1、p重金属在土壤重金属在土壤植物体系中迁移的植物体系中迁移的影响因素影响因素p重金属在土壤重金属在土壤植物体系中迁移转化植物体系中迁移转化规律规律p主要重金属在土壤中的积累和迁移转化主要重金属在土壤中的积累和迁移转化p植物对重金属污染产生耐性的机制植物对重金属污染产生耐性的机制第三节第三节 重金属在土壤重金属在土壤植物体系的迁移植物体系的迁移 污染土壤的重金属主要有汞、镉、铅、污染土壤的重金属主要有汞、镉、铅、铬、砷、铜、镍、铁、锰、锌等。铬、砷、铜、镍、铁、锰、锌等。土壤中的重金属主要可分为两类：土壤中的重金属主要可分为两类：p一类是植物生长发育不需要的金属元素，因一类是植物生长发育不需要的金
2、属元素，因而对人体健康危害比较明显，如镉、汞、铅而对人体健康危害比较明显，如镉、汞、铅等；等；p另一类是植物正常生长发育需要的金属元素，另一类是植物正常生长发育需要的金属元素，且对人体又有一定生理功能，如铜、锌等，且对人体又有一定生理功能，如铜、锌等，但过多会影响植物生长，污染土壤。但过多会影响植物生长，污染土壤。重金属元素在生物体内主要作为重金属元素在生物体内主要作为酶催化酶催化剂剂，正常成人体内含铜约，正常成人体内含铜约72mg72mg，在人体中的，在人体中的含量约占含量约占0.00012%0.00012%，是酶的组成部分和人体，是酶的组成部分和人体中氧化还原体系的极有效的催化剂，具有重中
3、氧化还原体系的极有效的催化剂，具有重要的生理功能。它参与几十种酶的组成和活要的生理功能。它参与几十种酶的组成和活化，对机体的生物转化、电子传递、氧化还化，对机体的生物转化、电子传递、氧化还原起决定性的作用。原起决定性的作用。土壤土壤植物系统的重金属污染，一植物系统的重金属污染，一般是由于般是由于污泥的施用污泥的施用及及污水灌溉污水灌溉所含有害所含有害物质超标所造成的。这种污染会由于植物物质超标所造成的。这种污染会由于植物富积而造成二次污染，即影响植物产量与富积而造成二次污染，即影响植物产量与品质，影响大气和水环境质量，并沿着食品质，影响大气和水环境质量，并沿着食物链危害人和生物的生长发育，这种
4、污染物链危害人和生物的生长发育，这种污染具有具有隐蔽性隐蔽性、长期性长期性和和不可逆性不可逆性。p土壤的理化性质土壤的理化性质主要通过影响重金属主要通过影响重金属在土壤中存在形态而影响重金属的生在土壤中存在形态而影响重金属的生物有效性物有效性p主要包括主要包括pH、土壤质地土壤质地、土壤的氧化土壤的氧化还原电位还原电位、土壤中有机质含量土壤中有机质含量影响重金属在土壤影响重金属在土壤植物体系的迁移的因素植物体系的迁移的因素重金属的形态重金属的形态土壤对重金属的吸附量土壤对重金属的吸附量pH值值影响影响重金属在土壤重金属在土壤-农作物系统中大都以阳离子的农作物系统中大都以阳离子的形式存在形式存在
5、土壤土壤pH越低，越低，H+越多，重金属被解吸的越多越多，重金属被解吸的越多(土土壤胶体一般带负电荷壤胶体一般带负电荷)，其活动性就越强，从而，其活动性就越强，从而加大了土壤中的重金属向生物体内迁移的数量。加大了土壤中的重金属向生物体内迁移的数量。而而pH值升高，土壤对重金属（离子）的吸附量增加。值升高，土壤对重金属（离子）的吸附量增加。如如：pH=4时，土壤中镉的溶出率超过时，土壤中镉的溶出率超过50%，当当pH达到达到7.5时，镉就很难溶出；时，镉就很难溶出；pH7.5时，时，94%以上的水溶态镉进入土壤中，镉主要以黏土以上的水溶态镉进入土壤中，镉主要以黏土矿物和氧化物结合态及残留态形式存
6、在。矿物和氧化物结合态及残留态形式存在。（非专属吸附）（非专属吸附）A但对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，但对部分主要以阴离子状态存在的重金属来说，情况正好相反。情况正好相反。B 土壤质地土壤质地土壤粘性越重，吸收砷的能力越强，水稻受害程度越轻。土壤粘性越重，吸收砷的能力越强，水稻受害程度越轻。如小麦盆栽试验，随着土壤质地的改变，砂壤如小麦盆栽试验，随着土壤质地的改变，砂壤轻壤轻壤中壤中壤重壤重壤粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性减少。粘土，麦粒对汞的吸收率呈规律性减少。土壤质地影响着土壤颗粒对重金属的吸附。土壤质地影响着土壤颗粒对重金属的吸附。质地质地粘重粘重的土壤对重金属的吸附力强，降低
7、了的土壤对重金属的吸附力强，降低了重金属的迁移转化能力。重金属的迁移转化能力。C 土壤的氧化还原电位土壤的氧化还原电位 对某些重金属来说，在不同的氧化还原条件下，对某些重金属来说，在不同的氧化还原条件下，有不同的价态，其化合物的溶解度和毒性显著不同。有不同的价态，其化合物的溶解度和毒性显著不同。在还原条件下，很多重金属易产生难溶性的硫化物在还原条件下，很多重金属易产生难溶性的硫化物在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。在氧化条件下，溶解态和交换态含量增加。土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形土壤的氧化还原电位影响重金属的存在形态，从而影响重金属化学行为、迁移能力态，从而影响重金属化学行为、迁移
8、能力及对生物的有效性。及对生物的有效性。以以Cd为例，为例，CdS（S()硫的还原态）是难溶物质，但在氧化硫的还原态）是难溶物质，但在氧化条件下条件下CdSO4（S()硫的氧化态）的溶解度要大很多。硫的氧化态）的溶解度要大很多。但主要以阴离子状态存在的砷的情况正好相反，对但主要以阴离子状态存在的砷的情况正好相反，对砷砷而言，在而言，在还原条件下，一方面，还原条件下，一方面，As5+被还原为被还原为As3+，而亚砷酸盐的溶解度，而亚砷酸盐的溶解度大于砷酸盐，从而增加了土壤中溶解的大于砷酸盐，从而增加了土壤中溶解的As浓度，使浓度，使As的迁移能的迁移能力增强。力增强。D 土壤中有机质含量土壤中有
9、机质含量p有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高有机质含量较高的土壤对重金属的吸附能力高于有机质含量低的土壤。于有机质含量低的土壤。土壤中有机质含量影响土壤颗粒对重金属的土壤中有机质含量影响土壤颗粒对重金属的吸附能力和重金属的存在形态，吸附能力和重金属的存在形态，p对于有机质是否影响重金属在土壤中的存在形态对于有机质是否影响重金属在土壤中的存在形态却有却有不同的观点不同的观点。研究表明，土壤中各种元素的研究表明，土壤中各种元素的含量都与有机质含量呈正相关，但重金属各组分含量都与有机质含量呈正相关，但重金属各组分占全量的比例一般与有机质含量的大小没有密切占全量的比例一般与有机质含量的大小没有密
10、切关系。关系。2、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态、重金属的种类、浓度及在土壤中的存在形态重金属对植物的毒害程度重金属对植物的毒害程度首先取决于土壤中首先取决于土壤中重金属的存在形态重金属的存在形态，其次才取决于该元素的数量。其次才取决于该元素的数量。随着土壤中重金属含随着土壤中重金属含量的增加，植物体内量的增加，植物体内各部分的累积量也相各部分的累积量也相应增加。而不同形态应增加。而不同形态的重金属在土壤中的的重金属在土壤中的转化能力不同，对植转化能力不同，对植物的生物有效性亦不物的生物有效性亦不同。同。重金属的存在形态，可重金属的存在形态，可分为分为交换态、碳酸盐结交换态、碳酸盐结合
11、态、铁锰氧化物结合合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态、有机结合态和残渣态。态。交换态的重金属交换态的重金属（包括溶解态的重金属）（包括溶解态的重金属）迁移能力最强，具有生迁移能力最强，具有生物有效性（又称有效物有效性（又称有效态）。态）。（见下一页）（见下一页）exchangeable：指吸附在粘土、腐殖：指吸附在粘土、腐殖质以及其它成分上的金属，其对环境变质以及其它成分上的金属，其对环境变化敏感，易于迁移转化，能被植物吸收，化敏感，易于迁移转化，能被植物吸收，因此会对食物链产生巨大影响因此会对食物链产生巨大影响bound to carbonates：以这一形态存：以这一形态存在的重金
12、属元素，对在的重金属元素，对pH值最敏感。当值最敏感。当pH值下降时，易重新释放出来而进入值下降时，易重新释放出来而进入环境中。相反，环境中。相反，pH升高有助于磷酸盐升高有助于磷酸盐的生成和重金属元素在碳酸盐矿物上的的生成和重金属元素在碳酸盐矿物上的共沉淀。共沉淀。bound to Iron and Manganese oxides土壤中的铁锰氧化物一般以矿物土壤中的铁锰氧化物一般以矿物的外裹物和细粉散颗粒存在，高活性的的外裹物和细粉散颗粒存在，高活性的铁锰氧化物比表面积大，极易吸附和共铁锰氧化物比表面积大，极易吸附和共沉淀阴离子或阳离子。土壤中沉淀阴离子或阳离子。土壤中pH和氧和氧化还原条
13、件变化对铁锰氧化物结合态有化还原条件变化对铁锰氧化物结合态有重要影响。重要影响。pH和和Eh较高时，有利于较高时，有利于Fe/Mn氧化物的生成。氧化物的生成。bound to organic matter：土：土壤中存在各种有机物，如动植物壤中存在各种有机物，如动植物残体、腐殖质及矿物颗粒的包裹残体、腐殖质及矿物颗粒的包裹层等。它们自身具有较大鳌合金层等。它们自身具有较大鳌合金属粒子的能力，又能以有机膜的属粒子的能力，又能以有机膜的形式附着在矿物颗粒表面，改变形式附着在矿物颗粒表面，改变矿物颗粒的表面性质。不同程度矿物颗粒的表面性质。不同程度上增加了吸附重金属的能力。在上增加了吸附重金属的能力
14、。在氧化条件下，部分有机物分子发氧化条件下，部分有机物分子发生降解作用，导致部分金属元素生降解作用，导致部分金属元素溶出。溶出。residue：一般存在于硅酸盐、：一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物的土壤晶格中，原生和次生矿物的土壤晶格中，它们来源于土壤矿物，性质稳它们来源于土壤矿物，性质稳定，在自然界正常条件下不易定，在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中。释放，能长期稳定在沉积物中。不易为植物吸收，在整个土壤不易为植物吸收，在整个土壤生态系统中对食物链影响较小。生态系统中对食物链影响较小。重金属的生态效应与其形态密切相关。可交换态易于被吸收其次是碳酸盐结合态再次是Fe/Mn氧化物结
15、合态而与硫化物和有机质结合的重金属活性较差残渣态不能被生物利用而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明而不同种类的重金属，在土壤和农作物系统中迁移转化规律明显不同。显不同。重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为：重金属在土壤中的含量和植物吸收累积研究的结果为：Cd、As较易较易被植物吸收被植物吸收，Cu、Mn、Se、Zn等次之，等次之，Co、Pb、Ni等难于被吸收，等难于被吸收，Cr极难被吸收。极难被吸收。研究春麦受重金属污染状况后发现，研究春麦受重金属污染状况后发现，CdCd是强积累性元素，是强积累性元素，而而PbPb的迁移性则相对较弱；的迁移性则相对较弱；铬和铅是生物
16、不易积累的元素。铬和铅是生物不易积累的元素。植物种类和生育期影响着重金属在土壤植物种类和生育期影响着重金属在土壤农作物农作物系统中的迁移转化。系统中的迁移转化。3、植物的种类、生长发育期、植物的种类、生长发育期 重金属进入土壤重金属进入土壤植物系统后，除了物理化学植物系统后，除了物理化学因素影响其相互迁移外，植物起着特殊的作用。因素影响其相互迁移外，植物起着特殊的作用。在复合污染状况下，影响重金属迁移转化的因素在复合污染状况下，影响重金属迁移转化的因素：4、复合污染、复合污染元素的联合作用污染物因素污染物因素（污染物的种类、性质、浓度、比例和时序性）（污染物的种类、性质、浓度、比例和时序性）环
17、境因素环境因素（光、温度、（光、温度、pH、氧化还原条件等）、氧化还原条件等）生物种类、发育阶段及所选择指标等生物种类、发育阶段及所选择指标等。仅考虑污染物，某一元素在植物体内的积累影响因素仅考虑污染物，某一元素在植物体内的积累影响因素：元素本身性质，元素本身性质，环境中该元素的存在量，环境中该元素的存在量，其次是共存元素的性质与浓度的影响。其次是共存元素的性质与浓度的影响。元素的联合作用（元素的联合作用（协同、竞争、加和、屏蔽和独立协同、竞争、加和、屏蔽和独立等作用）等作用）.5、施肥、施肥 施肥可以改变土壤的理化性质和重金属的存在形态，从施肥可以改变土壤的理化性质和重金属的存在形态，从而影
18、响重金属的迁移转化。由于肥料、农作物和重金属种类而影响重金属的迁移转化。由于肥料、农作物和重金属种类的多样性以及重金属行为的复杂性，施肥对土壤的多样性以及重金属行为的复杂性，施肥对土壤农作物系农作物系统中重金属迁移转化的影响机制十分复杂，结论也不尽相同。统中重金属迁移转化的影响机制十分复杂，结论也不尽相同。p以施用磷肥为例，如磷酸根能与以施用磷肥为例，如磷酸根能与Cd形成共沉淀而降低形成共沉淀而降低Cd的的有效性（流动性减弱），用磷肥可以抑制土壤有效性（流动性减弱），用磷肥可以抑制土壤Cd污染。而对污染。而对As，由于，由于P和和As是同族元素，二者之间存在竞争吸附，施用磷是同族元素，二者之间
19、存在竞争吸附，施用磷肥能有效地促进土壤肥能有效地促进土壤As的释放和迁移，有利于的释放和迁移，有利于As在土壤在土壤植物系统中的迁移转化；但正是二者之间的竞争吸附，植物系统中的迁移转化；但正是二者之间的竞争吸附，As不易不易富集在植物的根际土壤中，从而降低了富集在植物的根际土壤中，从而降低了As的生物有效性。的生物有效性。p植物对土壤中重金属的植物对土壤中重金属的富集规律富集规律p重金属在重金属在土壤剖面土壤剖面中的迁移转化规律中的迁移转化规律p土壤对重金属离子的土壤对重金属离子的吸附固定原理吸附固定原理重金属在土壤重金属在土壤植物体系中的迁移转化规律植物体系中的迁移转化规律n重金属通过质流、
20、扩散、截重金属通过质流、扩散、截获到达植物根部获到达植物根部n植物通过植物通过主动吸收、主动吸收、被动吸被动吸收收等方式吸收重金属等方式吸收重金属n重金属通过木质部和韧皮部重金属通过木质部和韧皮部向地上部运输向地上部运输n植物对污染物吸收受到土壤植物对污染物吸收受到土壤性质、植物种类、污染物形性质、植物种类、污染物形态的影响态的影响植物对土壤中重金属的植物对土壤中重金属的富集规律富集规律 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
21、酰苷（ADP）和磷酸时所释放的能量。主动迁移 脂溶性物质从高浓度一侧向低浓度侧，顺浓度梯度扩散，通过有类脂层屏障的生物膜。其扩散速率与有机物的化学性质、分子体积或在液体pH条件下离解性有关。被动扩散不耗能，不需载体参与，因而无竞争性抑制、特异性选择和饱和现象。被动转移p土壤中重金属含量越高，植土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高物体内的重金属含量也越高p土壤中有效态重金属含量越土壤中有效态重金属含量越大，植物籽实中重金属含量大，植物籽实中重金属含量越高越高p不同植物对重金属吸收积累不同植物对重金属吸收积累有明显种间差异：豆类小有明显种间差异：豆类小麦水稻玉米麦水稻玉米p重金属在植物
22、体内分布的差重金属在植物体内分布的差异：根茎叶壳籽实异：根茎叶壳籽实p进入土壤的重金属绝大部分被土进入土壤的重金属绝大部分被土壤颗粒吸附，在土壤剖面中，重壤颗粒吸附，在土壤剖面中，重金属的总量和存在形态，均表现金属的总量和存在形态，均表现明显的垂直分布规律，其中可耕明显的垂直分布规律，其中可耕层成为重金属的富集层层成为重金属的富集层重金属在重金属在土壤剖面土壤剖面中的迁移转化规律中的迁移转化规律p土壤中的重金属有向根际土土壤中的重金属有向根际土壤迁移的趋势，且根际土壤壤迁移的趋势，且根际土壤中重金属的有效态含量高于中重金属的有效态含量高于土体，可能与根系的特性和土体，可能与根系的特性和分泌物有
23、关分泌物有关p土壤胶体对金属离子吸附能土壤胶体对金属离子吸附能力与金属离子的性质及胶体力与金属离子的性质及胶体种类有关种类有关p同一类的土壤胶体对阳离子同一类的土壤胶体对阳离子的吸附与阳离子的的吸附与阳离子的价态价态及及离离子半径子半径有关有关土壤对重金属离子的土壤对重金属离子的吸附固定原理吸附固定原理p阳离子价态越高，电荷越多，阳离子价态越高，电荷越多，土壤胶体与阳离子的静电作用越土壤胶体与阳离子的静电作用越强，吸引力和结合强度越大；而强，吸引力和结合强度越大；而价态相同离子的水合半径越小，价态相同离子的水合半径越小，越易被吸附越易被吸附p与土壤的胶体性质有关以与土壤的胶体性质有关以CuCu
24、2+2+为为例，：氧化锰有机质氧化铁例，：氧化锰有机质氧化铁伊利石蒙脱石高岭石伊利石蒙脱石高岭石p进入土壤的重金属主要停留进入土壤的重金属主要停留在土壤的上层，然后通过植物在土壤的上层，然后通过植物根系的吸收并迁移到植物体内，根系的吸收并迁移到植物体内，也可以随水流向土壤下层流动也可以随水流向土壤下层流动 进入土壤的重金属主要停留在土壤的上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。体内，也可以随水流等向土壤下层流动。主要重金属在土壤中的积累和迁移转化主要重金属在土壤中的积累和迁移转化Hg：对
25、动植物及人体无生物学作用的有毒元素。对动植物及人体无生物学作用的有毒元素。存在形态存在形态：无机化合态汞无机化合态汞Hg、HgS、HgO、HgCO3、HgHPO4、HgSO4、HgCl2、Hg（NO3）2等等有机化合态汞有机化合态汞甲基汞甲基汞、有机配合汞等、有机配合汞等甲基汞、乙基汞毒性最强。甲基汞、乙基汞毒性最强。迁移转化：迁移转化：在正常土壤在正常土壤E和和pH范围内，汞能以单质形式存在与土范围内，汞能以单质形式存在与土壤中；还原条件，二价汞可被还原为零价单质，有机汞壤中；还原条件，二价汞可被还原为零价单质，有机汞也能变成金属汞；金属汞含量甚微，但很活泼，可以挥也能变成金属汞；金属汞含量
26、甚微，但很活泼，可以挥发进入大气，也可被植物吸收。发进入大气，也可被植物吸收。植物对溶解度较低的无机化合态汞较难吸收，但却能吸植物对溶解度较低的无机化合态汞较难吸收，但却能吸收有机汞，其中甲基汞易被植物吸收并通过食物链逐级收有机汞，其中甲基汞易被植物吸收并通过食物链逐级浓集，其毒性大，对生物和人体可造成危害。浓集，其毒性大，对生物和人体可造成危害。土壤中腐殖质与汞生成的配合物不易被植物吸收。土壤中腐殖质与汞生成的配合物不易被植物吸收。土壤中的各类胶体对汞均有强烈的吸附作用。土壤中的各类胶体对汞均有强烈的吸附作用。OH-、Cl-对汞的配合作用可大大提高汞化合物的溶解对汞的配合作用可大大提高汞化合
27、物的溶解度。度。土壤中的无机汞化合物在嫌气细菌的作用下，可转化为土壤中的无机汞化合物在嫌气细菌的作用下，可转化为甲基汞和二甲基汞。随水迁移可能性增大，并且二甲基甲基汞和二甲基汞。随水迁移可能性增大，并且二甲基汞挥发性较强而被土壤胶体吸附能力较弱，因此二甲基汞挥发性较强而被土壤胶体吸附能力较弱，因此二甲基汞较易发生气迁移和水迁移。汞较易发生气迁移和水迁移。Cd：对于人体来说是非必需的元素，它在生物圈中的存对于人体来说是非必需的元素，它在生物圈中的存在，常常只会给生物体带来有害的效应，因而镉是一种在，常常只会给生物体带来有害的效应，因而镉是一种污染元素。污染元素。来源来源：铅、锌、铜的矿山和冶炼厂
28、的废水、尘埃和废渣，：铅、锌、铜的矿山和冶炼厂的废水、尘埃和废渣，电镀、电池、颜料、塑料稳定剂和涂料工业的废水等。电镀、电池、颜料、塑料稳定剂和涂料工业的废水等。农业上，施用磷肥也可能带来镉的污染。农业上，施用磷肥也可能带来镉的污染。存在形态存在形态：水溶性镉（：水溶性镉（Cd2+、CdCl+、CdSO4等）等）非水溶性镉（非水溶性镉（CdS、CdCO3及胶体吸附态镉等）及胶体吸附态镉等）旱地以旱地以CdCO3居多；淹水土壤中则以居多；淹水土壤中则以CdS的形态存在。的形态存在。土壤对其吸附能力很强，吸附交换态镉所占比例很大。土壤对其吸附能力很强，吸附交换态镉所占比例很大。迁移转化迁移转化：由
29、于土壤的强吸附作用，进入土壤中的镉很少发生向下由于土壤的强吸附作用，进入土壤中的镉很少发生向下的再迁移，主要累计与土壤表层。的再迁移，主要累计与土壤表层。水溶性镉和非水溶性镉在一定的条件下可相互转化，主水溶性镉和非水溶性镉在一定的条件下可相互转化，主要影响因素为土壤的酸碱度、氧化要影响因素为土壤的酸碱度、氧化还原条件和碳酸盐还原条件和碳酸盐的含量。的含量。如，土壤的酸度增大可增加如，土壤的酸度增大可增加CdCO3、CdS的溶解度，使的溶解度，使水溶态镉的含量增大；水溶态镉的含量增大；E增高，可增大增高，可增大CdS溶解度；随着溶解度；随着CaCO3含量的增加，水溶态镉含量降低。含量的增加，水溶
30、态镉含量降低。因此，在不含因此，在不含或少含或少含CaCO3的土壤中，的土壤中，CaCO3可作为土壤中镉的抑制可作为土壤中镉的抑制剂及土壤镉污染的改良剂。剂及土壤镉污染的改良剂。生物迁移生物迁移：土壤中的镉对植物的正常生长无促进作用，但是它非常土壤中的镉对植物的正常生长无促进作用，但是它非常容易被植物所吸收，环境容量小。容易被植物所吸收，环境容量小。进入土壤中的镉，主要累积于根部和叶部，很少进入果进入土壤中的镉，主要累积于根部和叶部，很少进入果实和种子中。例如，在被镉污染的水田中种植的水稻对镉实和种子中。例如，在被镉污染的水田中种植的水稻对镉浓缩系数：根浓缩系数：根杆杆枝枝叶鞘叶鞘叶身叶身稻壳
31、稻壳糙米。糙米。镉在植物体内可取代锌，破坏参与呼吸和其他生理过程镉在植物体内可取代锌，破坏参与呼吸和其他生理过程的含锌酶的功能，从而抑制植物生长并导致其死亡。的含锌酶的功能，从而抑制植物生长并导致其死亡。镉进入动物体内，一部分与血红蛋白结合，另一部分与镉进入动物体内，一部分与血红蛋白结合，另一部分与低分子金属硫蛋白结合，随后随血液分布到各内脏器官，低分子金属硫蛋白结合，随后随血液分布到各内脏器官，最终主要蓄积于肾和肝中，还有一部分镉将进入骨质并取最终主要蓄积于肾和肝中，还有一部分镉将进入骨质并取代骨质中的部分钙，致使脱钙，引起骨骼软化和变形，严代骨质中的部分钙，致使脱钙，引起骨骼软化和变形，严
32、重者可引起自然骨折，甚至死亡。重者可引起自然骨折，甚至死亡。Pb：人体非必需元素。主要来自大气中的铅沉降，其他人体非必需元素。主要来自大气中的铅沉降，其他铅应用工业铅应用工业“三废排放三废排放”。存在形式：主要以二价态的无机化合物形式存在，有存在形式：主要以二价态的无机化合物形式存在，有机铅（未充分燃烧的汽油添加剂），土壤有机质与其形机铅（未充分燃烧的汽油添加剂），土壤有机质与其形成的配合物。成的配合物。迁移转化：进入土壤中的铅多以迁移转化：进入土壤中的铅多以Pb（OH）2、PbCO3或或Pb3(PO4)2等难溶态存在，铅的移动性和植物利用性等难溶态存在，铅的移动性和植物利用性大大降低，主要积
33、累在土壤表层。迁移转化作用与土壤大大降低，主要积累在土壤表层。迁移转化作用与土壤E和酸碱度变化有关。和酸碱度变化有关。土壤土壤E升高，可溶性铅含量降低，因其在氧化条件下与升高，可溶性铅含量降低，因其在氧化条件下与高价铁、锰氢氧化物结合在一起；土壤中高价铁、锰氢氧化物结合在一起；土壤中H+可以部分地可以部分地将将 已被化学固定的铅重新溶解释放出来，增加其溶解性。已被化学固定的铅重新溶解释放出来，增加其溶解性。植物从土壤中吸收铅主要是吸收存在于土壤溶液中的可植物从土壤中吸收铅主要是吸收存在于土壤溶液中的可溶性铅。吸收后绝大多数积累与根部，而转移到茎叶、种溶性铅。吸收后绝大多数积累与根部，而转移到茎
34、叶、种子中的则很少。另外，植物除通过根系吸收土壤中的铅以子中的则很少。另外，植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染了的空气中的铅。外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染了的空气中的铅。Cr：人体和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有人体和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害。主要来自某些工业，如，铁、铬、电镀、金属酸洗、害。主要来自某些工业，如，铁、铬、电镀、金属酸洗、皮革鞣质、耐火材料、铬酸盐和三氧化铬工业的皮革鞣质、耐火材料、铬酸盐和三氧化铬工业的“三废三废”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。存在形式：铬是一种变价元素，在土壤中
35、铬通常以四存在形式：铬是一种变价元素，在土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三价铬离子种化合形态存在，两种三价铬离子Cr3+和和CrO2-，两种六，两种六价铬离子价铬离子Cr2O72-和和CrO42-。其中，其中，Cr（OH）3溶解性最小，是铬最稳定的存在溶解性最小，是铬最稳定的存在形式，水溶性六价铬含量一般较低，但毒性远大于三价形式，水溶性六价铬含量一般较低，但毒性远大于三价铬。铬。迁移转化：土壤中铬的迁移转化主要受土壤迁移转化：土壤中铬的迁移转化主要受土壤pH值、有值、有机质及机质及E值的制约。值的制约。如，三价铬当如，三价铬当pH4时，溶解度下降，时，溶解度下降，pH为为5.5时则全部时
36、则全部沉淀；土壤中有机质具有很强还原能力，其含量大于沉淀；土壤中有机质具有很强还原能力，其含量大于2%时，六价铬几乎全部被还原为三价铬。时，六价铬几乎全部被还原为三价铬。土壤胶体对三价铬有较强吸附能力，而六价铬离子活土壤胶体对三价铬有较强吸附能力，而六价铬离子活性很强不会被土壤强烈吸附。性很强不会被土壤强烈吸附。由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般较弱，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤较弱，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层。生物迁移作用较小，对植物危害不如表层。生物迁移作用较小，对植物危害不如Cd、Hg严重。严重。
37、As：主要来自化工、冶金、炼焦、火力发电、造纸、玻主要来自化工、冶金、炼焦、火力发电、造纸、玻璃、皮革及电子等工业排放的璃、皮革及电子等工业排放的“三废三废”，含砷农药等。，含砷农药等。存在形式：正三价和正五价。存在形式：正三价和正五价。水溶性砷水溶性砷AsO43-、HAsO42-、H2AsO4-、AsO33-和和H2AsO3-等阴离子形式；等阴离子形式；难溶性砷难溶性砷黏土矿物晶格中保持的砷及土壤中铁、铝、黏土矿物晶格中保持的砷及土壤中铁、铝、钙等离子结合形成的复杂的难溶性砷化物；钙等离子结合形成的复杂的难溶性砷化物；吸附态砷吸附态砷土壤中大部分砷与土壤胶体结合，与有机土壤中大部分砷与土壤胶
38、体结合，与有机质无明显吸附作用。质无明显吸附作用。迁移转化：土壤中水溶性、难溶性及吸附态砷的相对迁移转化：土壤中水溶性、难溶性及吸附态砷的相对含量与土壤的含量与土壤的E和和pH值有着密切的关系。值有着密切的关系。如，随如，随pH升高，土壤胶体所带正电荷减少，对砷的吸附升高，土壤胶体所带正电荷减少，对砷的吸附量降低；随量降低；随E下降，砷酸还原为亚砷酸，吸附量减少，下降，砷酸还原为亚砷酸，吸附量减少，水溶性砷相应增高。但当土壤中含硫量较高时，还原性水溶性砷相应增高。但当土壤中含硫量较高时，还原性条件下可以形成稳定难溶性条件下可以形成稳定难溶性As2S3。主要累积于土壤表层，难于向下移动。主要累积
39、于土壤表层，难于向下移动。植物对砷有强烈的吸收积累作用，浸水土壤中植物对砷有强烈的吸收积累作用，浸水土壤中E较低，较低，可溶态砷含量比旱地高，植物砷含量也较高。可溶态砷含量比旱地高，植物砷含量也较高。不同种类植物对重金属污染的耐性不同；同不同种类植物对重金属污染的耐性不同；同种植物由于其分布和生长环境各异，在植物的生种植物由于其分布和生长环境各异，在植物的生态适应过程中，可能表现对某种重金属有明显的态适应过程中，可能表现对某种重金属有明显的耐性。其机制主要有：耐性。其机制主要有：植物对重金属污染产生耐性的机制植物对重金属污染产生耐性的机制p 植物根系的作用植物根系的作用p 重金属与植物细胞壁结
40、合重金属与植物细胞壁结合p 酶系统的作用酶系统的作用p 形成重金属硫蛋白或植物络合素形成重金属硫蛋白或植物络合素 植物根系通过改变根际化学性状、原植物根系通过改变根际化学性状、原生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收。生质泌溢等作用限制重金属离子跨膜吸收。某些植物可通过根际分泌螯合剂减少对重某些植物可通过根际分泌螯合剂减少对重金属的跨膜吸收；通过形成跨根际的金属的跨膜吸收；通过形成跨根际的E和和pH梯度来抑制对重金属的吸收梯度来抑制对重金属的吸收 植物吸收的重金属大部分以离子植物吸收的重金属大部分以离子形式存在或与细胞壁中的纤维素、木形式存在或与细胞壁中的纤维素、木质素结合而被局限在细胞壁上，不
41、能质素结合而被局限在细胞壁上，不能进入细胞质影响代谢活动而表现出耐进入细胞质影响代谢活动而表现出耐性。饱和后多余的金属离子才会进入性。饱和后多余的金属离子才会进入细胞质。细胞质。p不同金属与细胞壁的结合能力不同，不同金属与细胞壁的结合能力不同，铜大于锌和镉；铜大于锌和镉；p不同植物细胞壁对金属离子的结合能不同植物细胞壁对金属离子的结合能力也不同，不是所有耐性植物都表现为力也不同，不是所有耐性植物都表现为将金属离子固定在细胞壁上，不是植物将金属离子固定在细胞壁上，不是植物的普遍耐性机制。的普遍耐性机制。p耐性植物中有些酶的活性在重金属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，有些则可
42、含量增加时仍能维持正常，有些则可被激活，从而使植物在被重金属污染被激活，从而使植物在被重金属污染时保持正常代谢，植物体内有保护酶时保持正常代谢，植物体内有保护酶活性的机制活性的机制p金属硫蛋白（金属硫蛋白（MTMT）是动物和人体最主）是动物和人体最主要的重金属解毒剂，能大量合成要的重金属解毒剂，能大量合成MTMT的细的细胞对重金属有明显抗性；重金属可在植胞对重金属有明显抗性；重金属可在植物中诱导产生植物类物中诱导产生植物类MTMT；诱导产生重金；诱导产生重金属络合肽属络合肽植物络合素（植物络合素（PCPC）p金属结合蛋白（类金属结合蛋白（类MTMT、PCPC等）与进入等）与进入植物细胞内的重金
43、属结合，以不具生物植物细胞内的重金属结合，以不具生物活性的无毒螯合物存在，减轻或解除其活性的无毒螯合物存在，减轻或解除其毒害作用；当重金属含量超过金属结合毒害作用；当重金属含量超过金属结合蛋白的最大束缚能力时，金属才以自由蛋白的最大束缚能力时，金属才以自由状态存在或与酶结合，引起代谢紊乱出状态存在或与酶结合，引起代谢紊乱出现中毒（植物耐重金属污染的重要机制）现中毒（植物耐重金属污染的重要机制）植物修复植物修复就是筛选和培育特种植物，就是筛选和培育特种植物，特别是对重金属具有超常规吸收和富集能特别是对重金属具有超常规吸收和富集能力的植物，种植在污染的土壤上，让植物力的植物，种植在污染的土壤上，让
44、植物把土壤中的污染物吸收起来，再将收获植把土壤中的污染物吸收起来，再将收获植物中的重金属元素加以回收利用物中的重金属元素加以回收利用p金属超富集植物金属超富集植物是指地上部组织中对重是指地上部组织中对重金属元素的吸收量超过一般植物金属元素的吸收量超过一般植物100100倍以上，倍以上，但不影响正常生长的植物。但不影响正常生长的植物。p一般认为富集一般认为富集CrCr、CoCo、NiNi、CuCu、PbPb含量含量在在1000mg/kg1000mg/kg以上，以上，MnMn、ZnZn含量在含量在10000mg/kg10000mg/kg以上为超富集植物，目前已发以上为超富集植物，目前已发现现700
45、700多种，但几乎半数以上属多种，但几乎半数以上属NiNi超积累植超积累植物物金属超富集植物应具备的特点金属超富集植物应具备的特点1、在重金属含量高或低的土壤都有较强吸、在重金属含量高或低的土壤都有较强吸收富集的能力收富集的能力2、能将吸收的重金属元素大量迁移至地上、能将吸收的重金属元素大量迁移至地上部器官部器官3、地上可收割器官必须能忍耐和积累高含、地上可收割器官必须能忍耐和积累高含量的污染物量的污染物4 4、植物在野外条件下生长速度快，生长周、植物在野外条件下生长速度快，生长周期短，而且生物产量高期短，而且生物产量高5 5、植物对农艺调控反应积极，如施、植物对农艺调控反应积极，如施N N、
46、P P、K K肥能使生长量增长好几倍，这样才能反复肥能使生长量增长好几倍，这样才能反复种植收割，才具推广开发价值种植收割，才具推广开发价值6 6、具有发达的根系组织、具有发达的根系组织 植物修复重金属污染的机制主要是植植物修复重金属污染的机制主要是植物对污染物的物对污染物的吸收积累和降解转化吸收积累和降解转化，这一，这一技术具有成本低、不破坏土壤和河流生态技术具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。小白菜、环境、不引起二次污染等优点。小白菜、甘蓝和油菜对土壤中超标的镉、铜、锌等甘蓝和油菜对土壤中超标的镉、铜、锌等的治理，就是通过种植并收获这些蔬菜来的治理，就是通过种植并收获
47、这些蔬菜来去除或减少土壤中的重金属污染。去除或减少土壤中的重金属污染。p植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为全植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为全世界研究和开发的热点。世界研究和开发的热点。p收获用于重金属治理的植物，本身重金属含量收获用于重金属治理的植物，本身重金属含量也很高，如小白菜、甘蓝、油菜具有更强的重也很高，如小白菜、甘蓝、油菜具有更强的重金属吸收能力，在用于土壤污染治理后，绝对金属吸收能力，在用于土壤污染治理后，绝对不能再食用，要通过专门的设备进行灰化处理，不能再食用，要通过专门的设备进行灰化处理，即燃烧有机质，使其变为二氧化碳、水蒸汽和即燃烧有机质，使其变为二氧化碳、水蒸汽和残渣。残渣。残渣中仍然有重金属的化合物存在，残渣中仍然有重金属的化合物存在，还要对残渣进行进一步的处理，相对于以还要对残渣进行进一步的处理，相对于以固体废弃物存在的重金属污染，蔬菜灰化固体废弃物存在的重金属污染，蔬菜灰化后残渣中的重金属就要好处理得多了。因后残渣中的重金属就要好处理得多了。因为，不光是体积小了，而且便于回收利用为，不光是体积小了，而且便于回收利用其中有价值的重金属元素，同时也可以选其中有价值的重金属元素，同时也可以选择最为安全的重金属元素处理方式。择最为安全的重金属元素处理方式。
