植物）硒逸出和释放出难闻气味的原因。n n尚不能证实硒对植物生长的必需性。不同地区n n从植物硒浓度的变化趋势来看，干旱地带的植物硒水平高于湿润地带，这是因为在亚热带、亚热带湿热的环境中，一方面淋溶作用强烈，另一方面风化壳多为富含铁、铝的黏粒矿物所组成，它们对硒有较强的吸附能力。n n近岸植物中的硒的含量较高，这与海洋浪花飞溅到地表带来硒有关。n n不同的植物种类n n一般说来，植物各种类之间硒的含量有一定的一般说来，植物各种类之间硒的含量有一定的规律性。从大到小的排列顺序为规律

17、性。从大到小的排列顺序为n n乔木乔木 灌木灌木 草木；草木；n n针叶树针叶树 阔叶树阔叶树 草本植物；草本植物；n n裸子植物裸子植物 蕨类植物蕨类植物 双子叶植物双子叶植物 单子叶植物。单子叶植物。n n作物中硒的水平一般为作物中硒的水平一般为100g/kg100g/kg左右（干重），这左右（干重），这对动物来说是足够的和安全的。当饲料植物中硒的对动物来说是足够的和安全的。当饲料植物中硒的浓度低于浓度低于10g/kg10g/kg（干重）时，家畜可能出现异常。（干重）时，家畜可能出现异常。也有一些研究认为硒的最小需要量应为也有一些研究认为硒的最小需要量应为100g/kg100g/kg，而硒

18、浓度在而硒浓度在3 000g/kg3 000g/kg时属硒的低毒水平（时属硒的低毒水平（Kitagishi Kitagishi et al.1981et al.1981）。）。n n在我国土壤中的低硒含量常与克山病联系在一起，在我国土壤中的低硒含量常与克山病联系在一起，病区草本植物和大豆中硒含量范围为病区草本植物和大豆中硒含量范围为21-32g/kg21-32g/kg，而非病区的含量为而非病区的含量为31-83g/kg31-83g/kg。n n含硒量最低的作物是水稻，含量最高的作物是大豆。含硒量最低的作物是水稻，含量最高的作物是大豆。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其

19、环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n大气沉降带来一定的硒，降水中的硒含量范围为0.03-0.59g/kg，一般为0.1-0.2g/kg。降水中的硒主要取决于当地下垫面的情况，海洋输送的硒是微量的。n n人类活动增加大气中硒的含量，在工业区甚至出现硒污染的现象。n n对于低硒地区可以土壤或叶面喷施亚硒酸钠来补充硒。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学（一）土壤植物系统中硒行为的一般特征n n土壤中水溶态硒是最容易被植物吸收的有效性硒；硫土壤中水溶态硒是最容易被植物吸收的有效性硒；硫化物和硅酸盐态硒最不容易被植物吸收

20、；交换态硒分化物和硅酸盐态硒最不容易被植物吸收；交换态硒分布在土壤固相最外层，虽然能被植物吸收，但受土壤布在土壤固相最外层，虽然能被植物吸收，但受土壤条件限制；有机态硒主要赋存在土壤腐殖质、胡敏酸条件限制；有机态硒主要赋存在土壤腐殖质、胡敏酸和富啡酸中，胡敏酸为高分子有机化合物，结构稳定，和富啡酸中，胡敏酸为高分子有机化合物，结构稳定，其结合态硒难以被植物吸收利用；富啡酸结构比较简其结合态硒难以被植物吸收利用；富啡酸结构比较简单，与其结合的硒容易矿化分解成无机硒和低分子有单，与其结合的硒容易矿化分解成无机硒和低分子有机硒化合物（如硒氨基酸），因此可以被植物吸收机硒化合物（如硒氨基酸），因此可以

21、被植物吸收利用。酸溶性铁锰氧化物态硒主要为铁、铝、锰氧化利用。酸溶性铁锰氧化物态硒主要为铁、铝、锰氧化物及其水合物结合态硒，难以被植物吸收利用。物及其水合物结合态硒，难以被植物吸收利用。第第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为境行为 环境土壤学环境土壤学n n1)1)酸性土壤和富含有机质的土壤中，硒化物和硒酸性土壤和富含有机质的土壤中，硒化物和硒硫化物占优势，这些化合物迁移能力较弱，因硫化物占优势，这些化合物迁移能力较弱，因此较难被植物吸收利用。此较难被植物吸收利用。n n2)2)在排水良好的矿质土壤中，在排水良好的矿质土壤中，pHpH接近中性，硒主接近中性

22、，硒主要以亚硒酸盐形式存在，其碱性金属化合物是可要以亚硒酸盐形式存在，其碱性金属化合物是可溶的，但亚硒酸铁是不溶的；此外，亚硒酸盐容溶的，但亚硒酸铁是不溶的；此外，亚硒酸盐容易被铁的氢氧化物和氧化物固定，因此仅有少量易被铁的氢氧化物和氧化物固定，因此仅有少量硒被植物吸收利用。硒被植物吸收利用。n n3)3)在碱性和氧化条件下的土壤，硒酸盐含量高，在碱性和氧化条件下的土壤，硒酸盐含量高，易于溶解且不易被含铁氧化物固定，因此易于被易于溶解且不易被含铁氧化物固定，因此易于被植物吸收利用。植物吸收利用。第第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为境行为 环境土壤学环境土

23、壤学n n不同的土壤中存在一定形态的硒；不同的土壤中存在一定形态的硒；n n条件的改变导致硒的有效性降低；条件的改变导致硒的有效性降低；n n水稻等植物可以通过根和叶片挥发硒。水稻等植物可以通过根和叶片挥发硒。n n植物对硒的吸收与土壤温度和湿度有关。低硒土植物对硒的吸收与土壤温度和湿度有关。低硒土壤中生长的植物，当温度高于壤中生长的植物，当温度高于2020时比在较冷季时比在较冷季节（温度节（温度1515）时可吸收更多的硒。降雨也可）时可吸收更多的硒。降雨也可能较大程度地影响草本植物对硒的吸收，在雨水能较大程度地影响草本植物对硒的吸收，在雨水充足的地区，植物体内硒含量常常较低。充足的地区，植物

24、体内硒含量常常较低。n n植物对硒的吸收与土壤中其他元素的存在互有影响，植物中硒含量的增加将抑制其对N、P、S等元素的吸收，降低植物体内某些氨基酸的含量；n n硒含量过高也抑制植物对重金属Mn、Zn、Cu、Fe和Cd等的吸收，P、S和N的施用将有助于减少硒毒，可能是由于这几种元素的施用抑制了植物根系对硒的吸收。n n土壤可溶性有机酸可以改变植物对硒的响应，如富啡酸对硒的植物毒害有一定的抑制作用。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n硒的健康效应n n硒的毒害n n硒污染的治理第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的

25、硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n1 构成谷胱甘肽过氧化物酶 硒是许多抗氧化酶的必需组分,特别是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的重要组分,每1molGSH-Px含4g原子硒，在体内特异地催化还原型谷胱甘肽,与过氧化物起氧化还原反应,保护生物膜免受损害,维持细胞正常功能。硒可与维生素E抗氧化作用相互补充。n n2 增强免疫作用 硒几乎存在所有免疫细胞中,补硒可明显提高机体免疫力。其机制可能是通过GSH-Px和硫氧蛋白还原酶(TR)调节免疫细胞的杀伤和保护作用。n n3 保护心血管功能 许多调查发现，血硒高地区居民心血管病发病率低；动物实验证实硒对心肌纤维、小动脉及

26、微血管结构及功能有重要作用。在我国以心肌损害为特征的克山病，缺硒是重要的发病因素。n n4 促进生长、保护视觉器官及抗肿瘤 已有实验表明，硒是生长与繁殖所必需的营养素。缺硒可致生长迟缓。白内障者及糖尿病性失明者补充硒后，视觉功能有明显改善。流行病学调查发现，硒缺乏地区肿瘤发病率明显较高。硒可通过体内代谢产物，特别是甲基化硒化合物抑制癌细胞生长，动物试验及流行病学调查表明，硒有抗肿瘤作用，据研究，胃癌发病与缺硒有关。对硒抗肿瘤作用，需继续深入地进行研究。硒通过脱碘酶调节甲状腺激素，影响全身的分解和合成代谢。n n5 解毒作用 硒能拮抗重金属毒性，与金属有很强的亲和力，在体内与重金属如汞、甲基汞、

27、镉及铅等结合形成金属硒蛋白复合物而解毒，并使金属排出体外。动物试验还发现硒可降低黄曲霉毒素B1急性损伤、减轻肝中心小叶坏死的程度与死亡率。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n人类与低硒有关的疾病包括循环系统的心血管疾病、克山病；骨骼形成大骨节病；消化系统的胃癌、肝癌、胰腺癌等；造血系统的溶血性贫血、白血病等。阿坝州大骨节病 第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n动物和人对硒的反应比较敏感，可分为高硒性反应和低硒性反应和低硒性反应，以及因硒过剩或不足引

28、起的各种地方性疾病。n n人和动物硒中毒有多种影响，可引起生殖力下降、高畸胎率。高硒有致突变作用，导致癌症发生。儿童硒中毒可使中枢神经和消化系统功能紊乱，引起贫血等疾病。对于低硒反应，动物较人更为敏感，在动物的低硒反应中，以白肌病的分布最广，危害最大。n n硒中毒的主要症状是脱发、脱指甲、皮肤坏死、肝肿大、肠胃不适等。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n硒污染土壤的植物改良主要有两种方式，植物挥发，即通过植物吸收和代谢及植物微生物联合作用将硒从土壤中挥发出来；n n植物提取，即利用某些富集硒的植物，如黄芪属植物的吸收和向

29、地上部的运转而将硒从土壤中移走。由于土壤硒污染通常与盐碱化和硼过量相关联，因此，筛选硒富集植物时应该考虑植物的耐盐和耐硼中毒的能力。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n含硒的药物治理。n n对农作物施用含硒的肥料（茶叶、水稻等）。n n通过换粮把非缺硒地区的粮食供应给缺硒地区居民食用可以有效地改善我国低硒地区群众的健康问题。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n含氟牙膏。含氟牙膏。含氟牙膏。含氟牙膏。n n氟的生物化学功能主要是将骨骼中的磷酸钙转化成

30、氟的生物化学功能主要是将骨骼中的磷酸钙转化成氟的生物化学功能主要是将骨骼中的磷酸钙转化成氟的生物化学功能主要是将骨骼中的磷酸钙转化成磷灰石，而磷灰石是人体骨组织的主要成分。较高磷灰石，而磷灰石是人体骨组织的主要成分。较高磷灰石，而磷灰石是人体骨组织的主要成分。较高磷灰石，而磷灰石是人体骨组织的主要成分。较高的含氟量可以提高磷灰石的结晶度和降低其溶解性的含氟量可以提高磷灰石的结晶度和降低其溶解性的含氟量可以提高磷灰石的结晶度和降低其溶解性的含氟量可以提高磷灰石的结晶度和降低其溶解性。n n过量的氟还可以导致软组织硬化，干扰人体钙代谢过量的氟还可以导致软组织硬化，干扰人体钙代谢过量的氟还可以导致软

31、组织硬化，干扰人体钙代谢过量的氟还可以导致软组织硬化，干扰人体钙代谢和骨组织中胶朊蛋白的合成等正常生理过程。和骨组织中胶朊蛋白的合成等正常生理过程。和骨组织中胶朊蛋白的合成等正常生理过程。和骨组织中胶朊蛋白的合成等正常生理过程。n n四大地方病之一的地氟病就氟过量造成的。四大地方病之一的地氟病就氟过量造成的。四大地方病之一的地氟病就氟过量造成的。四大地方病之一的地氟病就氟过量造成的。第第8章土壤植物系统中的硒氟章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为和碘及其环境行为 环境土壤环境土壤学学n n土壤是氟环境化学体系的枢纽，地壳中氟土壤是氟环境化学体系的枢纽，地壳中氟的平均含量在的平均含量在2702

32、70800mg/kg800mg/kg之间，世界土之间，世界土壤含氟量为壤含氟量为2020700mg/kg700mg/kg，中值为，中值为200mg/kg200mg/kg。n n我国土壤（我国土壤（A A）层氟范围在）层氟范围在50503 467mg/kg3 467mg/kg之间，之间，95%95%范围在范围在1911911 012mg/kg1 012mg/kg之间，之间，算术平均值为算术平均值为478478197.7mg/kg 197.7mg/kg。第8章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为 环境土壤学n n土壤氟的基本来源是岩石的风化，土壤氟的基本来源是岩石的风化，土壤氟的基本来源是岩石的风

33、化，土壤氟的基本来源是岩石的风化，F F F F是典型的亲石是典型的亲石是典型的亲石是典型的亲石元素，自然界含氟矿物很多，业已知道的有近元素，自然界含氟矿物很多，业已知道的有近元素，自然界含氟矿物很多，业已知道的有近元素，自然界含氟矿物很多，业已知道的有近100100100100种。其中最主要的有氟石（种。其中最主要的有氟石（种。其中最主要的有氟石（种。其中最主要的有氟石（CaFCaFCaFCaF2 2 2 2）等。）等。）等。）等。n n酸性岩平均含氟较高。酸性岩平均含氟较高。酸性岩平均含氟较高。酸性岩平均含氟较高。n n常见的土壤矿物中，黑云母、白云母和角闪石可常见的土壤矿物中，黑云母、白

34、云母和角闪石可常见的土壤矿物中，黑云母、白云母和角闪石可常见的土壤矿物中，黑云母、白云母和角闪石可能是土壤的主要氟源。能是土壤的主要氟源。能是土壤的主要氟源。能是土壤的主要氟源。n n土壤氟的另一个来源是人类活动，工业和燃煤过土壤氟的另一个来源是人类活动，工业和燃煤过土壤氟的另一个来源是人类活动，工业和燃煤过土壤氟的另一个来源是人类活动，工业和燃煤过程中排放出的含氟程中排放出的含氟程中排放出的含氟程中排放出的含氟“三废三废三废三废”含氟磷肥、土壤改良含氟磷肥、土壤改良含氟磷肥、土壤改良含氟磷肥、土壤改良剂、杀虫剂和污泥等的使用可以明显增加土壤中剂、杀虫剂和污泥等的使用可以明显增加土壤中剂、杀虫

35、剂和污泥等的使用可以明显增加土壤中剂、杀虫剂和污泥等的使用可以明显增加土壤中的氟含量。的氟含量。的氟含量。的氟含量。n n大气沉降的氟。大气沉降的氟。大气沉降的氟。大气沉降的氟。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n从氟的赋予形态考虑，可将土壤氟分从氟的赋予形态考虑，可将土壤氟分为为吸附态氟离子和氟配离子、氟化物吸附态氟离子和氟配离子、氟化物。n n按照操作定义来分：按照操作定义来分：水溶态、可交换水溶态、可交换态、铁锰氧化物态、有机束缚态和残态、铁锰氧化物态、有机束缚态和残余固定态余固定态 。1 1 吸附态氟离子和氟配离

36、子吸附态氟离子和氟配离子uu高度发育的土壤中，吸附态的氟占很大的高度发育的土壤中，吸附态的氟占很大的比重。比重。uu氟离子可以被土壤黏粒矿物和其他一些有氟离子可以被土壤黏粒矿物和其他一些有机无机复合胶体所吸附机无机复合胶体所吸附 。uu氟容易和金属阳离子形成金属氟容易和金属阳离子形成金属-氟配阳离子，氟配阳离子，又被土壤吸附。又被土壤吸附。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n水溶态氟：与地下水F污染有直接关系。n n可

37、交换态氟n n铁锰氧化物态n n有机束缚态n n残余固定态n n水溶态氟主要包括水溶态氟主要包括F F-、HFHF2 2-、H H2 2F F3 32-2-、H H3 3F F4 42-2-、AlFAlF6 63-3-、FeFFeF6 63-3-等等 。n n自然中氟主要以残余态存在为主，水自然中氟主要以残余态存在为主，水溶态和交换态氟所占的比例很低。溶态和交换态氟所占的比例很低。n n外源氟高度有效。外源氟高度有效。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学n n（一）沉淀溶解平衡（一）沉淀溶解平衡 在土壤中氟多以难溶化合物的形式

38、存在，在土壤中氟多以难溶化合物的形式存在，存在于土壤溶液的游离存在于土壤溶液的游离F F离子，常常与离子，常常与CaCa2+2+中的发生沉淀作用。中的发生沉淀作用。还包括还包括FeFe3+3+、AlAl3+3+、MgMg2+2+、SrSr2+2+、BaBa2+2+、LiLi+等金属离子。等金属离子。n n（二）配位解离平衡（二）配位解离平衡 由于存在着大量的游离Al3+，氟阴离子会发生以下配位反应：配位反应对于生物有效性的维持是十分重要的。n n（三）吸附解吸平衡uu土壤溶液中的氟可被土壤中的铁铝氧化物、土壤溶液中的氟可被土壤中的铁铝氧化物、黏粒矿物和有机大分子吸附而失去活性。黏粒矿物和有机大

39、分子吸附而失去活性。土壤中土壤中FeFe、AlAl氧化物胶体是氧化物胶体是F F-的主要吸附的主要吸附剂。剂。uu土壤腐殖质也是土壤中氟的重要吸附剂。土壤腐殖质也是土壤中氟的重要吸附剂。土壤中有机质及铁、铝、锰氧化物含量越土壤中有机质及铁、铝、锰氧化物含量越高，土壤对氟的吸附量就越高。高，土壤对氟的吸附量就越高。第第8 8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学 1.1.对植物的毒害作用对植物的毒害作用 氟的过多吸收会对植物产生毒害作用。土氟的过多吸收会对植物产生毒害作用。土壤氟污染对作物的危害是壤氟污染对作物的危害是慢性积累慢性积累的

40、生理障碍的生理障碍过程。过程。n n（1 1）氟能抑制作物的新陈代谢、呼吸作用及氟能抑制作物的新陈代谢、呼吸作用及光合作用，抑制新陈代谢过程中马来酸脱酶的光合作用，抑制新陈代谢过程中马来酸脱酶的活性。活性。n n（2 2）多数情况下，）多数情况下，F F的有效性随土壤的有效性随土壤pHpH的降低的降低而升高。而升高。n n（3 3）茶树是常见的富）茶树是常见的富F F植物，饮茶摄植物，饮茶摄F F。n n（4 4 4 4）氟对作物的危害氟对作物的危害氟对作物的危害氟对作物的危害主要表现为干物质积累量主要表现为干物质积累量主要表现为干物质积累量主要表现为干物质积累量少、产量降低、分蘖少、成穗率低

41、、光合组织受少、产量降低、分蘖少、成穗率低、光合组织受少、产量降低、分蘖少、成穗率低、光合组织受少、产量降低、分蘖少、成穗率低、光合组织受损伤，出现叶尖环死，叶绿退色变为红褐色。氟损伤，出现叶尖环死，叶绿退色变为红褐色。氟损伤，出现叶尖环死，叶绿退色变为红褐色。氟损伤，出现叶尖环死，叶绿退色变为红褐色。氟污染土壤增加了金属污染土壤增加了金属污染土壤增加了金属污染土壤增加了金属AlAlAlAl的溶解性，导致的溶解性，导致的溶解性，导致的溶解性，导致F F F F、AlAlAlAl对植对植对植对植物的双重危害。大气中物的双重危害。大气中物的双重危害。大气中物的双重危害。大气中F F F F的叶面吸

42、收是随其他气体的叶面吸收是随其他气体的叶面吸收是随其他气体的叶面吸收是随其他气体进入叶中的渗透途径进入的。进入叶中的渗透途径进入的。进入叶中的渗透途径进入的。进入叶中的渗透途径进入的。n n（5 5 5 5）F F F F对植物代谢的主要影响对植物代谢的主要影响对植物代谢的主要影响对植物代谢的主要影响包括氧吸收减少、包括氧吸收减少、包括氧吸收减少、包括氧吸收减少、呼吸作用失调、同化作用减少、叶绿素含量降低、呼吸作用失调、同化作用减少、叶绿素含量降低、呼吸作用失调、同化作用减少、叶绿素含量降低、呼吸作用失调、同化作用减少、叶绿素含量降低、淀粉的合成受阻、焦磷酸酶的功能受抑制、改变淀粉的合成受阻、

43、焦磷酸酶的功能受抑制、改变淀粉的合成受阻、焦磷酸酶的功能受抑制、改变淀粉的合成受阻、焦磷酸酶的功能受抑制、改变细胞器官的新陈代谢、损害细胞膜、细胞器官的新陈代谢、损害细胞膜、细胞器官的新陈代谢、损害细胞膜、细胞器官的新陈代谢、损害细胞膜、DNADNADNADNA和和和和RNARNARNARNA失失失失调、氟磷灰石的合成等。调、氟磷灰石的合成等。调、氟磷灰石的合成等。调、氟磷灰石的合成等。n n2 2 对人体健康的影响对人体健康的影响1）缺氟2)氟过量 地方性氟中毒病区划分标准地方性氟中毒病区划分标准(GB 17018-1997)第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行

44、为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学uu轻病区轻病区 n na a）当地出生成长的）当地出生成长的8 81212周岁儿童氟斑牙周岁儿童氟斑牙患病率大于患病率大于30%30%；n nb b）经）经X X线检查证实无氟骨症或出现轻度氟线检查证实无氟骨症或出现轻度氟骨症患者；骨症患者；n nc c）饮水含氟量大于）饮水含氟量大于1.0mg/L1.0mg/L或总摄氟量大或总摄氟量大于于3.5mg3.5mg。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学uu中等病区中等病区 n na a）缺损型氟斑牙患病率大于）缺损型氟斑牙患病率大于20%20

45、%；n nb b）经）经X X线检查证实出现中度氟骨症患者，线检查证实出现中度氟骨症患者，重度氟骨症患者小于重度氟骨症患者小于2%2%医医 学教育网整理；学教育网整理；n nc c）饮水含氟量大于）饮水含氟量大于2.0mg/L2.0mg/L或总摄氟量大或总摄氟量大于于5.0mg5.0mg。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学uu重病区重病区 n na a）缺损型氟斑牙患病率大于）缺损型氟斑牙患病率大于40%40%；n nb b）经）经X X线检查证实重度氟骨症患者大于等线检查证实重度氟骨症患者大于等于于2%2%；n nc c）

46、饮水含氟量大于）饮水含氟量大于4.0mg/L4.0mg/L或总摄氟量大或总摄氟量大于于7.0mg7.0mg。n n过量的氟破坏人体正常的钙、磷代谢，使钙过量的氟破坏人体正常的钙、磷代谢，使钙从正常组织中沉积并造成血钙减少。从正常组织中沉积并造成血钙减少。n n氟的矿化作用还可将骨骼中的羟基磷酸钙转氟的矿化作用还可将骨骼中的羟基磷酸钙转变为氟磷酸钙，而破坏骨骼中正常的氟磷比。变为氟磷酸钙，而破坏骨骼中正常的氟磷比。n n过量的氟还可能引起骨膜增生及生成骨刺等过量的氟还可能引起骨膜增生及生成骨刺等病变，形成氟骨症、工业性氟病等。病变，形成氟骨症、工业性氟病等。n n儿童在儿童在6-76-7岁前长期

47、摄入高氟会使牙釉质发岁前长期摄入高氟会使牙釉质发育不全，氟沉积到受损的牙齿上可形成氟斑育不全，氟沉积到受损的牙齿上可形成氟斑牙。牙。n n牛马等牲畜临床表现为牲畜精神欠佳、体态衰牛马等牲畜临床表现为牲畜精神欠佳、体态衰弱、牙齿发黑、过度磨损、釉质脱落、长短不弱、牙齿发黑、过度磨损、釉质脱落、长短不齐、采食咀嚼困难、骨头酥脆、肋骨长骨瘤。齐、采食咀嚼困难、骨头酥脆、肋骨长骨瘤。n n高氟使绵羊对高氟使绵羊对CuCu有干扰作用有干扰作用，从而导致贫血、，从而导致贫血、腹泻、运动失调、脱毛、发情推迟、繁殖率下腹泻、运动失调、脱毛、发情推迟、繁殖率下降。降。n n氟含量达氟含量达200-400mg/k

48、g200-400mg/kg的食物会使鸡增重的食物会使鸡增重(速速度度)明显降低，而且还会引发鸡软脚明显降低，而且还会引发鸡软脚,且死亡率且死亡率较高。含氟量较高。含氟量800mg/kg800mg/kg的食物还能引起鸡亚急的食物还能引起鸡亚急性氟中毒症，肝骨组织结构异常改变、血清碱性氟中毒症，肝骨组织结构异常改变、血清碱性磷酸酶显著升高。性磷酸酶显著升高。n nF是人体必需的微量元素，阈值性。是人体必需的微量元素，阈值性。n n全球地带性氟毒病主要分布于干旱、半干旱全球地带性氟毒病主要分布于干旱、半干旱带。（降雨带。（降雨200-400mm200-400mm或更少）或更少）n n非地带性氟病区主

49、要与火山作用、含氟岩石非地带性氟病区主要与火山作用、含氟岩石和矿床地质异常以及人类活动释放氟污染有和矿床地质异常以及人类活动释放氟污染有关。关。n n全国约有全国约有72747274万人口受不同程度的氟危害，万人口受不同程度的氟危害，212212万人患有氟斑牙和万人患有氟斑牙和104104万氟骨症患者。万氟骨症患者。n n我国氟中毒症可分为我国氟中毒症可分为饮水型、食物型、空气饮水型、食物型、空气型型(燃煤型燃煤型)和混合型和混合型四大类。在食物型中，四大类。在食物型中，饮用砖茶可能是一个主要的原因之一。饮用砖茶可能是一个主要的原因之一。第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘

50、及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学第第8章土壤植物系统中的硒氟和章土壤植物系统中的硒氟和碘及其环境行为碘及其环境行为 环境土壤学环境土壤学3 3 对土壤的影响对土壤的影响n n外来的氟使土壤的特性发生改变，肥力发外来的氟使土壤的特性发生改变，肥力发生显著的变化，减少交换性的钙、镁，使生显著的变化，减少交换性的钙、镁，使铁、铝损失、有机质淋溶。铁、铝损失、有机质淋溶。n n过量