湘南丘崗地區(qū)3種紅壤Cd的化學形態(tài)及其影響因素

王靜，張楊珠，韓龍，石宇

（湖南農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的迅速發(fā)展，“三廢”排放量與日俱增，重金屬已成為對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的重要污染物類型，其中鎘是目前最令人關(guān)注的元素之一。大量研究[1-4]表明，重金屬的生物毒性和可利用性與其賦存形態(tài)密切相關(guān)，其中，酸提取態(tài)對環(huán)境變化敏感，易于遷移轉(zhuǎn)化，能被生物直接利用；可還原態(tài)主要為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)，反映人類活動對環(huán)境的污染程度；可氧化態(tài)即有機結(jié)合態(tài)，反映生物活動及人類排放富含有機物的污染物的結(jié)果；殘渣態(tài)相對穩(wěn)定，對環(huán)境影響不大；因此，研究重金屬在土壤中的化學形態(tài)有助于了解重金屬在土壤中的分散富集過程、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其在植物營養(yǎng)和土壤環(huán)境上的意義，對預測農(nóng)業(yè)或污染土壤中重金屬的臨界含量、生物有效性及其動態(tài)轉(zhuǎn)化具有重要意義[5]。筆者采用室內(nèi)分析方法，研究了湘南丘崗地區(qū)紅壤的Cd的形態(tài)特征及其主要影響因素，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤取自祁陽縣文富市鎮(zhèn)關(guān)山坪村，其農(nóng)田土壤是由第四紀紅土、板巖風化物及石灰?guī)r風化物發(fā)育而來的紅壤。每種母質(zhì)類型選擇4塊具代表性采樣田，并進行編號。每個采樣田采集5點土樣混合，采樣深度20 cm，樣品取回實驗室后，經(jīng)風干、磨細并過孔徑為2 mm和0.149 mm篩，每個風干土樣質(zhì)量約1 kg，于塑料袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器設(shè)備

TAS-990F型火焰原子吸收儀、SUKUNSKY-2102型搖床等。

1.3 分析測定方法

土壤常規(guī)分析項目均按土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法[6]；土壤中重金屬Cd的形態(tài)分級采用Rauret等[7]于1999年修訂后的BCR（european community bureau of reference）三步提取方法；酸提取態(tài)（可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)）用醋酸提取；可還原態(tài)（Fe、Mn氧化物結(jié)合態(tài)）用鹽酸羥氨提??；可氧化態(tài)（有機物及硫化物結(jié)合態(tài)）用雙氧水氧化，醋酸銨提??；殘渣態(tài)及Cd總量用HF-HClO4-HNO3法消化，火焰原子吸收法測定。BCR法的回收率為各級形態(tài)含量之和（酸提取態(tài)+可還原態(tài)+可氧化態(tài)+殘渣態(tài)）/土壤Cd的實測總量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003處理，并用SPSS18.0進行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試土壤的主要理化性質(zhì)

測得3種母質(zhì)類型紅壤的主要理化性質(zhì)見表1。

2.2 Cd在3種母質(zhì)類型紅壤中的分布

由表2可知，第四紀紅土紅壤4份土樣中Cd的總量相差不大，以殘渣態(tài)為主，酸提取態(tài)次之，可還原態(tài)和可氧化態(tài)含量較低或未檢出。

板巖紅壤中4份土樣含Cd量相差較大，其中1號和2號土樣含量較低，3號和4號土樣含量較高；Cd以殘渣態(tài)為主，酸提取態(tài)次之，可還原態(tài)含量除2號土樣外其余較高，可氧化態(tài)含量極低（除1號土樣外，其余均未檢出）。

石灰?guī)r紅壤中4份土樣含Cd量有一定差別，Cd以殘渣態(tài)為主，酸提取態(tài)次之，可還原態(tài)含量除4號土樣未檢出外，其余均有檢出。1號、2號、3號土樣中也檢出可氧化態(tài)Cd。

總之，3種母質(zhì)類型紅壤中Cd的含量均超出土壤Cd污染的臨界值（1.0 mg/kg）[8]，達到污染水平，土壤Cd總量的平均值以板巖紅壤最高，第四紀紅土紅壤最低。供試土壤中Cd均以殘渣態(tài)為主，其分配系數(shù)（相應(yīng)形態(tài)/各級形態(tài)含量總和）在54%～86%，說明土壤中大部分Cd的可移動性較差，較難釋放到外界環(huán)境中。與土壤中Cd的總量高低相對應(yīng)，酸提取態(tài)分配系數(shù)以石灰?guī)r最高（28%），板巖居中（25%），第四紀紅土紅壤最低（22%）。采用RAC（risk assessment code）風險評價指標[9]進行評價，均達到中等污染水平，對植物有一定的毒害作用。mg/kg

表2 供試土壤中重金屬Cd的形態(tài)分布及其含量Table 2 Total concentrations and chemical fractions of Cd in the tested soil

2.3 紅壤中Cd的各級形態(tài)與主要影響因素

土壤重金屬的主要影響因素有土壤pH、有機質(zhì)、黏粒含量、陽離子交換量等[10]。

由表3可知，除可氧化態(tài)外，Cd在土壤中的各級形態(tài)含量均與其總量呈顯著或極顯著正相關(guān)，說明隨著土壤中Cd含量的增高，其各級形態(tài)含量也會相應(yīng)提高。土壤Cd的酸提取態(tài)及可還原態(tài)與土壤pH呈正相關(guān)，其中酸提取態(tài)與pH呈顯著正相關(guān)，這是由于發(fā)生沉淀反應(yīng)，且金屬羥基復合物比游離的金屬離子更易被土壤吸附，以及Fe、Mn氧化物對Cd的專性吸附[11]，隨pH的升高土壤對Cd的吸附量也升高，吸附后的Cd主要轉(zhuǎn)化為非活性態(tài)[12]。說明土壤pH越高，越有利于將外界環(huán)境中的Cd固定在其中；而土壤pH越低，則有利于Cd在環(huán)境中的遷移，使土壤中的Cd被植物吸收或是隨降水進入水環(huán)境中，這與劉霞等[5]對河北主要土壤中Cd的形態(tài)影響因素分析結(jié)果相似。

表3 供試土壤中Cd的各形態(tài)與主要影響因素的相關(guān)關(guān)系Table 3 Relationship between content of various forms of Cd in tested soil and its major effectors

可氧化態(tài)與有機質(zhì)呈正相關(guān)，這與有機質(zhì)對Cd的絡(luò)合作用有關(guān)[11]。酸提取態(tài)、可還原態(tài)及殘渣態(tài)與有機質(zhì)呈負相關(guān)，但不顯著，說明增加有機質(zhì)可促進Cd向可氧化態(tài)轉(zhuǎn)化。

可還原態(tài)Cd與＜0.01 mm物理性粘粒含量呈顯著負相關(guān)，可能因為土壤黏粒表面與Fe、Mn氧化物競爭吸附點位有關(guān)[11]。

酸提取態(tài)Cd與陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，這與徐紅寧等[13]研究的作物根對Cd的吸收量與根系陽離子交換量呈顯著正相關(guān)一致，陽離子交換量大的土壤能提高土壤中重金屬Cd的有效性。

3 結(jié) 論

湘南丘崗地區(qū)3種母質(zhì)紅壤中Cd的含量普遍偏高，超出土壤鎘污染的臨界值（1.0 mg/kg），達到污染水平，嚴重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其總量以板巖紅壤最高，石灰?guī)r紅壤次之，第四紀紅土紅壤最低；Cd在3種母質(zhì)紅壤中均以殘渣態(tài)為主，說明絕大部分的Cd可移動性較差，但活動性高的酸提取態(tài)的分配系數(shù)較高，達到22%～28%，處于RAC評價指標中的中等污染水平，對生態(tài)環(huán)境具有一定的影響。

土壤pH對Cd的總量及各形態(tài)（除可氧化態(tài)外）含量影響較大，隨著pH的升高，Cd在土壤中的總量及各形態(tài)（除可氧化態(tài)外）含量升高。由此可推斷，同種條件下，堿性土更容易吸附重金屬Cd。土壤有機質(zhì)能抑制Cd在土壤中的遷移，因此，多施有機肥，不僅能提高土壤肥力，還可以改善土壤重金屬Cd的污染，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

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英文編輯：羅文翠