城市生態(tài)地球化學(xué)的思考ppt課件

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關(guān)于城市生態(tài)地球化學(xué)研究的思考,,1、相關(guān)概念---城市化-城市、環(huán)境--城市環(huán)境，生態(tài)--城市生態(tài)，地球化學(xué)-環(huán)境地球化學(xué)—生態(tài)（環(huán)境）地球化學(xué)—城市生態(tài)地球化學(xué) 2、城市環(huán)境問題 3、（污染）重金屬元素的環(huán)境地球化學(xué) 4、污染物在環(huán)境中的遷移一）多介質(zhì)環(huán)境理論，二）重金屬污染的生物效應(yīng) 5、環(huán)境質(zhì)量（重金屬污染）的評價方法及運(yùn)用實(shí)例 6、重金屬污染的機(jī)理及實(shí)例,提綱,1 概念 城市化 不同學(xué)科對城市化的定義不同。 地理學(xué)對城市化的定義是：由于社會生產(chǎn)力的發(fā)展而引起的農(nóng)業(yè)人口向城市人口、農(nóng)村居民點(diǎn)形式向城鎮(zhèn)居民點(diǎn)形式轉(zhuǎn)化的全過程。包括城鎮(zhèn)人口比重和城鎮(zhèn)數(shù)量的增加,城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)展，以及城鎮(zhèn)居民生活狀況的實(shí)質(zhì)性改變等。 人口學(xué)對城市化的定義：農(nóng)業(yè)人口向非農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)化并在城市集中的過程。 社會學(xué)對城市化的定義是：農(nóng)村社區(qū)向城市社區(qū)轉(zhuǎn)化的過程。 城市規(guī)劃學(xué)科對城市化的定義是：城市化是由第一產(chǎn)業(yè)為主的農(nóng)業(yè)人口向第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)為主的城市人口轉(zhuǎn)化，由分散的鄉(xiāng)村居住地向城市集中，以及隨之而來的居民生活方式不斷變化的客觀過程。（引自戴天興，2002）,城市化水平一般用城市人口占總?cè)丝跀?shù)的比重來表示。目前，發(fā)達(dá)國家的城市化水平為75％，發(fā)展中國家平均為37％。而發(fā)展中國家的城市化發(fā)展很不平衡，最高的中南美洲為65％，東亞為33％，非洲為32％。表5—2為世界部分主要國家的城市化水平比較。,,注：1．中國為1995年資料； 2．其他國家資料來源于國家統(tǒng)計局>,1996。,城市 城市是人類社會發(fā)展的產(chǎn)物，是人類進(jìn)步的象征。人們從不同的研究角度出發(fā)，對城市作出了不同的定義。地理學(xué)家定義：城市是地球表層物質(zhì)流大量集中的地域，是以空間和環(huán)境資源利用為基礎(chǔ)的區(qū)域，是人類生產(chǎn)、生活集聚的地理空間；經(jīng)濟(jì)學(xué)家定義：城市是集約經(jīng)濟(jì)的地域，是區(qū)域的經(jīng)濟(jì)中心；政治家定義：城市是集約人口、集約經(jīng)濟(jì)、集約科技文化的中心。學(xué)家定義：城市是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，是以人為主體，人口、活動、設(shè)施、物質(zhì)、科技、文化高度集中，并不斷高速運(yùn)的開放性有機(jī)綜合體。（引自楊士宏等，2003）,環(huán)境—城市環(huán)境，生態(tài)---城市生態(tài) 環(huán)境：從生物學(xué)角度看是生物存在的周圍空間稱為環(huán)境。從環(huán)境地學(xué)的角度定義為：環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的空間，是由各種性質(zhì)不同、運(yùn)動狀態(tài)不一的物質(zhì)所組成的有機(jī)統(tǒng)一體，是經(jīng)過從無機(jī)環(huán)境到生物系統(tǒng)與智能社會三個發(fā)展階段，有土壤、水圈、大氣圈、生物圈及技術(shù)經(jīng)濟(jì)圈所組成的復(fù)雜體系。 城市環(huán)境：城市的空氣、水體、土地、生物、建筑物、道路、設(shè)施及社會秩序和風(fēng)氣，包括了進(jìn)行物質(zhì)能量流動的因素（自然的、社會的），就是城市居民生活和活動的環(huán)境。,生態(tài)學(xué)的定義：研究有機(jī)體與環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。（Hacekel，1869）。 或是研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間相互作用規(guī)律及機(jī)理的科學(xué)。（馬世駿，1980） 現(xiàn)代對生態(tài)學(xué)的簡明表述：研究生物之間、生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。 在城市中，城市居民與城市環(huán)境的復(fù)雜關(guān)系謂之“城市生態(tài)”。城市生態(tài)學(xué)是以生態(tài)學(xué)的概念、理論和方法研究城市結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)調(diào)控的一門學(xué)科?，F(xiàn)在一般把城市生態(tài)學(xué)定義為研究城市人類活動與城市環(huán)境之間關(guān)系的一門學(xué)科。城市生態(tài)學(xué)的研究對象是城市生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)研究城市居民與城市環(huán)境之間的關(guān)系。研究的內(nèi)容可歸納為城市生態(tài)系統(tǒng)的組成形態(tài)與功能、城市人口、生態(tài)環(huán)境、城市災(zāi)害及防范、城市景觀生態(tài)、城市與區(qū)域持續(xù)發(fā)展和城市生態(tài)學(xué)原理的社會應(yīng)用等七個方面。 城市生態(tài)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，具有物質(zhì)流動、能量流動、信息流動和人口流動。,根據(jù)研究的對象和內(nèi)容的不同，城市生態(tài)學(xué)可分為城市自然生態(tài)學(xué)(urban naturalecology)、城市景觀生態(tài)學(xué)(urban landscapeecology)、城市經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)(urban economic ecology)和城市社會生態(tài)學(xué)(urban sccio-ecology)等四個分支學(xué)科。 城市自然生態(tài)學(xué)著重研究城市的人類活動對所在地域自然生態(tài)系統(tǒng)的積極和消極影響，以及地域自然要素對人類活動的影響，即人的城市活動與地域的自然生態(tài)系統(tǒng)要素 之間的相互關(guān)系。 城市景觀生態(tài)學(xué)著重從景觀尺度研究城市不同生態(tài)系統(tǒng)之間代謝過程的物流、能流和信息流的轉(zhuǎn)化、利用效率等問題。城市經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)著重從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度重點(diǎn)研究城市代 謝過程的物流、能流和信息流的轉(zhuǎn)化、利用效率等問題。,城市生態(tài)環(huán)境組成,,,地球化學(xué)---環(huán)境地球化學(xué)---生態(tài)（環(huán)境）地球化學(xué) 地球化學(xué)：是研究在地球形成和演化過程中地球（包括部分天體）的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的學(xué)科。 環(huán)境地球化學(xué)：是研究與人類的生存和發(fā)展密切相關(guān)的元素在地球外部圈層環(huán)境中的含量、分布、形態(tài)以及遷移和循環(huán)規(guī)律的科學(xué)。（引自戎秋濤，1990，環(huán)境地球化學(xué)） 或者是研究化學(xué)元素和微量物質(zhì)在人類賴以生存的周圍環(huán)境中的含量、分布和遷移過程中與人類健康關(guān)系的科學(xué)。（引自楊忠芳等，1990，現(xiàn)代環(huán)境地球化學(xué)） 或者是研究環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)（天然的和人為釋放的）的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其與環(huán)境質(zhì)量和人類健康關(guān)系的學(xué)科，包括三方面內(nèi)容：1）人類環(huán)境的地球化學(xué)性質(zhì)，2）污染物質(zhì)在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，3）環(huán)境中與生命有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)對生物體和人體健康的影響。（張輝，馬東升，2000）。,生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)：是環(huán)境地球化學(xué)的延伸和拓展，主要研究地質(zhì)環(huán)境（巖、礦石、土壤、 水系統(tǒng)）與生物（微生物、動植物、人類）、生物群落之間的關(guān)系，相互饋應(yīng)機(jī)理；重點(diǎn)研究各類地質(zhì)體（巖石、礦體、地?zé)崴?、石油、天然氣等）、環(huán)境變化（包括污染）對生物生理、生態(tài)的影響及其毒理學(xué)效應(yīng)；重金屬元素對土壤環(huán)境破壞（水土流失）、農(nóng)作物、人體健康的危害；生物活動（主要為人類活動）對地質(zhì)環(huán)境（礦山生態(tài)環(huán)境、土壤生態(tài)環(huán)境、大氣生態(tài)環(huán)境、水生生態(tài)環(huán)境）的影響；地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化機(jī)理及其防治對策。（王徽，2001） 生態(tài)地球化學(xué)是研究地球表層與人類生存密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)組成、化學(xué)作用及化學(xué)演化及其對人類生存影響的新興學(xué)科。,生態(tài)地球化學(xué)可以用以下不同的方式表述。（引自奚小環(huán)，2004） (1)研究非生物環(huán)境(無機(jī))與生物(有機(jī))之間元素地球化學(xué)遷移、轉(zhuǎn)化特征和影響機(jī)理。 (2)研究生態(tài)系統(tǒng)中化學(xué)組成、化學(xué)作用與化學(xué)演化及其對環(huán)境產(chǎn)生的影響。 (3)研究地球系統(tǒng)中(巖石圈、土壤圈、水圈、大氣圈和生物圈之間)元素地球化學(xué)循環(huán)演化過程、條件及其對環(huán)境產(chǎn)生的影響。 (4)研究元素區(qū)域地球化學(xué)分布、分配特征及在地球系統(tǒng)中(巖石圈、土壤圈、水圈、大氣圈和生物圈之間)循環(huán)過程和遷移轉(zhuǎn)化條件、機(jī)理及其生態(tài)效應(yīng)。 結(jié)合城市生態(tài)學(xué)和生態(tài)地球化學(xué)的內(nèi)容，城市生態(tài)地球化學(xué)就是研究城市生態(tài)系統(tǒng)中化學(xué)組成、化學(xué)作用與化學(xué)演化及其對環(huán)境產(chǎn)生的影響。具體研究城市環(huán)境（大氣、水體、土壤、植物、動物）中元素的分布、分配，循環(huán)轉(zhuǎn)化的條件、機(jī)理及其生態(tài)效應(yīng)。,2 城市生態(tài)環(huán)境問題 城市是工業(yè)化和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的產(chǎn)物，人類社會進(jìn)步的標(biāo)志。然而城市又是環(huán)境問題最突出最集中的地方。城市環(huán)境污染問題正在成為制約城市發(fā)展的一個重要障礙。 從環(huán)境科學(xué)講，城市是人類同自然環(huán)境相互作用最為強(qiáng)烈的地方，城市環(huán)境是人類利用、改造自然環(huán)境的產(chǎn)物。城市環(huán)境受自然因素與社會因素的雙重作用，有著自身的發(fā)展規(guī)律。這就是所謂的城市環(huán)境問題。,一、城市大氣污染物及其危害 (一)顆粒狀污染物及其危害 1．顆粒狀污染物的類型和特性 顆粒狀污染物指粉塵之類。粉塵分降塵和飄塵兩類。降塵顆粒較大，粒徑在10μm以上，能很快降落至地面，多屬于燃燒不完全的小碳粒，即人們所看到的黑煙。飄塵顆粒較小，粒徑在10μm以下，其中相當(dāng)大一部分比細(xì)菌還小，可長時間在空氣中飄浮。粒徑小于100μm 的所有顆粒物稱總懸浮微粒。其中粒徑在l～10μm間的粒子，能進(jìn)入呼吸道系統(tǒng)，由于慣性力作用被鼻毛與呼吸道黏液排出；小于0．5μm的粒子由于氣體擴(kuò)散的作用被黏附在上呼吸道表面而隨痰排出；而0．5～5μm的飄塵可以直接到達(dá)肺細(xì)胞而沉積，并可能進(jìn)入血液送往全身，在身體各部位累積，引起疾病。,,城市環(huán)境污染,2．顆粒狀污染物的來源 粉塵主要來自燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物。,,(二)氣態(tài)污染物及其危害 1．主要?dú)鈶B(tài)污染物及危害 (1)二氧化硫 以氣體分子狀態(tài)存在的污染物稱氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物種類很多，大部分為無機(jī)氣體，如表7-2所示。其中二氧化硫是城市大氣中分布較廣、影響較大的氣態(tài)污染物。它是一種具有刺激性和窒息性氣味的五色氣體，易溶于水。二氧化硫很少單獨(dú)存在于大氣中，它往往與飄塵結(jié)合在一起進(jìn)入人體，并大部分在上呼吸道與水生成亞硫酸和硫酸，對黏膜直接產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用，長期接觸二氧化硫者可引起慢性結(jié)膜炎、鼻炎、咽炎及氣管炎等，能引起支氣管哮喘的發(fā)作。,,(2)氮氧化物 氮的氧化物中有亞硝酸、硝酸、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮等多種氧化物，但對大氣造成污染的，主要是一氧化氮和二氧化氮。濃厚的氧化氮?dú)怏w呈黃褐色。長期接觸二氧化氮，可發(fā)生慢性支氣管炎、神經(jīng)衰弱癥等，有的可導(dǎo)致肺部纖維化。二氧化氮還會使中樞神經(jīng)受損，引起痙攣和麻痹，高濃度的二氧化氮會損害肺功能。近年發(fā)現(xiàn)，二氧化氮還具有助癌和致癌性。并通過光化學(xué)作用生成二次污染物。高濃度的二氧化氮會使街道、工廠區(qū)綠化植物受害，在低濃度的二氧化氮長期影響下，則能使綠化植物生長明顯受到抑制。 (3)一氧化碳 隨著對煤和石油等化石燃料的大量消耗，一氧化碳對城市大氣的污染日益嚴(yán)重。,(4)氟及其化合物 氟及其化合物的氣體、蒸氣或粉塵可由呼吸道進(jìn)入人體，也可因飲食含氟量高的水或被氟污染的食物，經(jīng)消化道進(jìn)入人體。還可直接經(jīng)皮膚吸收。 (5)氯 氯為黃綠色具有異臭強(qiáng)烈刺激性氣體，易溶于水生成鹽酸和次氯酸。次氯酸又可分解成鹽酸及新生態(tài)氧，能刺激眼黏膜，使上呼吸道發(fā)炎腫脹、充血，嚴(yán)重時引起呼吸道損傷而發(fā)生支氣管炎、肺炎及肺水腫。 (6)光化學(xué)煙霧 由汽車和工廠煙囪排出的氮氧化物和碳化氫，經(jīng)太陽光紫外線照射而生成一種毒性很大的不同于一般煤塵廢氣的淺藍(lán)色煙霧，稱光化學(xué)煙霧。其主要成分為臭氧、醛類、過氧乙酰硝酸酯、烷基硝酸鹽、酮等，其中臭氧占90％左右。,2、城市氣態(tài)污染物濃度分布 城市污染物平均濃度的分布為城市高于農(nóng)村（圖7-1）。城市中大氣污染源分布十分復(fù)雜，城市內(nèi)部污染物分布不均，局部性的差異很大。,,據(jù)1983—2001年資料統(tǒng)計分析，我國城市大氣污染仍然以粉塵、二氧化硫為主要污染物的煤煙型污染，其分布規(guī)律是：北方城市的污染程度重于南方城市，尤以冬季最為明顯；大城市發(fā)展趨勢有所減緩，中小城市增長快于大城市；污染程度與人口、經(jīng)濟(jì)、能源密度及交通密度呈正相關(guān)。大氣污染有冬季重于夏季、早晚重于中午的時間變化規(guī)律。 3．氣態(tài)污染物的主要來源 氣態(tài)污染物主要來自燃料燃燒。20世紀(jì)40年代以來，世界各地出現(xiàn)的嚴(yán)重大氣污染事件主要發(fā)生在城市。,二、城市水體污染及其危害 (一)有機(jī)污染物 工業(yè)廢水、生活污水中，含有大量碳?xì)浠衔?、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等有機(jī)物質(zhì)，排入水體后，即成為微生物的營養(yǎng)源，使有機(jī)物被微生物分解消化。污染一般用溶解氧(DO)、化學(xué)耗氧量(COD)、生物化學(xué)耗氧量(BOD)、氨氮(NH3)、亞硝酸鹽氮(N02)、硝酸鹽氮(N03)等表示。有機(jī)氮在水中經(jīng)微生物作用，可以硝化分解成硝酸鹽，再經(jīng)還原成亞硝酸鹽，它在人體中可與仲胺作用生成具有強(qiáng)烈致癌作用的亞硝胺。 （二）無機(jī)污染物 無機(jī)物包括酸、堿和無機(jī)鹽類。污染水體的酸主要來源于礦山排水和多種工業(yè)廢水。 (三)有毒污染物質(zhì) 水體中的有毒物質(zhì)如氰化物、砷、酚類，以及汞、鎘和銅等重金屬離子，當(dāng)含量較多時就會具有毒害生物的作用，可將水體中的細(xì)菌和動植物殺死。 (四)其他污染物主要是油的污染、熱的污染、色臭味污染、病原微生物污染等。,三、城市土壤污染物及其危害 (一)城市土壤污染的主要污染物質(zhì) 1．重金屬元素 土壤本身含有一定量的重金屬元素，其中很多是作物生長很需要的微量營養(yǎng)元素。只有當(dāng)進(jìn)入土壤中重金屬元素積累的濃度超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，才被認(rèn)為土壤被重金屬污染。污染土壤的重金屬主要是汞、砷、鎘、銅和鋅等。土壤污染中重金屬比較突出。重金屬不僅不能為土壤微生物所分解，而且還為生物所富集。土壤一旦遭受重金屬污染是較難徹底消除的，因此構(gòu)成對人類潛在的較大威脅。,2．有機(jī)物和無機(jī)鹽 土壤中的有機(jī)物和無機(jī)鹽的污染，主要來自工業(yè)廢水的滲入，以及固體廢棄物常年堆積在土地上而自然擴(kuò)散和由雨水沖洗滲入。還有一些是合成有機(jī)殺蟲劑和除草劑的污染。 3．糞便和污水 土壤中的病原微生物主要來源于人畜的糞便、灌田的污水等。,(二)城市土壤污染物的來源和危害 污染土壤的重金屬主要來自大氣、污水和固體廢物，其中以金屬汞、無機(jī)汞和有機(jī)汞等形態(tài)存在的汞污染，除來源于含汞工業(yè)廢水滲入土壤外，有機(jī)汞農(nóng)藥的施用也是重要污染源。土壤中汞經(jīng)過農(nóng)作物根系吸收，通過食物鏈而進(jìn)人人體，危害健康。污染土壤的鎘，來自礦山、冶煉、機(jī)電、化工等工業(yè)廢水的滲入。土壤被鎘污染后，農(nóng)作物通過根系吸收，并富集在體內(nèi)。例如受鎘污染的稻田，大米里鎘的累積量增多(稱“鎘米”)，人吃了就會中毒發(fā)病，即是有名的“骨痛病”。污染土壤的銅，主要來自銅礦山和銅冶煉廠排出的廢水。土壤中銅污染主要造成農(nóng)作物的損失，當(dāng)農(nóng)作物根部銅積累過多時，新根的生長受到抑制，吸收養(yǎng)分能力減弱，嚴(yán)重時枯死。土壤一旦受到污染，對它的治理比大氣污染和水污染治理困難得多. 四、城市固體廢物污染及其危害 城市固體廢物包括工業(yè)固體廢物、礦業(yè)固體廢物、醫(yī)療廢物、生活垃圾和廢水處理渣等。,五、城市放射性物質(zhì)污染及其危害 (一)放射性污染的種類和危害 放射性污染是指鈾、釷、鐳、鍶等放射性物質(zhì)散發(fā)出來的對環(huán)境和人體造成危害的污染。環(huán)境中的放射輻射源，有天然的和人工的兩大類。天然輻射源，來自宇宙射線和水域、礦床中的射線。大多數(shù)水體在自然狀態(tài)下都有極微量的放射性物質(zhì)；人工輻射源主要來自工農(nóng)業(yè)及醫(yī)學(xué)上放射性同位素的應(yīng)用、核武器試驗和使用產(chǎn)生的放射性沉降物，以及原子能工業(yè)排放的各種放射性廢水、廢氣、廢渣等。這些放射性物質(zhì)可被植物吸收，通過植物進(jìn)入人體。放射性物質(zhì)還可在人體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)照射，損傷人體組織，引起腫瘤、白血病等疾病。輻射對人體的危害，既有直接的近期危害，也有慢性的長期危害。如長期接受低劑量輻射，會引起白血球數(shù)量變化、肺癌和生殖病變等。更嚴(yán)重的是潛在的危險，留下幾年、幾十年的后遺癥，甚至把生理病變遺傳給子孫后代。,(二)室內(nèi)的放射性污染 許多建材如花崗石、大理石、地磚等天然和陶瓷建材以及水泥里有可能都不同程度地含有氡或鈷等放射性物質(zhì)。據(jù)測定，大約2％一3％的建筑物內(nèi)含有放射性元素氡。人如果經(jīng)常生活在氡濃度較高的環(huán)境中，肺癌的發(fā)病率就會增高。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)將氡列為19種致癌物質(zhì)之一。 此外，還有城市噪音污染、電磁污染及光化學(xué)污染。,城市污染的主要污染源 （一）工業(yè)污染源,,,（二）農(nóng)業(yè)污染源 包括農(nóng)藥流失污染，化肥流失污染，禽畜糞便污染。 過量施用化肥或土壤流失嚴(yán)重，使氮、磷等元素從耕地上流失，會造成對環(huán)境的污染。 氮、磷的流失若進(jìn)入水體，可造成水體的富營養(yǎng)化。氮的流失，使水中的硝酸鹽蓄積，，飲用后使嬰兒出現(xiàn)正鐵血紅蛋白血癥。 （三）生活污染源 生活污染源主要是城市化造成的。包括一)生活用煤污染二)生活廢水污染三)生活垃圾污染,面對城市生態(tài)環(huán)境問題，我們地質(zhì)工作者能做些什么？,3 部分污染元素的環(huán)境地球化學(xué) 一、元素的環(huán)境地球化學(xué)分類,,1、? 1、生命元素 1 1）生命組成元素：H、C、N、O、Ca、P、K、S、Cl、NA、Mg、Sr。 2 2）生命必需元素：Fe、Cu、Zn、Mn、Co、I、Mo、Se、F、Cr、V、Ni、Br。 2、? 2、毒性元素 1）毒性元素：Cd、Ge、Sn、Sb、Te、Hg、Pb、Ga、In、As、Li（？） 2）潛在和放射毒性元素：Be、Tl、Th、U、Po、Ra、Sr（？）、Ba（？） 3、? 3、中間性元素：B、Al,二、元素的形態(tài)： 當(dāng)前，環(huán)境地球化學(xué)對形態(tài)的分類和研究，主要是對于與人類的生活和健康密切有關(guān)的土壤和水體(包括沉積物)中的重金屬元素的結(jié)合形態(tài)的分類和研究。雖然，根據(jù)目前多數(shù)學(xué)者的研究資料，一般把元素的結(jié)合形態(tài)分為五種類型，即惰性態(tài)(殘渣態(tài))、可交換態(tài)(即被吸附態(tài))、與鐵錳的氧化物及氫氧化物結(jié)合態(tài)、與有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)和與碳酸鹽結(jié)合態(tài)。但是，對于不同的研究對象，具體又有不同的形態(tài)類型。 （一）、水體系中元素的存在形態(tài) 天然水體中重金屬的形態(tài)十分復(fù)雜(表6—6)，目前一般的分類是將天然水中重金屬形態(tài)分為溶解態(tài)和顆粒態(tài)兩大類。能夠通過o．45pm濾膜的，稱為溶解態(tài)金屬；被該濾膜截留的，稱為顆粒態(tài)金屬。,根據(jù)重金屬在水體懸浮物及底部沉積物中地球化學(xué)相的特征，可將天然水重金屬的形態(tài)劃分為 (1)可交換態(tài)(或被吸附態(tài)) 它因懸浮物、沉積物或其主要成分(如粘土、鐵錳水合氧化物、腐殖酸及二氧化硅等)對金屬的吸附作用而形成； (2)碳酸鹽結(jié)合態(tài) 是與懸浮物，沉積物中碳酸鹽結(jié)合的金屬； (3)鐵錳氧化物和氫氧化物結(jié)合態(tài) 它是與懸浮物、沉積物中鐵錳氧化物和氫氧化物結(jié)合的金屬； (4)與硫化物及有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài) 它包括在還原環(huán)境下生成的金屬硫化物沉淀及為各種形態(tài)有機(jī)質(zhì)束縛的金屬(以上四種形態(tài)統(tǒng)稱為非殘渣態(tài)金屬，在環(huán)境條件發(fā)生變化時，具有某些活動性而可能會重新釋放到水中； (5)殘渣態(tài) 該態(tài)即指懸浮物、沉積物中可能包含在礦物晶格中而又不會釋放到水中去的那部分金屬。,（二）土壤中元素的存在形態(tài) (1)可交換態(tài) 由吸附在土壤上的離子組成，如Cu、Mg、K、Na以簡單離子態(tài)被電性吸附 (2)與碳酸鹽結(jié)合態(tài) 此形態(tài)對pH值改變敏感 (3)與鐵、錳氧化物結(jié)合態(tài) (4)與有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài) (5)殘留態(tài) 即進(jìn)入晶體結(jié)構(gòu)的微量元素。 在土壤研究中，根據(jù)不同的需要，有時只按元素對植物的可給性進(jìn)行形態(tài)分類。例如把土壤中的元素區(qū)分為交換態(tài)和殘留態(tài)，有時區(qū)分為溶劑態(tài)(有效態(tài))和交換態(tài)。中國科學(xué)院南京土壤研究所等單位(1978)把微量元素在土壤中的形態(tài)分為水溶態(tài)的、弱交換劑交換態(tài)的、強(qiáng)交換劑(或螯合劑螯合的)交換態(tài)的、次生礦物中和原生礦物中的五種類型。其中前三種類型之間處于可逆的平衡，對植物都是有效的，其中以第三種的量最多,所以最為重要。,土壤的pH值對亞鐵形態(tài)的影響十分明顯。當(dāng)pH值升高時，沉淀態(tài)在亞鐵中含量增大，而水溶態(tài)則迅速減少，這是由于pH值與沉淀態(tài)亞鐵的溶解度有密切關(guān)系。 錳在土壤中的形態(tài)受土壤酸堿性、氧化還原電位、有機(jī)質(zhì)、土壤質(zhì)地和水分狀況的影響，因而在我國北方的石灰性土壤和南方的酸性土壤反映出兩種不同的情況。前者的含錳量和可給性都比較低，而后者中則富含錳，有效態(tài)錳亦多?！び捎谕寥乐绣i的供應(yīng)情況受土壤條件的強(qiáng)烈影響，故全錳含量不適合作為判斷錳的供給情況的指標(biāo)。一般用活性錳或可移態(tài)錳作為對植物有效的錳。水溶態(tài)錳、交換態(tài)錳和易還原態(tài)錳的總量稱為活性錳。活性錳含量或者它與全錳量的比率都能反映土壤中錳的供給情況。 土壤中微量元素的形態(tài)一是與土壤類型和成土母質(zhì)有關(guān)，二是與土壤的酸堿度、氧化-還原等條件有關(guān)。,三、常見污染重金屬元素的環(huán)境地球化學(xué)環(huán)境科學(xué)研究的重金屬概念通常是指汞、鎘、鉛、鉻和半金屬元素砷等生物毒性顯著的元素。具有一定毒性的鋅、銅、鉆、鎳、錫等也列入重金屬。 一、汞的環(huán)境地球化學(xué) (一)環(huán)境中汞的含量分布 地殼中汞的含量為7.7xl0-6%(薩烏科夫)，隕石中含量＞10-6%。汞是極分散的元素，在自然環(huán)境要素中的分布見表8—3。環(huán)境中的汞呈三種狀態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。二價狀態(tài)的汞易還原為金屬態(tài)。汞的熔點(diǎn)和佛點(diǎn)低，常溫時呈液態(tài)。在357．25℃時沸騰。在常溫下有大量的汞揮發(fā)進(jìn)入大氣圈。,(二)地表環(huán)境中汞的遷移 汞在地表環(huán)境中的遷移主要有以下幾種形式： 1．以不易風(fēng)化的汞礦物(辰矽)和自然合金狀態(tài)的汞機(jī)械遷移。 2．膠體狀態(tài)的汞礦物粉末，如HgS、HBCl2的分散胺體遷移。 3．溶解態(tài)的HgSO4和HgCl2隨水溶液遷移。 4．呈蒸氣揮發(fā)態(tài)逸散到大氣圍。這是汞在自然環(huán)境中最穩(wěn)定的遷移形式。,自然環(huán)境中汞的相對穩(wěn)定形式有下述三種： 1)大氣降水。 2)形成各種次生的汞比合物如HgS、HgC1等在水圈和大氣圈里固定。 3)被Al、Fe、Mn等膠體吸附。土壤中對汞的吸附量主要決定于粘土礦物的組成，其次決定于汞化合物的類別。 幾種沉積物對汞吸附的相對順序： 硫醇(85．50)》伊利石(65．3)＞蒙脫石(35．7)＞胺鹽(10．5)＞高嶺石(9．7)＞含羥基的有機(jī)構(gòu)(7．3)＞細(xì)砂（2.9）＞中粒砂(1．7)＞粗粒砂(1．6)。 水體中溶解大氣中的一部分汞，使環(huán)境中的汞被各種有機(jī)體攝入，并在體內(nèi)積蓄。自然界汞離子與氯離子、有機(jī)酸和許多陰離子可以形成具有不同穩(wěn)定性的絡(luò)離子。,(三)環(huán)境中的汞污染 1.汞的污染源 環(huán)境中汞污染主要產(chǎn)生于汞的采礦及其加工與制造行業(yè)。汞的使用也較廣泛。農(nóng)業(yè)主要是使用農(nóng)藥發(fā)生汞污染。 2．汞中毒 環(huán)境中的汞中毒分有機(jī)汞中毒和無機(jī)汞中毒兩大類。無機(jī)汞中毒通常是指汞蒸氣中毒。有機(jī)汞中毒又可分為兩類：一種毒性較輕的如苯汞、甲氧基乙基汞；另一種劇毒的如烷基汞，以甲基汞和乙基汞毒性最強(qiáng)。危害最普遍。 金屬汞一般認(rèn)為毒性不大，但汞蒸氣是劇毒的。 有機(jī)汞中毒是通過食物發(fā)生的。含汞的食物鏈經(jīng)過消化系統(tǒng)進(jìn)入人的肌體。烷基汞進(jìn)入人體后排泄緩慢，駐留時間長。,二、鉻的環(huán)境地球化學(xué) (一)環(huán)境中鉻的含量分布 地殼中鉻的含量為0．02%。鉻在各種巖漿巖中的含量很有規(guī)律性。愈基性的巖石合鉻愈高。鉻鐵礦是鉻的富集礦物，它集中了巖漿期中90%以上的鉻。人類開采鉻礦主要是鉻鐵礦。 鉻是親氧性很強(qiáng)的元素。在高溫條件下與鹵素和氧化合成CrO2C12、C rO 2F 2。低溫條件下在堿性介質(zhì)中可氧化成鉻酸和鉻酸鹽。H 2CrO4是強(qiáng)酸，H 2Cr2O7更強(qiáng)酸。在酸性介質(zhì)中六價鉻比合物很容易被還原為穩(wěn)定的三價鉻化合物。,(二)環(huán)境中鉻的遷移 自然環(huán)境中的鉻來自含鉻巖石風(fēng)化。巖石風(fēng)化之后，鉻 淋溶遷移的形式主要有如下三種： 1．鉻鐵礦、含鉻磁鐵礦和鈦鐵礦以機(jī)械碎屑物懸浮態(tài)遷移。 2．含鉻的極細(xì)小分散顆粒物被膠體吸附，以膠體形式遷移。 3．在風(fēng)化帶中鉻可以廣泛分散， 以(Cr04]2-和[Cr2O7]2-狀態(tài)在其溶液中進(jìn)行遷移。 環(huán)境中的鉻處于高氧化態(tài)，形成可溶性的鉻酸鹽具有很強(qiáng)的遷移能力。鉻在環(huán)境中的行為受氧化還原作用的影響很明顯。環(huán)境中主要有三價鉻、六價鉻，其中三價鉻最穩(wěn)定。在正常pH值的天然水中三價格與六價格可以相互轉(zhuǎn)化。,(三)環(huán)境中的鉻污染 1．鉻的污染源 環(huán)境中的鈴污染源主要是工業(yè)廢水與廢氣。 2．鉻污染 土壤中通常都合一定量的鉻，三價鉻有助于植物生長。含鉻的化合物濃度過高具有毒性。三價鉻過量可以引起肺功能受損害。六價鉻具有強(qiáng)氧化作用，而且水溶性強(qiáng)，對皮膚粘膜有刺激和腐蝕作用，會引起皮膚過敏等癥狀。,三、鉛的環(huán)境地球化學(xué) 鉛是自然界常見的元素之一。鉛在地殼中的豐度為12．5ppm。自然界鉛主要呈方鉛礦(PbS)等硫化物存在。在巖石風(fēng)化過程中，主要富集在鉀長石和云母中的鉛部分地可以析出。但這些鉛化合物的溶解度較低，同時在遷移過程中也可被粘土礦物所吸附，所以巖石風(fēng)化過程中鉛的遷移能力較弱。 土壤中鉛含量數(shù)值的變化范圍很寬(2—200ppm)。鉛主要呈Pb(OH)2和PbCO3形態(tài)而存在，土壤中水溶性鉛的濃度受Eh和pH值的制約。隨著氧化還原電位和pH值的增大其濃度逐漸減小。土壤作物水稻對鉛的吸收量亦有如上相同的規(guī)律，實(shí)驗表明，當(dāng)土壤的pH值由8順序降低到5時·，水稻幼苗的鉛積累相應(yīng)地逐漸增加。因此，在酸性土壤中，鉛更易向水稻幼苗遷移。,