土壤碘的環(huán)境地球化學(xué)遷移研究

嚴(yán)愛(ài)蘭

摘要 應(yīng)用同位素（125I）示蹤技術(shù)，在模擬條件下，通過(guò)淋溶試驗(yàn)，研究土壤碘的環(huán)境地球化學(xué)遷移特征及其影響因素。研究表明：土壤碘（125I）的遷移、揮發(fā)和被淋溶的數(shù)量與土壤質(zhì)地有關(guān)，淋溶液的酸堿度對(duì)土壤碘的流失產(chǎn)生明顯的影響。這些研究結(jié)果為提高作物吸收碘的效率，進(jìn)而開(kāi)辟生產(chǎn)化防治IDD的新途徑提供重要的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 IDD；125I；土壤；地球化學(xué)遷移

中圖分類號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05056-02

碘是目前人們最重視且研究最廣泛的微量元素之一，是合成甲狀腺激素不可缺少的元素。如果人體碘攝入不足，那么會(huì)導(dǎo)致一系列疾病的發(fā)生，包括甲狀腺腫大、甲狀腺功能衰退、以神經(jīng)系統(tǒng)損傷為特征的地方性克汀病等。這些疾病通稱為碘缺乏病（IDD，Iodine deficiency disease）[1]。根據(jù)流行病學(xué)的調(diào)查，目前全球有118個(gè)國(guó)家流行碘缺乏病，41個(gè)國(guó)家由于證據(jù)不足而無(wú)法確定，只有20個(gè)國(guó)家可以肯定不存在IDD，其中有65 500萬(wàn)人患有甲狀腺腫大癥狀，約占世界總?cè)丝?4%。由于碘缺乏嚴(yán)重影響人類健康和社會(huì)發(fā)展[2]，人們對(duì)碘的環(huán)境與生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程給予高度的關(guān)注[3-4]，并在探索有效的人體補(bǔ)碘途徑方面進(jìn)行了不懈的努力。防治碘缺乏病的方法有幾種，其中國(guó)際上認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)、最有效和最容易普及的防治IDD措施為食鹽加碘，簡(jiǎn)稱為碘鹽。然而，碘鹽中的碘主要為氯化鉀和硝酸鉀，在儲(chǔ)運(yùn)和烹調(diào)過(guò)程中不穩(wěn)定，易揮發(fā)，約90%的碘會(huì)損耗；另外，若攝碘量過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致一些高碘性疾病[5]，如高碘會(huì)誘發(fā)慢性淋巴甲狀腺炎，引起甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)（甲亢）、甲狀腺機(jī)能減退等疾病[6]。劉桂儀[7]研究認(rèn)為，甲狀腺癌也與過(guò)多攝入碘有關(guān)。

在正常情況下，人體中碘的75%～85%來(lái)自植物性食品[2]，人體對(duì)植物食物中的生物有機(jī)碘的利用率高達(dá)90%以上。由此可見(jiàn)，提高植物食品中碘的含量水平將是一種從根本上防治IDD的有效生產(chǎn)化措施[8]。植物對(duì)碘的必需性至今未得到普遍的證明。因此，人們對(duì)土壤中碘的環(huán)境與生物地球化學(xué)遷移特征還不甚了解，而這正是如何培育出含碘作物最關(guān)鍵的問(wèn)題。

在模擬條件下，筆者運(yùn)用同位素（125I）示蹤技術(shù)，通過(guò)土壤碘的淋溶試驗(yàn)，研究土壤中碘的環(huán)境地球化學(xué)遷移及其影響因素，從而為提高作物含碘水平，實(shí)現(xiàn)人體自然補(bǔ)碘提供理論科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)土壤為當(dāng)?shù)厍嘧夏?。供試土壤的理化性質(zhì)為：青紫泥，pH 5.81，有機(jī)質(zhì)42.9 g/kg，陽(yáng)離子交換量16.28 mol/kg，黏粒36.86%，粉粒45.46%，砂粒17.68%。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：①按土壤的原有天然發(fā)育層由上而下采取土樣，裝土?xí)r加去離子水，使土柱保持潤(rùn)濕，加入10 ml Na125I，塑料柱下端用3層紗布包裹，防止土壤外漏。3次重復(fù)，靜置20 d后取樣、測(cè)定。 ②按土壤的原有天然發(fā)育層由上而下采取土樣，裝進(jìn)塑料柱，塑料柱下端用3層紗布包裹，防止土壤外漏，裝土的同時(shí)加去離子水，以便使得土柱保持潤(rùn)濕。土柱常溫下靜置3 d，加入15 ml Na125I水溶液，用總量1 000 ml去離子水少量、不間斷灌淋，使土柱下端持續(xù)有水滴，用容器接土柱下端的去離子水。一個(gè)樣品50 ml，其中吸取1 ml用于測(cè)定放射性活度。3次重復(fù)，取平均值。③取青紫泥土耕作層0～20 cm，風(fēng)干，剔除雜物，過(guò)10目篩，按土壤的原有天然發(fā)育層由上而下放入直徑為8 cm、高為10 cm的塑料柱中，在土壤中層加入18 mg KI水溶，每天用去離子水淋溶，使得土壤保持濕潤(rùn)，持水量約為田間含水量的70%左右。靜置20 d，樣品風(fēng)干磨碎，過(guò)20目篩，用pH 1～8的去離子水按土液比1∶10進(jìn)行淋溶。在淋溶結(jié)束，在超聲清洗器中振蕩2 h，中速濾紙過(guò)濾淋溶液，采取紫外分光光度法測(cè)定淋溶液中碘離子（I-）和總碘含量，總碘與I-的含量之差為碘酸根離子（IO3-）的含量。用BH1224型微機(jī)—多道一體化能譜儀，測(cè)定125I放射性活度。

2 結(jié)果與分析

由圖1可知，土柱經(jīng)過(guò)20 d的靜置，125I確實(shí)向土壤下層發(fā)生了遷移，但是大部分125I仍然集中于土壤上層，隨著土壤深度的加深，碘累積越來(lái)越少。在土壤0～10 cm范圍內(nèi)，青紫泥的125I累積總量為26 566 Bq，占125I原始引入量的68.68%，而在10～20 cm范圍內(nèi)，滯留累計(jì)的125I只占125I原始引入量的4.73%，其余的125I量為自然衰變和自然揮發(fā)，其中自然衰變丟失占原始引入量的百分比為20.0%，約4.40%的125I自然揮發(fā)丟失。由此可知，碘在土壤中存在擴(kuò)散和遷移，但只有小部分碘向下層遷移，絕大部分碘吸附在土壤表層。

由圖2可知，加入青紫泥中的125I量只有少量被淋溶水帶走。淋溶水中的125I含量在前5次取樣，表現(xiàn)出隨著取樣次數(shù)的增加，淋溶水中125I量也有增加的趨勢(shì)。這說(shuō)明在這個(gè)時(shí)間段，引入土壤表面的125I還沒(méi)有完全被土壤吸附固定，隨著淋溶水量的增加，從土壤中被解析下來(lái)的125I量越來(lái)越多。淋溶水中125I量達(dá)到最大值后逐漸降低，至取樣12次后，淋溶水中的125I就微乎其微了。由此可知，125I一旦被土壤吸附后不易被水淋溶帶走，從而可以推測(cè)125I被土壤吸附后，由于自然降雨被淋溶帶走的125I量不多，更有利于土壤中作物對(duì)外源碘的吸收。

由圖3可知，淋濾水的pH會(huì)影響土壤中碘的淋溶遷移。總的來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)出淋溶水pH越高，則淋溶下來(lái)的碘含量有增加的趨勢(shì)。當(dāng)水溶液pH小于4.6時(shí)，土壤中淋濾出碘量隨水溶液pH的增加而先增大后減少。當(dāng)淋溶水pH約為4.6時(shí)， 被淋濾的碘含量降到最小，此時(shí)碘在土壤中有較明顯的吸附。被淋濾的碘離子含量與pH之間有一定的關(guān)系。當(dāng)pH在1～8之間變化，被淋溶的碘含量略有增加，但幅度不大。碘酸根受pH的影響較明顯，試驗(yàn)時(shí)淋溶水pH在1～8變化。當(dāng)pH為4.6時(shí)被淋溶出的碘含量減少，淋溶水的pH大于4.6后，隨著pH的增大，淋溶出的碘含量明顯增加。這說(shuō)明相對(duì)于碘離子，土壤中的碘酸根離子對(duì)淋濾水的酸堿度具有較大的敏感性。研究還表明，當(dāng)淋溶水的pH小于4.6時(shí)，土壤中被淋濾處的碘離子含量大于碘酸根離子含量；當(dāng)pH大于4.6時(shí)，被淋濾出的碘酸根離子含量大于碘離子含量。

3 結(jié)論

研究表明，引入土壤的125I隨深度呈指數(shù)衰減，絕大部分125I集中在土壤0～10 cm表層內(nèi)，表明125I向土壤下層擴(kuò)散和遷移的量較小。在125I被土壤吸附之后，則不易被淋溶水淋溶遷移，淋濾水pH會(huì)影響土壤中碘的淋溶遷移。當(dāng)淋溶水的pH小于4.6時(shí)，土壤中被淋濾處的碘離子含量大于碘酸根離子含量；當(dāng)pH大于4.6時(shí)，被淋濾出的碘酸根離子含量大于碘離子含量。該研究結(jié)果為保持土壤中的碘不流失，提高作物的含碘水平，進(jìn)而開(kāi)辟生產(chǎn)化防治IDD的新途徑，提供理論上和技術(shù)上的重要科學(xué)依據(jù)。

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責(zé)任編輯 劉月娟 責(zé)任校對(duì) 李巖