華北小麥玉米輪作體系下土壤重金屬污染研究進(jìn)展

李明姝 王瑤瑤 郝毅 芮玉奎

摘要：我國(guó)工業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣的不達(dá)標(biāo)排放以及交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中各種農(nóng)資的使用與污水灌溉等活動(dòng)致使土壤中重金屬含量明顯增加。土壤中重金屬通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)積累，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅。華北地區(qū)糧食產(chǎn)量約占全國(guó)產(chǎn)量的1/3。調(diào)查分析華北地區(qū)農(nóng)田小麥玉米輪作體系下土壤重金屬來(lái)源及污染現(xiàn)狀對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。該文綜述了華北平原農(nóng)田小麥玉米輪作體系下土壤重金屬污染來(lái)源和污染現(xiàn)狀，分析了重金屬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全的影響，并對(duì)今后土壤重金屬污染的防治研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：華北;小麥玉米輪作體系;重金屬污染;農(nóng)產(chǎn)品安全

中圖分類(lèi)號(hào)：S344.1+3：X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2018）12-0144-08

華北平原涵蓋京津冀、山東、河南、安徽、江蘇等省市，是我國(guó)第二大平原，海拔多在50 m以下[1]。其中小麥玉米輪作區(qū)包括河北、河南、山東和山西。華北平原農(nóng)田小麥玉米輪作區(qū)耕地總面積為1 220.42×104 hm2，其中玉米產(chǎn)量約占全國(guó)產(chǎn)量的1/5，小麥產(chǎn)量超過(guò)全國(guó)產(chǎn)量的1/3[2，3]，在我國(guó)的糧食產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品安全方面占有重要地位。因此，保護(hù)華北地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和糧食安全具有極其重要的意義。隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)各種活動(dòng)如礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)等都對(duì)環(huán)境造成一定傷害。這些活動(dòng)的直接后果之一就是重金屬沉積在土壤表層。重金屬對(duì)植物、動(dòng)物和生態(tài)系統(tǒng)的傷害不容小覷。重金屬通過(guò)食物鏈、呼吸系統(tǒng)和皮膚接觸等途徑進(jìn)入人體，影響人的身體機(jī)能。重金屬會(huì)導(dǎo)致人體發(fā)育遲緩，引發(fā)多種癌癥，損害腎臟，造成內(nèi)分泌紊亂，以及對(duì)免疫和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響等。低濃度重金屬刺激植物生長(zhǎng)，高濃度重金屬會(huì)對(duì)植物造成一定損害：Zn和Cd會(huì)降低植物的代謝活性，引起氧化損傷;Cu產(chǎn)生氧化應(yīng)激;Hg可引起生理失調(diào);Cr在CO2固定、電子傳輸、酶活性等方面影響光合作用;Pb誘導(dǎo)植物異常形態(tài)等等[4-6]。在全球環(huán)境變化趨勢(shì)日益嚴(yán)峻的背景下，重金屬污染研究成為當(dāng)前生態(tài)環(huán)境研究的熱點(diǎn)。重金屬在土壤中的來(lái)源、轉(zhuǎn)化以及輸出是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物化學(xué)過(guò)程，受到多種因素的影響，所以華北小麥玉米輪作區(qū)重金屬污染研究仍然存在不確定性。目前，對(duì)于農(nóng)田土壤重金屬污染研究以南方水稻種植體系較多，對(duì)于華北地區(qū)玉米小麥輪作體系重金屬污染研究較少。本研究對(duì)華北小麥玉米輪作體系重金屬來(lái)源、重金屬污染現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了闡述，并根據(jù)當(dāng)前污染現(xiàn)狀分析了重金屬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的危害，為進(jìn)一步推進(jìn)華北地區(qū)乃至我國(guó)重金屬污染研究提供參考。

1?重金屬來(lái)源

重金屬的人為來(lái)源，主要為污水灌溉、工業(yè)生產(chǎn)和交通、農(nóng)用物資的使用、固體廢棄物的堆放、大氣沉降等。工業(yè)“三廢”是指廢水，廢氣和固體廢棄物。農(nóng)用物資包括：化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜的使用等[7]。研究土壤中重金屬污染來(lái)源的主要方法有：多元統(tǒng)計(jì)法、空間分析法和重金屬同位素比值法等[8]。董同喜等[9]指出，華北小麥玉米輪作體系畜禽糞便有機(jī)肥是Cu、Zn、Cd、Ni、Pb、Cr的主要輸入源，磷肥為土壤Hg、As 的主要輸入源。

1.1?污水灌溉

華北地區(qū)水資源匱乏，污水灌溉現(xiàn)象比較普遍。污水灌溉雖然節(jié)省水資源，給土壤帶來(lái)一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是廢水中含有一定量的重金屬，導(dǎo)致重金屬在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中積累，造成農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降[10]。Balkhair等[11]指出，沙特阿拉伯西部地區(qū)污灌區(qū)重金屬Cr、Pb、Cd、Mn含量高，農(nóng)產(chǎn)品可食用部位健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（HRI）>1，有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。Meng等[12]指出，污水灌溉土壤中Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr和Hg的含量比清水灌溉土壤高得多;表層土重金屬含量遠(yuǎn)高于深層土壤;在天津地區(qū)使用未經(jīng)處理的廢水灌溉，土壤中出現(xiàn)了大量重金屬Cd、Zn和Hg，造成嚴(yán)重污染。這一結(jié)論與Wang等[13]所得結(jié)論相似。解文艷等[14]通過(guò)對(duì)污水灌溉區(qū)重金屬相關(guān)性分析得出，Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Cd重金屬之間呈極顯著相關(guān)，因此，這些重金屬可能來(lái)自相同的污染源。Liu等[15]指出，土壤中Cd、Cu、Hg、Pb、Zn、Cr的污染主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，特別是污水灌溉。Zhang等[16]指出，山東污灌區(qū)重金屬含量高于清水灌溉區(qū)，同時(shí)通過(guò)對(duì)149個(gè)土樣研究表明，大多數(shù)重金屬含量比當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤的背景值高。薛占軍[17]分別從保定、石家莊、滄州、衡水等污灌年限較長(zhǎng)的地區(qū)采樣，測(cè)定其重金屬含量發(fā)現(xiàn)，Pb、Zn、Cu、Ni、Mn、Cr、As、Cd、Hg等都存在明顯的累積特征。在石家莊和保定地區(qū)，Hg、Cd、Zn、Pb和Cu的累積量已經(jīng)達(dá)到中上水平，不僅污染環(huán)境，同時(shí)也造成了一定程度的生態(tài)危害。綜上所述，污水灌溉是華北小麥玉米輪作體系下農(nóng)田土壤重金屬污染的主要來(lái)源之一。

1.2?農(nóng)用物資的使用

農(nóng)用物資包括農(nóng)業(yè)運(yùn)輸機(jī)械、生產(chǎn)及加工機(jī)械、農(nóng)藥、種子、化肥、農(nóng)膜等。其中農(nóng)藥、肥料和農(nóng)膜均會(huì)對(duì)土壤及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生一定的污染，造成生態(tài)危害。目前在我國(guó)由農(nóng)藥、肥料和農(nóng)膜產(chǎn)生的面源污染問(wèn)題已經(jīng)十分嚴(yán)重，成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[18]。研究表明在農(nóng)田土壤中，農(nóng)藥和化肥的利用率較低，大部分的農(nóng)藥和化肥通過(guò)揮發(fā)擴(kuò)散等途徑進(jìn)入大氣、土壤和水體中，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人體健康造成了一定影響[19]。

肥料一般分為有機(jī)肥和化肥。有機(jī)肥是有機(jī)廢棄物經(jīng)過(guò)發(fā)酵堆積而成，有機(jī)廢棄物主要有糞便、秸稈和污泥等。有機(jī)肥能夠增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤養(yǎng)分，但是這些有機(jī)廢棄物中含有一定的重金屬，影響土壤中重金屬含量。有機(jī)肥提高了土壤中Cu、Zn和Cd的含量[20]。不同種類(lèi)化肥中重金屬含量也有所不同。如磷肥大多是高溫加熱磷礦石產(chǎn)生，導(dǎo)致磷肥中含有多種重金屬元素。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，增施化肥土壤中Cd、Pb含量增加，磷肥的增施與土壤中重金屬的含量呈顯著相關(guān)[21]。 李樹(shù)輝[22]指出，化肥和有機(jī)肥對(duì)農(nóng)田土壤中重金屬的輸入量主要取決于化肥和有機(jī)肥的使用量及其中重金屬的濃度。一般情況下，化肥的重金屬輸入量大于有機(jī)肥。馬驥[23]指出，華北地區(qū)農(nóng)田有機(jī)肥的施用量少于化肥。因此可以得出，化肥的使用是華北地區(qū)小麥玉米輪作體系重金屬的主要來(lái)源之一。唐海龍[24]通過(guò)對(duì)山東沂蒙地區(qū)小麥玉米輪作體系采樣分析表明，增施有機(jī)肥使土壤中Cu含量增加趨勢(shì)更加明顯，但是在播種后期，增施化肥使土壤中Cu含量略有增加;增施有機(jī)肥使土壤中Zn含量減少，增施化肥使土壤中Zn含量增加。小麥和玉米播種前后，增施有機(jī)肥和化肥都會(huì)使土壤中Pb含量增加，同時(shí)，在農(nóng)田中使用農(nóng)用機(jī)械，燃料的燃燒也會(huì)使土壤中Pb含量增加。在小麥和玉米生長(zhǎng)期內(nèi)，施用化肥可使土壤中Cr含量增加。王美等[25]對(duì)河南鄭州小麥玉米輪作體系采樣分析，結(jié)果表明長(zhǎng)期施用化肥沒(méi)有增加土壤中Cu、Zn、Cd的含量，施用磷肥和有機(jī)肥可增加土壤中Zn、As和Hg的含量。

農(nóng)藥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率方面起著重要的作用。農(nóng)藥有防除害蟲(chóng)、雜草和控制作物生長(zhǎng)的功能。但是農(nóng)藥在土壤中殘留會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，部分有毒物質(zhì)被農(nóng)作物吸收，使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降危害人類(lèi)健康。存在于空氣中的農(nóng)藥可進(jìn)入動(dòng)物和人的呼吸道中。農(nóng)藥通過(guò)地表徑流和淋溶等形式進(jìn)入水體，產(chǎn)生污染[26]。山東、河南、河北是中國(guó)農(nóng)膜用量及地膜覆蓋面積較大的省份。目前，地膜栽培技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)大到瓜果蔬菜、糧食、花卉等作物，對(duì)提高農(nóng)田作物產(chǎn)量發(fā)揮了重要作用。但是，我國(guó)農(nóng)膜殘留物回收技術(shù)落后從而導(dǎo)致農(nóng)膜在土壤中大量殘留[27]。農(nóng)膜殘留使土壤含水量、孔隙度和通氣性降低，且破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土質(zhì)惡化。同時(shí)，農(nóng)膜阻礙作物對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收，降低肥料的利用率和植物的生長(zhǎng)速率[28]。因此，對(duì)該地區(qū)的農(nóng)藥、化肥和農(nóng)膜的使用應(yīng)采取進(jìn)行一定的控制措施：包括增施有機(jī)肥，以低毒、低殘留的綠色農(nóng)藥代替毒性高的傳統(tǒng)農(nóng)藥，推動(dòng)科技創(chuàng)新，增強(qiáng)農(nóng)民環(huán)保意識(shí)等。

1.3?工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸

礦產(chǎn)的開(kāi)采、冶煉、電鍍、電子行業(yè)、金屬加工業(yè)以及化工電池制造等產(chǎn)生的重金屬通過(guò)風(fēng)蝕作用、雨水淋溶和自然沉降等形式進(jìn)入土壤和地下水環(huán)境，會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成污染。華北地區(qū)是以燃料動(dòng)力、鋼鐵為主體的工業(yè)體系，2016年華北地區(qū)鋼鐵產(chǎn)量接近5 000萬(wàn)噸。礦山周邊土壤重金屬污染主要來(lái)自采礦、冶煉中的廢氣、廢渣和廢氣降塵等，所以工業(yè)生產(chǎn)也是華北小麥玉米輪作體系土壤重金屬污染來(lái)源之一。有研究表明，小麥籽粒中的鉛主要來(lái)源于大氣降塵[29]。隨著我國(guó)交通業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車(chē)尾氣等產(chǎn)生的污染近年來(lái)備受關(guān)注。燃料的燃燒、汽車(chē)金屬部件和輪胎的摩擦等方式產(chǎn)生的重金屬以擴(kuò)散和徑流等方式進(jìn)入土壤中。公路附近的土壤受到Pb、Cd、Cu、Ni、Zn、Cr等重金屬不同程度的污染，Pb、Cd的污染較重，Zn、Cu、Cr、Ni的污染較輕[30]。王鵬[31]指出，北京公路周邊土壤的主要污染物為Cd，主要來(lái)源為機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣的排放以及輪胎磨損與剎車(chē)所產(chǎn)生的粉塵。仝致琦[32]指出，土壤中Cr和Cu指數(shù)呈遞減分布趨勢(shì)，Pb、Ni、Zn和Cd的含量與采樣點(diǎn)距公路的距離屬于偏態(tài)分布，峰值出現(xiàn)在距路基30～50 m之間。因此，工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸也是華北地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染主要來(lái)源之一。

1.4?大氣沉降

我國(guó)空氣質(zhì)量下降趨勢(shì)明顯，京津冀地區(qū)、珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)尤為顯著。隨著大氣污染程度的加重，大氣污染物通過(guò)擴(kuò)散和沉降的方式對(duì)環(huán)境影響也隨之增加。大氣重金屬污染物遷移活性很強(qiáng)，重金屬進(jìn)入大氣后，最終沉降進(jìn)入土壤或水體[33]。多項(xiàng)研究表明大氣沉降是重金屬在環(huán)境中傳輸?shù)闹匾緩絒34]。張國(guó)忠[35]通過(guò)分析數(shù)據(jù)指出，華北地區(qū)農(nóng)田土壤中Cr元素大部分來(lái)自大氣沉降;Cu、Ni在土壤40～60 cm處富集，Zn、Cr在20～40 cm土層富集。我國(guó)華北地區(qū)大氣中污染物濃度高，對(duì)土壤和水體已經(jīng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2?土壤重金屬污染現(xiàn)狀

我國(guó)受重金屬污染的耕地分布廣泛，其中包括華北、遼中南、西南等重要糧食產(chǎn)地。其中，受Cd、As污染所占面積最大，約占土壤受重金屬污染面積的40%，京津冀地區(qū)Cd、Pb超標(biāo)率已達(dá)10%[36]。常芳等[37]對(duì)太原農(nóng)田表層土采樣分析得出，As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn、Ni、Cr的平均濃度略高于其背景值，但低于中國(guó)農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的最大允許濃度。梁爽[38]對(duì)河南鄭州地區(qū)土壤重金屬狀況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，Cu是鄭州市土壤主要的污染物之一，Ni、Pb、Cr和Zn含量分別是34.1、49.5、60.3、62.5 mg/kg。鄭州市土壤pH值略高，有效態(tài)含量較低，農(nóng)田土壤中重金屬有效態(tài)含量低于城市土壤。其中，Zn的有效態(tài)含量最高，Ni的有效態(tài)含量最低。對(duì)華北地區(qū)某鉛冶煉廠(chǎng)附近的小麥麥粒進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，Ni、Pb、Cr和Zn四種重金屬元素都超過(guò)了國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。薛占軍[17]對(duì)河北省的土壤分析發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田土壤重金屬Cd、Pb、Hg超標(biāo)，超標(biāo)率分別為44.4%、8.9%、30%。李樹(shù)輝[22]指出，山東壽光地區(qū)農(nóng)田土壤As、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb的平均含量分別是9.63、0.52、33.91、124.20、53.04、29.04、17.96 mg/kg;河南商丘分別是11.08、0.30、25.03、73.53、51.06、26.68、14.53 mg/kg，山東壽光地區(qū)土壤Cd樣本的超標(biāo)率為27.1%，河南商丘地區(qū)土壤樣本中Cd的超標(biāo)率為6.1%。相比河南商丘地區(qū)，山東壽光地區(qū)表層土壤重金屬含量較高。姜軍[39]通過(guò)對(duì)山東17地市土壤中重金屬污染情況研究分析得出，濱州市對(duì)Cd有相對(duì)較弱的容納能力;淄博市重金屬Cd的潛在生態(tài)危害程度為中度，而其他城市對(duì)Cd有足夠的容納能力;山東各市重金屬As、Ni、Zn、Pb、Cr均未超標(biāo);煙臺(tái)市土壤重金屬Hg危害程度為中度，濟(jì)南市Cu元素含量相對(duì)于其他城市較高。對(duì)華北小麥玉米輪作體系重要省市農(nóng)田土壤中重金屬的含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1所示，天津地區(qū)8種重金屬全部高于國(guó)家背景值;北京地區(qū)Cd、Hg、Ni的濃度高于國(guó)家背景值;鄭州地區(qū)Cd、Hg高于國(guó)家背景值;太原地區(qū)只有As元素的含量未超標(biāo);山東地區(qū)As、Pb和Cr未超標(biāo);河北地區(qū)As、Cd、Hg、Pb、Cr五種金屬全部超標(biāo)。

3?重金屬污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品與人體健康的影響

3.1?重金屬在農(nóng)作物中的存在形態(tài)

重金屬形態(tài)的概念最早在1958年被提出。植物體內(nèi)重金屬形態(tài)提取方法有很多種，Tessier等[46]提出的順序提取法，適合Cd、Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Fe和Mn等重金屬元素的提取，按照提取順序?qū)⒅亟饘傩螒B(tài)分為五種：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。歐共體參比司[47]提出BCR法，適合Cr、Ni、Cu、Zn、Pb 和 Cd 等重金屬元素提取，按照提取順序?qū)⒅亟饘傩螒B(tài)分為四種：弱酸可溶態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。重金屬交換態(tài)含量隨著pH值的增大而下降，殘?jiān)鼞B(tài)重金屬與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)[48]。土壤中有機(jī)質(zhì)含量增多，土壤中的可還原態(tài)與可氧化態(tài)的重金屬含量升高[49]。不同植物、不同發(fā)育階段以及不同器官中重金屬的形態(tài)分布不同時(shí)，所產(chǎn)生的的環(huán)境效應(yīng)和對(duì)農(nóng)作物的影響也不同。弱酸可溶態(tài)重金屬移動(dòng)性強(qiáng)，毒性最大?？蛇€原態(tài)重金屬在還原條件下易釋放。有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬在氧化環(huán)境下易釋放，殘?jiān)鼞B(tài)較穩(wěn)定，不易對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)生影響[50]。通過(guò)掌握土壤重金屬形態(tài)及各形態(tài)在農(nóng)作物中的累積情況，才能可靠地評(píng)價(jià)重金屬對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全的影響[51]。小麥中Cu 主要以活性較強(qiáng)的水溶態(tài)存在，遷移能力較強(qiáng)[52]。Gunkel[53]利用 Tessier的順序提取法對(duì)重金屬Cu形態(tài)對(duì)玉米的生物有效性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，玉米中Cu的存在形態(tài)主要為可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)。Wang[54，55]等利用BCR連續(xù)提取法發(fā)現(xiàn)鎘元素的弱酸可溶態(tài)與小麥葉片鎘元素含量呈顯著正相關(guān)。Krishnamurti、Violante等[56，57]指出，小麥葉片中銅鋅的累積量與有機(jī)結(jié)合態(tài)銅和可交換態(tài)鋅顯著相關(guān)，有機(jī)結(jié)合態(tài)銅可表征農(nóng)作物內(nèi)89.2%的累積量，銅元素在農(nóng)作物中主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，可交換態(tài)鋅和有機(jī)結(jié)合態(tài)鋅可表征農(nóng)作物內(nèi)78.9%鋅的累積量。

3.2?重金屬污染對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

對(duì)農(nóng)作物危害性較強(qiáng)的重金屬有Cu、Cr、As、Hg、Cd和Pb，其毒性順序?yàn)镠g>As>Cd>Cu>Pb>Cr，高濃度重金屬也會(huì)影響許多作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。當(dāng)Cd濃度大于10 mg/kg，Cr、Cu和Ni的濃度大于20 mg/kg，植物根系的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制。Cd濃度大于5 mg/kg、Cr濃度大于10 mg/kg、Ni濃度大于40 mg/kg時(shí)，植物地上部分的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制[58]。同時(shí)，一定濃度的Zn和Cu會(huì)降低植物的蒸騰作用，減少植物對(duì)水分的吸收，導(dǎo)致水分脅迫[59]。結(jié)構(gòu)蛋白和多種酶易與重金屬Cd結(jié)合，導(dǎo)致光合速率降低[60]。Cr在CO2固定、電子傳輸、光磷酸化和酶活性方面影響光合作用。Zn和Cd會(huì)導(dǎo)致葉綠素濃度、葉片表皮的氣孔密度及葉面積下降，降低植物的凈光合速率[5]，同時(shí)降低植物的代謝活性，引起氧化損傷;Cu使植物體內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激和活性氧;Hg可引起植物的明顯損傷和生理失調(diào);Pb誘導(dǎo)植物產(chǎn)生異常形態(tài);Ni破壞植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)平衡，導(dǎo)致細(xì)胞膜功能紊亂;Fe導(dǎo)致植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生，不可逆地?fù)p害細(xì)胞結(jié)構(gòu)，破壞細(xì)胞膜、DNA和蛋白質(zhì)，引起葉片壞死和萎蔫;其次是根部變色和生長(zhǎng)遲緩[61]。重金屬對(duì)小麥生長(zhǎng)的抑制順序?yàn)镃u>Pb>Zn>Ni[62，63]。有研究表明，在盆栽條件下，重金屬脅迫使玉米幼苗和根系的生長(zhǎng)受到抑制，酶活性下降，葉綠素合成受到抑制，損害細(xì)胞膜，使植株高度和干重降低，籽粒蛋白質(zhì)及脂肪含量下降。Hg和Pb會(huì)導(dǎo)致光合作用酶的活性降低，葉綠素的合成速率降低，從而影響光合作用[64]。

3.3?重金屬在作物不同器官的運(yùn)輸和分配

植物主要通過(guò)根系吸收重金屬，通過(guò)葉片來(lái)吸收重金屬的量較少。肖昕[65]研究表明，Pb在小麥根、莖和葉片中的富集量大于穎殼和籽實(shí)，鉛在小麥根部含量較高，向莖部遷移量較小，小麥各器官中鉛含量表現(xiàn)為：根>葉>穗>莖>籽粒。小麥生長(zhǎng)前期對(duì)重金屬的富集能力大于后期，重金屬會(huì)抑制小麥根區(qū)與非根區(qū)過(guò)氧化氫酶與脲酶的合成[66]。受重金屬污染的小麥植株高度降低，千粒重增加，經(jīng)濟(jì)系數(shù)降低，導(dǎo)致小麥質(zhì)量下降，產(chǎn)量降低[67]。通過(guò)對(duì)山西地區(qū)施用鎂渣肥的農(nóng)田種植的玉米監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)玉米植株中重金屬的積累有分塊特征，重金屬在玉米不同器官的累積順序?yàn)椋焊?gt;莖>葉>籽粒。重金屬在玉米植株中富集總量的大小順序?yàn)?Mn>Zn>Cu>Pb>Cr>As>Cd。在玉米植株不同器官中、鋅的含量大小為：葉>根>莖>籽粒，銅的含量大小為：根>葉>莖>籽粒，Cr主要集中在根和葉，Pb集中在根系。玉米植株在Pb、Cu的復(fù)合污染下表現(xiàn)為隨重金屬濃度的增加，玉米生物量先增加后減小，而單一重金屬對(duì)玉米植株的生物量影響較小。植株中葉綠素含量與Pb的濃度呈正相關(guān)，與Cu的濃度呈負(fù)相關(guān)。玉米的根部是累積Pb、Cu的主要器官[68-72]。

3.4?重金屬通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康的危害

重金屬可能在蔬菜和果樹(shù)上積累，并由此進(jìn)入食物鏈，這被認(rèn)為是人類(lèi)接觸它們的主要途徑之一[61]。土壤中重金屬會(huì)通過(guò)地表徑流等作用進(jìn)入水體，并在水生生物體內(nèi)累積。當(dāng)重金屬在人體內(nèi)的含量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)傷害到人體各器官，如肺、腸胃、神經(jīng)系統(tǒng)等，對(duì)人類(lèi)健康造成極大危害[73]。Cd損傷腎臟和骨骼，阻礙腸道吸收Fe，減少血紅蛋白的吸收;Hg進(jìn)入血腦屏障后損害神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致行動(dòng)和意識(shí)產(chǎn)生障礙;Pb會(huì)導(dǎo)致幼兒的智力發(fā)育緩慢;As損害神經(jīng)系統(tǒng)導(dǎo)致感覺(jué)異常，引發(fā)皮膚癌和肺癌;Cr對(duì)人的消化系統(tǒng)有致癌作用，六價(jià)鉻在人體內(nèi)被還原為三價(jià)鉻的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致DNA損害[74]。

4?問(wèn)題與展望

近年來(lái)，土壤重金屬污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境安全，解決土壤重金屬污染問(wèn)題刻不容緩。華北地區(qū)土壤重金屬污染來(lái)源廣泛，污染范圍大，且重金屬難以被生物降解。因此，華北地區(qū)重金屬污染治理難度大，且土壤重金屬污染將會(huì)威脅到農(nóng)產(chǎn)品安全，從而影響人體健康。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤污染的關(guān)注。通過(guò)制定和完善相關(guān)的法律法規(guī)體系控制土壤重金屬污染，尋求高效、安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的修復(fù)技術(shù)，并將修復(fù)技術(shù)推廣普及到各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，成為未來(lái)的治理土壤重金屬污染的發(fā)展趨勢(shì)。防止污染是防治污染的重要途徑，找出土壤中重金屬污染的來(lái)源，從源頭上控制重金屬污染，防止重金屬對(duì)土壤及作物造成污染，使土壤中重金屬污染在源頭上得到解決，保證農(nóng)產(chǎn)品安全。加強(qiáng)農(nóng)藥、化肥和農(nóng)膜管理法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè);深化農(nóng)村體制改革，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化，加快推進(jìn)落實(shí)農(nóng)產(chǎn)品安全行動(dòng)計(jì)劃。實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬污染的高效修復(fù)，推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，降低重金屬污染在農(nóng)產(chǎn)品中的累積，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，保護(hù)人類(lèi)健康。

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