山東省某縣表層土壤重金屬形態(tài)特征及影響因素

李文全

摘? 要：為了解研究區(qū)重金屬元素形態(tài)特征，對于部分代表性土壤樣品測定了砷、鎘、鉻、汞、鉛、鎳、銅、鋅等8種重金屬元素的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等七種形態(tài)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，重金屬元素除Cd外，其余元素形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主，土壤理化性質(zhì)改變可以影響到重金屬元素不同形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，可以根據(jù)情況因地制宜，改變土壤理化性質(zhì)，以避免生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬;形態(tài);潛在生態(tài)危害

中圖分類號：X753? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0065-02

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出。重金屬污染物來源廣泛，包含工業(yè)和生活的廢水、農(nóng)藥、化肥及大氣降塵等幾種形式。國內(nèi)外學(xué)者對于重金屬存在形式及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律做了大量研究，已經(jīng)認(rèn)識到重金屬的生物毒性不僅與其總量有關(guān)，更大程度上是由其形態(tài)分布所決定[1]。土壤作為重金屬污染物載體之一，其污染水平與人類自身的健康息息相關(guān)。土壤中的重金屬較難遷移，具有殘留時(shí)間長、隱蔽性強(qiáng)、毒性大等特點(diǎn)[2]。山東省某縣經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，已經(jīng)完成1：5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評價(jià)工作，縣域內(nèi)土壤環(huán)境質(zhì)量良好，但面臨一定的重金屬污染壓力。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省中部平原區(qū)，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多旱，冬季漫長干冷。區(qū)內(nèi)地勢南高北低，由西南向東北傾斜，略呈微波狀。研究區(qū)出露地層主要為第四紀(jì)松散堆積物，其下伏隱伏地層有中新生代陸相盆地沉積和古生代海相-海陸交互相沉積巖系等。土壤類型主要有潮褐土、潮土、鹽化潮土、濕潮土、砂姜黑土5個(gè)亞類。成土母質(zhì)分為山前洪沖積物、第四系湖（河）相靜水沉積物、黃泛沖積物等幾種類型。

2 樣品采集與分析

樣品采集時(shí)間為農(nóng)作物收獲期，樣品采集深度為0-20cm，采用多點(diǎn)組合采樣方法，每個(gè)分樣點(diǎn)采集部位、采集深度、采集重量保持一致，共采集5件形態(tài)分析樣品。樣品采集后自然風(fēng)干，過10目篩后送到實(shí)驗(yàn)室，分析方法采用全譜直讀電感藕合等離子發(fā)射光譜法和氫化物發(fā)生原子熒光光譜法。分析過程嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。

3 研究區(qū)土壤重金屬形態(tài)特征及影響因素

對于重金屬形態(tài)，目前還沒有統(tǒng)一的定義和分類方法，本文上述七種形態(tài)，其中離子交換態(tài)重金素，對環(huán)境變化敏感，易于遷移轉(zhuǎn)化，能被植物吸收;碳酸鹽結(jié)合態(tài)對土壤環(huán)境條件特別是pH值最敏感， pH值升高有利于碳酸鹽的生成[3];殘?jiān)鼞B(tài)比較穩(wěn)定，植物對該形態(tài)可吸收性較低。

3.1 土壤中重金屬元素形態(tài)分布特征

Cu元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例在53.79%以上，次為腐植酸結(jié)合態(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)，離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占比例較低，均小于1.20%;Pb元素以殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)為主，兩者所占比例平均值分別為44.62%、29.79%，次為腐殖酸結(jié)合態(tài)、碳酸鹽態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)，離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占比例較低，平均值分別為0.68%、0.43%;Zn元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例最高值為74.68%，平均值為64.13%，次為鐵錳結(jié)合態(tài)、腐植酸結(jié)合態(tài)、碳酸鹽態(tài)，離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占比例的平均值分別為0.57%、0.37%;Ni元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例最高值為76.71%，平均值為71.93%，次為強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、腐植酸結(jié)合態(tài)、碳酸鹽態(tài)、離子交換態(tài)、水溶態(tài)（按所占比例的平均值由大到小排列），其中離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占比例的平均值為0.72%、0.38%;Cr元素形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例最高值為91.94%，平均值為88.33%，其余形態(tài)所占比例較低;Cd元素以碳酸鹽態(tài)為主，所占比例的平均值為44.25%，次為腐殖酸結(jié)合態(tài)，其余形態(tài)所占比例較低;As元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例平均值為69.79%，次為鐵錳氧化態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)，離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占比例較低，平均值分別為1.10%、1.66%;Hg元素以殘?jiān)鼞B(tài)為主，所占比例最高值為78.32%，平均值為69.67%，其余形態(tài)除強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)（所占比例平均值為13.11%）外，其余形態(tài)所占比例差別不大。

綜上所述，除Cd外，其他元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，其中Pb元素殘?jiān)鼞B(tài)略低，略大于40%，其余均在50%之上，Cr元素殘?jiān)鼞B(tài)約在90%。除Cu、AS、Hg外，其余元素水溶態(tài)小于離子交換態(tài)。其余形態(tài)碳酸鹽態(tài)、腐植酸結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、強(qiáng)有機(jī)結(jié)合態(tài)因元素的不同所占比例大小排序有所不同。

3.2 土壤重金屬元素的生物可利用率

土壤中不同形態(tài)重金屬的遷移能力和毒性不同，可用生物可利用系數(shù)來評價(jià)植物對重金屬元素的吸收性。從植物的可吸收性來看，Cd元素離子交換態(tài)和水溶態(tài)所占的比例最高，為5.45%，Cr最低，為0.54%，Cu、Pb、Zn、Ni、Hg、As所占比例依次為1.19%、1.12%、0.94%、1.10%、4.65%、2.75%。上述結(jié)果表明Cd元素相對于其他元素來說，其生態(tài)危害性高于其他重金屬元素。

3.3 影響土壤重金屬元素形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化的因素

影響土壤重金屬元素存在形態(tài)的因素很多，除重金屬元素總量以外，其余如土壤理化性質(zhì)及外源性輸入對重金屬形態(tài)的分布情況也產(chǎn)生一定影響。因數(shù)據(jù)有限，本文僅對重金屬各形態(tài)所占比例與土壤中pH、有機(jī)質(zhì)進(jìn)行回歸分析。

3.3.1 重金屬元素形態(tài)隨土壤pH變化規(guī)律

土壤pH值是土壤酸堿度的反映，同時(shí)也是影響重金屬及其形態(tài)分布的最重要因素之一。pH值分別與Hg元素離子交換態(tài)和水溶態(tài)進(jìn)行回歸分析，建立一元線性回歸方程：Hg離子交換態(tài)百分比=-2.5577×（pH值）+22.244，R2=0.4329;Hg水溶態(tài)百分比=-2.9981×（pH值）+26.04，R2=0.3318。由回歸方程可知，隨著pH的升高，Hg元素離子交換態(tài)含量降低，Hg元素水溶態(tài)含量降低。

pH值與As元素及Pb元素各形態(tài)進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)土壤pH對As和Pb形態(tài)的影響具有特殊性，不呈線性分布。As的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)和腐植酸態(tài)所占比例在7.8～7.9的范圍內(nèi)處于低點(diǎn)，當(dāng)pH<7.8時(shí)As元素的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)和腐植酸態(tài)略微增加，當(dāng)pH>7.9時(shí)As元素的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、碳酸鹽態(tài)所占比例迅速上升，腐植酸態(tài)基本不受影響。因此防止土壤鹽堿化是降低As危害的可靠方法。Pb的水溶態(tài)、離子交換態(tài)、腐植酸態(tài)所占比例在7.8～7.9的范圍內(nèi)處于低點(diǎn)，當(dāng)pH<7.8時(shí)Pb元素的腐質(zhì)酸態(tài)、離子交換態(tài)略微增加，當(dāng)pH>7.9時(shí)Pb元素的離子交換態(tài)、腐植酸態(tài)所占比例上升明顯，Pb的水溶態(tài)受pH變化不是很明顯。因此通過人工干預(yù)手段保持土壤pH值在合理的變化范圍內(nèi)，可有效降低Pb的危害。

3.3.2 土壤有機(jī)質(zhì)對重金屬元素形態(tài)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分之一，也是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)土壤中有機(jī)質(zhì)含量水平對于土壤中重金屬元素各形態(tài)相對含量產(chǎn)生影響，使各形態(tài)相對含量發(fā)生變化。pH值分別與Hg元素離子交換態(tài)和水溶態(tài)進(jìn)行回歸分析，建立一元線性回歸方程：Hg離子交換態(tài)百分比=-1.1918×有機(jī)質(zhì)百分含量+5.1661，R2=0.8081;Hg水溶態(tài)百分比=-0.8239×有機(jī)質(zhì)百分含量+4.5742，R2=0.2154。由回歸方程可知有機(jī)質(zhì)含量的增加可以使土壤中Hg的離子交換態(tài)和水溶態(tài)等可吸收形態(tài)所占的比例下降。

4 結(jié)束語

（1）研究區(qū)內(nèi)重金屬形態(tài)除Cd以外，其他元素均以殘?jiān)鼞B(tài)為主，重金屬被植物吸收利用率較低。

（2）重金屬的危害性不僅與元素總量有關(guān)，還與不同形態(tài)所占的比例有關(guān)，對于重金屬污染或存在潛在危害地區(qū)，可以通過增加土壤有機(jī)物含量、調(diào)節(jié)土壤酸堿度等改變土壤理化性質(zhì)的手段，降低重金屬元素可利用形態(tài)含量水平，以避免生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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