A. 重金屬在土壤中的遷移轉化行為
不同重金屬的環境化學行為和生物效應各異，同種金屬的環境化學和生物效應與其存在形態有關。例如，土壤膠體對Pb2+、Pb4+、Hg2+及Cd2+等離子的吸附作用較強，對AsO2-和Cr2O72-等負離子的吸附作用較弱。對土壤�水稻體系中污染重金屬行為的研究表明：被試的四種金屬元素對水稻生長的影響為：Cu＞Zn＞Cd＞Pb；元素由土壤向植物的遷移明顯受共存元素的影響，在試驗條件下，元素吸收系數的大小順序為：Cd＞Zn＞Cu＞Pb，與土壤對這些元素的吸持強度正好相反；"有效態"金屬更能反映出元素間的相互作用及其對植物生長的影響。
二、土壤中重金屬元素的遷移轉化
1、重金屬元素在土壤中的污染特徵
①不易隨水移動，不斷微生物分解，而在土壤中累積；②通過植物吸收而富集轉化，可轉化為對人類帶來危害性強的化合物；③重金屬污染初期不易被覺察，一旦發現，難以徹底消除。
2、重金屬污染的危害
(1)對植物：土壤N、P、K及Fe、Mn、Cu等不足會阻礙其生長，過量也會帶來污染，過多的Mn、Cu和P會阻礙植物對Fe的吸收，引起酶作用的減退，並阻礙體內N素的代謝，造成植物的缺綠病(發黃)，這些元素是植物生長必需的元素。
植物生長不需要的元素，Hg、Cd、Pb、As等，對人體也有影響，土壤中無機砷含量達12ppm時，水稻生長受到抑制，達40ppm時，產量減少50%，達160ppm時，不能生長，如果有機砷危害更大，0.7ppm，就會顆粒無收。
對微生物的毒性順序：Hg＞Cd＞Cr＞Pb＞Co＞Cu
(2)對人體健康的影響
通過下列途徑：①揮發作用進入大氣(有機砷、有機Cd、有機汞)及蒸汽態金屬(Hg、AsH)而揮發，造成空氣污染；②受水淋溶、地表徑流進入地下水、地表水而影響水生生物；③作物吸收入體內在體內積累。
(3)存在形態及去向：
①形態水溶態的，不溶態的、強烈的、換劑、次生礦物、原生礦物的。
②去向：a.進入排水，隨水離開土體；b.被植物或其它生物吸收；c.吸持在土壤上並分為可溶態和不可溶態；d.進入大氣。
2、土壤條件與重金屬的遷移轉化
不同土壤條件下(土壤類型、土地利用方式、土壤物化性狀、酸鹼性、氧化––還原、吸附、絡合)的影響，可引起土壤中重金屬元素存在形態的差異，從而影響重金屬的遷移和作物對重金屬的吸收。
(1)氧化–––還原條件。土壤的這一體系是一個由眾多無機和有機的單項氧化–––還原體系組成的復雜體系。
無機體系：O2、Fe、S、H2體系，由決定電位體系控制，其中O2–H2O體系和硫體、H2體系作用明顯，對重金屬元素價態變化起重要作用。
①O2–H2O體系：
25℃時，Eh=1.23+0.015lgPo2-0.059pH
②H2體系，旱地土壤中少見，淹水狀態下，為還原強烈的土層中：有H2積累
25℃時，Eh=0.059pH
以上兩體系為土壤氧化––還原體系的兩個極端，土壤中其他體系介於二者之間。所以這兩個體系為上限和下限。
重金屬元素按其性質分為氧化難溶性(氧化固定元素–––Fe3+、Mn4+等，和還原難溶性(還原固定)元素––Cd、Cu、Zn、Cr等(Cd、Zn、Cu、Pb、Ni等生成難溶性化物沉澱)。
在水中：
另外，氧化還原條件的改變，還原使重金屬的毒性發生變化，如Cr3+氧化條件下成為Cr6+，其毒性大於Cr3+；As在還原條件下生成亞砷酸，毒性大於砷酸。
(2)土壤酸鹼度
pH值對重金屬元素的溶解度有密切的關系，研究表明，隨著土壤pH值的升高，重金屬元素的溶出率會迅速降低，見圖。
鹼性條件：重金屬元素呈難溶態的氫氧化物沉澱或以碳酸鹽，磷酸鹽形態存在。
金屬氫氧化物的溶解度(s)直接受到土壤pH值控制，其平衡反應式及溶度積(Ksp)如下：
Cu2++2OH Ksp=1.6×10-19
據此推求重金屬離子濃度與pH的關系：
[Cu2+][OH-]2=1.6×10-19 (1)
[Cu2+]=1.6×10-19/[OH-]2 (2)
[H+][OH-]=1×10-14
[OH-]=1×10-14/[H+]
Ksp=1.6×10-19 [OH-]=1×10-14/[H+]
代入(2)式：[Cu2+]=KsP/[OH-]2=KsP/[ ]2
兩邊取對數並展開：
log[Cu2+]=9.2-2PH
上式可見，一般情況下，pH越高，重金屬離子的濃度則下降，則易形成沉澱物從土壤溶液中析出(沉積)，也就是說，pH值從中性升高到鹼性，會降低Cu、Zn、Cd、Mn、Fe等的溶解度，重金屬則難以被作物吸收，作物受污染的可能性會減輕。反之亦然。
(3)土壤膠體的吸附作用與重金屬的遷移轉化
土壤中無機和有機膠體對重金屬元素有明顯的固定作用。一般重金屬呈兩種形態。
(1)重金屬元素在土壤溶液中呈膠體狀態(濕潤地區、富含有機質的酸性條件)。
Fe、Mn、Cr、As等，Cu、Pb、Zn。
(2)土壤中有機、無機膠體的吸附，使重金屬沉澱(轉入固相)污染累積的重要原因。
土壤膠體吸附重金屬的數量，取決於土壤膠體的代換能力和重金屬離子在土壤溶液中的濃度和酸鹼度。這種作用的發生與土壤膠體微粒所帶電荷有關，帶電荷的符號、數量不同，對重金屬離子吸附的種類和吸附交換容量也不同。
粘土礦物帶負電荷，可吸附陽離子，如：Pb2+、Cu2+、Hg2+等等，且蒙脫石(2:1型)層間無其他離子連接，因此，易發生吸附交換作用，順序為：
Pb2+＞Cu2+＞Ca2+＞Ba2+＞Mg2+＞Hg2+
而高嶺石(1:1型)層間以氫鍵連接，不易發生交換作用。
Hg2+＞Cu2+≥Pb2+
帶正電荷的水合氧化鐵膠體，可吸附 。
腐殖質膠體：Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Ca2+＞Mg2+
在膠體對金屬離子的吸附時，分為兩種方式：
①同晶替換的，保持在膠體晶格中(即粘土礦物晶格中的Si4+，被Al3+代替)很難釋放，不利於金屬元素的遷移。
②陽離子交換作用，吸附在膠體表面的交換點(擴散層)上，易釋放。
(4)土壤中重金屬的絡合––螯合作用
金屬離子的濃度較低時，以絡合–––螯合作用為主。金屬離子濃度高時，以吸附交換作用為主。
在無機配位體中，重規羥基(OH-)和氯離子(Cl-)的絡合作用。絡合作用可以改變(主要可提高)重金屬氫氧化物的溶解度，尤其是對Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的水解作用。提高其溶解度，使之易遷移。
腐殖質有較強的螯合能力，可與重金屬形成螯合物，其穩定性受金屬離子性質的影響。順序為：
Pb＞Cu＞Ni＞Co＞Zn＞Mg＞Ba＞Ca＞Ng＞Cd
3、主要重金屬在土壤中的遷移轉化
(1)鎘：長時間滯留在耕作層，不對地下水產生污染，形態：水溶性和非水溶性鎘，可互相轉化。
水溶性：CdCl2、Cd(NO3)、CdCO3、Cd(OH)2，易遷移，為植物吸收；
非水溶性：Cd的沉澱物，膠體吸收態鎘，不是遷移，為植物吸收。
旱地土壤中，多以水溶性Cd形態存在，pH＞7的鹼性土壤。
水田中，水下形成還原條件，有機物不能完全分解產生H2S，因此，鎘多以CdS的形式存在於土壤中，而溶解度下降形成難溶性CdS形態。
作物對Cd的吸收，隨土壤pH值增高而降低，Eh也影響作物對鎘的吸收，Eh低或Eh=0時，有利於形成難溶的硫化鎘，當水田落干時，CdS含氧化成CdSO4參與氧化––還原反應，增加水溶性。
另一方面，S2=氧化為硫酸，使pH降低，CdS溶解度增加。
(3)汞的遷移轉化
存在形態：①離子吸附，共價吸附的汞；②可溶性汞(HgCl2)；③難溶性汞(HgHOP4、HgCO3)
①吸附劑：腐殖質及無機膠體，粘土礦物對HgCl2的吸附力：伊利石＞蒙脫石＞高嶺石。
②氧化––還原狀況