Los metales pesados del suelo se refieren al fenómeno en el que los metales se agregan al suelo debido a las actividades humanas, lo que hace que los metales pesados en el suelo sean significativamente más altos que el contenido original y provocan el deterioro del medio ambiente ecológico. calidad. Los metales pesados se refieren a metales con gravedad específica igual o superior a 5,0, como Fe, Mn, Zn, Cd, Hg, Ni, Co, etc., el As es un metaloide, pero por sus propiedades químicas y comportamiento ambiental, es similar a los metales pesados, por lo tanto, el arsénico a menudo se incluye cuando se habla de metales pesados, y algunos lo incluyen directamente en el alcance de los metales pesados. Debido al alto contenido de hierro y manganeso en el suelo, generalmente no se consideran elementos contaminantes del suelo. Sin embargo, en condiciones fuertemente reductoras, la toxicidad causada por el hierro y el manganeso también ha atraído suficiente atención.
Una vez que el suelo está contaminado por metales pesados, es difícil recuperarlo, por lo que se debe prestar especial atención a la contaminación del suelo por Cd, Hg, Cr, Pb, Ni, Zn, Cu, etc. Estos elementos tienen un mayor impacto en el caso de exceso, es biológicamente tóxico y puede suponer una amenaza para la salud humana a lo largo de la cadena alimentaria.
1. Comportamiento químico de los metales pesados en el suelo
El destino de los metales pesados que ingresan al suelo estará controlado por una serie de reacciones químicas complejas y procesos físicos y biológicos. Aunque existen similitudes en algunos comportamientos químicos entre diferentes metales pesados, no son completamente consistentes. Cuando se agregan al suelo, su movilidad inicial dependerá en gran medida de la forma del metal pesado agregado, lo que significa que dependerá de la fuente del metal. En los lodos de digestión, los metales asociados a la materia orgánica representan una proporción considerable, y sólo una pequeña parte existe en forma de sulfuros, fosfatos y óxidos. Las emisiones de partículas de las fundiciones contienen óxidos metálicos; cuando se quema petróleo, el plomo se emite en forma de bromocloruro, pero se convierte fácilmente en sulfato de plomo y oxisulfato de plomo en la atmósfera y el suelo. Debido a las diferentes formas, la forma y cantidad de iones metálicos que ingresan al suelo también son muy diferentes, lo que afecta directamente la migración, transformación y efectos de los metales pesados en las plantas en el suelo.
Bajo diferentes condiciones del suelo, incluidos los tipos de metales pesados del suelo, los patrones de uso de la tierra (arrozales, tierras secas, huertos, bosques, pastos, etc.), las propiedades físicas y químicas del suelo (pH del suelo, condiciones redox, interacción de adsorción, complejación, etc.), pueden causar diferencias en las formas de los elementos metálicos pesados en el suelo, afectando así la transformación de metales pesados y la absorción de metales pesados por los cultivos.
1) Condiciones de oxidación-reducción del suelo y la migración y transformación de metales pesados: el suelo es un sistema de oxidación-reducción, y las condiciones de humedad del suelo, la materia orgánica y el contenido de azufre en el suelo están en cambio dinámico. El sistema redox en el suelo es un sistema complejo compuesto por numerosos sistemas de oxidación-reducción elementales orgánicos e inorgánicos. Entre los sistemas inorgánicos, existen importantes sistemas aeróbicos, sistemas de hierro, sistemas de azufre y sistemas de hidrógeno. Está controlado por el sistema potencial determinante que desempeña un papel protagonista. Entre ellos, el sistema O2-H2O y el sistema azufre juegan un papel obvio en las reacciones redox del suelo y juegan un papel importante en los cambios en el estado de valencia de los elementos metálicos pesados.
(1) Sistema O2-H2O: El oxígeno del suelo proviene principalmente de la atmósfera. El agua de precipitación y riego también puede aportar algo de oxígeno disuelto. En los campos de arroz, el oxígeno secretado por las raíces del arroz y el oxígeno liberado por la fotosíntesis de ciertas algas también son fuentes.
(2) Sistema H2: Hay muy poco hidrógeno en el suelo de las tierras secas, pero el H2 a menudo se acumula en la capa de suelo fuertemente reducida en condiciones de inundación.
El sistema O2-H2O y el sistema H2 son dos sistemas extremos que conforman el sistema de oxidación-reducción del suelo, y entre ambos se encuentran otros sistemas de oxidación-reducción del suelo. Por lo tanto, estos dos sistemas constituyen los límites superior e inferior del potencial de oxidación-reducción del suelo.
(3) Sistema de azufre: El azufre en el suelo existe en dos formas, inorgánica y orgánica, y su contenido es generalmente del 0,05%. Existe en forma de sulfato en condiciones oxidantes; existe en forma de sulfuro de hidrógeno o sulfuro metálico en condiciones reductoras.
Los elementos metálicos generalmente se pueden dividir a grandes rasgos en elementos insolubles (fijados por oxidación) y elementos insolubles por reducción (fijados por reducción) según sus propiedades. Por ejemplo, el hierro, el manganeso, etc. pertenecen a los primeros. A este último pertenecen el cadmio, el cobre, el zinc y el cromo. La oxidación-reducción no solo cambia el estado de valencia de los elementos metálicos pesados, sino que también cambia la forma de los elementos metálicos pesados. Por ejemplo, cuando el potencial redox es bajo (aproximadamente +100 mv), el arseniato de hierro puede reducirse a la forma ferrosa y el potencial se reduce aún más, lo que hace que el arsénico se reduzca a arsenito, mejorando así la movilidad del arsénico.
Por el contrario, el aumento de los componentes de hierro y aluminio en el suelo puede convertir el arsénico soluble en agua en arsénico insoluble.