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1、第三篇第三篇 土壤环境污染与净化土壤环境污染与净化第五章第五章 土壤元素背景值与土壤环境容量土壤元素背景值与土壤环境容量第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第七章第七章 土壤有机污染物与环境质量土壤有机污染物与环境质量第八章第八章 土壤放射性物质与环境土壤放射性物质与环境( (自学自学) )第九章第九章 土壤退化过程与环境质量土壤退化过程与环境质量( (自学自学) ) 第十章第十章 污染土壤的修复污染土壤的修复1古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量主要内容主要内容第一节第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属第二节第二节 重金属污染对环境
2、质量的影响重金属污染对环境质量的影响第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用2古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第一节第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属1.1.主要内容主要内容土壤重金属污染及其来源土壤重金属污染及其来源土壤中重金属的形态土壤中重金属的形态控制土壤中重金属溶解度的主要反应控制土壤中重金属溶解度的主要反应2.2.基本概念和知识点基本概念和知识点土壤重金属污染的定义、土壤中重金属污染的来源、土壤重金属污染的定义、土壤中重金属污染的来源、土壤中重金属化合物的类型、土壤中重金属化合物的类型、土壤中重金属化合物土壤中重金属化合物的化
3、学形态、控制土壤中重金属溶解度的主要反应。的化学形态、控制土壤中重金属溶解度的主要反应。3古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量一、土壤重金属污染及其来源一、土壤重金属污染及其来源( (一一) )土壤重金属污染的定义土壤重金属污染的定义重金属系指密度重金属系指密度重金属系指密度重金属系指密度4.04.04.04.0以上约以上约以上约以上约60606060种元素或密度在种元素或密度在种元素或密度在种元素或密度在5.05.05.05.0以上的以上的以上的以上的45454545种种种种元素。元素。元素。元素。有时，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性质与重金属有时，砷、
4、硒是非金属但是它的毒性及某些性质与重金属有时，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性质与重金属有时，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指环境污染方面所指的重金属主要是指环境污染方面所指的重金属主要是指环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著生物毒性显著生物毒性显著生物毒性显著的的的的汞汞汞汞、镉镉镉镉、铅铅铅铅、铬铬铬铬以及类金属以及类金属以及类金属以及类金属砷砷砷砷还包括具有毒性的重金属
5、还包括具有毒性的重金属还包括具有毒性的重金属还包括具有毒性的重金属锌锌锌锌铜铜铜铜、钴钴钴钴镍镍镍镍、锡锡锡锡、钒钒钒钒等污染物。等污染物。等污染物。等污染物。土壤重金属污染土壤重金属污染是指由于是指由于人类活动人类活动将重金属带入土将重金属带入土壤，致使土壤中重金属含量壤，致使土壤中重金属含量明显高于明显高于背景含量、并背景含量、并可能造成可能造成现存的或潜在现存的或潜在的土壤质量退化、生态环境的土壤质量退化、生态环境恶化的现象。恶化的现象。4古柏文书一一 、重金属概念及其污染、重金属概念及其污染（二）土壤中重金属污染的来源（二）土壤中重金属污染的来源1 1 1 1、成土母质、成土母质、成土
6、母质、成土母质 2 2 2 2、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降3 3 3 3、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用4 4 4 4、污水灌溉、污水灌溉、污水灌溉、污水灌溉5 5 5 5、污泥施肥、污泥施肥、污泥施肥、污泥施肥6 6 6 6、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积7 7 7 7、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染5古柏文书一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染（二）土壤中重金属污染的
7、来源（二）土壤中重金属污染的来源 1 1 1 1、成土母质、成土母质、成土母质、成土母质 成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。成的土壤含有重金属量差异很大。成的土壤含有重金属量差异很大。成的土壤含有重金属量差异很大。2 2 2 2、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降、大气中重金属沉降 主要来源于工业生产，汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的主要来源于工业生产，汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的主要来
8、源于工业生产，汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的主要来源于工业生产，汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等：它们主要分布在工路大量含重金属的有害气体和粉尘等：它们主要分布在工路大量含重金属的有害气体和粉尘等：它们主要分布在工路大量含重金属的有害气体和粉尘等：它们主要分布在工路的周围和公路、铁路的两侧；大气中的大多数重金属是经的周围和公路、铁路的两侧；大气中的大多数重金属是经的周围和公路、铁路的两侧；大气中的大多数重金属是经的周围和公路、铁路的两侧；大气中的大多数重金属是经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。自然沉降和雨淋沉降进入土壤的。自然沉降和雨
9、淋沉降进入土壤的。 公路、铁路两侧土壤中的重金属污染。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染。 主要是主要是主要是主要是PbPbPbPb、ZnZnZnZn、CdCdCdCd、CrCrCrCr、CoCoCoCo、CuCuCuCu的污染为主，它们成的污染为主，它们成的污染为主，它们成的污染为主，它们成条带状条带状条带状条带状分布分布分布分布。以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；。以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；。以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；。以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间
10、的推移。公路、铁路土壤重金属污染具有很强的随着时间的推移。公路、铁路土壤重金属污染具有很强的随着时间的推移。公路、铁路土壤重金属污染具有很强的随着时间的推移。公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性叠加性叠加性叠加性。6古柏文书（二）土壤中重金属污染的来源（二）土壤中重金属污染的来源 3 3 3 3、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用、农药、化肥和塑料薄膜使用 施用含有铅、汞、铜、砷等的农药和不合理地施施用含有铅、汞、铜、砷等的农药和不合理地施施用含有铅、汞、铜、砷等的农药和不合理地施施用含有铅、汞、铜、砷等的农药和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重
11、金属的污染。一般过磷用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属酸盐中含有较多的重金属酸盐中含有较多的重金属酸盐中含有较多的重金属HgHgHgHg、CdCdCdCd、AsAsAsAs、ZnZnZnZn、PbPbPbPb，氮肥，氮肥，氮肥，氮肥和钾肥含量较低。和钾肥含量较低。和钾肥含量较低。和钾肥含量较低。 农田塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有农田塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有农田塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有农田塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有CdCdCdCd、PbPbPbP
12、b在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。重金属的污染。重金属的污染。重金属的污染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染7古柏文书国家国家国家国家含量范围（含量范围（含量范围（含量范围（mg/kgmg/kgmg/kgmg/kg）中国中国中国中国0.10.10.10.12.92.92.92.9美国美国美国美国7.77.77.77.715.615.615.615.6加拿大加拿大加拿大加拿大2.12.12.12.19.39.39.39.3澳大利亚
13、澳大利亚澳大利亚澳大利亚18181818 91 91 91 91瑞典瑞典瑞典瑞典2 2 2 23 3 3 3我国和一些国家磷肥含镉量我国和一些国家磷肥含镉量我国和一些国家磷肥含镉量我国和一些国家磷肥含镉量8古柏文书（二）土壤中重金属污染的来源（二）土壤中重金属污染的来源 4 4 4 4、污水灌溉、污水灌溉、污水灌溉、污水灌溉 污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。田、森林和草地。田、森林和草地。田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商
14、业污水和工业废水城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。 由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道、使由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道、使由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道、使由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道、使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。壤。壤。壤。 在分布上、往往是靠近污染源
15、头和城市工业区土壤污染在分布上、往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染在分布上、往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染在分布上、往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重、远离污染源头和城市工业区、土壤几乎不污染。严重、远离污染源头和城市工业区、土壤几乎不污染。严重、远离污染源头和城市工业区、土壤几乎不污染。严重、远离污染源头和城市工业区、土壤几乎不污染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染9古柏文书10古柏文书污水灌溉5年后土壤中测出的重金属形态% of Elements in each formForms Cd Cr Cu Ni Pb ZnExchangeable/adsorbed
16、1 1 2 5 1 2Organically bound 20 5 34 24 3 28Carbonate/iron oxides 64 19 36 33 85 39residual * 16 77 29 40 12 31* sulfides and other very insoulble forms11古柏文书（二）土壤中重金属污染的来源（二）土壤中重金属污染的来源 5 5 5 5、污泥施肥、污泥施肥、污泥施肥、污泥施肥 污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素、但污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素、但污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素、但污泥中含有大量的有机质和氮
17、、磷、钾等营养元素、但同时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污泥进入同时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污泥进入同时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污泥进入同时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污泥进入农田、使农田中的重金属的含量在不断增高，污泥施肥可导农田、使农田中的重金属的含量在不断增高，污泥施肥可导农田、使农田中的重金属的含量在不断增高，污泥施肥可导农田、使农田中的重金属的含量在不断增高，污泥施肥可导致土壤中致土壤中致土壤中致土壤中CdCdCdCd、HgHgHgHg、CrCrCrCr、CuCuCuCuZnZnZnZn、NiNiNiNi、PbPbPbPb含量的增
18、加、且污泥含量的增加、且污泥含量的增加、且污泥含量的增加、且污泥施用越多，污染就越严重。施用越多，污染就越严重。施用越多，污染就越严重。施用越多，污染就越严重。6 6 6 6、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积、含重金属废弃物堆积 含重金属废弃物种类繁多、不同种类其危害方式和污染含重金属废弃物种类繁多、不同种类其危害方式和污染含重金属废弃物种类繁多、不同种类其危害方式和污染含重金属废弃物种类繁多、不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向
19、四周扩散。程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。7 7 7 7、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染、金属矿山酸性废水污染 金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水、随着堆放等可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水、随着堆放等可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水、随着堆放等可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水、随着矿山排水和降雨使之带入水环境矿山排水和降
20、雨使之带入水环境矿山排水和降雨使之带入水环境矿山排水和降雨使之带入水环境( ( ( (如河流等如河流等如河流等如河流等) ) ) )或直接进入土壤，或直接进入土壤，或直接进入土壤，或直接进入土壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染12古柏文书施用垃圾对土壤、稻谷中重金属含量（施用垃圾对土壤、稻谷中重金属含量（mg/kgmg/kg）的影响）的影响（吕春元等）（吕春元等）处理处理处理处理CdCdHgHgCrCrPbPbZnZn施垃圾肥土施垃
21、圾肥土施垃圾肥土施垃圾肥土壤壤壤壤1.51.50.070.0712.012.082829292对照土壤对照土壤对照土壤对照土壤0.60.60.050.0512.012.024242020施垃圾肥稻施垃圾肥稻施垃圾肥稻施垃圾肥稻谷谷谷谷0.0330.0330.000.008 80.00.01 10.270.2716.216.2对照稻谷对照稻谷对照稻谷对照稻谷0.0070.0070.000.008 80.00.001010.180.1819.019.013古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量二、土壤中重金属的形态二、土壤中重金属的形态（一）土壤中重金属化合物的类型
22、（一）土壤中重金属化合物的类型污染重金属化合物的类型即污染重金属化合物的类型即矿物的类型矿物的类型。对其生态效应有着明显的影响，当土壤中所含化合物类型对其生态效应有着明显的影响，当土壤中所含化合物类型不同时，由于这些化合物本身性质差异和土壤交互作用的不同时，由于这些化合物本身性质差异和土壤交互作用的不同，因而产生的生物效应也是不同的。不同，因而产生的生物效应也是不同的。（二）土壤中重金属化合物的化学形态（二）土壤中重金属化合物的化学形态14古柏文书土土壤壤溶溶液液中中或或可可用用水水提提取取的的金金属属离离子子或或分分子子(主要是离子态主要是离子态) 。 吸附于胶体表面可为其它离子交换出来的金
23、吸附于胶体表面可为其它离子交换出来的金属离子。属离子。土土壤壤中中重重金金属属化化合合物物的的化化学学形形态态水溶态交换态碳酸盐结合态有机态铁锰氧化物结合态残留态残留态石灰性土壤比较常见。石灰性土壤比较常见。 重重金金属属通通过过化化学学键键与与土土壤壤有有机机质质中中呈呈络络合合或或吸附态。属于转性吸附。吸附态。属于转性吸附。 主要是亲铁元素主要是亲铁元素(Mo), 常与铁共存，当铁从原常与铁共存，当铁从原生矿物中风化释放出来，形成非晶形含水氧化生矿物中风化释放出来，形成非晶形含水氧化铁，逐渐结晶时，便被包裹在氧化铁的结晶里。铁，逐渐结晶时，便被包裹在氧化铁的结晶里。只有包膜破坏后才能释放，
24、故近于矿物态。只有包膜破坏后才能释放，故近于矿物态。结合于土壤硅铝酸盐固体矿物晶格中的金属离结合于土壤硅铝酸盐固体矿物晶格中的金属离子，不能被其它离子交换出来的微量元素。在子，不能被其它离子交换出来的微量元素。在酸性条件下，多数矿物溶解度增大。酸性条件下，多数矿物溶解度增大。15古柏文书TessierTessier重金属形态分析重金属形态分析( (五步连续萃取法五步连续萃取法) ) 重金属形态重金属形态提取剂提取剂操作条件操作条件可交换态可交换态1mol1molL MgCl2L MgCl2 （ 稀氨水和稀盐稀氨水和稀盐酸调酸调pH7.0pH7.0） 室温振荡萃取室温振荡萃取1h 1h 碳结合态
25、碳结合态 1mol1molL CH3COONaL CH3COONa（ CH3COOHCH3COOH调调pH5.0pH5.0） 室温振荡萃取室温振荡萃取6h6h铁锰氧化物铁锰氧化物结合态结合态 0.04mol0.04molL RNH2OHL RNH2OHHCl HCl 溶液溶液（25% 25% （v/vv/v）CH3COOHCH3COOH，调，调pH2.0pH2.0）水浴保温水浴保温969633，间歇搅拌，萃，间歇搅拌，萃取取6 h 6 h 有机物结合有机物结合态态 0.02 mol0.02 molLHNO3LHNO3和和30%H2O230%H2O2，调，调pH2.0pH2.0）水浴水浴8585
26、22，间，间歇搅拌萃取歇搅拌萃取3h3h；CH3COONH4CH3COONH4防止再防止再吸附继续振荡吸附继续振荡30 30 minmin。 残渣残渣 HF-HClO4HF-HClO4土壤消化土壤消化16古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交换（一）离子交换（二）吸附反应（二）吸附反应（三）核晶过程、沉淀作用和固溶体（三）核晶过程、沉淀作用和固溶体（四）氧化还原作用（四）氧化还原作用（五）有机质对金属离子的吸附与配位反应（五）有机质对金属离子的吸附与配位反应17古柏文书三、控制土
27、壤中重金属溶解度的主要反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交换（一）离子交换指重金属离子通过与土壤表面电荷之间的指重金属离子通过与土壤表面电荷之间的静电作用静电作用而被土壤吸附。在吸附过程中，胶体每吸附一部分而被土壤吸附。在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等当量的其他阳离子。所以这阳离子，同时也放出等当量的其他阳离子。所以这种吸附叫做离子交换吸附。（非专性吸附）种吸附叫做离子交换吸附。（非专性吸附） 1 1、阳离子交换吸附具有的特征：、阳离子交换吸附具有的特征： 阳离子吸附是一种可逆反应，而且迅速地达到可逆阳离子吸附是一种可逆反应，而且迅速地达到可逆平衡，向任何一方
28、的反应都不可能进行到底。平衡，向任何一方的反应都不可能进行到底。 离子的交换作用是以当量关系进行的。离子的交换作用是以当量关系进行的。 离子交换作用不受温度的影响，并且在酸碱条件下离子交换作用不受温度的影响，并且在酸碱条件下均可进行。均可进行。 18古柏文书三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交换（一）离子交换2 2、影响吸附亲合力的因素：、影响吸附亲合力的因素：电荷与水化作用的影响电荷与水化作用的影响 随着电价增高，阳离子的吸附亲合力愈强：随着电价增高，阳离子的吸附亲合力愈强：M M+ +M M2+2+M M3+3+随着水化阳离子半径的减少，产生
29、较高的电荷密随着水化阳离子半径的减少，产生较高的电荷密度度 ：BaBa2+2+SrSr2+2+CaCa2+2+MgMg2+2+CsCs2+2+RbRb+ +K K+ +NaNa+ +LiLi+ + Al3+H+Al3+H+19古柏文书三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（二）专性吸附（二）专性吸附物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附是指吸附质和吸附剂通过弱的原子和分物理吸附是指吸附质和吸附剂通过弱的原子和分子间相互作用力而粘附。子间相互作用力而粘附。离子吸附方程离子吸附方程在温度固定的条件下，吸附量在温度固定的条件下，吸附量Q Q同溶液浓度之间的同溶
30、液浓度之间的关系称为等温吸附规律，表达这一关系的数学式关系称为等温吸附规律，表达这一关系的数学式称为吸附等温式。称为吸附等温式。FreundlichFreundlich等温吸附式：等温吸附式： logQ = logK + 1/nlogC logQ = logK + 1/nlogC LangmuirLangmuir单分子层吸附理论与吸附等温式单分子层吸附理论与吸附等温式 KaC(1-)=Kb KaC(1-)=Kb 20古柏文书三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（二）专性吸附（二）专性吸附化学吸附又叫化学吸附又叫专性吸附，指重金属离子通过与土壤专性吸附，指重金
31、属离子通过与土壤中金属氧化物表面的中金属氧化物表面的-OH-OH、-OH2-OH2等配位基或有机质等配位基或有机质配位而结合在土壤表面。配位而结合在土壤表面。吸附条件吸附条件水合氧化物（水合氧化物（FeOOHFeOOH，FeFe2 2O O3 3）配位体的交换配位体的交换对重金属离子影响大：重金属形成水合离子更容对重金属离子影响大：重金属形成水合离子更容易发生专性吸附，易发生专性吸附，CdCd2+2+Cd(OH)M1+M2(synergism) MM1+M2(synergism) MM1+M2(synergism) MM1+M2拮杭作用拮杭作用拮杭作用拮杭作用(antagonism) MM1+
32、M2(antagonism) MM1+M2(antagonism) MM1+M2(antagonism) MM1+M2独立作用（独立作用（独立作用（独立作用（independent effect)independent effect)independent effect)independent effect)M=M1+M2(1-M1) M=M1+M2(1-M1) M=M1+M2(1-M1) M=M1+M2(1-M1) ；M=1-M=1-M=1-M=1-（1-M11-M11-M11-M1）(1-M2)(1-M2)(1-M2)(1-M2)如下图所示：如下图所示：如下图所示：如下图所示：45古柏文书
33、46古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )复合污染的分类复合污染的分类按按污染物来源污染物来源： 1)1)同源复合污染同源复合污染 它是由处于同一环境介质它是由处于同一环境介质( (大气、水体大气、水体或土壤或土壤) )中的多种污染韧所形成的复合污染。中的多种污染韧所形成的复合污染。根据所处的环境介质的不同可进一步分为大气复合污染型，根据所处的环境介质的不同可进一步分为大气复合污染型，水体复合污染型和土壤复合污染型。水体复合污染型和土壤复合污染型。同源复合污染类型同源复合污染类
34、型是目是目前复合污染研究的重点。前复合污染研究的重点。 2)2)异源复合污染异源复合污染 由不同环境介质来源的同一污染物或由不同环境介质来源的同一污染物或不同污染物所形成的复合污染现象。不同污染物所形成的复合污染现象。它可进一步分为大气它可进一步分为大气- -土壤复合型，大气土壤复合型，大气- -水体复合型，土壤水体复合型，土壤- -水体复合型，大气水体复合型，大气- -土壤土壤- -水体复合型。水体复合型。47古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染)复合污染的分类复合污染的分类按污染物类型：按污染物类型：1)1)有机复合污染有机复合污染 由由
35、2 2种或种或2 2种以上有机污染物共存所形成。种以上有机污染物共存所形成。目前研究较多的是目前研究较多的是2 2种农药之间的复合污染。种农药之间的复合污染。 2)2)无机复合污染无机复合污染 2 2种或种或2 2种以上无机污染物同时作用所形种以上无机污染物同时作用所形成的环境污染现象。成的环境污染现象。重金属元素之间的复合污染重金属元素之间的复合污染是当前无是当前无机复合污染研究的重点。机复合污染研究的重点。 3)3)有机有机- -天机复合污染天机复合污染 有机污染物和无机污染物在同一环有机污染物和无机污染物在同一环境中同时存在所形成的环境污染现象。目前研究较多的是境中同时存在所形成的环境污
36、染现象。目前研究较多的是重金属与农药、石油烃、洗涤剂之间的复合污染。重金属与农药、石油烃、洗涤剂之间的复合污染。第六章第六章第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量48古柏文书49古柏文书50古柏文书51古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染)复合污染的分析复合污染的分析多元回归分析法多元回归分析法 该方法目前广泛采用。该方法目前广泛采用。 主要研究在若干种共存的污染重金属元素的各种存在形态主要研究在若干种共存的污染重金属元素的各种存在形态( (有效态、全量或其它形态有效态、
37、全量或其它形态) )与作物某些指标与作物某些指标( (产量、生物量等产量、生物量等) )之间存在的相关关系。之间存在的相关关系。第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量52古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )影响复合污染物交互作用的因子影响复合污染物交互作用的因子1 1、生物因子、生物因子 复合污染物的生理生态效应受生物种类、作用部位、生物营养状况以复合污染物的生理生态效应受生物种类、作用部位、生物营养状况以及生物年龄和性别等因素的影响。及生物年龄和性别
38、等因素的影响。2 2、污染物因子、污染物因子 污染物因子包括污染物种类、污染物化学结构与性质、处理方式、污污染物因子包括污染物种类、污染物化学结构与性质、处理方式、污染物浓度、污染物之间浓度比等。染物浓度、污染物之间浓度比等。 Carlson Carlson发现发现PbPb和和CdCd对植物生长的影响随对植物生长的影响随浓度浓度而变化，低浓度时为而变化，低浓度时为加加和和作用，高浓度时为作用，高浓度时为协同协同作用；作用； 而而Pietilainen(1975)Pietilainen(1975)的研究则表明的研究则表明PbPb和和CdCd的交互作用关系与两者的的交互作用关系与两者的浓度比浓度比
39、有关，当有关，当PbPbcdcd1 1，它们对浮游植物初级生产力的影响为，它们对浮游植物初级生产力的影响为拮抗拮抗作用；作用；当当PbPbCdCd1 1，则为，则为协同协同作用。作用。CdCd和和SeSe相互作用也表现出类似的特点。相互作用也表现出类似的特点。3 3、环境因子、环境因子 环境因子主要包括温度、湿度、光照、环境因子主要包括温度、湿度、光照、pHpH、有机物含量、土壤条件、有机物含量、土壤条件( (包包括括pHpH，CECCEC，EhEh等等) )。53古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用(
40、 (复合污染复合污染) )复合污染机理复合污染机理1 1、竞争结合位点、竞争结合位点 物理化学性质相近的各种污染物由于作用方式和途径相似，物理化学性质相近的各种污染物由于作用方式和途径相似，因而在生态介质因而在生态介质( (土壤、水体土壤、水体) )、代谢系统及细胞表面结合位、代谢系统及细胞表面结合位点的竞争必然会影响这些污染物共存时的相互作用点的竞争必然会影响这些污染物共存时的相互作用2 2、影响酶的活性、影响酶的活性 通过改变与代谢污染物有关的酶的活性，影响污通过改变与代谢污染物有关的酶的活性，影响污染物在生物体内的扩散、转化和代谢方式，从而可以染物在生物体内的扩散、转化和代谢方式，从而可
41、以影响污染物在生物体内的行为和毒性影响污染物在生物体内的行为和毒性3 3、干扰正常生理过程、干扰正常生理过程 复合污染通过干扰生物体的正常生理活动和改变有关生理复合污染通过干扰生物体的正常生理活动和改变有关生理生化过程而发生相互作用。如氨基酸、可溶性蛋白的变化。生化过程而发生相互作用。如氨基酸、可溶性蛋白的变化。54古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )复合污染机理复合污染机理4 4、改变细胞结构与功能、改变细胞结构与功能 复合污染可以引起各种将生物体或有关内含物复合污染可以引起各种将生物体或有关内含物与外界环境隔离开的生物学屏障在结构和
42、功能上的与外界环境隔离开的生物学屏障在结构和功能上的扰动，从而改变其透性及主动、被动转运能力扰动，从而改变其透性及主动、被动转运能力5 5、螯合（或络合、螯合（或络合) )作用及沉淀作用作用及沉淀作用 螯合螯合( (或络合或络合) )作用可改变污染物的形态分布和作用可改变污染物的形态分布和其生物有效性，从而直接影响其毒性其生物有效性，从而直接影响其毒性6 6、干扰生物大分子的结构与功能、干扰生物大分子的结构与功能 有毒化学物质通过抑制生物大分子的合成与代谢，干扰有毒化学物质通过抑制生物大分子的合成与代谢，干扰基因的扩增和表达，对基因的扩增和表达，对DNADNA造成损伤或使之断裂并影响其修造成损
43、伤或使之断裂并影响其修复，与复，与DNADNA生成化学加合物等途径对生物体形成毒性也是复生成化学加合物等途径对生物体形成毒性也是复合污染的重要机理合污染的重要机理第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量55古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )有机污染物有机污染物- -重金属在土壤中交互作用的形式重金属在土壤中交互作用的形式主要包括三种形式：主要包括三种形式：1 1）有机污染物）有机污染物- -重金属在土壤中重金属在土壤中吸附行为吸附行为的交互作用；的交互
44、作用；2 2）有机污染物）有机污染物- -重金属在土壤中重金属在土壤中化学作用过程化学作用过程的交互作用；的交互作用；3 3）有机污染物）有机污染物- -重金属在土壤中重金属在土壤中微生物过程微生物过程的交互作用。的交互作用。56古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )有机污染物有机污染物- -重金属在土壤中交互作用的形式重金属在土壤中交互作用的形式1 1、吸附行为的交互作用、吸附行为的交互作用 有机污染物在土壤中的有机污染物在土壤中的吸附点位吸附点位主要是土壤中的主要是土壤中的腐殖质腐殖质部分。部分。 土壤中有机质的碳链结构所构成的憎水微
45、环境、对有机土壤中有机质的碳链结构所构成的憎水微环境、对有机污染物质的污染物质的吸附吸附起着非常重要的作用，有机化合物通过在这起着非常重要的作用，有机化合物通过在这些憎水微环境与水界面上的分配而被吸附在土壤表面。些憎水微环境与水界面上的分配而被吸附在土壤表面。 疏水性的有机污染物在土壤中的吸附系数往往与土壤中疏水性的有机污染物在土壤中的吸附系数往往与土壤中有机碳有机碳的含量相关，可是对于疏水性较差的极性有机污染物，的含量相关，可是对于疏水性较差的极性有机污染物，例如许多极性农药它们在土壤中的吸附系数较之硫水性例如许多极性农药它们在土壤中的吸附系数较之硫水性强的有机污染物要小得多，这些物质往往通
46、过在土壤或粘土强的有机污染物要小得多，这些物质往往通过在土壤或粘土矿物表面发生矿物表面发生静电作用静电作用以及形成以及形成氢键氢键等方式产生一定量的吸等方式产生一定量的吸附。附。第六章第六章第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量57古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )有机污染物有机污染物- -重金属在土壤中交互作用的形式重金属在土壤中交互作用的形式2 2、化学过程的交互作用、化学过程的交互作用 从化学角度来考虑重金属从化学角度来考虑重金属- -有机污染物在土壤中的交
47、有机污染物在土壤中的交互作用过程主要包括互作用过程主要包括络合、氧化还原以及沉淀络合、氧化还原以及沉淀等等 这些过程的发生对其在土壤中的交互作用有非常重要的这些过程的发生对其在土壤中的交互作用有非常重要的影响。影响。 有机污染物通常与重金属共存，其直接的结果就是可能有机污染物通常与重金属共存，其直接的结果就是可能形成形成重金属重金属- -有机络合物有机络合物这些络合物将显著改变重金属以及这些络合物将显著改变重金属以及有机污染物在土壤中的物理化学行为，从而使得土壤表面对有机污染物在土壤中的物理化学行为，从而使得土壤表面对重金属的保持能力、水溶性、生物有效性等发生一系列的影重金属的保持能力、水溶性
48、、生物有效性等发生一系列的影响。响。第六章第六章第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量58古柏文书 第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )有机污染物有机污染物- -重金属在土壤中交互作用的形式重金属在土壤中交互作用的形式2 2、化学过程的交互作用、化学过程的交互作用 另外，一些重金属还能与有机污染物作用而另外，一些重金属还能与有机污染物作用而导致有机化导致有机化 例如，汞、锡等可与有机污染物发生作用而生成毒性更例如，汞、锡等可与有机污染物发生作用而生成毒性更大的金属有机化合物
49、大的金属有机化合物( (甲基汞、三甲基锡等甲基汞、三甲基锡等) ) 。 重金属六价铬、五价砷、五价锰等和有机污染物重金属六价铬、五价砷、五价锰等和有机污染物( (例如例如苯酚类、苯胺类苯酚类、苯胺类) )在土壤中共存时，在一定条件下它们之间在土壤中共存时，在一定条件下它们之间将会发生将会发生氧化还原反应氧化还原反应；同时土壤中含有非常丰富的金属氧；同时土壤中含有非常丰富的金属氧化物化物( (例如：氧化铁、氧化锰及氧化铝例如：氧化铁、氧化锰及氧化铝) )、这些金属氧化物还、这些金属氧化物还能对这些氧化还原反应起催化作用。能对这些氧化还原反应起催化作用。第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重
50、金属元素与环境质量59古柏文书第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用( (复合污染复合污染) )有机污染物有机污染物- -重金属在土壤中交互作用的形式重金属在土壤中交互作用的形式3 3、土壤微生物学过程的交互作用、土壤微生物学过程的交互作用 有机污染物有机污染物- -重金属复合污染对土壤生物学过程的作用重金属复合污染对土壤生物学过程的作用主要是通过主要是通过影响酶的活性影响酶的活性从而间接影响有机污染物的降解。另一方面，从而间接影响有机污染物的降解。另一方面，它们也通过它们也通过改变土壤的氧化还原能力改变土壤的氧化还原能力从而影响对有机污染物从而影响对有机污染物- -重金属
51、的重金属的交互作用。交互作用。 通常、重金属污染容易导致土壤中酶活性的降低，呼吸作用减小、通常、重金属污染容易导致土壤中酶活性的降低，呼吸作用减小、氮的矿化速率变慢，有机污染物降解半衰期延长等。氮的矿化速率变慢，有机污染物降解半衰期延长等。 由于土壤中微生物的普遍存在。因此考虑重金属由于土壤中微生物的普遍存在。因此考虑重金属- -有机污染物的交有机污染物的交互作用必须要同时考虑微生物在其中扮演的角色，从目前所掌握的材料互作用必须要同时考虑微生物在其中扮演的角色，从目前所掌握的材料来看、这一部分的研究工作还相当缺乏、因此以后应逐步加强。来看、这一部分的研究工作还相当缺乏、因此以后应逐步加强。第六
52、章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量60古柏文书第六章第六章 土壤重金属元素与环境质量土壤重金属元素与环境质量第三节第三节 土壤中污染物的交互作用土壤中污染物的交互作用复合污染应加强研究的方面复合污染应加强研究的方面1)1)进一步拓宽复合污染研究目前复合污染研究主要停留在研究无机污染物（重进一步拓宽复合污染研究目前复合污染研究主要停留在研究无机污染物（重金属金属) )的交互作用和两种有机物共存时的联合毒性方面研究对象很多只有两种，对的交互作用和两种有机物共存时的联合毒性方面研究对象很多只有两种，对三种以上的研究方法尚未成熟三种以上的研究方法尚未成熟2)2)深化复合污染机理
53、的研究很多复合污染研究的结果带有猜想性，总的来说并深化复合污染机理的研究很多复合污染研究的结果带有猜想性，总的来说并不统一应利用分子生物学的各种技术手段和人工模拟方法，进一步揭示复合污不统一应利用分子生物学的各种技术手段和人工模拟方法，进一步揭示复合污染物的致毒途径及其机理染物的致毒途径及其机理3)3)在复合污染研究中要引入更多的研究方法目前的复合污染多以急性毒性实验在复合污染研究中要引入更多的研究方法目前的复合污染多以急性毒性实验为主，长效应实验为主，长效应实验( (如基因突变和遗传等如基因突变和遗传等) )等较少，很多生物测试技术末得到充分等较少，很多生物测试技术末得到充分应用在复合污染研究中应加强新技术的运用；应用在复合污染研究中应加强新技术的运用；4)4)加强复合污染研究成果的应用加强复合污染研究成果的应用61古柏文书
