环境土壤学中氧化物质和还原物质有哪些?

作者&投稿:宗政寇 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
土壤中同一物质可区分为氧化态 ( 剂 ) 和还原态 ( 剂 ) ,构成相应的氧化还原体系。土壤中某些变价的重金属污染物,其价态变化、迁移能力和生物毒性等于土壤氧化还原状况有密切的关系。
  下面对整个 土壤氧化还原反应发生机理作出分析:
  1. 土壤空气中O 2 是主要氧化剂,在通气良好的土壤中,氧体系控制氧化还原反应,使多种物质呈氧化态,如 NO 3 - 、 Fe 3+ 、 Mn 4+ 、 SO 4 2 - 等。
  2. 土壤有机质特别是新鲜有机物是主要还原剂,在土壤缺O 2 条件下,将氧化物转化为还原态。
  3. 土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。
  无机体系的反应一般是可逆的,有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。
  4. 土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应,在很大程度上有微生物的参与,例如 NH 4 + → NO 2 - → NO 3 - ,分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。
  5. 土壤是不均匀的多相体系,不同土壤和同一土层不同部位,氧化还原状况会有不同差异。
  6. 土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、排水而变化。

它们在土壤环境系统中的迁移、转化、效应、归属及其影响因素的研究是环境土壤学的重要研究内容。土壤是重要的环境仓,高负载容量的土壤与低负载容量的土壤相比,能够容纳更多的某一特定的外源物质。土壤中毒害物质的生物有效性依赖于它们在环境中的反应行为和归属。控制土壤中化学物质归宿的过程包括吸附、解吸、沉淀、溶解、氧化、还原、配位、催化、异构化、光化学反应和生物过程等,研究这些过程及其影响因素有助于加深对土壤负载容量这一系统工程的理解。在研究中应注意茹粒矿物的表面效应,土壤组分和性质与污染物迁移、转化、危害的关系,有机污染物的结构、性质与在土壤中持留、降解的关系,元素或物质之间的交互作用及反应动力学等。在综合研究的基础上确立土壤环境质量的标准和指标体系,相关物质(特别是优先污染物)在土壤中迁移、转化的数学模型,并在实践中进行检验与修正,使其具有较为准确而可靠的预测、预报性。现以重金属为例,在其土壤环境行为的研究中应该考虑:

(1)生物配体模型

采用生物配体模型(BLM)研究重金属的生物有效性和毒性是近年来环境与风险评价、标准制订中的热门课题(王学东等2006,孙晋伟等2008,罗小三等2008,陈中智等2009), BIN是一种机理性模型,模型理论起源于自由离子活度模型(FIRM)和鱼鳃络合模型(GSIM),考虑了自由金属离子的活度以及自然环境存在的其他离子(如Ca2+, Na+, Mg2+和H+)、非生物配体(如可溶性有机质、氯化物、碳酸盐、硫酸盐)和生物配体的竞争,并在实验室模拟条件下取得了较为满意的结果。最近,BLM呈现出向土壤环境中拓展的趋势,发展能预测重金属对土壤生物毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)正成为新的研究热点,并有着良好的开端。采用模拟土壤溶液的方法(罗小三等2007),以土壤溶液中的主要阳离子Mg2+为例,通过单因素浓度控制、恒pH营养液培养和陆生植物根伸长抑制试验,定量探讨了不同Mg2+浓度存在下,铜离子(Cu2+)对小麦(Tritieum aestivurlz)根的毒性。结果表明,Mg2+浓度升高显著减弱了Cu2+对小麦根的毒性,证实了陆地生态系统中存在阳离子对重金属植物毒性的保护效应,支持了BLM中阳离子和重金属离子在生物配体上存在竞争结合的假设,即BLM概念在特定条件下亦适用于陆生植物。定量分析表明,小麦根生长抑制的毒性效应指标pEC50(以自由铜离子活度Cu2+表示)与自由镁离子活度(Mg2+)间存在良好的相关性,线性回归方程为:

pFC50=-0.36(Mg2+)+6.47     (r2=0.997)       (1-4)

式中,EC50为导致48 h暴露后小麦根生长减少50%的自由铜离子活度。Mg2+对Cu2+毒性的影响强度可以通过该方程进行预测。该研究积累了铜对典型陆生受试植物小麦的毒性数据,探讨了t-BLM的构建方法。

(2)双亲和力吸收方程模型

生物配体模型的提出和发展具有重要的理论和现实意义,并在土壤中己经有良好的示例,该模型具有广阔的研究和应用空间;另一方面,生物配体模型综合了金属吸收的化学、生理学和生物学等方面的成果,这些学科的发展也为模型的完善提供了基础;而模型的构建也对这些学科的发展提出了新的要求。然而,目前生物配体模型是特定条件下的结果,在构建过程中存在许多假设与简化,因而使得该模型的应用具有一定的局限性,特别在陆地生态系统中土壤、生物和金属相互作用的复杂性使得该模型的预测更加困难,它的研究有待于进一步完善与深化。

一个值得关注的假设是有关金属离子与金属配合物之间的平衡问题,BLM是基于金属离子与结合在吸收位点上的金属(M-BL)之间存在化学稳态平衡,认为金属离子从本体溶液向生物表面扩散速率相对于生物转运吸收速率来说是一个很快的阶段,总过程受生物吸收速率控制,但这种假设近年来受到质疑。因为对于一个配位度(ML/M)很高的复杂环境,当自由金属离子不能满足生物体(如对金属具有高亲和力的生物)需要时,将会在生物体表面扩散层形成自由离子浓度梯度。这种浓度梯度将可能引发不稳定金属配合物的解离,不断供给金属自由离子,因此,对生物有效的金属离子不仅仅来自自由离子,还可能来自这个时间尺度内解离的金属配合物。因此考察金属生物有效性或毒性时不能单纯只考虑自由态离子,还必须包括动力学过程。最近的研究工作(Wang et al. 2009)将发生在根表的物理过程(扩散运输)、化学过程(动态解离)和生物过程(转运吸收)综合考虑,同时与根表的双亲和力吸收系统结合起来,提出了双亲和力吸收方程模型(TPU-Model),该模型在预测络合介质中植物吸收重金属Zn时取得了很好的结果。

(3)细胞膜表面电势

~

土壤是怎样形成的
答:土壤是怎样形成的土壤形成因素: (1)土壤形成的母质因素 风化作用使岩石破碎,理化性质改变,形成结构疏松的风化壳,其上部可称为土壤母质。如果风化壳保留在原地,形成残积物,便称为残积母质;如果在重力、流水、

土壤里有哪些生物和物质?有几种土壤?各种土壤之间的区别是什么?_百度...
答:土壤矿物质是岩石经过风化作用形成的不同大小的矿物颗粒(砂粒、土粒和胶粒)。土壤矿物质种类很多,化学组成复杂,它直接影响土壤的物理、化学性质,是作物养分的重要来源。二、有机质有机质含量的多少是衡量土壤肥力高低的一个重要标志,它和矿物质紧密地结合在一起。在一般耕地耕层中有机质含量只占土壤干重的0.5-2.5...

土壤中的动物不需要空气
答:土壤中的动物不需要空气,这句话是错误的。土壤里面有颗粒状矿物质、有机物质、水分、空气、微生物。土壤是指地球表面的一层疏松的物质,是由岩石风化而成的矿物质、动植物、微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质)、氧化的腐殖质等组成。固体物质包...

什么是土壤代谢?什么是土壤呼吸?
答:土壤-植物系统中的有机体密度最高,生命活动最旺盛。因而它对污染物具有很强的净化能力。它可以通过一系列的物理、化学和生物学过程,如吸收、吸附、离子交换、络合-整合、氧化还原、沉淀、转化和降解等作用,净化进入土壤中的污染物。环境土壤学的核心就是认识和掌握土壤一植物系统的污染和净化功能这一对...

土壤是指能够支持什么生长的陆地表面的什么
答:土壤是指能够支持植物生长的陆地表面的疏松表层。土壤由岩石风化而成的矿物质、动植物、微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质)、氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。

土壤学研究的基本方法有哪些
答:土壤化学主要研究土壤固、液相的化学组成、化学变化以及固液相之间的反应。内容包括土壤固体颗粒的表面化学性质及阳离子交换,土壤溶液及土壤的酸碱性、氧化还原性等。土壤生物学主要研究栖居于土壤中的有机体(主要是微生物)的活动及其与土壤中物质转化和循环的关系。内容包括土壤中微生物的数量、组成及分布...

土壤学名词解释
答:土壤学是以地球表面能够生长绿色植物的疏松层为对象,研究其中的物质运动规律及其与环境间关系的科学,是农业科学的基础学科之一。

初中化学知识点有哪些?
答:③置换反应:由一种单质和一种化合物起反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应如:A+BC=AC+B ④复分解反应:由两种化合物相互交换成分,生成另外两种化合物的反应如:AB+CD=AD+CB 19、还原反应:在反应中,含氧化合物的氧被夺去的反应(不属于化学的基本反应类型) 氧化反应:物质跟氧发生的化学反应(不属于化学...