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第三章 重金属污染及其生态效应 一、土壤的重金属污染及危害 土壤本身均含有一定量的重金属元素，其中 有些是作物生长所需要的微量元素，如Zn、 Cu、Mo、Fe、Mn、Co等，而有些重金属如 Cd、As、Hg等对植物生长是不利的。 重金属污染：含量﹥﹥背景值 最引人注意的是汞、镉、 铬、铅、砷五毒。 土壤重金属污染的危害主要表现在以下几个方面： (1)影响植物生长。 (2)影响土壤生物群的变化及物质的转化。 重金属离子对微生物的毒性顺序为：Hg＞Cd ＞Cr＞Pb＞Co＞Cu，其中Hg2+、Ag+对微 生物的毒性最强。 (3)影响人体健康 (a)通过挥发作用进入大气 (b)受水特别是酸雨的淋溶或地表径流作用，重金属进入地表水和地下水，影响水生生物 。 (c)植物吸收并积累土壤中的重金属，通过食物链进入人体。 影响土壤中重金属活性（或生态效应）的因素： 存在形态 土壤胶体的吸附：有机、无机配合物 土壤酸碱度 微生物作用：形成金属有机化合物 二、土壤中重金属的迁移和存在形态 1. 影响重金属在土壤-植物系统中的迁移的因素 土壤理化性质: pH ,土壤质地,土壤的氧化还原电位 , 土壤中有机质含量 、阳离子交换量（CEC) 重金属的种类、浓度及存在形态 植物的种类、生长发育期 复合污染 施肥 Cd\As易被植物吸收，Cu\Mn\Se\Zn等次之，Co\Pb\Ni等难于被吸收，Cr极难被吸收。 2.重金属形态 定义：重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结 构态4个方面。即某一重金属元素在环境中以某种离子或分 子存在的实际形式。 元素活动性、迁移路径、生物有效性及毒性等主要取决于其 形态而不是总量。 形态分析：化学形态分析、物理形态分析 化学形态分析法-顺序提取法： 采用适当的化学浸提剂有选择性地将与土壤固相结合的不同 形态的重金属浸提出来 。 有代表性的连续分级提取法： Tessier法：将沉积物或土壤中金属元素的形态分为可酸溶/可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物和硫化物结合态、残渣态5种形态。 BCR法（欧盟提出） ：3种形态，弱酸提取态（可酸溶/可交换态、碳酸盐结合态）、可还原态（铁锰氧化物结合态）、可氧化态（有机物和硫化物结合态）、（残渣态） 目前常采用两种方法进行土壤中重金属的生物有效性研究，即测定土壤中重金属的存在形态，或测定在此土壤上生长的植物中的金属含量，并寻找这两者之间的相关性。 重金属不能被微生物所降解，同时由于胶体对重金属离子有强烈的吸附作用等，使其不易迁移。因此，土壤一旦遭受重金属污染，就很难予以彻底消除。土壤是重金属污染的汇，故应积极防治土壤的重金属污染。 耕作层（0～30cm）土壤中残渣态的Cu明显多于其他形态的Cu，约占总量的80%，各形态的Cu含量大小顺序为残渣态可氧化态可还原态酸溶/可交换态。 实验所用堆肥污泥呈酸性，有机质含量是土壤的40多倍，且其中的Cu含量低于农用污泥中Cu的限制标准（500 mg/kg），适合农用。污泥中Cu的形态以残渣态及可氧化态为主，两者之和占总量的92.8%，可酸溶/可交换态及可还原态Cu所占比例较少。 小白菜中Cu的含量与施泥量呈显著的正相关，且不同部位对Cu的吸收有所差异。Cu在小白菜中的富集为根部大于茎叶，这可能与根系和Cu离子直接接触有关。由此可见，在利用污泥堆肥时最好避开利用根部的植物。 （1）通过短期及中期淋溶后发现，污泥土地利用会增加土壤中的Cu含量，但主要集中在上层土壤中；而长期淋溶后，各层土壤中的相对Cu含量有了明显的增加，如长期施用污泥，则Cu在土壤中的积累是一个需要考虑的重要问题。 （2）添加堆肥污泥后耕作层土壤中Cu的形态百分含量也发生了变化，但仍然以残渣态为主，占50%以上；易被植物利用的酸溶/可交换态和可还原态Cu有了明显的增加，且越靠近污泥的土层增幅越大。 （3）与去离子水相比，酸雨作用会促使污泥中Cu离子淋溶强度的增加,并能促使土壤中易迁移态Cu的百分含量有所增加，在一定程度上增强了Cu污染土壤及地下水的风险。因此在进行堆肥污泥对土地利用后Cu的迁移性风险评价时,不仅要考虑土壤的性质,还应充分考虑外界条件变化所引起的土壤中Cu性质的改变。 （4）通过淋溶可以发现，污泥中Cu的释放分为两个阶段：前期稳定性较差的酸溶/可交换态易随淋溶液进入土壤中，后期可还原态、可氧化态甚至残渣态Cu开始缓慢的释放出来，并在土壤中进行迁移转化的过程。 （5）通过长期的淋溶实验可以看出，只有很小部分的Cu随淋溶液淋出，且随淋溶时间的延长，淋出液中Cu的含量有逐渐降低且趋于平缓的趋势。淋出液中Cu的含量＜0.08mg/l，远低于地下水Ⅲ类标准及生活饮用