土壤重金属
总的来说,工业化程度越高的地区污染越严重,市区 高于远郊和农村,地表高于地下,污染区污染时间越长重 金属积累就越多。
二、重金属在土壤环境中的迁移转化
1、影响重金属在土壤中归趋的主要因素:
(1) 土壤胶体对重金属的吸附
土壤胶体对金属离子的吸附能力与金属离子的性质及胶体 种类有关。
金属阳离子价态越高,水合半径越小,越容易被土壤胶体 表面所吸附。有机胶体对金属离子的吸附顺序是:Pb2十 >Cu2十>Cd2十>Zn2十>Hg2十。
有机肢体属无定形胶体,比表面积大,因此其吸附容量比 无机胶体大。Байду номын сангаас
(2) 重金属的配合作用
土壤中的重金属可与土壤中的各种无机配位体和有机配位 体发生配合作用。重金属的这种配合作用,可提高难溶重 金属化合物的溶解度,同时减弱土壤胶体对重金属的吸附, 因而影响重金属在土壤中的迁移转化。
(3) 土壤中重金的沉淀和溶解
AT=Q+QK+QK2+······+QKn 而n年内的污染物残留总量RT(不含当年输入量)则为:
RT=QK+QK2+······+QKn
三、土壤重金属污染的生态危害
以各种化学状态或形态存在的重金属,在进入环境或生态系 统后就会存留、积累和迁移,从而造成各种生态环境危害。
污染土壤中的重金属通过作物根部的吸收进入作物体内,蓄 积到一定程度后会对作物产生毒害。
四、土壤修复技术
1、工程物理法 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。深耕翻土用于轻度污染的土壤,而客土和 换土则是用于重污染区的常见方法。 淋洗法
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。 电动力学法
2、重金属在土壤—植物体系中的累积和迁移
一般来说,进入土壤的重金属,大都停留在它们首先与土壤 接触部位的几厘米之内,可以通过植物根系的的摄取并迁移至 植物体内,也可向土壤下层移动。 (1) 砷
通常砷集中在表土层10cm内,只有在某些情况下可淋洗至 较深土层,如施磷肥可增加砷的移动性。
植物在生长过程中,可从外界环境吸收砷,并且有机态砷被 植物吸收后,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,砷主要角中在生长旺盛 的器官。不同含砷量小区栽培试验表明,作曲根、茎叶、籽类 含砷员差异很大,如水稻台砷量分布顺序易用根>茎叶>谷壳 >糙米,呈现自下而上递降的变化规律。
污染土壤的铜主要在表层累积,井沿土壤的纵深垂直分 布递减,这是由于进入土壤的铜被表层土壤的粘土矿物持留 ,此外,表层土壤的有机质多与铜结合成整合物,使铜不易 向下层移动。
(6) 汞 土壤中汞的污染来自工业污染、农业污染及某些自然因素。
汞的天然释放是土壤中汞的重要来源,农业污染大部分是有机 汞农药污染,工业污染主要是含汞废水、废气、废渣排被而污 染土壤。
(4) 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。
(5) 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。
(6) 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(如河流等)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。
土壤重金属
目录
一、土壤重金属的污染 二、重金属在土壤环境中的迁移转化 三、土壤重金属污染的生态危害 四、土壤修复技术
一、土壤重金属的污染
土壤重金属污染:当进入土壤的重金属元素积累的浓度超 过了作物需要和可忍受程度,而表现出受毒害的症状或作 物生长并未受害,但产品中某种重金屈含量超过标准,造 成对人畜的危害时,才能认为土壤被重金属污染。 1、土壤重金属的来源
土壤本身均合有一定量的重金属元素,其中很多是作 物生长所需要的微量营养元素如Mn、Cu、Zn等。污染土 壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和 类金属砷(As)等生物毒性显著元紊及有一定毒性的锌(Zn)、 铜(Cu)、镍(Ni)等元属。
(1) 大气中重金属沉降
大气中的重金属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 们主要分布在工矿的周围和公路、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。污染 程度随着距城市距离的增大而降低,城市>郊区>农村。
(2) 农药、化肥和塑料薄膜使用
施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥, 都可以导致土壤中重金属的污染。 农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb,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。
(3) 污水灌溉 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 入土壤。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。
二是生态修复,通过调节诸如土壤水分、土壤养分、土壤 pH值和土壤氧化还原状况及气温、湿度等生态因子,实现 对污染物所处环境介质的调控。
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(2) 镉 废水中的镉可被土壤吸附,一般在0一15cm加的土壤
表层累积,15 cm以下含量显著减少。镉在植物各部分的分 布基本上是:根>叶>枝的杆皮>花、果、籽粒。 (3) 铬
铬是人类和动物的必需元素,但高浓度时对植物有害。 土壤中铬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,土壤胶体 对三价铬有强烈的吸附作用,并随pH的升高而增强。 (4) 铜
土壤重金属被植物吸附和积累后,并通过食物链富集到人和 动物体内,从而危害人畜健康,引发癌症等疾病,如水俣病、骨 痛病等都是典型例证。
此外,土壤受到重金属污染后还可导致其他生态环境问题。 例如,金属含量较高的污染表土易在风力和水力的作用下分别进 入到大气和水体中,导致大气、地表水、地下水污染和生态系统 退化等其他此生生态问题。
CS=M(CiᅳCBi) 式中,M——每亩耕层土壤重,kg;Ci——为i元素的土壤临 界含量,mg·kg-1;GBi——为i元素的土壤背景值,mg·kg-1。 这时现存容量Csp=M(Ci—CBl—Cp)。Cp是土壤中人为污染而
增
②土壤动容量 由于土壤是一个开放的物质体系,这种计算是根据污染物
的残留计算出土壤的环境容量。污染物可以进入土壤,也可 以输出。因此,若假定年输入虽为Q,年输出量为Q',并且 Q>Q’,则残留量为Q-Q’。随着时间的迁移,残留量也 不断地增加,造成积累。残留量(Q-Q')与输入量Q之比,称 之为累积率(K)。若计算几年内土壤污染物累积总量AT(含当 年输入量),则有,
以Cb(OH)2为例,求出离子浓度与pH的关系:
可见,pH下降时,土壤中的重金属镉就会溶解出来,这也是pH降 低时作物容易受害的原因之一。
(4) 氧化还原作用
化还原电位变化,将使土壤溶液中水溶性重金属形态 发生变化,从而影响重金属在土壤中的迁移和对植物的有 效性。
例如,水溶性镉随土壤的氧化还原电位的增大和pH值的 减少而增大,这是由于在低氧化还原条件下镉形成难镕的 CdS,而在较高的氧化还原电位时,可能形成硫酸镉,使 镉对植物的有效性增大。
汞进入上壤后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对汞有强烈的吸附作用,因此汞容 易在表层累积,并沿土壤的纵深垂直分布递减。 (7) 铅
土壤中铅的污染主要来自汽油燃烧、冶炼烟尘以及矿山、 冶炼废水等。在矿山、冶炼厂附近土壤含铅量都比较高。在公 路两旁的植物,铅一般累积在叶和根部,花、果部位含量少。
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。
2、 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。 3、生物修复
生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。 利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。由 于该方法效果好,易于操作,日益受到人们的重视,成为污 染土壤修复研究的热点。
植物修复技术 是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土
壤的技术。根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物 修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种类型。 (耐金属植物或重金属超累计植物) 微生物修复技术
3、土壤环境容量
(1)土壤环境容量:一般将土壤所允许承纳污染物质的最大数量 称为土壤环境容量。 土壤临界容量是确定土壤环境容量的一个很重要的因素,它 在很大程度上决定着土壤的容纳能力。
(2)土壤环境容量的确定 ①土壤静容量:是根据土壤的环境背景位和环境标准的差值来 推算容量的一种简易方法,它是从静止的观点来度量土壤的容 纳能力,可由下式表示:
许多微生物与重金属具有很强的亲合性,能富集多种重 金属。
微生物能够改变金属存在的氧化还原状态,从而降低土 壤中重金属的毒性。 农业生态修复
农业生态修复主要包括两个方面:一是农艺修复措施, 包括改变耕作制度,调整作物品 种,种植不进入食物链的植 物,选择能降低土壤重金属污染的化肥或增施能够固定重金 属的有机肥等措施。
重金属的沉淀和溶解作用是土壤中重金属迁移的重要 形式,可以根据溶度积的一般原理,结合环境条件(如pH、 Eh等)了解其变化规律。