【技术前沿】土壤pH对汞迁移转化的影响研究进展

时间:2019/2/13 11:16:49 来源:农业环境科学学报

摘 要

近年来土壤重金属污染已经成为全球性的环境问题。而汞作为五大毒性重金属元素之一,其在土壤中的迁移转化不仅会影响作物的正常生长,还会对农产品质量和安全造成严重威胁。土壤pH 是影响汞迁移转化的重要因素之一,对其作用机理的不断探索已经成为近年来的研究热点。


本文在前人的研究基础上,概述了土壤中汞的来源、危害及存在形态,并从汞的生物有效性及迁移转化过程两个方面详细阐述了土壤pH 对汞迁移转化的影响机制。研究表明,酸性条件可能会使土壤中有效态汞的含量增加,进而导致其生物有效性提高,迁移能力增强;土壤pH 对汞迁移转化过程中吸附-解吸的影响较大;土壤pH 对汞迁移转化过程中络合-螯合、氧化-还原及甲基化反应的影响机理分别体现在离子竞争吸附、价态变化及甲基化促使因子的合成等方面。最后对今后的研究方向作出展望,旨在为汞污染土壤的修复与治理及汞污染扩散模型的建立提供参考依据。


结论及展望

(1)汞在土壤中主要以无机化合态的形式存在,但金属汞与有机结合态汞的有效性及危害性显著高 于无机化合态汞。


(2)土壤pH 通过影响土壤汞的存在形态影响其生物有效性,进而影响汞在土壤中的迁移转化能力。酸性条件可能会使土壤中汞的有效态含量增加,生物有效性提高,迁移能力增强;碱性条件则与之相反。


(3)土壤pH 对汞的吸附-解吸过程影响较大,pH 的增加通常会使黏土矿物或有机质表面的负电荷增加,致使静电吸附变为结合力更强的专性吸附,有机质-汞络合物的稳定性增强,迁移能力减弱。


(4)土壤pH 对汞的络合-螯合、氧化-还原及甲基化反应的影响机理分别体现在离子竞争吸附、价态变化以及甲基化促使因子的合成等方面,低pH 条件下H+与Hg2+的竞争吸附加剧,Hg2+被还原成Hg0 ,低分子有机酸大量合成,导致汞的迁移能力增强,反之汞的迁移能力减弱。


目前学界对重金属Hg 在土壤中的迁移转化行为进行了大量研究,并取得了显著成果,但仍有一些问题需要深入研究。

(1)土壤环境的复杂性和多样性使得土壤中汞的各形态含量处在一种动态变化中,难以定量分析。因此,后续研究应进一步量化分析土壤汞的各形态含量,确定其生物有效性,并探索不同土壤环境下汞形态的转化机理,从而为控制土壤中汞的迁移转化提供理论支撑。


(2)甲基汞从土壤向植物体内的传输、转移以及基因表达等过程和机理目前尚未有统一的结论或解释,可考虑联合分子生物学中的同位素示踪技术对甲基汞的迁移转化过程进行验证,并剖析其在微观条件下的迁移转化机制。


(3)目前关于重金属汞在土壤中迁移转化的影响因素主要集中在单因子方面的研究,但单因子难以表达土壤的真实环境。对共存重金属及其他阴、阳离子等联合影响的研究较少,因此今后应加强多因子的联合影响研究。


(4)重金属汞在土壤中迁移转化的定量模型目前研究较少,且多集中于单一介质环境,很少考虑多介质的影响,比如土-水介质、土-气介质等。因此,为更加准确地阐述重金属汞在土壤中的迁移转化行为,今后应建立汞在多介质中迁移转化的联合数学模型。



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