污染物在土壤-植物體系中的遷移及其機(jī)制

污染物在土壤-植物體系中的遷移及其機(jī)制1土壤中的金屬植物生長所需的養(yǎng)分來自土壤（重金屬元素Cu、Zn、Mo、Fe、Mn）在植物體內(nèi)是催化劑土壤中過量的重金屬限制植物的生長、發(fā)育和繁衍，改變植物的群落結(jié)構(gòu)銅是植物生長的必須元素之一，但是：

Cu含量＞50μg/g，柑桔幼苗生長受到阻礙Cu含量＞200μg/g，小麥會(huì)枯死Cu含量＞250μg/g，水稻會(huì)枯死在重金屬含量高的土壤中，植物出現(xiàn)較大的耐受性，從而形成耐性群落，產(chǎn)生了耐受性，并富集重金屬23土壤中的污染物污染物種類：(1)有機(jī)物質(zhì)化學(xué)農(nóng)藥的種類繁多，主要為有機(jī)氯和有機(jī)磷兩大類；(2)氮類和磷類化學(xué)肥料；(3)重金屬，如砷、鎘、汞、鉻、銅、鋅、鉛等；(4)放射性，元素如銫、鍶等；(5)有害微生物類，如腸細(xì)菌、炭疽桿菌、破傷風(fēng)桿菌、腸寄生蟲(蠕蟲)、霍亂弧菌、結(jié)核桿菌等。

(6)土壤中有機(jī)物分解產(chǎn)生CO2、CH4、H2S、H2、NH3和N2等氣體(其中CO2和CH4是主要的)。

4土壤中的污染物以重金屬比較突出，重金屬在土壤中積累，并轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，并通過食物鏈在人體富集。

進(jìn)入土壤中的重金屬：

吸附在土壤中，溶解或者不溶解被其他生物、植物吸收

進(jìn)入水體，離開土體

揮發(fā)進(jìn)入大氣

5

土壤背景值

土壤本身含有微量的金屬元素，其中很多是作物生長必需的微量營養(yǎng)元素，如Mn、Zn、Cu等。不同地區(qū)土壤中重金屬的種類和含量也有很大差別。因此土壤背景值就是指在未受污染的情況下，天然土壤中的化學(xué)元素的基線含量。

土壤背景值中含量較高的元素為：Mn、Cr、Zn、Cu、Ni、La、Pb、Co、As、Be、Hg、Se、Sc鈧

、Mo一、土壤中的重金屬6污染物在土壤—植物體系中的遷移土壤中污染物主要是通過植物根系根毛細(xì)胞的作用積累于植物莖、葉和果實(shí)部分。1、污染物由土壤向植物體內(nèi)遷移的方式

被動(dòng)轉(zhuǎn)移主動(dòng)轉(zhuǎn)移被動(dòng)擴(kuò)散7

脂溶性物質(zhì)從高濃度一側(cè)向低濃度側(cè)，順濃度梯度擴(kuò)散，通過有類脂層屏障的生物膜。其擴(kuò)散速率與有機(jī)物的化學(xué)性質(zhì)、分子體積或在液體pH條件下離解性有關(guān)。被動(dòng)擴(kuò)散不耗能，不需載體參與，因而無競爭性抑制、特異性選擇和飽和現(xiàn)象。8主動(dòng)擴(kuò)散在需消耗一定的代謝能量下，一些物質(zhì)可在低濃度側(cè)與膜上高濃度的特異性蛋白載體結(jié)合，通過生物膜至高濃度側(cè)解離出原物質(zhì)。這一轉(zhuǎn)運(yùn)稱為主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

所需代謝能量來自膜的三磷酸酰苷酶分解三磷酸酰苷(ATP)成二磷酸酰苷（ADP）和磷酸時(shí)所釋放的能量。具有競爭性抑制、特異性選擇和飽和現(xiàn)象。如鉀離子在細(xì)胞內(nèi)外濃度分布：

[K+](細(xì)胞內(nèi))＞[K+](細(xì)胞外)9具有競爭性抑制、特異性選擇和飽和現(xiàn)象。如鉀離子在細(xì)胞內(nèi)外濃度分布：

[K+](細(xì)胞內(nèi))＞[K+](細(xì)胞外)一、重金屬在土壤——植物體系中的遷移的因素1、土壤的理化性質(zhì)：pH、土壤質(zhì)地、土壤氧化還原電位、土壤中有機(jī)質(zhì)含量。2、重金屬的種類、濃度及在土壤中的存在形態(tài)3、植物的種類、生長發(fā)育期4、復(fù)合污染5、施肥102、影響重金屬在土壤-植物體系中轉(zhuǎn)移的因素pH值土壤pH值越低，H+

越多，重金屬被解吸的越多，其活動(dòng)性就越強(qiáng)，從而加大了土壤中重金屬向生物體內(nèi)遷移的數(shù)量。土壤質(zhì)地

質(zhì)地粘重的土壤對(duì)重金屬的吸附力強(qiáng)，降低了金屬的遷移轉(zhuǎn)化能力。

如：小麥試驗(yàn)田中，隨著土壤如下性質(zhì)的改變，麥粒對(duì)汞和砷的吸收率減少。砂壤——輕壤——中壤——重壤——黏土

11(1)土壤的理化性質(zhì)2、影響重金屬在土壤-植物體系中轉(zhuǎn)移的因素土壤的氧化還原電位還原態(tài)，重金屬易形成難溶性的硫化物，例如：CdS難溶，CdSO4

的溶解度要大得多。不同的氧化還原條件，有不同的價(jià)態(tài)，其化合物的溶解態(tài)和毒性顯著不同。

土壤中有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)含量高的土壤對(duì)重金屬的吸附能力高，土壤中各元素的含量都與有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)正比，但重金屬各組分的含量與有機(jī)質(zhì)含量的大小沒有密切的關(guān)系。

12(1)土壤的理化性質(zhì)13土壤中重金屬污染重金屬不被土壤微生物降解，可在土壤中不斷積累，也可以為生物所富集，并通過食物鏈在人體內(nèi)積累，危害人體健康。

重金屬一旦進(jìn)入土壤就很難予以徹底的清除。二、土壤環(huán)境的自凈作用土壤利用自身的物理、化學(xué)及生物學(xué)的特性，通過吸附、分解、遷移、轉(zhuǎn)化等的作用，使污染物在土壤中的數(shù)量、濃度、毒性、活性降低的過程。14土壤背景值指未受到人類活動(dòng)（特別是人為污染）影響的土壤環(huán)境本身的化學(xué)元素的組成及其含量15土壤背景值的計(jì)算：利用含量較高的抗風(fēng)化物質(zhì)TiO2（或者Al2O3）作為指示產(chǎn)物，用下式來計(jì)算某一元素的富集系數(shù)：當(dāng)富集系數(shù)大于1時(shí)，表明土壤被污染土壤環(huán)境容量一定的環(huán)境單元，一定時(shí)限內(nèi)遵循環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，既保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和生物學(xué)質(zhì)量，同時(shí)不使環(huán)境污染時(shí)，土壤所能容納污染物的最大負(fù)荷量。16土壤背景值進(jìn)行土壤評(píng)價(jià)制定土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究污染物或污染元素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化的依據(jù)土地利用及其規(guī)劃，土壤生態(tài)、施肥、澆水灌溉17重金屬在土壤——植物體系中的遷移及其機(jī)制一、重金屬在土壤——植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律1、植物對(duì)土壤中重金屬的富集規(guī)律：豆類>水稻>小麥>玉米；根>莖葉>穎殼>籽實(shí)2、重金屬在土壤剖面中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律：垂直分布規(guī)律：可耕層成為重金屬的富集層；根際土壤>土體3、土壤對(duì)重金屬離子的吸附固定原理：土壤中膠體中對(duì)吸附貢獻(xiàn)大的除有機(jī)質(zhì)外，主要是錳、鐵等氧化物。1819二、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的機(jī)制

1．土壤－植物體系

土壤-植物體系具有轉(zhuǎn)化儲(chǔ)存太陽能為生物化學(xué)能的功能，而微量重金屬是土壤中植物生長酶的催化劑；又是一個(gè)強(qiáng)的“活過濾器”，當(dāng)有機(jī)體密度高時(shí)，生命活力旺盛，可以經(jīng)過化學(xué)降解和生物代謝過程分解許多污染物；20微量重金屬可以促進(jìn)土壤中許多物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化，但土壤受重金屬污染負(fù)荷超過它所承受的容量時(shí)，生物產(chǎn)量會(huì)受到影響。土壤-植物系統(tǒng)通過一系列物理化學(xué)或生物代謝過程對(duì)污染物進(jìn)行吸附、交換、沉淀或降解作用，使污染物分解或去毒，從而凈化和保護(hù)了環(huán)境。21四、植物對(duì)重金屬污染產(chǎn)生耐性的幾種機(jī)制

1.植物根系通過改變根際化學(xué)性狀，原生質(zhì)泌溢等作用限制重金屬離子的跨膜吸收。

植物對(duì)重金屬吸收可根據(jù)植物的特性和重金屬的性質(zhì)分為耐性植物和非耐性植物，耐性植物具有降低根系吸收重金屬的機(jī)制。某些植物對(duì)重金屬吸收能力的降低是通過根際分泌螯合劑抑制重金屬的跨膜吸收。222.重金屬與植物的細(xì)胞壁結(jié)合

耐性植物中重金屬分布在根系細(xì)胞壁上

由于金屬離子被局限于細(xì)胞壁上，而不能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)影響細(xì)胞內(nèi)的代謝活動(dòng)，使植物對(duì)重金屬表現(xiàn)出耐性。

但不同植物的細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的結(jié)合能力不同，植物細(xì)胞壁對(duì)金屬的固定作用不是一個(gè)普遍存在的耐受機(jī)制。例如，Cd70－90%存在于細(xì)胞質(zhì)中只有10%左右存在于細(xì)胞壁中。

233.酶系統(tǒng)的作用一般來講，重金屬過多可使植物中酶的活性破壞，而耐性植物中某些酶的活性可能不變，甚至增加，具有保護(hù)酶活性的機(jī)制。耐性植物中有些酶的活性在重金屬含量增加時(shí)仍能維持正常水平，