土壤有机质与重金属的作用

有机质与重金属离子的作用我们已经知道，土壤腐殖物质含有多种功能基，这些功能基对重金属离子有较强络合和富集的能力。土壤有机质与重金属离子的络合作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有极其重要的影响。各种功能基对金属离子的亲和力为：如果腐殖质中活性功能基（—COOH、酚—OH、醇—OH等）的空间排列适当，那么可以通过取代阳离子水化圈中的一些水分子与金属离子结合形成的螯合复合体。两个以上功能基（如羧基）与金属离子螯合，形成环状结构的络合物，称为螯合物。胡敏酸与金属离子的键合总容量大约在200~600umol/g，大约33%是由于阳离子在复合位置上的固定，主要的复合位置是羧基和酚基。腐殖质—金属离子复合体的稳定常数反映了金属离子与邮寄配位体之间的亲和力，对重金属环境行为的了解有重要价值。一般金属—富啡酸复合体条件稳定常数的排列次序为：Fe3+Al3+Cu2+Ni2+Co2+Pb2+Ca2+Zn2+Mn2+Mg2+，其中稳定常数在pH5.0时比pH3.5时稍大，这主要是由于羧基等功能基在较高pH条件下有较高的离解度。在低pH时，由于H+与金属离子一起竞争配位体的吸附位，腐殖酸络合的金属离子较少。金属离子与胡敏酸之间形成的复合体极有可能是不移动的。重金属离子的存在形态也受腐殖物质的络合作用和氧化还原作用的影响。胡敏酸可作为还原剂将有毒的Cr6+还原为Cr3+。作为Lewis硬酸，Cr3+能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复合体，从而限制动植物对其的吸收性。腐殖物质还能将V5+还原为V4+、Hg2+还原为Hg、Fe3+还原为Fe2+、U6+还原为U4+。此外，腐殖物质还能催化Fe3+变成Fe2+的光致还原反应。腐殖酸对无机矿物也有一定的溶解作用。胡敏酸对方铅矿（PbS）、软锰矿（MnO2）、方解石（CaCO3）和孔雀石（Cu2（OH）2CO3）的溶解程度比对硅酸盐矿物大。胡敏酸对Pb2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe3+、Mn4+等重金属硫化物和碳酸盐化合物的溶解度从最低的ZnS（95ug/g）到最高的PbS（2100ug/g）。腐殖酸对矿物的溶解作用实际上是其对金属离子的络合、吸附和还原作用的综合结果。背景介绍土壤土壤决定性因素：道库哈耶夫认为土壤的性质是由气候、生物、地形、母质和时间等综合成土因素决定的。土壤类型：淋溶土、半淋溶土、铁铝土及钙层土、盐碱土、沙漠土及干旱土、水成土及水稻土、初育土等。淋溶土：棕壤（森林土，是最重要的森林土壤，重要的农业土壤；淋溶作用、粘化作用、生物积累作用）、暗棕壤（林业基地）、白浆土、棕色针叶林土。铁铝土（红壤）：盐基被淋失，碱性溶液提取，二氧化硅析出，铁铝化物明显富集，形成酸性红壤（江西、湖南最多）黄壤（黄土高原、云贵高原、四川盆地多）土壤微生物：细菌（自养细菌和异样细菌，个体代谢强、繁殖性、与土壤接触表面积大，是土壤最活跃的因素，在土壤C、N、P、S循环中还担任重要角色）、放线菌（适合生存在中性、偏碱性、同期良好的土壤中，能转化土壤有机质，产生抗生素，有效抵抗有害细菌）、真菌（对酸碱度要求低，是酸性土壤的重要分解者）土壤生物营养：化能有机营养型（化能异养型，有机物为碳源。需要此类营养来生存的微生物的数量和种类是最多的，包括绝大多数细菌和几乎全部真菌和原生动物）、化能无机营养型（化能自养型，二氧化碳为碳源，虽然数量种类不多，但却在土壤的物质转化中起着重要的作用，根据氧化不同物质的能力，分为亚硝酸菌、硝酸细菌、硫氧化细菌、铁细菌和氢细菌）、光能有机营养型（光能异养）、光能无机营养型（光能自养，藻类、光合细菌）好氧性微生物、厌氧、兼性厌氧。。土壤中的氮、磷、钾及其他一些微量元素是土壤的主要养分，微生物和它们一起共同构成土壤的肥力来源，为土壤中的生物提供了生长的能量。土壤污染土壤是自然环境重要的组成部分，是人类赖以生存的、最重要的可再生自然资源和永恒的生产资料，是人类从事农业生产以达到自身生存繁衍和社会发展的重要物质基础。但是，土壤的形成过程极其缓慢。因此，土壤一旦遭到破坏或被污染就难以在短时间内得到恢复。并且，土壤的破坏会间接对人类造成严重威胁。所以，土壤的保护至关重要。近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤变质，妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，并且危害到人体的健康。那么，土壤究竟是怎么样被污染的呢？土壤的污染是指在土壤中，污染物的数量和排放速度超过了土壤的自净作用的速度，打破了土壤环境中的自然动态平衡，从而导致土壤酸化、板结，土壤质量恶化等情况。另外，由于污染物质能够转移，所以在土壤中生长的植物也会被间接的污染。当人吃了这些土壤中生长出来的粮食或水果时就会被感染上各种奇怪的疾病。如果是其他植物，当其他食草性动物吃了这些被污染的植物时也会感染上各种疾病。这样生物圈内的食物链就被破坏了。由此也能够看出，土壤污染的影响直接涉及到人类的各种主要食物来源，与人类生活和健康的关系极为密切。所以，对土壤进行保护和控制污染是环境保护中最具有意义的事情。2.土壤污染源土壤污染物的来源广、种类多，大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱，以及重金属（铜、汞、铬、镉、镍、铅等）盐类，放射性元素铯、锶的化合物，含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、苯类以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。土壤污染具有隐蔽性和积聚性，当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收，危害人体和生命健康，就是土壤污染。污染物进入土壤的途径是多样的。对于废气中含有的污染物质，特别是颗粒物，在重力作用下沉降落到地面后进入土壤；而废水中的污染物是通过渗透而进入土壤的；固体废物中的污染物是直接进入土壤或者是通过其渗出液而进入土壤的。在这三种污染物中，最主要的是污水灌溉带来的土壤污染。另外，农药、化肥的大量使用，使土壤有机质含量下降，土壤板结，也是土壤污染的来源之一。土壤污染的后果除了导致土壤质量下降、农作物产量和质量下降外，更为严重的是土壤对污染物具有富集作用，一些毒性大的污染物，如汞、镉等富集到作物果实中，人或牲畜食用后就会发生中毒现象。具有生理毒性的物质或过量的植物营养元素进入土壤，会导致土壤性质恶化和植物生理功能失调的现象。土壤处于陆地生态系统中的无机界和生物界的中心，不仅在本系统内进行着能量和物质的循环，而且与水域、大气和生物之间也不断进行物质交换，一旦发生污染，三者之间就会有污染物质的相互传递。作物从土壤中吸收和积累的污染物，常常通过食物链的传递而影响人体健康及生命，使整个生态系统均受毒性侵害。3.中国土壤污染的特点不同的地区土壤污染的情况不一样。我国的土壤污染类型和国情有直接的关系。我国土壤污染具有以下特点。首先具有隐蔽性和滞后性。大气污染、水污染和废弃物污染等问题一般都比较直观，通过感官就能发现。而土壤污染则不同，它往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测，甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定。因此，土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。这也是土壤污染的普遍特性。其次是累积性。污染物质在大气和水体中，大气和水体都有状态循环，一般都比在土壤中更容易迁移。这使得污染物质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在土壤中不断积累而超标，同时也使土壤污染具有很强的地域性。再次是具有不可逆转性。特别是重金属对土壤的污染，重金属的毒性较强，被某些重金属污染的土壤需要一两百年才能恢复，基本上是一个不可逆转的过程，即使是一些有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。并且土壤污染具有难治理的特点。如果大气和水体受到污染，切断污染源之后通过稀释作用和自净化作用就有可能使污染问题慢慢逆转，土壤只能依靠稀释作用和自净作用来降解污染物，具有相当高的难度。有时要靠换土、淋洗等方法才能解决问题，这也是比较快速的改良土壤污染的方法。因此，治理污染土壤的成本较高、治理周期较长。正是因为土壤污染难于治理，而土壤污染又具有明显的隐蔽性和滞后性特点，因此土壤污染问题一般都不太容易受到重视。最后是辐射污染。目前，由于科技产业的飞速发展，越来越多的辐射成为污染源。大量的辐射不仅污染了环境而且也污染了土地，导致被污染的土地中含具有毒性的化学物质，这种毒质会使植物生长不良或停止生长。