土壤重金属元素与环境质量.ppt

1 1第三篇第三篇 土壤土壤环境境污染与染与净化化第五章第五章 土壤元素背景土壤元素背景值与土壤与土壤环境容量境容量第六章第六章 土壤重金属元素与土壤重金属元素与环境境质量量第七章第七章 土壤有机土壤有机污染物与染物与环境境质量量第八章第八章 土壤放射性物土壤放射性物质与与环境境(自学自学)第九章第九章 土壤退化土壤退化过程与程与环境境质量量(自学自学)第十章第十章 污染土壤的修复染土壤的修复第六章第六章 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第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属第二第二节 重金属重金属污染染对环境境质量的影响量的影响第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用第六章第六章 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第一节 土壤中的重金属土壤中的重金属1.主要内容主要内容土壤重金属土壤重金属污污染及其来源染及其来源土壤中重金属的形土壤中重金属的形态态控制土壤中重金属溶解度的主要反控制土壤中重金属溶解度的主要反应应2.基本概念和知基本概念和知识识点点土壤重金属土壤重金属污污染的定染的定义义、土壤中重金属、土壤中重金属污污染的来源、染的来源、土壤中重金属化合物的土壤中重金属化合物的类类型、型、土壤中重金属化合物土壤中重金属化合物的化学形的化学形态、控制土壤中重金属溶解度的主要反、控制土壤中重金属溶解度的主要反应。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、土壤重金属一、土壤重金属污染及其来源染及其来源(一一)土壤重金属土壤重金属污污染的定染的定义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4.04.0以上以上以上以上约约6060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5.05.0以上的以上的以上的以上的4545种种种种元素。元素。元素。元素。有有有有时时，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性，砷、硒是非金属但是它的毒性及某些性质质与重金属与重金属与重金属与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属相似，所以将砷、硒列入重金属相似，所以将砷、硒列入重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污污染物范染物范染物范染物范围围内。内。内。内。环环境境境境污污染方面所指的重金属主要是指染方面所指的重金属主要是指染方面所指的重金属主要是指染方面所指的重金属主要是指生物毒性生物毒性生物毒性生物毒性显显著著著著的的的的汞汞汞汞、镉镉、铅铅、铬铬以及以及以及以及类类金属金属金属金属砷砷砷砷还还包括具有毒性的重金属包括具有毒性的重金属包括具有毒性的重金属包括具有毒性的重金属锌锌铜铜、钴钴镍镍、锡锡、钒钒等等等等污污染物。染物。染物。染物。土壤重金属土壤重金属污染染是指由于是指由于人人类活活动将重金属将重金属带入土壤，入土壤，致使土壤中重金属含量致使土壤中重金属含量明明显高于高于背景含量、并可能造背景含量、并可能造成成现存的或潜在存的或潜在的土壤的土壤质量退化、生量退化、生态环境境恶化的化的现象。象。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（二）土壤中重金属污染的来源染的来源1 1、成土母、成土母、成土母、成土母质质质质 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、农药农药农药农药、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用4 4、污污污污水灌水灌水灌水灌溉溉溉溉5 5、污污污污泥施肥泥施肥泥施肥泥施肥6 6、含重金属、含重金属、含重金属、含重金属废废废废弃物堆弃物堆弃物堆弃物堆积积积积7 7、金属、金属、金属、金属矿矿矿矿山酸性山酸性山酸性山酸性废废废废水水水水污污污污染染染染一一 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（二）土壤中重金属污染的来源染的来源 1 1、成土母、成土母、成土母、成土母质质质质成土母成土母成土母成土母质质本身含有重金属，不同的母本身含有重金属，不同的母本身含有重金属，不同的母本身含有重金属，不同的母质质、成土、成土、成土、成土过过程所形程所形程所形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、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主要来源于工主要来源于工主要来源于工业业生生生生产产，汽，汽，汽，汽车车尾气排放及汽尾气排放及汽尾气排放及汽尾气排放及汽车轮车轮胎磨胎磨胎磨胎磨损产损产生的生的生的生的大量含重金属的有害气体和粉大量含重金属的有害气体和粉大量含重金属的有害气体和粉大量含重金属的有害气体和粉尘尘等：它等：它等：它等：它们们主要分布在工路的主要分布在工路的主要分布在工路的主要分布在工路的周周周周围围和公路、和公路、和公路、和公路、铁铁路的两路的两路的两路的两侧侧；大气中的大多数重金属是；大气中的大多数重金属是；大气中的大多数重金属是；大气中的大多数重金属是经经自然自然自然自然沉降和雨淋沉降沉降和雨淋沉降沉降和雨淋沉降沉降和雨淋沉降进进入土壤的。入土壤的。入土壤的。入土壤的。公路、公路、公路、公路、铁铁路两路两路两路两侧侧土壤中的重金属土壤中的重金属土壤中的重金属土壤中的重金属污污染。染。染。染。主要是主要是主要是主要是PbPb、ZnZn、CdCd、CrCr、CoCo、CuCu的的的的污污污污染染染染为为为为主，它主，它主，它主，它们们们们成成成成条条条条带带状分布状分布状分布状分布。以公路、。以公路、。以公路、。以公路、铁铁路路路路为轴为轴向两向两向两向两侧侧重金属重金属重金属重金属污污染染染染强强度逐度逐度逐度逐渐渐减减减减弱；随着弱；随着弱；随着弱；随着时间时间的推移。公路、的推移。公路、的推移。公路、的推移。公路、铁铁路土壤重金属路土壤重金属路土壤重金属路土壤重金属污污染具有很染具有很染具有很染具有很强强的的的的叠加性叠加性叠加性叠加性。（二）土壤中重金属（二）土壤中重金属污染的来源染的来源 3 3、农药农药农药农药、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用、化肥和塑料薄膜使用施用含有施用含有施用含有施用含有铅铅、汞、汞、汞、汞、铜铜、砷等的、砷等的、砷等的、砷等的农药农药和不合理地施和不合理地施和不合理地施和不合理地施用化肥，都可以用化肥，都可以用化肥，都可以用化肥，都可以导导致土壤中重金属的致土壤中重金属的致土壤中重金属的致土壤中重金属的污污染。一般染。一般染。一般染。一般过过磷酸磷酸磷酸磷酸盐盐中含有中含有中含有中含有较较多的重金属多的重金属多的重金属多的重金属HgHg、CdCd、AsAs、ZnZn、PbPb，氮肥，氮肥，氮肥，氮肥和和和和钾钾钾钾肥含量肥含量肥含量肥含量较较较较低。低。低。低。农农田塑料薄膜生田塑料薄膜生田塑料薄膜生田塑料薄膜生产应产应用的用的用的用的热稳热稳定定定定剂剂中含有中含有中含有中含有CdCd、PbPb在大量使用塑料大棚和地膜在大量使用塑料大棚和地膜在大量使用塑料大棚和地膜在大量使用塑料大棚和地膜过过过过程中都可以造成土程中都可以造成土程中都可以造成土程中都可以造成土壤重金属的壤重金属的壤重金属的壤重金属的污污污污染。染。染。染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染国家国家国家国家含量范含量范含量范含量范围围（mg/kgmg/kg）中国中国中国中国0.10.12.92.9美国美国美国美国7.77.715.615.6加拿大加拿大加拿大加拿大2.12.19.39.3澳大利澳大利澳大利澳大利亚亚1818 91 91瑞典瑞典瑞典瑞典2 23 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（二）土壤中重金属（二）土壤中重金属污染的来源染的来源 4 4、污污污污水灌水灌水灌水灌溉溉溉溉 污污污污水灌水灌水灌水灌溉溉溉溉一般指使用一般指使用一般指使用一般指使用经过经过经过经过一定一定一定一定处处处处理的城市理的城市理的城市理的城市污污污污水灌水灌水灌水灌溉农溉农溉农溉农田、森林和草地。田、森林和草地。田、森林和草地。田、森林和草地。城市城市城市城市污污水包括生活水包括生活水包括生活水包括生活污污水、商水、商水、商水、商业污业污水和工水和工水和工水和工业废业废水水水水。由于城市工由于城市工由于城市工由于城市工业业业业化的迅速化的迅速化的迅速化的迅速发发发发展，大量的工展，大量的工展，大量的工展，大量的工业废业废业废业废水涌入河道、使城水涌入河道、使城水涌入河道、使城水涌入河道、使城市市市市污污污污水中含有的水中含有的水中含有的水中含有的许许许许多重金属离子，随着多重金属离子，随着多重金属离子，随着多重金属离子，随着污污污污水灌水灌水灌水灌溉溉溉溉而而而而进进进进入土壤。入土壤。入土壤。入土壤。在分布上、往往是靠近在分布上、往往是靠近在分布上、往往是靠近在分布上、往往是靠近污污污污染源染源染源染源头头头头和城市工和城市工和城市工和城市工业业业业区土壤区土壤区土壤区土壤污污污污染染染染严严严严重、重、重、重、远远远远离离离离污污污污染源染源染源染源头头头头和城市工和城市工和城市工和城市工业业业业区、土壤几乎不区、土壤几乎不区、土壤几乎不区、土壤几乎不污污污污染。染。染。染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染污水灌溉5年后土壤中测出的重金属形态%of Elements in each form%of Elements in each formFormsForms Cd Cr Cu Ni Pb ZnCd Cr Cu Ni Pb ZnExchangeable/adsorbed 1 1 2 5 1 2Exchangeable/adsorbed 1 1 2 5 1 2Organically bound 20 5 34 24 3 28Organically bound 20 5 34 24 3 28Carbonate/iron oxides 64 19 36 33 85 39Carbonate/iron oxides 64 19 36 33 85 39residual*16 77 29 40 12 31residual*16 77 29 40 12 31*sulfides and other very insoulble formssulfides and other very insoulble forms（二）土壤中重金属（二）土壤中重金属污染的来源染的来源 5 5、污污污污泥施肥泥施肥泥施肥泥施肥污污泥中含有大量的有机泥中含有大量的有机泥中含有大量的有机泥中含有大量的有机质质和氮、磷、和氮、磷、和氮、磷、和氮、磷、钾钾等等等等营营养元素、但养元素、但养元素、但养元素、但同同同同时污时污泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政泥中也含有大量的重金属，随着大量的市政污污泥泥泥泥进进入入入入农农田、使田、使田、使田、使农农田中的重金属的含量在不断增高，田中的重金属的含量在不断增高，田中的重金属的含量在不断增高，田中的重金属的含量在不断增高，污污泥施肥可泥施肥可泥施肥可泥施肥可导导致土壤中致土壤中致土壤中致土壤中CdCd、HgHg、CrCr、CuCuZnZn、NiNi、PbPb含量的增加、且含量的增加、且含量的增加、且含量的增加、且污污污污泥施用越多，泥施用越多，泥施用越多，泥施用越多，污污污污染就越染就越染就越染就越严严严严重。重。重。重。6 6、含重金属、含重金属、含重金属、含重金属废废废废弃物堆弃物堆弃物堆弃物堆积积积积含重金属含重金属含重金属含重金属废废弃物种弃物种弃物种弃物种类类繁多、不同种繁多、不同种繁多、不同种繁多、不同种类类其危害方式和其危害方式和其危害方式和其危害方式和污污染染染染程度都不一程度都不一程度都不一程度都不一样样。污污染的范染的范染的范染的范围围一般以一般以一般以一般以废废弃堆弃堆弃堆弃堆为为中心向四周中心向四周中心向四周中心向四周扩扩散。散。散。散。7 7、金属、金属、金属、金属矿矿矿矿山酸性山酸性山酸性山酸性废废废废水水水水污污污污染染染染金属金属金属金属矿矿山的开采、冶山的开采、冶山的开采、冶山的开采、冶炼炼、重金属尾、重金属尾、重金属尾、重金属尾矿矿、冶、冶、冶、冶炼废炼废渣和渣和渣和渣和矿矿渣渣渣渣堆放等可以被酸溶出含重金属离子的堆放等可以被酸溶出含重金属离子的堆放等可以被酸溶出含重金属离子的堆放等可以被酸溶出含重金属离子的矿矿山酸性山酸性山酸性山酸性废废水、随着水、随着水、随着水、随着矿矿山排水和降雨使之山排水和降雨使之山排水和降雨使之山排水和降雨使之带带入水入水入水入水环环境境境境(如河流等如河流等如河流等如河流等)或直接或直接或直接或直接进进进进入土壤，入土壤，入土壤，入土壤，都可以都可以都可以都可以间间间间接或直接地造成土壤重金属接或直接地造成土壤重金属接或直接地造成土壤重金属接或直接地造成土壤重金属污污污污染。染。染。染。一一 重金属概念及其污染重金属概念及其污染施用垃圾对土壤、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（吕）的影响（吕春元等）春元等）处理处理处理处理CdCdHgHgCrCrPbPbZnZn施垃圾肥土施垃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 80.00.001010.180.1819.019.0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、土壤中重金属的形二、土壤中重金属的形态（一）土壤中重金属化合物的（一）土壤中重金属化合物的类型型污染重金属化合物的染重金属化合物的类型即型即矿物的物的类型型。对其生其生态效效应有着明有着明显的影响，当土壤中所含化合物的影响，当土壤中所含化合物类型型不同不同时，由于，由于这些化合物本身性些化合物本身性质差异和土壤交互作用的差异和土壤交互作用的不同，因而不同，因而产生的生物效生的生物效应也是不同的。也是不同的。（二）土壤中重金属化合物的化学形（二）土壤中重金属化合物的化学形态土土土土壤壤壤壤溶溶溶溶液液液液中中中中或或或或可可可可用用用用水水水水提提提提取取取取的的的的金金金金属属属属离离离离子子子子或或或或分分分分子子子子(主要是离子主要是离子主要是离子主要是离子态态)。吸附于胶体表面可吸附于胶体表面可吸附于胶体表面可吸附于胶体表面可为为其它离子交其它离子交其它离子交其它离子交换换出来的金出来的金出来的金出来的金属离子。属离子。属离子。属离子。土土土土壤壤壤壤中中中中重重重重金金金金属属属属化化化化合合合合物物物物的的的的化化化化学学学学形形形形态态水溶态水溶态交换态交换态碳酸盐碳酸盐结合态结合态有机态有机态铁锰氧铁锰氧化物结化物结合态合态残留态残留态残留态残留态石灰性土壤比石灰性土壤比石灰性土壤比石灰性土壤比较较常常常常见见。重重重重金金金金属属属属通通通通过过化化化化学学学学键键与与与与土土土土壤壤壤壤有有有有机机机机质质中中中中呈呈呈呈络络合合合合或或或或吸附吸附吸附吸附态态。属于。属于。属于。属于转转性吸附。性吸附。性吸附。性吸附。主要是主要是主要是主要是亲铁亲铁元素元素元素元素(Mo),(Mo),常与常与常与常与铁铁共存，当共存，当共存，当共存，当铁铁从原从原从原从原生生生生矿矿物中物中物中物中风风化化化化释释放出来，形成非晶形含水氧化放出来，形成非晶形含水氧化放出来，形成非晶形含水氧化放出来，形成非晶形含水氧化铁铁，逐，逐，逐，逐渐结渐结晶晶晶晶时时，便被包裹在氧化，便被包裹在氧化，便被包裹在氧化，便被包裹在氧化铁铁的的的的结结晶里。晶里。晶里。晶里。只有包膜破坏后才能只有包膜破坏后才能只有包膜破坏后才能只有包膜破坏后才能释释放，故近于放，故近于放，故近于放，故近于矿矿物物物物态态。结结合于土壤硅合于土壤硅合于土壤硅合于土壤硅铝铝酸酸酸酸盐盐固体固体固体固体矿矿物晶格中的金属离物晶格中的金属离物晶格中的金属离物晶格中的金属离子，不能被其它离子交子，不能被其它离子交子，不能被其它离子交子，不能被其它离子交换换出来的微量元素。在出来的微量元素。在出来的微量元素。在出来的微量元素。在酸性条件下，多数酸性条件下，多数酸性条件下，多数酸性条件下，多数矿矿物溶解度增大。物溶解度增大。物溶解度增大。物溶解度增大。Tessier重金属形重金属形态分析分析(五步五步连续萃取法萃取法)重金属形重金属形态提取提取剂操作条件操作条件可交可交换态1molL MgCl2（稀氨水和稀稀氨水和稀盐酸酸调pH7.0）室温振室温振荡萃取萃取1h 碳碳结合合态 1molL CH3COONa（CH3COOH调pH5.0）室温振室温振荡萃取萃取6h铁锰氧化物氧化物结合合态 0.04molL RNH2OHHCl 溶液溶液（25%（v/v）CH3COOH，调pH2.0）水浴保温水浴保温963，间歇歇搅拌，萃拌，萃取取6 h 有机物有机物结合合态 0.02 molLHNO3和和30%H2O2，调pH2.0）水浴水浴852，间歇歇搅拌萃取拌萃取3h；CH3COONH4防防止再吸附止再吸附继续振振荡30 min。残渣残渣 HF-HClO4土壤消化土壤消化第六章第六章 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三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交（一）离子交换（二）吸附反（二）吸附反应（三）核晶（三）核晶过程、沉淀作用和固溶体程、沉淀作用和固溶体（四）氧化（四）氧化还原作用原作用（五）有机（五）有机质对金属离子的吸附与配位反金属离子的吸附与配位反应三、控制土壤中重金属溶解度的主要反三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交（一）离子交换指重金属离子通指重金属离子通过与土壤表面与土壤表面电荷之荷之间的的静静电作用作用而被土壤吸附。在吸附而被土壤吸附。在吸附过程中，胶体每吸附一部分程中，胶体每吸附一部分阳离子，同阳离子，同时也放出等当量的其他阳离子。所以也放出等当量的其他阳离子。所以这种吸附叫做离子交种吸附叫做离子交换吸附。（非吸附。（非专性吸附）性吸附）1、阳离子交、阳离子交换吸附具有的特征：吸附具有的特征：阳离子吸附是一种可逆反阳离子吸附是一种可逆反应，而且迅速地达到可逆，而且迅速地达到可逆平衡，向任何一方的反平衡，向任何一方的反应都不可能都不可能进行到底。行到底。离子的交离子的交换作用是以当量关系作用是以当量关系进行的。行的。离子交离子交换作用不受温度的影响，并且在酸碱条件下作用不受温度的影响，并且在酸碱条件下均可均可进行。行。三、控制土壤中重金属溶解度的主要反三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（一）离子交（一）离子交换2、影响吸附、影响吸附亲合力的因素：合力的因素：电荷与水化作用的影响荷与水化作用的影响 随着随着电价增高，阳离子的吸附价增高，阳离子的吸附亲合力愈合力愈强：M+M2+M3+随着水化阳离子半径的减少，随着水化阳离子半径的减少，产生生较高的高的电荷密度荷密度：Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs2+Rb+K+Na+Li+Al3+H+三、控制土壤中重金属溶解度的主要反三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（二）（二）专性吸附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物理吸附是指吸附质和吸附和吸附剂通通过弱的原子和分弱的原子和分子子间相互作用力而粘附。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同溶液同溶液浓度之度之间的的关系称关系称为等温吸附等温吸附规律，表达律，表达这一关系的数学式一关系的数学式称称为吸附等温式。吸附等温式。Freundlich等温吸附式：等温吸附式：logQ=logK+1/nlogC Langmuir单分子分子层吸附理吸附理论与吸附等温式与吸附等温式 KaC(1-)=Kb 三、控制土壤中重金属溶解度的主要反三、控制土壤中重金属溶解度的主要反应（二）（二）专性吸附性吸附化学吸附又叫化学吸附又叫专性吸附，指重金属离子通性吸附，指重金属离子通过与土壤与土壤中金属氧化物表面的中金属氧化物表面的-OH、-OH2等配位基或有机等配位基或有机质配位而配位而结合在土壤表面。合在土壤表面。吸附条件吸附条件水合氧化物（水合氧化物（FeOOH，Fe2O3）配位体的交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重金属离子影响大：重金属形成水合离子更容易易发生生专性吸附，性吸附，Cd2+M1+M2(synergism)MM1+M2 拮杭作用拮杭作用拮杭作用拮杭作用(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)M=M1+M2(1-M1)M=M1+M2(1-M1)；M=1-M=1-（1-M11-M1）(1-M2)(1-M2)如下如下如下如下图图所示：所示：所示：所示：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第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)复合复合污染的分染的分类按按污染物来源染物来源：1)同源复合同源复合污染染它是由它是由处于同一于同一环境介境介质(大气、水体大气、水体或土壤或土壤)中的多种中的多种污染染韧所形成的复合所形成的复合污染。染。根据所根据所处的的环境介境介质的不同可的不同可进一步分一步分为大气复合大气复合污染型，水染型，水体复合体复合污染型和土壤复合染型和土壤复合污染型。染型。同源复合同源复合污染染类型型是目前复是目前复合合污染研究的重点。染研究的重点。2)异源复合异源复合污染染由不同由不同环境介境介质来源的同一来源的同一污染物或不染物或不同同污染物所形成的复合染物所形成的复合污染染现象。象。它可它可进一步分一步分为大气大气-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-水水体复合型，大气体复合型，大气-土壤土壤-水体复合型。水体复合型。第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)复合复合污染的分染的分类按按污染物染物类型：型：1)有机复合有机复合污染染由由2种或种或2种以上有机种以上有机污染物共存所形成。染物共存所形成。目前研究目前研究较多的是多的是2种种农药之之间的复合的复合污染。染。2)无机复合无机复合污染染2种或种或2种以上无机种以上无机污染物同染物同时作用所形成作用所形成的的环境境污染染现象。象。重金属元素之重金属元素之间的复合的复合污染染是当前无机复是当前无机复合合污染研究的重点。染研究的重点。3)有机有机-天机复合天机复合污染染有机有机污染物和无机染物和无机污染物在同一染物在同一环境中同境中同时存在所形成的存在所形成的环境境污染染现象。目前研究象。目前研究较多的是重多的是重金属与金属与农药、石油、石油烃、洗、洗涤剂之之间的复合的复合污染。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第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)复合复合污染的分析染的分析多元回多元回归分析法分析法该方法目前广泛采用。方法目前广泛采用。主要研究在若干种共存的主要研究在若干种共存的污染重金属元素的各种存在形染重金属元素的各种存在形态(有效有效态、全量或其它形、全量或其它形态)与作物某些指与作物某些指标(产量、生物量等量、生物量等)之之间存在的相关关系。存在的相关关系。第六章第六章 土壤重金属元素与土壤重金属元素与环境境质量量第六章第六章 土壤重金属元素与土壤重金属元素与环境境质量量第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)影响复合影响复合污染物交互作用的因子染物交互作用的因子1、生物因子、生物因子复合复合污染物的生理生染物的生理生态效效应受生物种受生物种类、作用部位、生物、作用部位、生物营养状况以养状况以及生物年及生物年龄和性和性别等因素的影响。等因素的影响。2、污染物因子染物因子污染物因子包括染物因子包括污染物种染物种类、污染物化学染物化学结构与性构与性质、处理方式、理方式、污染物染物浓度、度、污染物之染物之间浓度比等。度比等。Carlson发现Pb和和Cd对植物生植物生长的影响随的影响随浓度度而而变化，低化，低浓度度时为加和加和作用，高作用，高浓度度时为协同同作用；作用；而而Pietilainen(1975)的研究的研究则表明表明Pb和和Cd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度比有关，当有关，当Pbcd1，它，它们对浮游植物初浮游植物初级生生产力的影响力的影响为拮抗拮抗作作用；当用；当PbCd1，则为协同同作用。作用。Cd和和Se相互作用也表相互作用也表现出出类似的特点。似的特点。3、环境因子境因子环境因子主要包括温度、湿度、光照、境因子主要包括温度、湿度、光照、pH、有机物含量、土壤条件、有机物含量、土壤条件(包包括括pH，CEC，Eh等等)。第六章第六章 土壤重金属元素与土壤重金属元素与环境境质量量第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)复合复合污染机理染机理1、竞争争结合位点合位点物理化学性物理化学性质相近的各种相近的各种污染物由于作用方式和途径相似，染物由于作用方式和途径相似，因而在生因而在生态介介质(土壤、水体土壤、水体)、代、代谢系系统及及细胞表面胞表面结合位点合位点的的竞争必然会影响争必然会影响这些些污染物共存染物共存时的相互作用的相互作用2、影响、影响酶的活性的活性通通过改改变与代与代谢污染物有关的染物有关的酶的活性，影响的活性，影响污染物在生物体内的染物在生物体内的扩散、散、转化和代化和代谢方式，从而可以方式，从而可以影响影响污染物在生物体内的行染物在生物体内的行为和毒性和毒性3、干、干扰正常生理正常生理过程程复合复合污染通染通过干干扰生物体的正常生理活生物体的正常生理活动和改和改变有关生理有关生理生化生化过程而程而发生相互作用。如氨基酸、可溶性蛋白的生相互作用。如氨基酸、可溶性蛋白的变化。化。第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)复合复合污染机理染机理4、改、改变细胞胞结构与功能构与功能复合复合污染可以引起各种将生物体或有关内含物染可以引起各种将生物体或有关内含物与外界与外界环境隔离开的生物学屏障在境隔离开的生物学屏障在结构和功能上的构和功能上的扰动，从而改，从而改变其透性及主其透性及主动、被、被动转运能力运能力5、螯合（或、螯合（或络合合)作用及沉淀作用作用及沉淀作用螯合螯合(或或络合合)作用可改作用可改变污染物的形染物的形态分布和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、干、干扰生物大分子的生物大分子的结构与功能构与功能有毒化学物有毒化学物质通通过抑制生物大分子的合成与代抑制生物大分子的合成与代谢，干，干扰基因的基因的扩增和表达，增和表达，对DNA造成造成损伤或使之断裂并影响其修或使之断裂并影响其修复，与复，与DNA生成化学加合物等途径生成化学加合物等途径对生物体形成毒性也是复生物体形成毒性也是复合合污染的重要机理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第六章第六章 土壤重金属元素与土壤重金属元素与环境境质量量第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)有机有机污染物染物-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）有机）有机污染物染物-重金属在土壤中重金属在土壤中吸附行吸附行为的交互作用；的交互作用；2）有机）有机污染物染物-重金属在土壤中重金属在土壤中化学作用化学作用过程程的交互作用；的交互作用；3）有机）有机污染物染物-重金属在土壤中重金属在土壤中微生物微生物过程程的交互作用。的交互作用。第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)有机有机污染物染物-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、吸附行、吸附行为的交互作用的交互作用有机有机污染物在土壤中的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腐殖质部分。部分。土壤中有机土壤中有机质的碳的碳链结构所构成的憎水微构所构成的憎水微环境、境、对有机有机污染物染物质的的吸附吸附起着非常重要的作用，有机化合物通起着非常重要的作用，有机化合物通过在在这些些憎水微憎水微环境与水界面上的分配而被吸附在土壤表面。境与水界面上的分配而被吸附在土壤表面。疏水性的有机疏水性的有机污染物在土壤中的吸附系数往往与土壤中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，可是的含量相关，可是对于疏水性于疏水性较差的极性有机差的极性有机污染物，染物，例如例如许多极性多极性农药它它们在土壤中的吸附系数在土壤中的吸附系数较之硫水性之硫水性强的有机的有机污染物要小得多，染物要小得多，这些物些物质往往通往往通过在土壤或粘土在土壤或粘土矿物物表面表面发生生静静电作用作用以及形成以及形成氢键等方式等方式产生一定量的吸附。生一定量的吸附。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第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)有机有机污染物染物-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、化学、化学过程的交互作用程的交互作用从化学角度来考从化学角度来考虑重金属重金属-有机有机污染物在土壤中的交染物在土壤中的交互作用互作用过程主要包括程主要包括络合、氧化合、氧化还原以及沉淀原以及沉淀等等这些些过程的程的发生生对其在土壤中的交互作用有非常重要的其在土壤中的交互作用有非常重要的影响。影响。有机有机污染物通常与重金属共存，其直接的染物通常与重金属共存，其直接的结果就是可能果就是可能形成形成重金属重金属-有机有机络合物合物这些些络合物将合物将显著改著改变重金属以及重金属以及有机有机污染物在土壤中的物理化学行染物在土壤中的物理化学行为，从而使得土壤表面，从而使得土壤表面对重金属的保持能力、水溶性、生物有效性等重金属的保持能力、水溶性、生物有效性等发生一系列的影生一系列的影响。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 第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)有机有机污染物染物-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、化学、化学过程的交互作用程的交互作用另外，一些重金属另外，一些重金属还能与有机能与有机污染物作用而染物作用而导致有机化致有机化例如，汞、例如，汞、锡等可与有机等可与有机污染物染物发生作用而生成毒性更生作用而生成毒性更大的金属有机化合物大的金属有机化合物(甲基汞、三甲基甲基汞、三甲基锡等等)。重金属六价重金属六价铬、五价砷、五价、五价砷、五价锰等和有机等和有机污染物染物(例如例如苯酚苯酚类、苯胺、苯胺类)在土壤中共存在土壤中共存时，在一定条件下它，在一定条件下它们之之间将将会会发生生氧化氧化还原反原反应；同；同时土壤中含有非常丰富的金属氧化土壤中含有非常丰富的金属氧化物物(例如：氧化例如：氧化铁、氧化、氧化锰及氧化及氧化铝)、这些金属氧化物些金属氧化物还能能对这些氧化些氧化还原反原反应起催化作用。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金属元素与环境质量第三第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用(复合复合污染染)有机有机污染物染物-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、土壤微生物学、土壤微生物学过程的交互作用程的交互作用有机有机污染物染物-重金属复合重金属复合污染染对土壤生物学土壤生物学过程的作用主程的作用主要是通要是通过影响影响酶的活性的活性从而从而间接影响有机接影响有机污染物的降解。另一方面，它染物的降解。另一方面，它们也通也通过改改变土壤的氧化土壤的氧化还原能力原能力从而影响从而影响对有机有机污染物染物-重金属的交互重金属的交互作用。作用。通常、重金属通常、重金属污染容易染容易导致土壤中致土壤中酶活性的降低，呼吸作用减小、活性的降低，呼吸作用减小、氮的氮的矿化速率化速率变慢，有机慢，有机污染物降解半衰期延染物降解半衰期延长等。等。由于土壤中微生物的普遍存在。因此考由于土壤中微生物的普遍存在。因此考虑重金属重金属-有机有机污染物的交染物的交互作用必互作用必须要同要同时考考虑微生物在其中扮演的角色，从目前所掌握的材料微生物在其中扮演的角色，从目前所掌握的材料来看、来看、这一部分的研究工作一部分的研究工作还相当缺乏、因此以后相当缺乏、因此以后应逐步加逐步加强。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第三节 土壤中土壤中污染物的交互作用染物的交互作用复合复合污染染应加加强研究的方面研究的方面1)进一步拓一步拓宽复合复合污染研究目前复合染研究目前复合污染研究主要停留在研究无机染研究主要停留在研究无机污染物（重染物（重金属金属)的交互作用和两种有机物共存的交互作用和两种有机物共存时的的联合毒性方面研究合毒性方面研究对象很多只有两种，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)深化复合深化复合污染机理的研究很多复合染机理的研究很多复合污染研究的染研究的结果果带有猜想性，有猜想性，总的来的来说并并不不统一一应利用分子生物学的各种技利用分子生物学的各种技术手段和人工模手段和人工模拟方法，方法，进一步揭示复合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)在复合在复合污染研究中要引入更多的研究方法目前的复合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染多以急性毒性实验为主，主，长效效应实验(如基因突如基因突变和和遗传等等)等等较少，很多生物少，很多生物测试技技术末得到充分末得到充分应用在复合用在复合污染研究中染研究中应加加强新技新技术的运用；的运用；4)加加强复合复合污染研究成果的染研究成果的应用用