二、重金属在土壤植物系统中 的迁移转化规律 从农作物对重金属吸收富集的总趋势来 看，土壤中重金属含量越高，农作物体内 的重金属含量也越高，土壤中的有效态重 金属含量越大，作物籽实中的重金属含量 越高。 1、植物对土壤中的重金属的富集规律 不同的作物由于生物学特性不同，对重金属的 吸收积累有明显的种间差异，一般顺序为 豆类小麦水稻玉米。 重金属在农作物体内分布的一般规律为： 根茎叶颖壳籽实。 2、重金属在土壤剖面中的迁移转化规律 进入土壤中的重金属大部分被土壤颗粒 所吸附。土壤柱淋溶实验发现淋溶液中的 Hg、Cd、As、Pb 95%以上被土壤吸附。在 土壤剖面中，重金属无论是其总量还是存 在形态，均表现出明显的垂直分布规律， 其中可耕层成为重金属的富集层。 土壤中的重金属有向根际土壤迁移的趋 势，且根际土壤中重金属的有效态含量高 于土体，主要是由于根际生理活动引起根 土壤界面微区环境变化而引起的，可 能与植物根系的特性和分泌物有关。 3、土壤对重金属离子的吸附固定原理 土壤胶体对金属离子的吸附能力与金属离子 的性质及胶体的种类有关。同一类型的土壤胶 体对阳离子的吸附与阳离子的价态及离子半径 有关。阳离子的价态越高，电荷越多，土壤胶 体与阳离子之间的静电作用越大，吸附力也越 大。具有相同价态的阳离子，离子半径越大， 其水合半径相对越小，较易被土壤胶体所吸附 。 土壤中各种胶体对重金属的吸附影响极大， 以Cu2+为例，土壤中各类胶体的吸附顺序为： 氧化锰有机质氧化铁伊利石蒙脱石 高岭石。因此，土壤胶体中对吸附贡献大 的除有机质外，主要是锰、铁等氧化物。 三、主要重金属在土壤中的积累 和迁移转化 一般来说，进入土壤的重金属主要停留在土壤 的上层，然后通过植物根系的吸收并迁移到植物体 内，也可以随水流等向土壤下层流动。 几种主要重金属在土壤植物体系中的累积迁 移状况如下。 A、镉 镉一般在土壤表层0-15cm处累积。在土壤中，镉主要以 CdCO3、Cd3(PO4)2和Cd(OH)2的形态存在其中以CdCO3为主 ，尤其在碱性土壤中。大多数土壤对镉的吸附率在80%-95% 之间，不同土壤吸附顺序为： 腐殖质土壤重壤质土壤壤质土砂质冲积土。 因此镉的吸附与土壤中胶体的性质有关。 B、铜 土壤中铜含量在2-100mg/kg之间，平均含量为 20mg/kg。污染土壤中的铜主要在表层积累，并沿土壤的 纵深垂直分布递减，这是由于进入土壤的铜被表层土壤的 黏土矿物吸附，同时，表层土壤的有机质与铜结合形成螯 合物，使铜离子不易向下层移动。但在酸性土壤中，由于 土壤对铜的吸附减弱，被土壤固定的铜易被解吸出来，因 而使铜容易淋溶迁移。铜在植物各部分的累积分布多数是 根茎、叶果实。 C、铅 土壤中铅主要以Pb(OH)2、PbCO3和PbSO4固体形式存在 ，土壤溶液中可溶性铅含量很低，Pb2+也可以置换粘土矿 物上吸附的Ca2+，因此在土壤中很少移动。土壤的pH值增 加，使铅的可溶性和移动性降低，影响植物对铅的吸收。 大气中的铅一部分经雨水淋洗进入土壤，一部分落在叶面 上，经张开的气孔进入叶内。因此在公路两旁的植物，铅 一般积累在叶和根部，花、果部位较少。藓类植物具有从 大气中被动吸收累积高浓度铅的能力，现已被确定为铅污 染和累积的指示植物。 D、锌 岩石圈中土壤锌的含量在10-300mg/kg 之间, 平均含量为 50mg/kg。我国土壤锌含量在3709mg/kg之间, 平均值为 100mg/kg, 比世界土壤的平均含锌量高出一倍。土壤中锌含 量主要受成土母质的影响。我国土壤中的全锌含量以南方的 石灰(岩) 土最高, 平均在200mg/kg以上；其次是华南的砖红 壤、褐红壤, 红壤和黄壤, 东北的棕色针叶林土, 平均在 150mg/kg以上; 再次是南方的赤草甸土、水稻土、黄棕壤, 东 北的暗棕壤、灰色森林土、白浆土、草甸土、黑钙土等, 平 均在100mg/kg左右; 东北的风砂土、盐碱土和四川的紫色土 及华中丘陵区的红壤等含量最低。 E、汞 汞在自然界含量很少,岩石圈中汞含量约为 0.1mg/kg。土壤中汞的含量为0.01-0.3 mg/kg, 平均为0.03 mg/kg。由于土壤的粘土矿物和有 机质对汞的强烈吸附作用，汞进入土壤后， 95%以上能被土壤迅速吸附或固定，因此汞容 易在表层积累。 植物能直接通过根系吸收汞。在很多情况下，汞 化合物在土壤中先转化为金属汞或甲基汞后才被 植物吸收。植物吸收和积累汞与汞的形态有关， 其顺序是：氧化甲基汞氯化乙基汞醋酸苯汞 氯化汞氧化汞硫化汞。从这个顺序也可看 出，挥发性高、溶解度大的汞化合物容易被植物 吸收。汞在植物各部分的分布是根茎、叶种 子。这种趋势是由于汞被植物吸收后，常与根中 的蛋白质反应沉积于根上，阻碍了向地上部分的 运输。 第三节 土壤中农药的迁移 转化 广义地说农药包括杀虫剂、杀菌 剂、除草剂以及其他如杀螨剂、杀鼠 剂、引诱剂、忌避剂、植物生长调节 剂和配制农药的助剂等。 施用农药确实能对农作物的增产增收起重要作用 。但也应看到世界范围内连年大量使用农药，会 引起许多不良后果，如药效随害虫抗药性不断增 强而相对降低；施用农药对抑制害虫的天敌也有 毒杀作用，从而破坏了农业生态平衡。更为重要 的是由施用农药而引起环境污染，并通过食物链 使农作物或食品中的残毒引入人体，危及人体健 康。 一、土壤中农药的迁移 主要通过扩散、质体流动和吸附分配来完成 。在前两者的过程中，农药迁移可以以蒸汽 或非蒸汽的形式进行。 1.扩散 扩散是由于热能引起分子的不规则 运动而使物质分子发生转移的过程。 （1）土壤水分含量 水量少时，随水量增大而增强，水量饱 和时扩散减少 （2）吸附 吸附越强扩散越弱 （3）土壤的紧实度 紧实度越高，孔隙越少，扩散率越小 影响农药扩散的主要因素 （4）温度 温度增高，蒸汽压增大，重扩散系数增 大 （5）气流速度 气流速度越大，扩散越强 （6）农药种类 不同农药的扩散行为不同 2.质体流动 土壤中农药既可以溶于水，也能悬浮 在水中，还可能以气态存在，或者吸附在 土壤固相上或存在于土壤有机质中，从而 使它们与水一起发生质体流动。 质体流动是由水或土壤微粒或是两者共同作 用所引起的物质流动。 影响农药在土壤中质体流动的因素： （1）农药与土壤之间的吸附（最重要的因素） （2）土壤有机质的含量 （3）土壤黏土矿物的含量 （4）农药的种类 有机氯农药的特点: 大多数含有一个或几个苯环的 氯的衍生物。化学性质稳定,不易分解,在环境中残 留时间长,易溶于脂肪中并造成积累,属于持久性有 机污染物.是目前造成污染的主要农药。 农药农药 名称消失时间时间农药农药 名称消失时间时间 滴滴涕10 年氯氯 丹4 年 狄氏剂剂8 年七 氯氯3.5 年 林 丹6.5 年艾氏剂剂3 年 有机氯农药在土壤中的消失时间 三、典型农药在土壤中的转化 （1）DDT 特点：DDT挥发性小，不溶于水，易溶于有 机溶剂和脂肪。 DDT易被土壤胶体吸附，是持久性农药，主 要靠微生物的作用降解。 （2）林丹（“六六六”） 特点：林丹挥发性强，在水、土壤和其他 环境对象中积累较少。易溶于水，可从土壤 和空气中进入水体，亦可随水蒸发又进入大 气。能在土壤生物体内积累。 与DDT相比，林丹具有较低的积累性和持久 性。 2.有机磷农药 这类农药是含磷的有机化合物,有些分子中也 含硫和氮元素. 如甲基对硫磷、敌敌畏、乐果、 敌百虫、马拉硫磷等. 有机磷农药比有机氯农药容易降解，但有机 磷农药毒性较大，大部分是磷酸的酯类或酰 胺类化合物，多为液体，一般都难溶于水， 而易溶于有机溶剂中。 根据有无微生物的参与，有机磷农药的降解 过程可分为非生物降解过程和生物降解过程 。 吸附催化水解是有机磷农药降解的主要 途径 （1）有机磷农药的非生物降解过程 吸附催化水解 光降解 有机磷农药的光降解过程 光解产物的毒性 往往会增强. 辛硫磷 （2）生物降解 (CH3O)2PSH + HOCHCOOC2H5 CH2COOC2H5 PSCHCOOC2H5 CH2COOC2H5 (CH3O)2PSCHCOOC2H5 CH2COOC2H5 S S S (CH3O)2PSCHCOOOH CH2COOC2H5 S (CH3O)2PSCHCOOH CH2COOH S CH3O OH H2O 绿色 木霉