土壤中重金属的迁移和转化PPT学习教案

1、会计学1 土壤中重金属的迁移和转化土壤中重金属的迁移和转化 第1页/共89页 第2页/共89页 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 土壤中重金属污染 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。 重金属污染土壤的特点： 第3页/共89页 第4页/共89页 阳离子价态越高，电荷越多，土壤胶体与阳离子的静电作用也越强，吸引力越大，结合强度越大；而价态相同离子的水合半径小，吸附能力强。 还与土壤的胶体性质有关：矿物类型，化学组成，阳离子交换量，比表面

2、积等有关。 第5页/共89页 土壤有机胶体属无定形胶体，比表面积大，吸附容量可达 150 700 毫克当量/100克土。 对金属离子的吸附顺序是： Pb Cu Cd Zn Hg 第6页/共89页 2.金属离子的配位作用 土壤中重金属可与各种无机配体或有机配体发生配位作用。 以Hg为例，土壤表层中的Hg主要以Hg(OH)20 或 HgCl2为主，而在 Cl- 高的盐碱土中则以 HgCl42- 为主。 第7页/共89页 第8页/共89页 在高氧化环境中，Eh较高，如V、Cr等具有氧化还原性质的重金属常呈氧化态，形成可溶性钒酸盐、铬酸盐钒酸盐、铬酸盐等具有极强的迁移能力，而铁、锰相反，形成高价难溶性

3、沉淀，迁移能力很低。 3. 土壤中重金属的沉淀和溶解土壤中重金属的沉淀和溶解 第9页/共89页 第10页/共89页 第11页/共89页 三、重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制 第12页/共89页 第13页/共89页 第14页/共89页 被动转移 第15页/共89页 在需消耗一定的代谢能量下，一些物质 可在低浓度侧与膜上高浓度的特异性蛋白载体 结合，通过生物膜至高浓度侧解离出原物质。 这一转运称为主动转运主动转运 所需代谢能量来自膜的三磷酸酰苷酶分解 三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷 酸时所释放的能量。 主动迁移 第16页/共89页 膜内） （磷酸蛋白）（膜外） ( KADPPP

4、ATPKP KPPK 第17页/共89页 第18页/共89页 （p218) 第19页/共89页 第20页/共89页 金属的吸收。 第21页/共89页 耐性植物中重金属分布在根系细胞壁上耐性植物中重金属分布在根系细胞壁上 如耐性植物中 Zn 向植物地上部分移动 的量很少,在细胞各部分中，主要分布在细 胞壁上，以离子形式存在或与细胞壁中的纤 维素木质素结合。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。 2. 重金属与植物的细胞壁结合 第22页/共89页 第23页/共89页 一般来讲，重金属过多可使植物中酶 的活性破坏，而耐性植物中某些酶的活性可

5、 能不变，甚至增加，具有保护酶活性的机制保护酶活性的机制 。 研究发现，耐性植物中有些酶的活性 在重金属含量增加时仍能维持正常水平，而 非耐性植物的酶的活性在重金属含量增加时 明显降低。 3. 酶系统的作用 第24页/共89页 激活。 第25页/共89页 1957年 Margoshes 首次从马的肾脏中提取了一种金属结合蛋白，命名为“金属硫蛋白”（MT），分析发现能大量合成 MT 的细胞对重金属有明显的抗性，而丧失 MT 合成能力的细胞对重金属有高度的敏感性，现已证明 MT是动物和人体最主要的重金属解毒剂。 4. 形成重金属硫蛋白或植物络合形成重金属硫蛋白或植物络合 素素 第26页/共89页

6、第27页/共89页 其分子量和化学性质不同于动物体内的金属硫蛋白，而将其命名为植物络合素（PC）。 它可以被重金属Cd、Cu、Hg、Pb等诱导合成。 第28页/共89页 第29页/共89页 壳 糙米 第30页/共89页 AsCHAsOCH AsOHCHOHAsOCHOHAsCH OHAsOCHAsOHAsOH eCH eCH eCHe 33 2 33 23 2 2323 2 2333 2 43 )()( )()()()( )( 3 3 3 其中，甲基供体来源于相应转移酶的辅酶S-腺 苷甲硫氨酸，它起着传递正甲基离子的作用。 第31页/共89页 同时，微生物还可以参加无机砷的转化： 42222

7、222AsONaHOHONaAsO 土壤 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。 第32页/共89页 存在：在0-15米土壤表层积累，主要以 Cd3(PO4)2 和 Cd(OH)2 的形式存在。在pH 7的土壤中分为可给态、代换态和难溶态。 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。 镉(Cd) 第33页/共89页 第34页/共89页 以含铬废水（物）进入土壤，常以三价形式 存在，90%以上被土壤固定，难以迁移。 土壤胶体强烈吸附三价铬，随pH的升高吸

8、附 能力增强。 土壤对Cr(VI)的吸附固定能力低，约8.5- 36.2%，进入土壤的Cr(VI)在土壤有机质的作用下 很容易还原成三价。 铬（铬（Cr)Cr) 第35页/共89页 4Cr(OH)2+ + 3O2 + 2H2O 4CrO42- + 12H+ 铬在作物中难以吸收和转化。 第36页/共89页 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 汞汞(Hg) 第37页/共89页 第38页/共89页 HgCHOCoBHOHHgCoBCH 3122

9、2 2 123 （水合钴氨素） 123122 2 OCoBCHRCoOCoBH FADH 辅酶甲基四氢叶酸还原辅酶 Hg2+（甲烷形成菌） CH3Hg+ CH3-Hg-CH3 生成的甲基汞具有亲脂性，能在生物体内 积累富集，其毒性比无机汞大100倍。烷基汞 中只有甲基、乙基和丙基汞为水俣病的致病性 物质。 第39页/共89页 可溶态的含量很低，主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4铅的难溶盐形式存在。 Pb2+可以置换黏土矿物上的Ca2+，在土壤中很少移动。 铅铅(Pb) 第40页/共89页 第41页/共89页 第42页/共89页 第43页/共89页 第44页/共89页 2 2 x c

10、D t c vs 第45页/共89页 第46页/共89页 n含水4-20%，气态扩散系数 50% 主要影响因素 第47页/共89页 第48页/共89页 第49页/共89页 第50页/共89页 第51页/共89页 第52页/共89页 第53页/共89页 t S x c V x c D t c 0 2 2 D扩散系数， V0平均孔隙水速度， C土壤溶液中农药的浓度， 土壤容量， S吸着于土壤的农药浓度。 第54页/共89页 第55页/共89页 第56页/共89页 第57页/共89页 竞争作用非竞争吸附竞 争吸附 与溶解度相关 第58页/共89页 第59页/共89页 第60页/共89页 有效的抑制作用。 第61页/共89页 第62页/共89页 第63页/共89页 第64页/共89页 第65页/共89页 第66页/共89页 第67页/共89页 定容同时作空白（暗处）。 第68页/共89页 3 23、 有机磷 芳香族有机磷 第69页/共89页 第70页/共89页 第71页/共89页 实 例 第72页/共89页 第73页/共89页 第74页/共89页 第75页/共89