環(huán)境化學第四章土壤_第1頁
環(huán)境化學第四章土壤_第2頁
環(huán)境化學第四章土壤_第3頁
環(huán)境化學第四章土壤_第4頁
環(huán)境化學第四章土壤_第5頁
已閱讀5頁,還剩111頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

環(huán)境化學——第四章土壤環(huán)境化學

云南曲靖“鉻污染事件”

被非法堆放鉻渣的地方土壤變灰白,植物枯黃。一群山羊在山間的低洼處飲水中毒死亡第一節(jié)土壤組成及其結構土壤是指陸地表面具有一定肥力的疏散土層,是自然地理環(huán)境的組成要素之一。它處在巖石圈、水圈、大氣圈相互緊密接觸的地帶,既是自然地理環(huán)境中無機界與有機界相互作用過程中形成的獨特自然體,又是生物尤其是植物和微生物生活的重要環(huán)境,還是地表物質與能量轉化交換的活躍場所。第一節(jié)土壤組成及其結構固相氣相液相固體:

土壤礦物質(90%):

原生礦物:硅酸鹽類礦物,如長石、云母、輝石等硫化物類礦物,如黃鐵礦、白鐵礦等氧化物類礦物,如石英、赤鐵礦等磷酸鹽類礦物,如磷灰石等

原生礦物構成了土壤的骨架,是土壤礦物質營養(yǎng)元素的主要來源,與土壤肥力密切有關。一、土壤的組成第一節(jié)土壤組成及其結構

次生礦物:簡單鹽類,如方解石、白云石、石膏等三氧化物類,如針鐵礦、褐鐵礦等次生鋁硅酸鹽類,如伊利石、蒙脫石、高嶺石次生礦物是土壤環(huán)境中最活躍的部分,對土壤環(huán)境的物理化學性質和土壤肥力都有重大的影響。它有兩個顯著特點:①顆粒細?。ㄒ话阈∮?μm),表面積大,具有膠體的性質,能強烈吸附周圍氣相和液相介質中的物質;②

帶有電荷,一般為負電荷,故陽離子交換量大,對土壤中離子態(tài)物質有交換和固定作用。

第一節(jié)土壤組成及其結構第一節(jié)土壤組成及其結構膨脹性小膨脹性大不易吸水易吸水第一節(jié)土壤組成及其結構土壤有機質(1-10%):非腐殖物質:如蛋白質、糖類、樹脂、有機酸等腐殖質:如腐殖酸、富里酸、腐黑物等

它主要來源于動植物和微生物的殘體。它對土壤環(huán)境的特性、性質及污染物在環(huán)境中的遷移、轉化等過程起著重要作用,既是土壤形成的主要標志,又是土壤肥力的重要物質基礎。第一節(jié)土壤組成及其結構液體:土壤水分,實際上是土壤中各種成分和污染物溶解形成的溶液,即土壤溶液。它主要來自大氣降水和灌溉。土壤水分既是植物養(yǎng)分的主要來源,也是進入土壤的各種污染物向其它環(huán)境圈層遷移的媒介。

第一節(jié)土壤及其組成氣體:

土壤是一個多孔體系,土壤中的空氣主要存在于未被水分占據的土壤孔隙中,其主要成分是N2、O2和CO2,主要來源于大氣,其次是產生于土壤內的生物化學和化學過程。土壤空氣與大氣的差異是:①土壤中90%的空氣是與大氣相連通的,大約有10%的空氣處于與大氣隔絕的充氣毛細管中,而且土壤中空氣是不連續(xù)的,被土壤中的固體物質所隔開。第一節(jié)土壤及其組成②土壤空氣中CO2含量比大氣中高得多,氧的含量低于大氣。這是由于土壤生物體的生化反應消耗氧氣,放出二氧化碳,這時土壤氣體和大氣氣體進行交換的速率來不及把產生的二氧化碳及時移走并補充足夠的氧氣;③由于土壤生物體的作用,使得土壤空氣中還含有少量還原性氣體,如CH4、H2S、H2、NH3等;④土壤空氣中的含水量較大氣中高。

第一節(jié)土壤及其組成第二節(jié)土壤的性質土壤是一個多相的、變化(可發(fā)生多種物理的、化學的和生化反應)的復雜體系,因此,土壤的性質取決于土壤的組成和土壤中的一系列反應。就化學反應而言,主要有吸附與解吸、氧化與還原、溶解與沉淀及中和反應等,因此,土壤具有膠體性質,酸堿性質、氧化還原性質。土壤中兩個最活躍的組分是土壤膠體和土壤微生物,它們對污染物在土壤中的遷移、轉化有重要作用。第二節(jié)土壤的性質

(1)土壤膠體的性質

土壤膠體是指土壤中顆粒直徑小于2μm,具有膠體性質的微粒,如粘土礦物和腐殖質。它是土壤固體顆粒中最細小的微粒,也是物理性質和化學性質最活躍的部分。土壤的許多性質都于土壤膠體有關。

①土壤膠體具有巨大的比表面和表面能;

②土壤膠體的電性:土壤膠體微粒具有雙電層,其電荷主要集中在膠體的表面,具有巨大的表面能,能從溶液中吸附呈分子態(tài)和離子態(tài)的物質,并且吸附的離子可與土壤溶液中的離子交換,所以土壤具有離子的交換和吸附性質。包括物理吸附和物理化學吸附。

第二節(jié)土壤的性質③土壤膠體的凝聚性和分散性:由于膠體的比表面和表面能都很大,為減小表面能,膠體具有相互吸引、凝聚的趨勢,這就是膠體的凝聚性。但是在土壤溶液中膠體常帶負電荷,即具有負的電動電位,所以膠體微粒又因相同電荷而相互排斥,電動電位越高,相互排斥力越強,肢體微粒呈現出的分散性也越強。第二節(jié)土壤的性質

(2)土壤膠體的離子交換吸附性

在土壤膠體雙電層的擴散層中,補償離子可以和溶液中相同電荷的離子以離子價為依據作等價交換,稱為離子交換(或代換)。離子交換作用包括陽離子交換吸附作用和陰離子交換吸附作用。第二節(jié)土壤的性質

①土壤膠體的陽離子交換吸附:土壤膠體吸附的陽離子,可與土壤溶液中的陽離于進行交換,其交換反應如下:(土壤膠體)Na++Ca2+→(土壤膠體)Ca2++2Na+

土壤膠體陽離子交換吸附過程除以離子價為依據進行等價交換和受質量作用定律支配外,各種陽離子交換能力的強弱,主要依賴于以下因素:

電荷數,離子電荷數越高,陽離子交換能力越強;

離子半徑及水化程度,同價離子中,離于半徑越大,水化離子半徑就越小,因而具有較強的交換能力。第二節(jié)土壤的性質土壤中一些常見陽離子的交換能力順序如下:Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Ru+>NH4+>K+>Na+>Li+第二節(jié)土壤的性質②土壤膠體的陰離子交換吸附:

是指帶正電荷的膠體所吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換作用。

陰離子的交換吸附比較復雜,它可與膠體微粒(如在酸性條件下帶正電荷的含水氧化鐵、鋁)或溶液中陽離子(Ca2+、Al3+、Fe3+)形成難溶性沉淀而被強烈地吸附。

各種陰離子被土壤膠體吸附的順序如下:F->草酸根>檸檬酸根>PO43-≥AsO43-≥硅酸根>HCO3->H2BO3->CH3COO->SCN->SO42->Cl->NO3-。第二節(jié)土壤的性質

③土壤膠體的物理吸附:物理吸附即土壤膠體把某些分子態(tài)的物質(有機酸、無機堿等)吸附在其表面,從而降低其表面能的吸附,并稱該類吸附為正吸附。反之,能增加土壤膠體表面能的物質(如無機酸及鹽類),則受土壤膠體的排斥,稱為負吸附。此外,土壤膠體還能吸收NH3、N2、CO2等氣態(tài)分子。由此可見,物理吸附僅能保持一些分子態(tài)養(yǎng)分,對土壤肥力的貢獻不大。第二節(jié)土壤的性質

(3)土壤的酸堿性由于土壤是一個復雜的體系,其中存在著各種化學和生物化學反應,因而使土壤表現出不同的酸性或堿性。其pH范圍一般在4.0-8.5之間。土壤的酸堿度不僅直接影響土壤環(huán)境中物質的存在形態(tài)和遷移轉化,而且還直接影響土壤微生物的活動、有機物的分解、營養(yǎng)元素的釋放、植物的生長發(fā)育,以及土壤污染與凈化,是土壤的重要化學性質。

第二節(jié)土壤的性質

①土壤酸度:根據土壤中H+的存在方式,土壤酸度可分為兩大類:a.活性酸:是土壤溶液中氫離于濃度的直接反映,又稱為有效酸度,通常用pH表示。土壤溶液中氫離子的來源,主要是土壤中CO2溶于水形成的碳酸和有機機質分解產生的有機酸,以及土壤中礦物質氧化產生的無機酸,還有施用的無機肥料中殘留的無機酸,如硝酸、硫酸和磷酸等。此外,由于大氣污染形成的大氣酸沉降,也會使土壤酸化,所以它也是土壤活性酸度的一個重要來源。第二節(jié)土壤的性質

b.潛性酸:其來源是土壤膠體吸附的可代換性H+和Al3+。當這些離子處于吸附狀態(tài)時,是不顯酸性的,但當它們通過離子交換作用進入土壤溶液之后,即可增加土壤溶液的H+濃度,使土壤pH值降低。只有鹽基不飽和土壤才有潛性酸度,其大小與土壤代換量和鹽基飽和度有關。據測定土壤潛性酸度所用的提取液,可以把潛性酸度分為代換性酸度和水解酸度。第二節(jié)土壤的性質

①代換性酸度:

用過量中性鹽(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤,溶液中金屬離子與土壤中H+和A13+發(fā)生離子交換作用,而表現出的酸度,稱為代換性酸度。

代換性A13+是礦物質土壤中潛性酸度的主要來源。第二節(jié)土壤的性質

②水解性酸度:

用弱酸強堿鹽(如醋酸鈉)淋洗土壤,溶液中金屬離子可以將土壤膠體吸附的H+、A13+代換出來,同時生成某弱酸(醋酸)。此時,所測定出的該弱酸的酸度稱為水解性酸度。

第二節(jié)土壤的性質

③活性酸與潛性酸的關系:

土壤的活性酸與潛性酸是同一個平衡體系的兩種強度,二者可以互相轉化,在一定條件下處于暫時平衡狀態(tài)。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起點和現實表現。土壤膠體是H+和A13+的貯存庫.潛性酸度則是活性酸度的貯備。土壤的潛性酸度往往比活性酸度大得多,二者的比例,在砂土中約為1000;在有機質豐富的粘土中則可高達5×104-1×105。第二節(jié)土壤的性質

②土壤堿度:土壤溶液中的OH-離子主要來源是堿金屬及堿土金屬的碳酸鹽和重碳酸鹽,以及膠體上吸附的Na+的水解作用。如:Na2CO3+2H2O→2NaOH+H2CO32CaCO3+2H2O→Ca(OH)2+Ca(HCO3)2(土壤膠體)Na++H2O

→(土壤膠體)H++NaOH除了耐堿性植物外,強堿性土壤對大多數植物和微生物有害,并使微量元素沉積,惡化土壤的物理化學性能。第二節(jié)土壤的性質

③土壤的緩沖性能:是指土壤具有緩和其酸堿度發(fā)生激烈變化的能力,它可以保持土壤反應的相對穩(wěn)定,為植物生長和土壤生物的活動創(chuàng)造比較穩(wěn)定的生活環(huán)境,所以土壤的緩沖性能是土壤的重要性質之一。土壤中起緩沖作用的因素有:土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有機酸等弱酸及其鹽類,構成一個良好的緩沖體系。土壤膠體吸附有各種陽離子,其中鹽基離子和氫離子能分別對酸和堿起緩沖作用,鋁離子對堿具有緩沖作用。

第二節(jié)土壤的性質

一般土壤緩沖能力的大小順序是:腐殖質土>枯土>砂土。土壤的可變電荷越多,緩沖能力越強。土壤緩沖能力越大,對酸堿污染物的容量就越大。但是,土壤的緩沖能力的大小是有一定限度的,超出這個限度,土壤的酸堿度會發(fā)生強烈的變化。第二節(jié)土壤的性質1

建筑、裝修材料造成室內空氣污染2人類活動造成室內空氣污染

袁沁,張亞婷,吳夢瑤,陳佩,邵毓9分3吸煙造成的污染

李佩珊,秦雨絲,農俊肖,張小鳳,涂曉10分4亂棄電池造成的污染

劉思朋,劉笠楓,梁谷旭,穆薩10分

劉佩,李東輝,范俁杰,何成智9分5食品加工過程造成的食品污染

張敏,王歌,卡勒比努8分6食品儲存過程造成的食品污染

郝俊麗,楊倩,劉晨陽,孫幔,何思青10分7炊具帶來的污染

鮑應枝,柳亞男,肖勝男

沈志偉,關昊淼,張常青,阿依努熱木?許庫爾,孟萬鵬,阿斯古麗?米吉提,熱娜古?艾爾肯8

生活垃圾的危害及處理方法

高妍妍,周暢,苗悅,劉艷,劉艷雪

王磊,張邦振,鄧勇,陳益,蔡庭瑾10日常生活中的水

黃晴11

服裝加工帶來的污染

達選,索朗玉珍,云丹

于賀,李曉飛,楊曉瑩,黃吳芳,楊桂榕,李聰鶴12藥物的生產、使用過程的污染情況

盧倩,王馨野,劉熒欣,王琳玉13核污染

劉曉旭,李華藝,王文卓,姚睿,鄧敏霞,吳婧15

食品添加劑使用不當對人體的危害

張麗媛,李小娟,王思宇,許敏

姜天宇,伍陽,李浪森,紀雯婕

(4)土壤的氧化還原性

氧化還原反應是土壤中無機物和有機物發(fā)生遷移轉化并對土壤生態(tài)系統產生重要影響的化學過程。

土壤中的主要氧化劑有:土壤中氧氣、NO3-離子以及高價的金屬離子,如Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、V(Ⅴ)、Ti(Ⅳ)等。土壤中的主要還原劑有:有機質和低價金屬離子。此外,土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤發(fā)生氧化還原反應的重要參與者。第二節(jié)土壤的性質

土壤的氧化還原反應在土壤化學、生物化學中占有極其重要的地位。伴隨氧化還原反應的進行,元素的價態(tài)會發(fā)生改變,因此會強烈地影響該元素有關化合物的溶解度,從而改變元素的遷移能力。同時元素價態(tài)的改變也必然影響土壤的養(yǎng)分供應。此外,氧化還原反應還影響土壤的酸堿性,氧化作用使土壤酸化,還原作用使土壤堿化。第二節(jié)土壤的性質

(5)土壤的配合性質土壤中許多有機物(腐殖質、木質素、多糖類、蛋白質、有機酸多酚類等)含有配位基團,均能與土壤中的金屬離子產生配合或螯合作用。

配合物廣泛存在與土壤中。其穩(wěn)定性與配合物的穩(wěn)定常數有關,與土壤溶液的pH值有關。第二節(jié)土壤的性質第三節(jié)污染物在土壤-植物體系中的遷移及影響因素

土壤中污染物主要是通過植物根系根毛細胞的作用積累于植物莖、葉和果實部分。由于該遷移過程受到多種因素的影響,污染物可能停留于細胞膜外或穿過細胞膜進入細胞質。遷移的方式主要包括被動轉移和主動轉移兩種。

植物在生長、發(fā)育過程中所必需的一切養(yǎng)分均來自土壤,其中重金屬元素(如Cu、Zn、Mo、Fe、Mn等)在植物體內主要作為酶催化劑。但是,如果在土壤中存在過量的重金屬,就會限制植物的正常生長、發(fā)育和繁衍,以致改變植物的群落結構。第三節(jié)污染物在土壤-植物體系中的遷移

土壤中重金屬向植物體內轉移的過程與重金屬的種類、價態(tài)、存在形式以及土壤和植物的種類、特性有關。①不同植物種類或同種植物的不同植株從土壤中吸收轉移重金屬的能力是不同的;②土壤的酸堿性和腐殖質的含量都可能影響重金屬向植物體內的轉移能力;③重金屬形態(tài)不同以及土壤pH的改變或有機物的分解都會引起難溶化合物溶解度發(fā)生變化,而改變重金屬向植物體內轉移的能力;④不同重金屬在植物體內的遷移能力也不同。

植物對重金屬污染產生耐性由植物的生態(tài)學待性、遺傳學特性和重金屬的物理化學性質等因素所決定,不同種類的植物對重金屬污染的耐性不同;同種植物由于其分布和生長的環(huán)境各異,長期受不同環(huán)境條件的影響,在植物的生態(tài)適應過程中,可能表現出對某種重金屬有明顯的忍耐性。第四節(jié)植物對重金屬污染產生耐性的幾種機制

(1)植物根系通過改變根際化學性狀、原生質泌溢等作用限制重金屬離子跨膜吸收;(2)重金屬與植物的細胞壁結合,由于金屬離子被局限于細胞壁上,而不能進入細胞質影響細胞內的代謝活動,使植物對重金屬表現出耐性;(3)酶系統的作用,在耐性品種或植株中有保護酶活性的機制;第四節(jié)植物對重金屬污染產生耐性的幾種機制

(4)形成重金屬硫蛋白(MT)或植物絡合素,它們的作用是與進人植物細胞內的重金屬結合,使其以不具生物活性的無毒的螯合物形式存在,降低金屬離子的活性,從而減輕或解除其毒害作用。第四節(jié)植物對重金屬污染產生耐性的幾種機制第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

農藥是一種泛指性的術語,它不僅包括殺蟲劑,還包括除草劑、殺菌劑、防治嚙齒類動物的藥物,以及動、植物生長調節(jié)劑等。施用農藥對促進農業(yè)的增產增收有重要的作用。世界每年可增加3~3.3億噸糧食。我國農藥使用量在25萬噸以上,生產量約40萬噸,品種達250種以上。動、植物生長調節(jié)劑如吲哚乙酸(IAA,促進植物生長),赤霉酸(GA,誘發(fā)花芽的形成),細胞分裂素(促進種子萌發(fā)、抑制衰老),乙烯(促進果實成熟),獨腳金酮(誘發(fā)寄生植物種子萌發(fā)),G2因子或N-甲基煙酸內酯(影響固氮作用),GlycinoeclepinA(促進蠕蟲卵孵化)

第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

農藥的種類:無機農藥,有機農藥無機農藥:殺蟲劑,巴黎綠Cu(C2H3O2)23Cu(AsO2)2,PbHAsO4殺菌劑,波爾多液,K2S,ZnO,HgCl2,硫磺除草劑,As2O3,NaAsO2,

Ca3(AsO4)2,NaClO3,Ca(CN)2,NaOCN

熏蒸劑,HCN,SO2除草劑砒霜As2O3已被有機砷農藥(CH3)2As(OH)、NaOAs(OH)2(CH3)等取代NaAsO2,Ca3(AsO4)2,NaOAs(OH)2(CH3),(CH3)2As(OH)NaClO,Mg(ClO3)2消滅根深多年性雜草Na2B4O710H2O對植物毒性大Ca(CN)2脫草劑,除草劑殺菌劑波爾多液CuSO4與CaCO3混合液硫磺,石硫合劑,K2S減輕桃李等核果的真菌感染ZnO處理淺表真菌HgCl2,馬鈴薯、包心菜等的真菌和蟲害氯酚汞ClCH3(OH)HgOSO3Na種子處理賽力散C6H5HgOCOCH3,西力生C2H5HgCl殺蟲劑PbHAsO4廣譜殺蟲劑有機錫殺蟲劑如Ph3SnOCOCH3熏蒸劑CS2,CCl4,HCN,SO2果實儲存1935年發(fā)現六氯環(huán)己烷具有毒殺生物的活性,其中γ-異構體(六六六,1825年)是活性物質。1940年也將1874年合成的2,2’-二(氯苯)-1,1,1-三氯乙烷(DDT)作物殺蟲劑使用。這兩種物質作為農藥一直使用到20世紀60年代。當時發(fā)現有機氯農藥在生物體內和在自然界中嚴重積累,對生物體和自然環(huán)境造成極大的污染。因此在60年代以后,有機氯農藥逐漸被有機磷農藥代替。有機磷的異常生理作用是在1932年由Lange和Krueger試驗發(fā)現的。第二次世界大戰(zhàn)期間,Saunder合成了二異丙基磷酰氟,該物質對神經具有毒害作用。Schrader在1937年發(fā)現具有下面結構的化合物對昆蟲有毒殺作用:

1944年,Schrader發(fā)現了第一個能用于農業(yè)害蟲的有機磷農藥——二乙基對硝基苯基硫代磷酸酯(對硫磷),隨后氯硫磷,倍硫磷,殺螟松等有機磷農藥在50年代相繼問世。

二乙基對硝基苯基殺蟲劑,氯丹,七氯,艾氏劑,狄氏劑第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化常見的有機磷農藥第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

農藥在使用過程中直接粘附在農作物上的一般只占30%左右,大部分散落在土壤里,或飛揚后再落到土壤里。農藥進入土壤后大致有三種歸宿:農藥被土壤吸附而殘留在土壤里,它是農藥在土壤中殘留的主要原因,包括物理吸附和化學吸附。土壤對農藥的吸附作用取決于土壤和農藥雙方的性質。

土壤有機質和各種粘土礦物對農藥的吸附能力為:有機膠體>蒙脫石類>伊利石類>高嶺石類。

溶解度(微摩爾/升)吸附分配系數(蒙脫石)吸附分配系數(高嶺石)百草枯2.7×1064.2×1041.7×103莠去津1.2×1021.5×1033.0艾氏劑2.7×10-22.52.5對硫磷8×1021063.4豐李磷5.2×103100吸附作用:蒙脫石>高嶺石

在各種農藥的分子結構中,凡是含有-NR3、-CONH2、-OH、-NHCOR、-NH2、-OCOR、-NHR等官能團的農藥都可被土壤強烈吸附,其中以-NH2類的化合物吸附能力最強。此外,在同類型的農藥中,農藥的相對分子質量越大,被吸附的能力越強。農藥的揮發(fā)性和溶解度越小,越易被吸附。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

農藥被土壤吸附后,遷移能力和生理毒性隨著發(fā)生變化,因此,土壤對農藥的吸附在一定程度上起著凈化和解毒作用。但是這種凈化作用是不穩(wěn)定的和有限的。一旦農藥的吸附條件被破壞,農藥又可釋放到土壤溶液中,導致土壤受到農藥的再污染。土壤對農藥的吸附能力的大小關系到農藥在土壤中的有效性,以及土壤對有毒農藥的凈化效果;土壤對農藥的吸附力越強,農藥在土壤中的有效性越低,凈化能力越高。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化(2)農藥在土壤中的遷移,是指農藥隨水或氣體的物理遷移,隨土壤吸附發(fā)生的化學物理遷移,隨生物生活發(fā)生的生物遷移,在遷移過程中同時伴有農藥的轉化。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化進入土壤中的農藥可以通過揮發(fā)、擴散遷移到大氣,引起大氣污染。農藥在土壤環(huán)境中的氣遷移速度除了與土壤的孔隙度、質地、結構、土壤水分含量等性質有關外,主要取決于農藥的蒸氣壓、環(huán)境的溫度和風速。農藥的蒸氣壓越高,揮發(fā)性越強,氣遷移的速度越快。農藥的蒸氣壓隨溫度的升高而增大,所以環(huán)境溫度升高農藥的氣遷移速度也增大。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化當農藥在水中的溶解度大,淋溶能力強時,農藥在土壤中的遷移主要以水擴散形式進行。因此,進入土壤的農藥可以隨土壤溶液、地面徑流遷移到江河、湖泊水體中,引起水體污染。農藥在土壤中的遷移能力與土壤對農藥的吸附力有關。一般在吸附容量小的砂土中,農藥的遷移能力大,在吸附力大的粘土和富含有機質的土壤中,遷移能力小。因此水溶性大的農藥溶于水,可隨徑流直接流入水體;而難溶性農藥則附著于土壤顆粒上,隨雨水沖刷,連同泥沙流入水體。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化由于水擴散速率比蒸氣擴散速率小一萬倍,所以農藥在土壤溶液中的遷移、擴散速率較慢,故殘留在土壤中的農藥多存在于上部30厘米的表土層內。由此可見,農藥對地下水的污染沒有對地表水的污染嚴重。除了氣擴散和水擴散外,進入土壤中的農藥還可通過農作物的吸收產生轉移污染,富集于生物體內。反之,生物體生活中也可將富集于生物體內的殘留農藥帶到土壤中。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化農藥在土壤中的遷移,主要是通過擴散和質體流動兩個過程。擴散是由于分子熱能引起分子的不規(guī)則運動而使物質分子發(fā)生轉移的過程。影響農藥在土壤中擴散的因素主要是土壤水分含量、吸附、孔隙度和溫度及農藥本身的性質等。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

①擴散隨水分含量增加而變化。在水分含量為4%時,無論總擴散或非氣態(tài)擴散都是最大的;在4%以下,隨水分含量增大,二種擴散都增大;大于4%,總擴散則隨水分含量增大而減少;非氣態(tài)擴散,在4%-16%之間,隨水分含量增加而減少;在16%以上,則隨水分含量增加而增大;②由于土壤對農藥的化學吸附,使其有效擴散系數降低了,并且兩者呈負相關關系;第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

③土壤的緊實度是影響土壤孔隙率和界面特性的參數,增加土壤的緊實度,就會降低土壤對農藥的擴散系數;④當土壤的溫度增高時,農藥的蒸汽密度顯著增大,則擴散系數增大;⑤氣流速度可直接或間接地影響農藥的揮發(fā);⑥農藥種類不同,農藥的擴散行為也不同。

第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

(3)農藥在土壤中的降解和轉化

將進入土壤中的農藥,在環(huán)境的各種物理、化學、生物等因素的作用下逐漸分解的過程稱為農藥在土壤環(huán)境中的降解。主要包括光化學降解,化學降解和微生物降解。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

光化學降解是指受太陽輻射和紫外線等引起的農藥的分解;通常認為,在光解過程中,首先是光能使農藥分子中的化學鍵斷裂,形成異常活潑的中間產物——自由基;然后,自由基再與溶劑或其它反應物作用得到光解產物。由于土壤的透光率很低,光化學降解只發(fā)生在土壤表面上,作用很小,因此,光化學降解僅對少數穩(wěn)定性差的農藥起明顯的作用。其光解產物有的比原來化合物的毒性降低了,有的則轉化為更毒的氧化產物。但它們可在土壤環(huán)境中繼續(xù)通過其它途徑被不斷分解成無毒或低毒的產物。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化辛硫磷的光解,λ=253.7

nm,30h第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化DDT(滴滴涕)的光分解過程第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

化學降解可分為催化反應和非催化反應。非催化反應又包括水解反應、氧化反應、異構化反應、離子化反應等,其中以水解和氧化最重要。農藥的水解速率不僅與其化學結構有關,而且還與反應條件有關,如土壤溶液的酸度、土壤環(huán)境的溫度等。某些無機金屬離子或金屬離子的螯合物對有機磷農藥的水解有催化作用。無機金屬離子可促進土壤環(huán)境中農藥的某些氧化還原反應的進行。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化馬拉硫磷的水解,pH=7,t?=6-8h第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化林丹(六六六)的轉化途徑第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

微生物降解是指農藥在土壤微生物的作用下,徹底分解成CO2等簡單化合物,從而使農藥發(fā)生降解。它是農藥在土壤中的主要降解過程。它主要包括脫鹵作用、氧化還原、脫烷基作用、水解作用、環(huán)裂解作用、芳環(huán)羥基化作用和異構化作用等。第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化馬拉硫磷的生物降解,假單胞菌脫甲基作用第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化

隨著各種農藥的結構和性質不同,各有各的分解過程。而且由于降解是一個很復雜的過程,影響降解速率的因素也很多,以致不同的農藥在土壤中的降解速率或轉化的難易程度是不同的。但無論何種有機農藥,無論其穩(wěn)定性如何,最終會通過光解、化學降解、生物降解逐漸分解,轉化為無機物。

第五節(jié)土壤中農藥的遷移和轉化氮是構成生物機體的必需元素。氮在環(huán)境中的主要形態(tài)有三種:第一種,空氣中的分子氮;第二種,生物體內的蛋白質、核酸等有機氮化合物,以及生物殘體變成的各種有機氮化合物;第三種,銨鹽、硝酸鹽等無機氮化合物。這三種氮形態(tài)在自然界中通過生物作用,尤其是微生物作用不斷地相互轉化,主要的轉化是同化、氨化、硝化、反硝化和固氮。氮、硫及金屬的微生物轉化

同化:綠色植物和微生物吸收硝態(tài)氮和銨態(tài)氮,組成機體中蛋白質、核酸等含氮有機物質的過程。氨化:所有生物殘體中的有機氮化合物,經微生物分解成氨態(tài)氮的過程。硝化:氨在有氧條件下通過微生物作用,氧化成硝酸鹽的過程。硝化分兩個階段進行,即:2NH3+3O2→2H++2NO2-+2H2O+能量2NO2-+O2→2NO3-+能量氮、硫及金屬的微生物轉化反硝化:硝酸鹽在通氣不良條件下,通過微生物作用而還原的過程。反硝化通常有三種情形:

第一種情形,包括細菌、真菌和放線菌在內的多種微生物,能將硝酸鹽還原為亞硝酸。HNO3+2H→HNO2+H2O氮、硫及金屬的微生物轉化

第二種情形,兼性厭氧假單細胞菌屬、色桿菌屬等能使硝酸鹽還原成氮氣。

氮、硫及金屬的微生物轉化

第三種情形,梭狀芽孢桿菌等常將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氨,所形成的氨被菌體攝入,用于合成自身的氨基酸等含氮物質。HNO3→HNO2→HNO→NH(OH)2→NH2OH→NH3微生物進行反硝化的重要條件是厭氧環(huán)境,環(huán)境氧分壓愈低,反硝化愈強。氮、硫及金屬的微生物轉化固氮:通過微生物的作用把分子氮轉化為氨的過程。此時,氨不釋放到環(huán)境中,而是繼續(xù)在機體內進行轉化,合成氨基酸,組成自身蛋白質等。固氮必須在固氮酶催化下進行,其總反應可表示為:3{CH2O}+2N2+3H2O+4H+→3CO2+4NH4+固氮酶:根瘤菌,梭狀芽孢桿菌(土壤),籃細菌(光合作用,水及水下土壤)

微生物的固氮作用為農業(yè)生產提供了豐富的氮素營養(yǎng),在維持全球氮的良性循環(huán)方面具有獨特的生態(tài)學意義。氮、硫及金屬的微生物轉化2.硫的微生物轉化

硫是生命所必需的元素。硫在環(huán)境中有單質硫、無機硫化合物和有機硫化合物三種存在形態(tài)。這些硫形態(tài)可在微生物及其他生物作用下進行相互轉化。

環(huán)境中的含硫有機物質有含硫的氨基酸、磺氨酸等,在微生物的作用下,其降解產物,在好氧條件下是硫酸,在厭氧條件下是硫化氫。氮、硫及金屬的微生物轉化例如:微生物降解半胱氨酸的反應:HSCH2CHNH2COOH→CH3COCOOH+H2SO4+NH4+HSCH2CHNH2COOH→CH3COCOOH+H2S+NH3

在含硫有機物質降解不徹底時,可形成硫醇(如硫甲醇CH3SH)而被菌體暫時積累再轉化為硫化氫。

氮、硫及金屬的微生物轉化

硫化氫、單質硫等在微生物作用下進行氧化,最后生成硫酸的過程稱為硫化。硫化可增加土壤中的硫素營養(yǎng),消除環(huán)境中的硫化氫危害,生成的硫酸可以促進土中礦物質的溶解。硫桿菌和硫磺菌。

2H2S+O2

→2H2O+2S,2S+3O2+2H2O

→2H2SO4

硫酸鹽、亞硫酸鹽等,在微生物作用下進行還原,最后生成硫化氫的過程稱為反硫化作用。

C6H12O6+

3H2SO4→3H2S

+6H2O+6CO2

氮、硫及金屬的微生物轉化3.重金屬元素的微生物轉化(1)汞

汞在環(huán)境中的存在形態(tài)有金屬汞、無機汞化合物和有機汞化合物三種,各形態(tài)的汞一般均具有毒性,但毒性大小不同,按無機汞、金屬汞、有機汞的順序遞增,其中烷基汞是已知毒性最大的汞化合物。微生物參與汞形態(tài)轉化的主要方式是甲基化作用和還原作用。

氮、硫及金屬的微生物轉化在好氧或厭氧條件下,水體底質中某些微生物能使二價無機汞鹽轉變?yōu)榧谆投谆倪^程,稱汞的生物甲基化。這些微生物是利用機體內的甲基鈷氨蛋氨酸轉移酶來實現汞甲基化的,該酶的輔酶是甲基鈷氨素。汞的生物甲基化途徑可由此輔酶把負甲基離子傳遞結汞離子形成甲基汞(CH3Hg+),本身變?yōu)樗镶挵彼?。氮、硫及金屬的微生物轉化鈷氨素由于其中的鈷被輔酶FADH2還原,并失去水而轉變?yōu)槲鍌€氮配位的一價鈷氨素。最后,輔酶甲基四氫葉酸將正甲基離子轉于五配位鈷氨素,并從其一價鈷上取得二個電子,以負甲基離子與之絡合,完成甲基鈷氨素的再生,使汞的甲基化能夠繼續(xù)進行。同理,在上述過程中以甲基汞取代汞離子的位置,便可形成二甲基汞[(CH3)2Hg]。

氮、硫及金屬的微生物轉化汞的生物去甲基化:在水體底質中還可存在一類抗汞微生物如假單胞菌屬,能使甲基汞或無機汞化合物變成金屬汞,這是微生物以還原作用轉化汞的途徑,如:CH3HgCl+2H→Hg+CH4+HCl(CH3)2Hg+2H→Hg+2CH4HgCl2+2H→Hg+2HCl

氮、硫及金屬的微生物轉化(2)砷

砷在環(huán)境中的重要存在形態(tài)有五價無機砷化合物、三價無機砷化合物、一甲基胂酸[CH3AsO(OH)2]及其鹽、二甲基胂酸[(CH3)2AsO(OH)]及其鹽、三甲基胂氧化物[(CH3)3AsO]、三甲基胂[(CH3)3As]、砷膽堿[(CH3)3As+CH2CH2OH]、砷甜菜堿[(CH3)3As+CH2COO-](無毒)、砷糖等。氮、硫及金屬的微生物轉化砷是一種毒性很強的元素,但是不同形態(tài)的砷毒性可以有較大差異。一般,毒性以As(Ⅲ)最大,As(Ⅴ)次之,甲基胂化合物再次之,大致呈現砷化合物甲基數遞增毒性遞減的規(guī)律性。砷甲基化的酶——正甲基離子轉移酶-輔酶:S-腺苷甲硫氨酸氮、硫及金屬的微生物轉化砷的微生物甲基化的基本途徑如下:H3AsO4→H3AsO3→CH3AsO(OH)2→CH3As(OH)2→(CH3)2AsO(OH)→(CH3)2AsOH→(CH3)3AsO→(CH3)3As氮、硫及金屬的微生物轉化砷的轉化:砷的毒性:與含硫蛋白結合,抑制細胞呼吸;影響線粒體酶類的功能。在正常人的器官中砷的濃度范圍10-100ppb氮、硫及金屬的微生物轉化砷中毒事例:孟加拉國南部、東北部地下水砷污染,飲用水中砷含量50ppb,糧食和蔬菜的砷含量在50-180ppb。當地居民長期飲用地下水、食用糧食、蔬菜,在20歲以后,出現皮膚病變:黑變病、角化??;角化過度?。粔木倚詽?,癌癥。也伴隨體內器官的病變:支氣管炎,腹瀉,肝腎功能損傷及衰竭。摘自《科學美國人》2004,(8),70-75氮、硫及金屬的微生物轉化鐵的生物轉化在鐵細菌的作用下

4Fe2++4H++O2→4Fe3++2H2O+能量后果:在鐵管線中造成鐵的銹蝕和堵塞,形成酸性礦水pH=2.5-4.5,嚴重時0.5。

FeS2→Fe2+→Fe3++4H+

氮、硫及金屬的微生物轉化第六節(jié)農藥的污染和防治

1、農藥的危害農藥對土壤中硝化細菌、根瘤菌和根際微生物的影響較大,即阻礙和抑制土壤微生物的區(qū)系組成與生命活動,影響土壤營養(yǎng)物質的轉化和能量活動,從而不利于作物的正常發(fā)育。農藥可被作物吸收,分布在植物中,由于降解速率緩慢,使得在農作物中帶有一定量的農藥殘留。它會通過食物鏈在人體和牲畜體內積累,直接危害人體健康和牲畜的發(fā)展。農藥還可通過接觸和呼吸進入人體,危害健康。如農藥的致癌、致畸、致突變等。毒作用機理1)酶活性的抑制

酶在構成機體生命基礎的生化過程中起著重大的作用。毒物進人機體后,一方面在酶催化下進行代謝轉化;另一方面也可干擾酶的正常作用,包括酶的活性、數量等,從而有可能導致機體的損害。在干擾酶的作用中最常見的是對酶活性的抑制。

如:其一是有些有機化合物與酶的共價結合,這種結合往往是通過酶活性內羥基來進行的,這一結合對酶活性造成不可逆的抑制。其二是有些重金屬離子與含巰基的酶強烈結合,涉及的重金屬離子有Pb2+、Hg2+、Cd2+,Ag+等,重金屬離子與含巰基的酶進行可逆非競爭性的結合,會使酶失去活性。

其三是某些金屬取代金屬酶中的不同金屬后,活性便受到抑制,如鎘取代鋅,鈷取代鐵

2)致突變作用

致突變作用是指生物細胞內DNA改變,引起的遺傳特性突變的作用。這一突變可以傳至后代。具有致突變作用的污染物質稱為致突變物。致突變作用分為基因突變和染色體突變兩類。

基因突變是指DNA中堿基對的排列順序發(fā)生改變。它包含堿基對的轉換、顛換、插入和缺失四種類型。

A

G

C

T

同類型堿基A→G,T→C異型堿基之間A→T,G→CGCGA

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論