42重金属在土壤植物体系中的迁移及其机制and43解析课件.ppt
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- 42 重金属 土壤 植物 体系 中的 迁移 及其 机制 and43 解析 课件
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1、主要内容主要内容土壤的组成和性质土壤的组成和性质重金属在土壤重金属在土壤-植植物体系中的迁移及物体系中的迁移及其机制其机制土壤的组成土壤的组成土壤的粒级与质地土壤的粒级与质地土壤的吸附性土壤的吸附性土壤的酸碱性土壤的酸碱性土壤的氧化还原性土壤的氧化还原性影响重金属在土壤影响重金属在土壤-植物体系中的迁移的因素植物体系中的迁移的因素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植物对重金属污染产生耐性的几种机制植物对重金属污染产生耐性的几种机制土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移转化土壤中农药的迁移土
2、壤中农药的迁移非离子型农药与土壤有机质的作用非离子型农药与土壤有机质的作用典型农药在土壤中的迁移转化典型农药在土壤中的迁移转化第二节第二节 重金属在土壤重金属在土壤-植物体系植物体系中的迁移及其机制中的迁移及其机制 重金属是土壤原有的构成元素,有些是植物、动重金属是土壤原有的构成元素,有些是植物、动物和人必需的营养元素。如物和人必需的营养元素。如Zn、Cu、Mo、Fe、Mn等,但由于含量的不同,可导致不同的效应,等,但由于含量的不同,可导致不同的效应,如果含量和有效性太低生物会表现缺乏症状,但如果含量和有效性太低生物会表现缺乏症状,但过量就会造成污染事件。过量就会造成污染事件。土壤背景值就是指
3、在土壤背景值就是指在未受污染未受污染的情况下,天然土的情况下,天然土壤中的金属元素的基线含量。壤中的金属元素的基线含量。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制土壤的重金属污染土壤的重金属污染1.1.重金属不被土壤微生物降解,可在土壤中不断积重金属不被土壤微生物降解,可在土壤中不断积累,也可以为生物所富集,并通过食物链在人体内累,也可以为生物所富集,并通过食物链在人体内积累,危害人体健康。积累,危害人体健康。2.2.重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。重金属一旦进入土壤就很难予以彻底的清除。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物
4、体系中的迁移及其机制重金属污染土壤的特点:重金属在土壤重金属在土壤-植物系统的迁移植物系统的迁移 重金属通过质流、扩散、截获到达重金属通过质流、扩散、截获到达植物根部。植物根部。植物通过主动吸收、被动吸收等方植物通过主动吸收、被动吸收等方式吸收重金属。式吸收重金属。重金属通过木质部和韧皮部向地上重金属通过木质部和韧皮部向地上部运输。部运输。植物对污染物吸收受到土壤性质、植物对污染物吸收受到土壤性质、植物种类、污染物形态的影响。植物种类、污染物形态的影响。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体
5、系中的迁移及其机制1.影响重金属在土壤影响重金属在土壤-植物系统迁移的因素植物系统迁移的因素影响因素影响因素土壤的土壤的理化性质理化性质金属的种类金属的种类浓度浓度存在形态存在形态 植物的种类植物的种类生长发育期生长发育期复合污染复合污染施肥施肥pH土壤质地土壤质地有机质有机质含量含量氧化还原氧化还原电位电位二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制2.重金属在土壤重金属在土壤-植物系统的迁移转化规律植物系统的迁移转化规律 1.植物对土壤重金属的富集规律植物对土壤重金属的富集规律 2.重金属在土壤剖面中的迁移转化规律重金属在土壤剖面中的迁移转化规律 3.土
6、壤对重金属离子的吸附固定原理土壤对重金属离子的吸附固定原理a总体来说:土壤中重金属含量越高,植物体内的重金属含量也越高;总体来说:土壤中重金属含量越高,植物体内的重金属含量也越高;b不同植物的累积有明显的种间差异:豆类不同植物的累积有明显的种间差异:豆类小麦小麦水稻水稻玉米;玉米;c重金属在植物体内的分布规律:根重金属在植物体内的分布规律:根茎叶茎叶果壳果壳籽实。籽实。a大部分重金属被土壤颗粒吸附;大部分重金属被土壤颗粒吸附;b遵循垂直分布规律,可耕层是重金属的富集区;遵循垂直分布规律,可耕层是重金属的富集区;c重金属有向根际土壤迁移的趋势。重金属有向根际土壤迁移的趋势。a与胶体种类有关:氧化
7、锰与胶体种类有关:氧化锰 有机质有机质 氧化铁氧化铁 伊利石伊利石 蒙脱石蒙脱石 高岭石;高岭石;b与金属离子的种类有关:价态越高,电荷越多,越易吸附;同等价态,与金属离子的种类有关:价态越高,电荷越多,越易吸附;同等价态,离子半径越大,水合半径相对越小,越易吸附。离子半径越大,水合半径相对越小,越易吸附。来源:炼锌工业的副产品;来源:炼锌工业的副产品;旱地石灰性土壤中多以旱地石灰性土壤中多以CdCO3、Cd(OH)2存在;存在;在水田中主要在水田中主要CdS存在;存在;镉的吸附跟土壤胶体的性质有关。镉的吸附跟土壤胶体的性质有关。镉不是人体的必需元素。镉不是人体的必需元素。二二.重金属在土壤重
8、金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制3.主要重金属在土壤中的累积和迁移转化主要重金属在土壤中的累积和迁移转化 镉镉Cadmium 铜是各种生物的必需微量元素;铜是各种生物的必需微量元素;Cu2+容易与腐质酸的羧基和羟基发生螯合;容易与腐质酸的羧基和羟基发生螯合;污染土壤中的铜主要在表层积累,并沿土壤的纵深垂直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,分布递减,这是由于进入土壤的铜被表层土壤的粘土矿这是由于进入土壤的铜被表层土壤的粘土矿物吸附,同时,表层土壤的有机质与铜结合形成螯合物。物吸附,同时,表层土壤的有机质与铜结合形成螯合物。在植物各部分的积累分布
9、:根在植物各部分的积累分布:根茎、叶茎、叶果实。果实。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制3.主要重金属在土壤中的累积和迁移转化主要重金属在土壤中的累积和迁移转化 铜铜Copper 来源:冶炼废水、废渣,汽车尾气来源:冶炼废水、废渣,汽车尾气 主要以主要以Pb(OH)2、PbCO3、PbSO4存在,存在,Ksp小小 有效性受有效性受pH影响很大,土壤的影响很大,土壤的pH增加,使铅的可增加,使铅的可溶性和移动性降低,从而影响植物对铅的吸收。溶性和移动性降低,从而影响植物对铅的吸收。很难迁移、植物吸收后积累于根部很难迁移、植物吸收后积累于根部 藓类植物
10、被确定为铅污染和积累的指示植物藓类植物被确定为铅污染和积累的指示植物二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制3.主要重金属在土壤中的累积和迁移转化主要重金属在土壤中的累积和迁移转化铅铅-lead锌是植物、动物和人类必需的营养元素锌是植物、动物和人类必需的营养元素在还原条件下易形成在还原条件下易形成ZnS在碱性条件下易形成在碱性条件下易形成Zn(OH)2沉淀沉淀酸性土壤溶液中离子态含量高酸性土壤溶液中离子态含量高 2ppm对土壤对土壤pH非常敏感非常敏感二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制3.主要重金属在土壤中的
11、累积和迁移转化主要重金属在土壤中的累积和迁移转化 锌锌-Zincu三种价态随着三种价态随着pH和和Eh变化而转化,变化而转化,HgS是还原是还原状态下的主要形态状态下的主要形态u土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作土壤的粘土矿物和有机质对汞有强烈的吸附作用,因此汞进入土壤后,大部分被土壤吸附或用,因此汞进入土壤后,大部分被土壤吸附或固定,因此汞容易在表层积累。固定,因此汞容易在表层积累。u汞在厌氧微生物作用下可甲基化,毒性增大。汞在厌氧微生物作用下可甲基化,毒性增大。u植物对汞的吸收和积累与汞的形态有关。植物对汞的吸收和积累与汞的形态有关。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及
12、其机制植物体系中的迁移及其机制 汞汞Mercury3.主要重金属在土壤中的累积和迁移转化主要重金属在土壤中的累积和迁移转化二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制4.植物对重金属产生耐性的几种机制植物对重金属产生耐性的几种机制 1.植物根系的作用植物根系的作用 2.重金属与植物的细胞壁结合重金属与植物的细胞壁结合 3.酶系统的作用酶系统的作用4.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、原生质泌溢等作用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。还可以通过形成跨根际的限制重金属离子跨
13、膜吸收。还可以通过形成跨根际的氧化还原电位梯度和氧化还原电位梯度和pH梯度等来抑制对重金属的吸收梯度等来抑制对重金属的吸收 已经证实,某些植物对重金属离子的吸收能力的降低已经证实,某些植物对重金属离子的吸收能力的降低可以通过根际分泌螯合剂而减少重金属的跨膜吸收可以通过根际分泌螯合剂而减少重金属的跨膜吸收二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制 1.植物根系的作用植物根系的作用 研究结果表明:细胞壁中的金属大部分以离子形式存在研究结果表明:细胞壁中的金属大部分以离子形式存在或与细胞壁中的纤维素、木质素结合;或与细胞壁中的纤维素、木质素结合;由于金属离子被局
14、限的细胞壁上,而不能进入细胞质影由于金属离子被局限的细胞壁上,而不能进入细胞质影响细胞内的代谢活动,使植物对重金属表现出耐性;响细胞内的代谢活动,使植物对重金属表现出耐性;不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力是不同的;不同植物的细胞壁对金属离子的结合能力是不同的;细胞壁对金属离子的固定作用不是一个普遍耐性机制。细胞壁对金属离子的固定作用不是一个普遍耐性机制。即:不是所有的耐性植物都表现为将金属离子固定在细即:不是所有的耐性植物都表现为将金属离子固定在细胞壁上。胞壁上。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制 2.重金属与植物的细胞壁结合重金属与植物的细胞
15、壁结合 耐性植物中的几种酶的活性在重金属含量增加时仍能耐性植物中的几种酶的活性在重金属含量增加时仍能维持正常水平;维持正常水平;同时还可以激发另外一些酶,从而使耐性植物在受重同时还可以激发另外一些酶,从而使耐性植物在受重金属污染时保持正常的代谢。金属污染时保持正常的代谢。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制 3.酶系统的作用酶系统的作用 1957年发现,在马的肾脏中发现金属硫蛋白(年发现,在马的肾脏中发现金属硫蛋白(MT),),能合成能合成MT的细胞对重金属有明显的抗性,的细胞对重金属有明显的抗性,MT是动物及是动物及人体最重要的重金属解毒剂人体最重
16、要的重金属解毒剂。后来,在植物中发现类后来,在植物中发现类MT或植物络合素。其作用是与进或植物络合素。其作用是与进入植物细胞内的重金属结合,使其以不具生物活性的无入植物细胞内的重金属结合,使其以不具生物活性的无毒的螯合物形式存在,降低金属离子的活性,从而减轻毒的螯合物形式存在,降低金属离子的活性,从而减轻或解除其毒害作用。或解除其毒害作用。二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制4.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二二.重金属在土壤重金属在土壤-植物体系中的迁移及其机制植物体系中的迁移及其机制4.植物对重金属产生耐性的几种机制植物
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