土壤重金属

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1、土壤重金属污染,污染土壤的重金属主要包括汞（Hg)、铬（Cr）、镉（Cd）、铅（Pb）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。,土壤重金属,土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤污染不但影响农产品产量与品质，而且涉及大气和水环境质量，并可通过食物链危害动物和人类的生命和健康，也就是说，土壤污染影响到整个人类生存环境的质量。目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu约340万吨，Pb约500万吨，Mn约1500万吨，Ni约100万吨。据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占

2、污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%，其中以Hg和Cd污染面积最大。而据国家环保总局牵头调查显示，珠三角、长三角、环渤海这些经济先发展起来的地区，都面临着严重的土壤污染问题。其中，珠三角40%农田金属污染超标，致使粮食减产，经济损失不断增大。同时，土壤重金属污染可引起植物生理功能紊乱，营养失调，而且通过食物链进入人体后，潜在危害极大。,土壤重金属污染的现状,1.随着大气沉降进入土壤的重金属 大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进人土壤

3、。 2.随污水进入土壤的重金属 利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。,土壤重金属污染来源,3.随固体废弃物进入土壤的重金属 固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。 4.随农用物资进入土壤的重金属 农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有H

4、g、As、Cu、Zn等重金属。,土壤重金属污染来源,土壤的汞污染主要来自于污染灌溉、 燃煤、 汞冶炼厂和汞制剂厂(仪表、 电气、 氯碱工业)的排放。如一个700 兆瓦的热电站, 每天可排放汞215 公斤, 估计全世界仅由燃煤而排放到大气中的汞, 一年就有3000 吨左右。含汞颜料的应用、 用汞做原料的工厂、 含汞农药的施用等也是重要的汞污染源。汞进入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定, 这主要是土壤的粘土矿物和有机质有强烈的吸附作用, 因此汞容易在表层积累, 并沿土壤的纵深垂直分布递减。 土壤中汞的存在形态有金属汞、 无机态与有机态, 并在一定条件下相互转化。在正常EH 和PH 范围内,

5、汞能以零价状态存在是土壤中汞的重要特点。植物能直接通过根系吸收汞, 在很多情况下, 汞化合物可能是在土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才能被植物吸收。无机汞有HgSO 4、 Hg (OH) 2、 HgCL 2、 HgO , 它们因溶解度低, 在土壤中迁移转化能力很弱, 但在土壤微生物作用下, 转化为具有剧烈毒性的甲基汞, 也称汞的甲基化。,汞的迁移转化,汞的迁移转化,微生物合成甲基汞在好氧或厌氧条件下都可以进行。 在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞,可被微生物吸收、 积累而转入食物链, 造成对人体的危害; 在厌氧有酶催化下, 主要形成二甲基汞, 它不溶于水, 在微酸性环境中, 二甲基汞也可转化为甲

6、基汞。 汞对植物的危害因作物的种类不同而异, 汞在一定浓度下使作物减产, 较高浓度下甚至可使作物死亡。植物吸收和累积与汞的形态有关, 其顺序是: 氯化甲基汞 氯化乙基汞 醋酸苯汞 氯化汞 氧化汞 硫化汞。不同植物对汞吸收能力是: 针叶植物 落叶植物; 水稻 玉米 高果 小麦; 叶菜类 根菜类 果菜类。土壤中汞含量过高, 汞不但能在植物体内累积, 还会对植物产生毒害, 引起植物汞中毒, 严重情况下引起叶子和幼蕾掉落。汞化合物侵入人体, 被血液吸收后可迅速弥散到全身各器官, 当重复接触汞后, 就会引起肾脏损害。,镉主要来源于镉矿、 冶炼厂。因镉与锌同族, 常与锌共生, 所以冶炼锌的排放物中必有Zn

7、O、 CdO , 它们挥发性强, 以污染源为中心可波及数千米远。镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源。镉被土壤吸附, 一般在0- 15cm 的土壤层累积, 15cm 以下含量显著减少。 土壤中的镉以CdCO 3、 Cd (PO 4) 2、 及Cd (OH) 2 的形态存在, 其中以CdCO 3 为主, 尤其是在PH 7 的石灰性土壤中, 土壤中的镉的形态可划分为可给态和代换态, 它们易于迁移转化, 而且能被植物吸收, 不溶态镉在土壤中累积, 不易被植物吸收, 但随环境条件的改变二者可互相转化。如土壤偏酸时, 镉的溶解度增高, 而且在土壤中易于迁移; 土壤处于氧化条件下(稻田排水期及旱田)镉也

8、易变成可溶性, 被植物吸收也多。 土壤对镉有很强的吸着力, 因而镉易在土壤中造成蓄积。 镉在土壤中吸附迁移还受伴随离子如Zn2+、 Pb2、 Cu2+、 Fe2+、 Ca2+等的影响,如锌的存在就可抑制植物对镉的吸收。,镉的迁移转化,镉的迁移转化,镉是植物体不需要的元素, 但许多植物均能从水中和土壤中摄取镉, 并在体内累积。 累积量取决于环境中的镉的含量和形态。镉在植物各部分分布基本上是: 根 叶 枝的干皮 花、 果、 籽粒。水稻研究表明同样规律, 即主要在根部累积, 为总量的8215% , 地上部分仅占1715% , 其顺序: 为根 茎叶 稻米 糙米。土壤中过量的镉, 不仅能在植物体内残留,

9、 而且也会对植物的生长发育产生明显的危害。 镉能使植物叶片受到严重伤害, 致使生长缓慢, 植株矮小, 根系受到抑制, 造成生物障碍, 降低产量, 在高浓度镉的毒害下发生死亡。镉对农业最大的威胁是产生 “镉米” 、 “镉菜” , 人食用这种被镉污染的农作物, 则会得骨痛病。 另外, 镉会损伤肾小管, 出现糖尿病, 镉还会造成肺部损害, 心血管损害, 甚至还有致癌、 致畸、致突变。,铬的污染源主要是铬电镀、 制革废水、 铬渣等。铬在土壤中主要有两种价态: Cr6+和Cr3+。 土壤中主要以三价铬化合物存在, 当它们进入土壤后, 90%以上迅速被土壤吸附固定, 在土壤中难以再迁移。Cr6+很稳定,

10、毒性大, 其毒害程度比Cr3+大100倍。而Cr3+则恰恰相反, Cr3+主要存在于土壤与沉积物中。土壤胶体对三价铬具有强烈的吸附作用, 并随PH 的升高而增强。土壤对六价铬的吸附固定能力较低, 仅有815%3612%。不过普通土壤中可溶性六价铬的含量很小, 这是因为进入土壤中的六价铬很容易还原成三价铬, 这其中, 有机质起着重要作用, 并且这种还原作用随着PH 的升高而降低。植物对铬的吸收, 95%蓄积于根部。据研究, 低浓度Cr6+能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量, 高浓度时, 则阻碍水分和营养向上部输送, 并破坏代谢作用。铬对人体与动物也是有利有弊。人体含铬过低会产生食欲减退等症状。而C

11、r6+具有强氧化作用, 对人体主要是慢性危害,长期作用可引起肺硬化、 肺气肿、 支气管扩张, 甚至引发癌症。 。,铬的迁移转化,砷的迁移转化,土壤砷污染主要来自大气降尘、 尾矿与含砷农药, 燃煤是大气中砷的主要来源。通常砷集中在表土层10cm 左右, 只有在某些情况下可淋洗至较深土层, 如施磷肥可稍增加砷的移动性。 土壤中砷的形态按植物吸收的难易划分, 一般可分为水溶性砷、 吸附性砷和难溶性砷, 通常把水溶性砷、 吸附性砷总称为可给性砷, 是可被植物吸收利用的部分。 PH和 EH 值影响土壤对砷的吸附, PH 值高, 土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加; 土壤在氧化条件下, 大部分是砷酸, 砷酸易

12、被胶体吸附, 而增加土壤固砷量。随EH 降低, 砷酸转化为亚砷酸, 可促进砷的可溶性, 增加砷害。植物在生长过程中, 吸收有机态砷后可在体内逐渐降解为无机态砷。砷可通过植物根系及叶片的吸收并转移至体内各部分, 砷主要集中在生长旺盛器官。 作物根茎叶、 籽粒含砷量差异很大, 如水稻含砷量分布顺序是稻根 茎叶 谷壳 糙米, 呈自下而上递降变化规律。砷中毒可影响作物生长发育, 砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎, 进一步是根系发育受阻, 最后是植物根、 茎、 叶全部枯死。砷对人体危害很大, 在体内有明显的蓄积性, 它能使红血球溶解, 破坏正常的生理功能, 并具有遗传性、 致癌性和致畸性等。,铅的迁

13、移转化,铅是土壤污染较普遍的元素。污染源主要来自汽油里添加抗爆剂烷基铅, 汽油燃烧后的尾气中含大量铅, 飘落在公路两侧数百米范围内的土壤中。另外矿山开采、 金属冶炼、 煤的燃烧等也是重要的污染源。在矿山、 冶炼厂附近土壤含铅量高达1500cm kg 以上。随着我国乡镇企业的快速发展,“三废” 中的铅也大量进入农田, 一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合, 不易溶解, 土壤铅大多发现在表土层, 表土铅在土壤中几乎不向下移动。植物对铅的吸收与积累, 决定于环境中铅的浓度、 土壤条件、 植物的叶片大小和形状等。植物吸收的铅主要累积在根部,只有少数才转移到地上部分。积累在根、 茎和叶内的铅, 可影

14、响植物的生长发育, 使植物受害。铅对植物的危害表现为叶绿素下降。阻碍植物的呼吸及光合作用。谷类作物吸铅量较大, 但多数集中在根部, 茎秆次之, 籽实较少。 因此, 铅污染的土壤所生产的禾谷类茎秆不易作饲料。铅对动物的危害则是积累中毒。铅是作用于人体各个系统和器官的毒物, 能与体内的一系列蛋白质、 酶和氨基酸内的官能团络合, 干扰机体多方面的生化和生理活动, 导致对全身器官产生危害。,1.切断污染源 2.提高土壤环境容量 如：增加土壤有机质含量、砂掺黏改善砂性土壤，调节土壤PH值和Eh等。 3.控制或切断重金属进入食物链 4.避免二次污染,预防土壤重金属的基本原则,治理土壤重金属的途径有两种：一

15、是改变中金属在土壤中的存在形态，使其固定的，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。二是从土壤中去除重金属。 一.工程物理法 工程物理法是指用物理(机械)、物理化学原理治理污染土壤的一类方法。常见的方法有： 客土法 主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，可以降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤-植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。 淋洗法 土壤固持金属的机制可分为两大类：一是以离子态吸附在土壤组分的表面；二是形成金属化合物的沉淀。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移到土壤液相中去，再把富含重金属的废水进一步回收处理的土壤修复方法。 电动

16、力学法 电动力学法是在土壤中插入一些电极,把低强度直流电导入土壤以清除污染物,把电流接通后,阳极附近的酸就会向土壤毛细孔移动,并把污染物释放在毛细孔的液体中,大量的水以电渗透方式开始在土中流动,这样,土壤毛细孔中流体就可移至阳极附近,并在此被吸收到土壤表层而得以去除。该方法特别适合于低渗透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流动方向。,土壤重金属的污染防治,二 化学修复 施用改良剂 根据土壤缓冲性原理，施用改良剂可降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，减轻重金属对生态环境的危害。 沉淀法 沉淀法是利用一些物质与重金属形成沉淀，来降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，从而有效地降低植物体的重金属浓度。施用石灰、高炉灰、矿渣等碱性物质或配施一定量的硅肥、钙镁磷肥等碱性肥料，提高土壤pH值，形成沉淀而降低重金属的溶解性，从而减少植物对重金属的吸收。施入石灰硫磺合剂、硫化钠等含硫物质，能使土壤中重金属形成硫化物沉淀。沉淀法可以降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，同时也会使土壤植物必需的营养元素也发生沉淀，易导致微量元素的缺乏。 加入吸附剂 吸附剂可以钝化土壤中的重金属，降低重金属活