土壤中铅的有效性及其影响因素.doc

土壤污染与防治课程论文福建农林大学资源与环境学院课程实习报告课程名称： 土壤污染与防治 学生姓名： 黄泓楠 学 号： 080812011 专业年级： 08农资（1）班 成 绩： 指导教师： 批改时间： 目 录摘要 11、铅的理化性质12、土壤中铅的含量13、土壤中铅的来源14、土壤中铅的生物有效性 25、土壤中铅有效性的影响因素 25.1土壤铅全量25.2土壤PH 35.3土壤氧化还原电位（Eh值） 65.4有机质含量75.5土壤微生物75.6植物的影响8土壤中铅的有效性及其影响因素黄泓楠 08农资 080812011摘要：铅是重要的污染重金属元素之一。植物对钱的吸收和积累，决定了环境中铅的荣杜、土壤条件、植物种类和形态等。日常饮用水中的铅主要来自岩石、河流、土壤和大气沉降。在生物循环过程中，铅通过呼吸、饮用水和食物等途径，最终危害人体。影响土壤铅的有效性的因素包括土壤的理化性质、土壤微生物、高等植物等。关键字：土壤 铅 有效性 影响因素1、铅的理化性质铅是自然界常见的元素之一，是一种蓝色或银灰色的软金属。自然界中的纯金属铅很少见，多以硫化物形式存在，如PbS、5PbS2Pb2S2等，还有硫酸盐、磷酸盐、砷酸盐及少数氧化物。铅作为离子可以+2 价和+4 价存在，其+2价氧化态稳定，+4价氧化态不稳定。+4价氧化态的铅有强的氧化性。在土壤环境中不能稳定存在 故土壤中铅的化学性质涉及+2价铅及其化合物。2、土壤中铅的含量地壳中铅平均丰度为16mg/kg 含铅矿物有200多种，主要的矿物形态为方铅矿（PbS，以重量计占87%）、白铁矿（PbCO3）和铅矾（PbSO4）。世界范围内土壤含铅量变幅在2200 mg/kg之间，中值为35 mg/kg。全国土壤背景值基本统计量表明，我国土壤铅含量最高可达到1 143 mg/kg，最低为0.68 mg/kg，平均为26 mg/kg1。土壤中含铅量与成土母质有关。据资料统计，片麻岩、花岗岩、石灰岩、砂岩、页岩等含铅 1050mg/kg之间，平均为 16 mg/kg。火成岩的含铅量一般高于砂岩和石灰岩等沉积岩。酸性岩高于基性岩和超基性岩。发育于冰水沉积物、冰渍物、埋藏黄土等母质的土壤含铅量较高。古河流沉积物中的含铅量高于现代活性沉积物。3、土壤中铅的来源土壤中铅有自然来源和人为来源。前者主要来自矿物和岩石中的本底值2。土壤中原有存在的铅来自于风化岩中的矿物，例如方铅矿 ( PbS) ,闪锌矿 (ZnS)等3。世界范围内土壤铅含量的变幅多为3200mg/kg-1，中值为 35mg/kg-1。不同地区土壤铅含量有所不同，这主要是由于土壤类型，母岩母质的差异造成的。土壤中铅的人为来源主要是大气降尘、 污泥、城市垃圾的土地利用以及采矿和金属加工业4。一辆汽车平均每年排出约2.5kg铅，进入大气中的铅最后归宿是海洋和土壤。而土壤是植物吸收铅的主要来源 ,当土壤遭受铅污染，植物就有可能吸收较多的铅，甚至超积累吸收。在城市固体垃圾中，铅含量在100050000mg/kg-1之间。直接用城市工业废水进行农田灌溉也能将大量的铅带入土壤中。铅矿开采、冶炼以及一些杀虫剂的使用都会导致铅在土壤中的积累。4、土壤中铅的生物有效性铅对作物的影响主要表现在产量和质量上。低浓度的铅对某些植物表现出促进生长作用，而高浓度的铅除了在作物的食用部位积累残毒外，还表现为幼苗萎缩、生长缓慢、产量下降甚至绝收。在利用作物生态效应研究土壤重金属最大允许含量时，一般采用产量降低10%或可食用部分超过食品卫生标准时土壤中铅的含量作为依据。不同作物对铅的吸收和受影响程度也不同。作物对铅的抗性的相对顺序为：小麦水稻大豆。试验表明大豆减产10%时，土壤铅的含量为240mg/kg，而土壤铅直到1000mg/kg对水稻生长和产量均无明显影响，小麦在土壤铅大于3000mg/kg是生长和产量仍然正常。不同土壤的铅临界值不一样，草地暗棕壤大豆减产10%对应土壤铅为500mg/kg，红壤性水稻土铅含量700mg/kg时，水稻减产10%，而母质为千枚岩的水稻土，水稻减产10%时，土壤铅含量大于1051mg/kg。作物吸收的铅大部分滞留在根部，在植物体中，从根到茎叶再到果实呈骤减趋势，说明铅在土壤中对植物的有效性及移动性都很低。作物对铅的吸收量大都低于0.3%，99.7%以上的外源铅产留在土壤中。蔬菜对铅的吸收积累作用最强，试验表明，可食部分平均累计量的次序为：白菜萝卜莴苣。随着重金属元素的形态研究的日渐深入，人们清楚的认识到，某一重金属元素的生态环境效应，并不是取决于它在土壤中的总量，而是取决于它的形态及其形态的数量比例。土壤铅全量与作物铅吸收量得相关性要低于土壤有效铅，即有效铅更能代表铅的植物有效性。因此，进入土壤的铅，对植物有直接影响的是有效态铅。目前，对土壤中铅进行形态分级大多采用Tessler方法，将土壤中的铅分为：水溶态、交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机质硫化物形态及残渣态。外源铅进入土壤后主要以铁锰氧化物结合态、有机态和残渣态形式存在，有些还会存在一定碳酸盐态积累。植物吸收铅的主要形态为交换态铅（包括水溶态）碳酸盐态铅及铁锰氧化物结合形态铅在一定条件下可被植物吸收，有机质硫化物态铅及残渣态铅植物难以利用。铅的生物有效态主要包括水溶态、交换态和一部分的碳酸态及铁锰氧化物结合形态。5、土壤中铅有效性的影响因素土壤有效性铅不是一个单纯的概念，它与土壤性质（pH、Eh、CEC、有机质含量、含水量等）有关，在植物吸收过程中还受离子间相互作用的影响，而且与植物种类有关。用同一种植物的不同生育期或不同部位的含铅量来分析土壤交换态铅和植物的相关性，可能会导致不同的结论。因此研究土壤铅的植物有效性时，必须综合考虑土壤因子和生物因子5。植物吸收土壤中的重金属大致可分为四个主要阶段：a、重金属离子进入土壤溶液；b、重金属离子或者可溶性金属络合物向根表迁移；c、金属或者可溶性金属络合物被根系吸收；和d、金属离子或者金属络合物从根系向地上部转运。其中 ,前两个过程受土壤理化性质及生物（微生物和植物）因素的影响 ,而后两个阶段主要与植物种类和金属特性相关6。5.1土壤铅全量尽管有许多研究发现土壤中重金属元素的总量与重金属的生物有效性之间没有很好的相关性，但 Sauv (1997)等人通过对一铅矿周围的84种不同类型土壤中的铅进行分析发现,铅总量是决定土壤溶液Pb2 +活度和水溶态及交换态铅的重要因素之一7。 Davies 等对一长时间开采的铅矿周围土壤的研究表明，土壤中铅的总量与萝卜叶子中铅的含量具有很好的线性相关性，说明在一定情况下，土壤中铅的总量可以评估其在土壤中的生物有效性。但更多研究表明，土壤全铅含量与作物的产量和含铅量的相关性低于有效铅。5.2土壤PHPH是土壤中溶解-沉淀、吸附-解吸等反应的重要影响因子7，它对土壤重金属溶解度和滞留度的影响超过任何其它单一因素。对大多数重金属而言，土壤 pH下降时金属溶解度增加。当土壤呈酸性时，土壤中固定的铅，尤其是 PbCO3 容易释放出来，土壤中水溶性铅含量增加，可促使土壤中铅迁移。土壤中的PH增加，使铅的可溶性和移动性降低，影响植物对铅的吸收8。土壤溶液的PH不仅决定了各种土壤矿物的溶解度，而且影响着土壤溶液中各种离子在固相表面的吸附程度。随土壤溶液PH的升高，铅在土壤固相的吸附量和吸附能力加强。此外 Sauv (1997)等人发现当土壤溶液的PH由较低变为近中性时，溶液中的有机铅含量也急剧增加9。5.3土壤氧化还原电位（Eh值）氧化状态一般在透气较好的环境中得以增强，还原状态则通常在淹水环境中增强。氧化状态下污染区水稻的茎叶中重金属的总量和可交换态的比例都比还原状态时高。随着土壤氧化还原电位的升高，在还原状态下，土壤中累积的CO2导致HCO3- 和CO32 -增加，PH 值升高，重金属不断沉淀，硫酸盐被还原成 H2S，S2-与重金属形成金属硫化物，降低了铅的可溶性迁移。土壤中的铁锰氧化物 ,特别是锰的氢氧化物 ,对铅离子有较强的专性吸附 ,对铅在土壤中的迁移转化 ,以及铅的活性和毒性影响较大 ,它是控制土壤溶液中铅离子浓度的一个重要因素10。土壤中铅还可呈离子交换吸附态的形式存在 ,其被吸附的程度取决于土壤胶体负电荷的总量 ,铅的离子势以及原来吸附在土壤胶体上的其它离子的离子势。5.4有机质含量有机质是土壤最重要的组成成份之一。土壤中有机质含量的多少不仅决定土壤的营养状况，而且通过与土壤中重金属组成络合物来影响土壤中重金属的移动性及其生物有效性。Sanchiz(2001)认为铅的生物有效性与土壤的有机质、粘粒以及阳离子交换量 (CEC)有关，植物所吸收的铅与CEC的比值可作为判断铅的生物有效性的指标11。5.5土壤微生物 一方面微生物能够通过吸附、吸收、络合、沉淀等途径富集重金属，从而降低土壤溶液中重金属的浓度。另一方面 ,微生物也能通过催化氧化-还原、烷基化 /脱烷基化反应和分泌质子，有机酸，螯合物等提高土壤重金属的溶解度和移动性12。土壤微生物对土壤肥力和植物生长都起着重要作用，微生物不但直接影响土壤中的腐殖质形成，而且可将土壤中有机质矿化，释放出无机养分。微生物在生命活动中产生的生长激素、 维生素类物质直接影响土壤的生态环境13。微生物和土壤金属之间的相互作用受到粘土矿物、无机阴离子、竞争性阳离子、有机质等土壤理化性质的影响。金属发生水化、有机质络合或者吸附在粘土矿物表面都会减少微生物与金属之间的相互作用。另一方面，微生物可通过影响土壤有机质的性质和数量来改变金属-有机复合物的移动性。5.6植物的影响植物-土壤重金属之间的相互作用很大程度上取决于植物种类。一般高等植物主要通过诱导根际PH、Eh变化和根系分泌物等途径影响土壤重金属的移动性及有效性。根际是距离根毛大约0.1-2mm 厚的土壤层根际环境是受根系影响的土壤微环境，由于根际环境中根系分泌物以及土壤微生物的大量存在，使 pH Eh 以及养分状况和非根际土壤有很大区别，因此重金属在根际和非根际土壤中的形态也有着很大的差别。土壤的理化性质、有机质含量、土壤微生物和高等植物等是铅有效性的影响因素。对其影响因素的研究、认识，有助于预防治理土壤中的铅污染。参考文献：1 陈怀满，郑春荣，孙小华.影响铅的土壤环境容量的因素J.土壤1994,26(4 ):189-195.2何振立,等.污染及有益元素的土壤化学平衡 M . 北京:中国环境科学出版社, 1998.3陈怀满,等.土壤-植物系统中的重金属污染 M .北京: 科学出版社, 1996.4杨卓亚,等.土壤 -植物体系中的铅 J .土壤学进展, 1993: 21.5夏时雨,刘清. 土壤中不同形态铅的提取及其取样深度 J .环境污染与防治. 1996, 16 (4) : 27 - 29.6宋静.土壤重金属污染的生物有效性及铜污染的生物修复研究 D .中国科学院南京土壤研究所博士学位论文, 2000, 13-297 杨金燕,杨肖娥,何振立. 土壤中铅的来源及生物有效性J. 土壤通报,2005,(5).8孙胜龙,等.环境污染与控制 M .北京:中国环境科学出版社.9SauvS, McBride BM, Hendershot HW. Speciation of lead incontaminated soils J 1Environmental Polluti on, 1997, 98 (2) : 149- 155.10孙铁衍,等.污染生态学 M .北京:科学出版社, 2001.11Sanchiz C, Garcia - Carrascosa A M, Pastor A. Relationship sbet ween sedi