土壤根系土壤重金屬形態(tài)特征研究

項萌+闞嘯林

摘 要：對冶煉區(qū)中重金屬Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd進行了賦存形態(tài)分析。為進一步分析Sb、As等重金屬從土壤進入到農(nóng)作物體系的遷移機理提供基礎依據(jù)。

關鍵詞：根際土壤；重金屬形態(tài)；生物有效性

中圖分類號：TF81 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0191-02

近年來，越來越多的土壤受到重金屬污染。就世界范圍來看，全世界每年平均排放汞115萬t，錳1500萬t，銅340萬t，鉛500萬t，鎳100萬t。據(jù)估計，我國受重金屬污染的耕地面積已達到2000萬hm2，約占耕地面積的1/5，每年因為土壤污染而減產(chǎn)糧食1000多萬t，另外還有1200萬t糧食重金屬超標，二者的直接經(jīng)濟損失達200多億元[1]。冶煉廠是土壤重金屬的一個重要來源，其生產(chǎn)過程中排放的大量有毒有害物質(zhì)通過大氣沉降、廢渣滲濾和污水灌溉進入土壤，致使周邊土壤受到不同程度的污染[2，3]。土壤重金屬含量污染不但影響種植作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，還通過食物鏈對動物和人體產(chǎn)生危害[4]。而且也是影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量的重要污染源。因此，其成為當今環(huán)境科學領域的研究熱點[5]。

1 研究區(qū)域及冶煉廠概況

本文所研究的冶煉廠位于廣西西北部河池市金城江區(qū)，北緯108°02′，東經(jīng)24°42′，海拔180～210m，附近有江遼、江葉、上屯、下屯4個村落。冶煉廠三面環(huán)山，背靠將軍山，南臨乾獨大山，西南方向為一無名山。由于銻冶煉廠位于山間谷地，地形閉塞，廢氣煙塵往往難以擴散，易在局部富集、沉降，造成冶煉廠周圍環(huán)境污染更加嚴重，引起樹木枯死，農(nóng)作物欠收，對人體健康也有很大危害。

冶煉廠的冶煉礦石主要是輝銻礦（Sb2S3）、輝銻鐵礦（FeSb2S4）、斜硫銻鉛礦（Pb5Sb8S17）等，主要產(chǎn)品為銻銅合金、鉛鉍合金、鉛銻有價金屬、銻白焦銻酸鈉。

冶煉區(qū)土壤中水溶態(tài)的金屬元素，除了因淋濾作用發(fā)生遷移擴散外，還有一部分則主要被生長的農(nóng)作物根系所吸收，進而傳輸?shù)睫r(nóng)作物地上部分。通過對冶煉區(qū)農(nóng)作物中Sb、As等重金屬含量的研究，可分析Sb、As等重金屬在農(nóng)作物體中的分布特征，亦可為進一步分析Sb、As等重金屬從土壤進入到農(nóng)作物體系的遷移機理提供基礎依據(jù)，同時有助于探尋銻冶煉區(qū)環(huán)境中的適生農(nóng)作物。

2 試驗方法

植物體內(nèi)重金屬形態(tài)連續(xù)提取所用的提取劑依次為：80%乙醇、去離子水、1mol/L氯化鈉溶液、2%醋酸、0.6mol/L鹽酸。其中80%乙醇提取以硝酸鹽、氯化物為主的無機鹽和氨基酸鹽；去離子水提取水溶性有機酸鹽，磷酸二氫鹽等；1mol/L氯化鈉提取果膠酸鹽，與蛋白質(zhì)呈結(jié)合態(tài)或吸著態(tài)的金屬；2%醋酸提取難溶于水的磷酸鹽、0.6mol/L鹽酸提取草酸鹽。具體方法如下：準確稱取2.500g鮮樣，置于燒杯中，加入50ml提取劑，在30℃恒溫箱內(nèi)放置18h后回收提取液，再在放置樣品的燒杯中加入等體積的同樣提取液，浸取2h后再回收提取液，以后再重復兩次。收集4次提取液（共200ml）于燒杯中，在140℃電熱板上蒸發(fā)近干后，用4：1的硝酸和高氯酸15ml消解定容[6]。

3 結(jié)果與討論

農(nóng)作物根際土壤Sb等有害元素含量見表。通過表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：農(nóng)作物根際土壤中含量較高的元素是Sb、As、Pb、Cu和Zn。Sb、As、Pb是對植物生長有毒有害的元素，Cu、Zn是植物生長所需微量元素，但超過一定量也會對植物生長產(chǎn)生毒害作用。Sb、As、Pb、Cu和Zn均超過農(nóng)作物正常生長土壤的含量[7]。

根據(jù)歐共體參比司對土壤重金屬形態(tài)進行分級，可把土壤重金屬劃分為乙酸可提取態(tài)（包括水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)）、可還原態(tài)（即鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）、可氧化態(tài)（即有機結(jié)合態(tài)和重金屬硫化物）和殘渣態(tài)，按照改進的BCR四步提取法，依次提取四種形態(tài)，并把農(nóng)作物根系土壤各樣點、各種形態(tài)的實測數(shù)據(jù)加以平均，可得土壤中Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd的形態(tài)分布特征，見圖1。

總體來看，農(nóng)作物根系土壤中六種不同元素各種形態(tài)所占比例也各不相同。其中90.8%的Sb、93.6%的As、65.4%的Pb、63.1%的 Zn、71.3%的Cu、68.2%的Cd在農(nóng)作物根系土壤中是殘渣態(tài)。殘渣態(tài)是指重金屬中與礦物晶體結(jié)構緊密相連的部分，通常很難被植物利用。Sb的形態(tài)分布趨勢為殘渣態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可還原態(tài)>可氧化態(tài)；As元素的形態(tài)分布為殘渣態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可還原態(tài)>可氧化態(tài)；Pb元素的形態(tài)分布為殘渣態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可氧化態(tài)>可還原態(tài)；Zn的形態(tài)分布為殘渣態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可氧化態(tài)=可還原態(tài)；Cu的形態(tài)分布為殘渣態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可氧化態(tài)>可還原態(tài)；Cd的形態(tài)分布為殘渣態(tài)>可氧化態(tài)>乙酸可提取態(tài)>可還原態(tài)。用乙酸可提取態(tài)值來表示重金屬的生物有效性大小，即在農(nóng)作物生長期間可以被它直接利用的量。由此可見土壤中重金屬的含量并不能完全說明其對農(nóng)作物危害性的大小，只通過含量高低來評價重金屬污染水平存在一定的局限性。

可見土壤中Sb的生物有效性低，Baroni et al.（2000）和Hammel et al.（2000）也報道了銻礦區(qū)土壤中Sb的生物有效性低[8，9]，當土壤中Sb已易遷移形式，即生物易利用態(tài)存在時，易被植物吸收（Baroni et al.，2000； Hammel et al.2000；He，2007）[8，9，10]。因此，盡管研究區(qū)內(nèi)土壤中生物易利用態(tài)含量百分比很低，但是由于土壤中總Sb含量高，仍然有大量的Sb被農(nóng)作物有效吸收，并積累于農(nóng)作物體內(nèi)。此外，在外界環(huán)境擾動下，可氧化態(tài)和可還原態(tài)也可能釋放，被農(nóng)作物吸收，具有潛在威脅。

參考文獻：

[1]杜平.鉛鋅冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的空間分布及其形態(tài)研究[D].中國環(huán)境科學研究院，2007.endprint