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1、第五节 污染物在土壤-植物体系中的迁移机制,一、土壤-植物系统污染生态学特征及指标 二、土壤-植物系统中重金属的归趋 三、重金属对土壤微生物的毒性,一、土壤-植物系统污染生态学特征及指标,1. 大气沉降输入对土壤植物系统具有越来越重要 的作用。 对农业生态系统的危害越来越大，治理需要长 期性和艰巨性。 2. 土壤植物系统对污染物输入有显著不同的反应。 主要取决于土壤的特性（土壤结构、有机质含 量、pH)和植物的抗性。,3. 土壤-植物系统是一个复杂的生态矩阵。 土壤类型（土壤结构、有机质含量、pH) 植物种类 其他成分（微生物等） 4. 土壤和生态系统的其他分室之间必然的反馈耦合关系。 土壤植
2、物系统并不是孤立的系统，而是相互 作用和耦合的关系。,二、土壤植物系统中重金属的归趋,（一）主要反应,土壤胶体对重金属的吸附 主要因素： 土壤胶体种类和重金属本身的性质有关。 阳离子的价数越大，受吸附力越大。, 如果各阳离子价态相同，则离子半径越大，其 水合半径越小，则吸附力越大。 有机胶体比表面积大。因此吸附容量比无机胶 体大。吸附顺序：Pb2+ Cu2+ Cd 2+ Zn 2+ Hg2+,2. 重金属的配合作用,重金属，与土壤中的无机配位体和有机配位体发生配合作用。,3. 土壤中重金属的沉淀和溶解, 重金属的沉淀和溶解是土壤重金属迁移转化的重 要形式。 pH值是影响土壤重金属迁移转化的重要
3、因素。 - pH值下降时，溶解度增大，有利于迁移。,4. 氧化还原作用,氧化还原电位变化，使水溶性重金属形态发生变化，从而影响重金属迁移。,（二）重金属在土壤植物体系中转移的因素,1.植物种类、生长发育期。 2.土壤种类：pH、土壤质地、土壤氧化还原电位、土壤中腐殖质的含量。 3.重金属的种类、浓度及存在形态。 4.重金属在植物体内的迁移能力。,三、重金属对土壤微生物的毒性,1. 重金属影响土壤酶的活性。 在土壤酶中，磷酸酶、蛋白酶、脲酶、脱氢酶 对重金属污染敏感。 2. 重金属对土壤微生物数量、种群及群落的影响。 敏感性：放线菌细菌真菌。 3. 微生物的种群结构与多样性。 4. 微生物的耐药
4、性和适应性。 发生基因改变、生理适应现象。,第六节 农药在土壤中的迁移转化,一、农药在土壤中的浓度估算 二、农药在土壤环境中的扩散行为 三、非离子型农药与土壤有机质的作用 四、农药对土壤微生物的生态效应 五、农药残留,一、农药在土壤中的浓度估算,1. 农药以颗粒形式施入土壤,表观最大量/单 次 用 量,施用间隔生物降解时间,n: 施用频率,计算方法：,农药与土壤充分混合时，表面土层中农药量 Dossuf =Fmix Dosmax 农药不与土壤混合时，表面土层中农药量 Dossuf =Fnot mix Dosmax Dosmax 表观最大剂量，a. i.，kg/hm2 Fmix 与土壤混合因子F
5、mix=0.01 Fnot mix 与土壤不混合因子Fnot mix = 1.0 Dossuf 土壤表面颗粒剂量， a. i.，kg/hm2,2. 农药以种子处理剂进入土壤,3. 农药喷施被作物截获和散落到土壤 表6-23,作物截获的量： Dosint=DosmaxPint/100 散落到土壤的量： Dossoil=DosmaxPsoil/100 土壤表层中农药的分布： Dossoil106 HsoilBd104,Dosmax 表观最大剂量，a. i.，kg/hm2 Pint 作物截取农药比例，%； Psoil 落入土壤中的农药比例，%； Hsoil 土壤厚度，m，取0.05 Bd 土壤容量，
6、kg/m3,取1400。,PIEC =, 扩散 由于分子不规则运动，使分子发生转移的过程。 质体流动 由水和土壤颗粒作用引起的物质流动。,二、农药在土壤环境中的扩散行为,农药在土壤中以蒸汽和非蒸汽的形式迁移，主要通过扩散和质体流动两个过程。,水体,农药在自然界中的迁移,农药在土壤中行为的影响因素：, 农药本身的物理性质,结构及化学性质：影响吸附、移动和化学反应性能,物理性质,蒸汽压：影响挥发性,水溶解度：影响吸附性，移动性，富集性,分散系数：影响水相及有机相间分配和生物 体内的蓄积能力, 土壤性质,土壤结构：影响扩散、挥发,黏土含量：影响吸附,金属离子含量：影响非生化反应速率,影响吸附,影响微
7、生物的种类和数量,有机物含量,间接影响生化降解,H值：影响化学速度和微生物降解,离子交换容量：影响淋溶过程,微生物种类、数量：影响微生物降解,温度、湿度：影响化学降解和生物降解,日照情况：影响光化学分解,耕作方式：影响土壤结构，间接影响挥发、扩散,作物种：影响因作物吸收造成的消失速度,灌水与否：影响光分解与生物降解, 环境性质,（一）吸附 农药在土壤中的吸附作用，通常遵循Freundlich（弗兰德利希）、Langmuir（朗格谬尔）和BET（p.51)吸附等温式。,土壤对农药的吸附机制,（1）离子交换 （2）配位体交换 （3）范德华力 （4）疏水性结合 （5）氢键结合,（二）降解,1. 微生
8、物降解,土壤中DDT含量200mg/kg Fe2+存在和温度为35时28天之内DDT几乎全部分解。,2.水解反应,除草剂,氢键结合,3. 光化学降解,农药吸收光之后，可能发生异构化作用、取代作用和裂解作用。,光解速率： 有机磷农药 氨基甲酸酯类农药 三均氮类农药有机氯农药 拟除虫菊酯类农药,光降解产物也可能毒性更强。,有机磷农药,三、非离子型农药与土壤有机质的作用,（一）非离子型有机物在土壤-水体系的分配作用,特征： 在水-沉积物/土壤体系中，非离子型有机化合物 的吸附等温线几乎都是线性的（图）。 多溶质并存时，不存在竞争吸附。 非离子型农药在土壤有机质-水体系的分配系数 随其水中溶解度减少而
9、增大（图）。 吸附时放出的吸附热很小。,（二）土壤湿度对分配过程的影响,干土壤时，使狄氏剂和六六六大量吸附在土壤中； 土壤潮湿时，由于水分子的竞争作用，土壤中农药的吸附量减少。,不同水分含量,水和氯苯类,四、农药对土壤微生物的生态效应,（一）农药的类型,（二）农药对土壤微生物的影响 土壤微生物对农药有降解作用。 杀虫剂对土壤微生物种群数量只有很小的影响。,（三）农药对分解过程的影响 植物残体和土壤有机质的分解是土壤中养分循环的关键过程。农药能减缓多种植物残体分解。,百草枯：除草剂，1,1二甲基 4,4二氯二吡啶 镇草宁：除草剂，通用名为草甘膦,（四）农药对氮生物化学过程的影响 1. 氨化作用与
10、硝化作用 2. 反硝化作用 3. 固氮作用 4. 呼吸作用,（五）土壤微生物活性与土壤酶 每年每公顷，施用4kg除草剂莠灭净，对磷酸酶、-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性降低50%以上。,（六）农药的长期生态效应 对土壤微生物数量几乎没有持久影响。,（七）农药的作用机理与生态效应关系 有些微生物对农药敏感，有些不太敏感。除草剂作用于叶绿体，因此对植物的毒性远高于微生物的毒性。,五、农药残留,R = C0e-kt R 农药残留量，mg/kg； C0 农药初始浓度，mg/kg； k 衰减常数； t 农药施用后时间。,农药的发展方向,（1）高效：对防治对象毒性要高，或对它们特有 的酶系统要起抑制作用。
11、（2）低毒：对非目标物无持续影响 （3）无药害：对农作物不产生药害 （4）无残毒：对环境无残毒、易被日光或微生物 分解。,第七节 土壤的自净作用与污染防治的非生物方法,一、土壤的自净作用 自净作用：污染物进入土壤之后，发生物理、化 学、生物学变化，促使污染物分解或 消失。 自净因素：过滤、吸附、光降解、化学降解和生 物降解。,二、土壤的污染防治方法 沉降法：将污染灌溉水引入沉降池。 稀释法：将污染灌溉水稀释到无害程度。 铺垫客土法：污染土壤上层铺垫一层非污染土壤 排土法：将污染土壤移去用作其它用途。 混层法：将土壤翻耕混合掺稀。 土壤改良法：用化学法进行改良。,第八节 土壤污染的微生物修复技术
12、,一、原位生物修复（in situ bioremediation) 污染对象不需移动，处理费用低，但处理过程 控制比较难。 生物通风法 生物搅拌法 泵出处理法,原位生物修复操作: 环境条件的改善或修饰 提供营养物质或通气等。 接种合适的微生物以降解污染物。 - 环境中原有的微生物，称为土著微生物。 - 从环境中筛选的微生物。 - 基因工程菌。 种植植物，以吸收或降解污染物。 植物种类可以是自然生存的，也可以是通过基因工程改造的。,二、异位生物修复(ex situ bioremediation) 将污染物转移到污染现场之外，再进行处理。 处理过程容易控制，但移动费用较大，需要生物 反应器。,（一）固相处理法 土地填埋、制备床法、堆腐法、土地耕作法。 （二）生物泥浆反应器法 加入驯化的微生物菌种。,异位生物修复特点： 涉及各种生物反应器的利用。 生物反应器的制造及控制系统的设置增加了费用。但对难以处理的污染物，异位生物处理是不可替代的选择。 - 某些有毒化合物 - 挥发性污染物 - 浓度较高的污染物的处理,