运城学院：《环境化学》课程教学资源（教案讲义）土壤中重金属的迁移和转化

第二节 土壤中重金属的迁移和转化 教学目的与要求： 坪解生中的重企属元素： 掌握几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移， 教学重点、难点。 重金属在土壤一植物体系中的迁移及其机制 教学方法及生雲慢十壤植物体系中的积累和移。 教学方法：讲授法 师生互动设计：提间：重金属元青德童金属在士植物体系中的积累方式 课堂练习、作业： 分别写出重金属汞、砷的甲基化过程 一植书 用的 壤中的重金 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M、2m、Cu等。不同地区 中重金的种 和含量也有很大差 况下 金元素的基线含 各地区土壤重金属含量的背景值。因此土壤背景值就是指在未受污染的情 土壤背景值中含量较高的元素为： 中重金腐污染、i、a、P6、 Co、As、Be、Hg、Se、Sc、Mo (mg/kg) 更金属污染士策的特点：重金属不被士案微生物降解，可在土中不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物链 查儒内程入就很以彻底的清除。日本的“猪痛病”，我国沈阳郊区张士灌区的“镉米”事件等是重金 属污染的典型实例。 主锅赛能和响生系统的务种种途径输入士壤其数量超过了士的自净能力，并破坏了 土污染有哪些类型？ 牛壤污染的来源是什 士壤污染后如何修复？ 1、土壤污染的类型 。满y 物137Cs,90s) (2)固体废弃物污染 ⑧太联袋、放射性元素、有机污染物) 土壤污染的特点和危 特点：隐蔽 复东性 、污染水体、食物和 壤微生物 3 污染论 并非危言耸听：我国遭受不同程度重金属污染的耕地占总耕地的20%.粮食减产达 1300万吨/每年。 重金属污染土壤的特点：

第二节  土壤中重金属的迁移和转化 教学目的与要求： (1)    了解土壤中的重金属元素； (2)    理解影响重金属在土壤中归趋的主要因素； (3)    掌握重金属在土壤－植物体系中的迁移及其机制。 (4)    掌握几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移。 教学重点、难点： (1)    重金属在土壤－植物体系中的迁移及其机制; (2)    几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移。 教学方法及师生互动设计：          教学方法：讲授法；          师生互动设计：提问：重金属元素有哪些？                        讨论：重金属在土壤-植物体系中的积累方式。 课堂练习、作业：          分别写出重金属汞、砷的甲基化过程。 本次课教学内容小结： 本堂课主要讲授了重金属在土壤－植物体系中的迁移及其机制和几种重金属在土壤-植物体系中的积累和迁移。让 同学们了解重金属在土壤－植物体系中是如何迁移和转化的，这对于作物的生长和生物富集及重金属的去处是很有 用的。 一、土壤中的重金属      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。 在研究重金属对土壤的污染时首先要调查各地区土壤重金属含量的背景值。因此土壤背景值就是指在未受污染的情 况下，天然土壤中的金属元素的基线含量。   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、Mo  (mg/kg) 土壤中重金属污染 重金属污染土壤的特点：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。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张士灌区的“镉米”事件等是重金 属污染的典型实例。 土壤污染（Soil  Pollution ）：当各种污染物通过各种途径输入土壤其数量超过了土壤的自净能力，并破坏了 土壤的功能和影响了土壤生态系统的平衡，称为土壤污染。 •         土壤污染有哪些类型？ •         土壤污染的来源是什么？ •         土壤污染的后果有哪些？ •         土壤污染后如何修复？ 1、土壤污染的类型   •         重金属污染（Hg, Cd, As, Cr, Pb, Cu, Zn, 等） •         有机污染物（农药，酚类，氰化物,洗涤剂等) •         放射性物质（137Cs, 90Sr) •         有害生物污染 •         其它污染（如 氟，酸雨等） 2、土壤污染来源和途径      （1） 污水灌溉 （2）固体废弃物污染 (3) 大气沉降（酸雨、放射性元素、有机污染物） (4) 农业污染（农药、化肥） 3、土壤污染的特点和危害    特点：隐蔽性  累积性    复杂性   危害：1、影响植物生长     2、影响土壤微生物 3、危害土壤动物    4、污染水体、食物和大气 三、土壤的重金属污染           土壤污染概论 •              并非危言耸听：我国遭受不同程度重金属污染的耕地占总耕地的20％.粮食减产达 1300万吨/每年。 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、Co等，但由于含 量的不同，可导致不同的效应，如果含量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。      重金属污染土壤的特点：

危害人体费盒属不棱士壤微生物降解，可在士境中不断积累，也可以为生物所富集，并通过食物链在人体内积黑。 重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张士灌区的“镉米”事件等 金属污染的省份 的我移的因素 1、士壤的理化性质： 一般来说，土壤H降低，从而加大了土壤中的重金属向生物体内迁移的数量。 5、施 重金属在土壤的积累和迁移转化 上中的水商 其成士母质 我国土壤的背景值为0.017一0.33mg/kg 来源：治炼厂电镀厂电池、磷肥等。 程，提输装量果。主要Cm402和cd0国，的形式在在.在>的士中分为可治 态和难溶态。 叶入技〉花、果彩中少，进入人体，在借路中沉积，使骨路变形，骨 (OH 的重要因素，如 sD=2.0×10-14) [cd2+][o-]2=2.0×10-14 10-14/L.0×10-14/[+]2 因此，[Cd2+]随pH值的升高而减少反之，1值下降时士壤中重金属就溶解出来，这就是酸性士壤作物受害的原 陣(Arsenic) 哥装拉亚 器官。 C4) (⑤)微生物转化 H,4s0,24H,AO3,CH4s000224→ CH,As(OH)aXCH,)AsO(OH)CH,)AsOH 图-HCH)Asc02”(CH为As (6)无机砷的微生物转化 2Na40,+02+2H,0±壤→2NH,As0。 许多微生物都可使亚砷酸盐氧化成砷酸盐：而甲烷菌、脱硫弧菌、微球菌等都还可以使砷酸盐还原成亚种酸盐。 汞进入土壤后95%以上可被士壤持留或固定，土壤黏土矿物和有机质强烈吸附汞。 非微生物转化： 2Hg*Hg2++Hgo 微生物转化： HgS(硫杆菌)→Hg(抗汞茵)→Hg0 4、铅(1ead)

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。日本的“痛痛病”，我国沈阳郊区张士灌区的“镉米”事件等 是重金属污染的典型实例。 已被报道的我国耕地受重金属污染的省份    (一）影响重金属迁移的因素 1、土壤的理化性质：  (1) pH 一般来说,土壤pH降低，从而加大了土壤中的重金属向生物体内迁 移的数量。 （2）土壤质地   （3）土壤的氧化还原电位   （4）土壤中有机质含量      2、重金属的种类、浓度及存在形态：  3、植物的种类、生长发育期： 4、复合污染    5、施肥 （二）重金属在土壤的积累和迁移转化  1、Cd  （1）土壤中的来源、含量 n      地壳中镉平均量0.15 mg/kg。 n      未污染土壤中Cd主要来源于其成土母质。 n      我国土壤的背景值为0.017～0.33mg/kg。 n      来源：冶炼厂 电镀厂 电池 、磷肥等。 （2）土壤中镉的迁移转化   存在：在0-15cm土壤表层积累，主要以CdCO3、 Cd3(PO4)2 和 Cd(OH)2 的形式存在。在pH >7的土壤中分为可给 态和难溶态。    吸收：根 > 叶 > 枝 > 花、果、籽粒    蔬菜类叶菜中积累多，黄瓜、萝卜、番茄中少, 镉进入人体，在骨骼中沉积，使骨骼变形，骨痛症。 （3）土壤 pH 值对Cd迁移转化的影响：  土壤 pH 值是影响重金属迁移转化的重要因素，如：           Cd(OH)2 = Cd2+ + 2OH-  Ksp = 2.0×10-14）           [Cd2+][OH-]2 = 2.0×10-14           [Cd2+] = 2.0×10-14/ 1.0×10-14/ [H+]2           log[Cd2+] = 14.3 – 2pH 因此，[Cd2+] 随 pH 值的升高而减少反之，pH 值下降时土壤中重金属就溶解出来，这就是酸性土壤作物受害的原 因。 2、砷（Arsenic）      （1）来源：化工、冶金排放量最高 （2）形态：水溶态、吸附态和难溶态前二者又称可给态砷，可被植物吸收。 （3）吸收：有机态砷 → 被植物吸收 → 体内降解为无机态 → 通过根系、叶片的吸收 →体内集中在生长旺盛的 器官。           如：水稻，根 > 茎叶 > 谷壳 > 糙米 （4）  毒性：As2O3>甲基化砷 > H3AsO3> H3AsO4 （5）微生物转化 （6） 无机砷的微生物转化   许多微生物都可使亚砷酸盐氧化成砷酸盐；而甲烷菌、脱硫弧菌、微球菌等都还可以使砷酸盐还原成亚砷酸盐。    3、汞－Mercury  汞进入土壤后 95% 以上可被土壤持留或固定，土壤黏土矿物和有机质强烈吸附汞。       非微生物转化：     2Hg+ = Hg2+ + Hgo       微生物转化：    HgS（硫杆菌）→ Hg2+（抗汞菌）→ Hg0    4、铅（lead）

(1)来源：治炼废水、废渣，汽车尾气. (2)存在：主要以Pb(OH2、PbC03、Pb(S04)2存在，Ksp小。Pb2+可以置换黏土矿物上的Ca2+,在土壤中很 少移动。 (3)植物吸收主要在根部，大气中的铅可通过叶面上的气孔进入植物体内。 (三)植物对重金属污染产生耐性的机制 1、植物根系的作用： 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。 通过根际分泌螯合剂而减少重金属的跨膜吸收。如Z停留在细胞膜外。 2、重金属与植物的细胞壁结合： 细胞壁中的纤维素、木质素与金属离子结合，使金属局限于细胞壁上。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。但这不是一个普遍的耐性机制。 3、酶系统的作用： 耐性品种中有保护酶活性的机制。耐性品种酶活性在重金属含量增加时仍维持正常水平，保持正常的代谢过 程。 4、形成MT或PC: 金属硫蛋白(MT)是动物及人体最主要的重金属解毒剂。 研究证明T是动物及人体最主要的重金属解毒剂。不管是MT、PC或是其他的未知金属结合肽，他们的作用都 是与金属结合，使其以不具有生物活性的无毒螯合物存在，从而减轻或解除其毒害作用

（1）来源：冶炼废水、废渣，汽车尾气. （2）存在：主要以Pb(OH)2、PbCO3、Pb(SO4)2 存在，Ksp小。Pb 2+可以置换黏土矿物上的Ca2+ ，在土壤中很 少移动。 （3）植物吸收主要在根部，大气中的铅可通过叶面上的气孔进入植物体内。 （三）植物对重金属污染产生耐性的机制     1、植物根系的作用：   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。   通过根际分泌螯合剂而减少重金属的跨膜吸收。如Zn停留在细胞膜外。 2、重金属与植物的细胞壁结合：   细胞壁中的纤维素、木质素与金属离子结合，使金属局限于细胞壁上。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。但这不是一个普遍的耐性机制。 3、酶系统的作用：   耐性品种中有保护酶活性的机制。耐性品种酶活性在重金属含量增加时仍维持正常水平，保持正常的代谢过 程。 4、形成MT或PC：   金属硫蛋白（MT）是动物及人体最主要的重金属解毒剂。    研究证明MT是动物及人体最主要的重金属解毒剂。不管是MT、PC或是其他的未知金属结合肽，他们的作用都 是与金属结合，使其以不具有生物活性的无毒螯合物存在，从而减轻或解除其毒害作用