（土壤学专业论文）成都平原土壤重金属形态分异及其驱动因子研究.pdf

论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取 得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包 含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学 或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 碱蜷轹势诱一， 邀辱sr 磊日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四j | 农业大学有关保留、使甯学位论文的规定，即：学校有权保留并肉 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体 上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生躲彩磋伟 独送毒6 具6 b 导师签名：嬲 矽产占月彤日 摘要 采用地统计学的方法进行土壤中重金属形态的分异可以定量地反映土壤重金属各形态含量 的随机性、结构性、独立性和相关性变化的具体情况，更加详细地分析其变化特征。建立土壤重 金属形态与土壤理化性质相关性分析基础上的灰色关联度分析，能相对准确地揭示驱动土壤重金 属形态演变的主要内因( 理化性质) 。 成都平原不同重金属形态( 交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、残渣 态) 含量的描述性统计分析表明，除土壤c d 以铁锰结合态为主，含量为0 0 8 6 m g k g ，占总量的 3 2 ，2 1 外，其余四种元素c u 、p b 、c r 、z n 均以残渣态为主，其含量分别为2 6 9 6 m g k g 、3 9 6 3m g k g 、 9 8 6 3 m g k g 、6 7 8 4 m g k g ，占总量的7 5 9 2 、5 9 ，1 1 、9 2 6 3 、7 2 1 6 。五种重金属元素的形 态含量大小排序分别为，c d ：铁锰氧化态 残渣态 碳酸盐态 有机结合态 交换态，c u ：残渣态 有机结合态 铁锰氧化态 碳酸盐态 交换态，p b ：残渣态 有机结合态 铁锰氧化态 碳酸盐态 交换态，c r ：残渣态 有机结合态 铁锰氧化态 碳酸盐态 交换态，z n ：残渣态 有机结合态 铁 锰氧化态 碳酸盐态 交换态。同时，土壤各重金属元素的活性态( 交换态+ 碳酸盐态+ 铁锰氧化态 + 有机结合态) 含量所占总量的比例相差较大，其中所占比例最大的是c d ，含量为0 1 9 4 m g k g ， 占达到总量的7 2 6 6 ，其次是p b ，含量为2 7 4 1m g k g ，占总量的4 0 8 9 ，再次为z n 和c u ，其 含量分别为2 6 1 7m g k g 和8 5 5 m g k g ，占总量的2 7 8 4 和2 4 0 8 ，最小的为c r ，含量为7 8 3 m g k g ， 仅为总量的7 3 7 。说明这五种元素中，活性最强的是c d ，最小的是c r 。另外，土壤中各重金 属形态含量的变异系数相差较大的是c d 和c u ，其中各形态c d 含量的变异系数为4 3 0 一1 2 3 ， 以碳酸盐结合态的变异系数最大，达1 2 2 6 4 ，而c u 各形态含最的变异系数中最大的为铁锰氧 化物结合态( 1 0 3 2 3 ) ，属于强度变异，其余的各形态属于中等变异。其余三种元素p b 、c r 和z n 各形态含量的变异系数均介于2 5 7 5 之问，属于中等变异。 空间结构变异及其内因( 土壤理化性质) 分析结果表明：c d 以有机物结合态含量具有较强 的空间自相关性，其结构性因子对其空间变异的影响占到8 1 2 ，主要在东南一西北( 1 3 5 。) 方向 上有较大的变异，它的主要影响因素是粗粉粒、p h 和o m 。其余各形态c d 均具有中等的空间相 关性，主要变化发生在西南一东：1 1 二( 4 5 。) 方向上。从内因分析得出，影响成都平原土壤中可交换 态c d 、碳酸盐结合态c d 、铁锰氧化物结合态c d 和活性态c d 的主要因素是p h 、容重、中细粉 粒。c u 以交换态含量的变异为强度自相关，其余各形态c u 均为中等自相关。各形态的空间变异 方向主要表现在4 5 。和1 3 5 。影响可交换态c u 含量的空间变异主要内因是有机质，影响有机 物结合态c u 含量的内因主要为粘粒、砂粒、有机质。土壤粘粒和有机质对活性态c u 含量的影响 较大，而与碳酸盐结合态和铁锰态c u 的关系不大。p b 则表现为碳酸盐结合态、有机物结合态和 i 活性态含量在较小的距离内呈强度自相关，可交换态和铁锰氧化物结合态含量在较大的空间距离 内呈中等自相关。其变异主要表现在西北一东南( 1 3 5 。) z r 向上，其次为西南一东北( 4 5 。) 方向。 土壤p h 对可交换态和碳酸盐结合态p b 含量的分布具有明显的影响，影响碳酸盐结合态p b 含量 的分布还有土壤有机质。影响铁锰氧化结合态p b 含量的主要因素是土壤有机质和n h 。影响活性 态p b 的主要因素是土壤有机质。影响有机结合态p b 的主要因素是士壤有机质、粘粒、c e c 、砂 粒。c r 则以交换态和活性态c r 含量分布具有中等的空间自相关，其余各形态c r 均有较强的空间 自相关，其主要变异表现在4 5 。方向上。土壤粘粒与碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机态 结合态c r 呈显著的正相关关系。有机结合态c r 和活性态c r 与土壤有机质也成极显著正相关关 系，c e c 也是影响活性态c r 含量的主要因素。z n 各形态中除了可交换态z n 具有中等的空间自 相关性外，其余各形态z n 均具有较强的空间自相关性。土壤p h 主要影响可交换态、酸盐结合态 及铁锰氧化物结合态z n ，有机质是除了交换态z n 外的其余各形态含量的主要影响因素。对铁锰 氧化结合态z n 的分布影响的因素较多，除了p h 和有机质外，还有粘粒、中细粉粒、砂粒、和 c e c 等。影响活性态z n 的主要因子是粘粒、砂粒、有机质和c e c 。 备形态重金属含量的空间插值分析结果表明：c d 各形态含量的高值区主要分布在北部及东 北部及北部的德阳和彭州地区，低值区除有机物结合态c d 外均主要分布在中部温江、崇州及西 南部邛崃等地。c u 的交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化结合态含量的高值区主要出现在区域西 北的崇州、彭州北面，以及双流、成都郊区和新都的东南边，区域东北边的德阳部分区域也较高。 有机结合态和活性态c u 除了东北边德阳较低外，其余地区的分布趋势与前面三种形态相似。p b 的交换态与碳酸盐结合态含量里明显的片状和斑状分布，其高值区主要分布在西北部都江堰、东 北部德阳等地。铁锰氧化态、有机物结合态、活性态p b 含量主要成片状分布，铁锰氧化态p b 高 值区面积较小，主要集中在崇州和新津两地，有机物结合态和活性态p b 含量的高值区面积均较 大，主要分布在北部彭州、西北部都江堰、南部双流和新律。c r 各形态含量的分布规律各不相同， 但都表现出平原中部偏西地区偏低，北部地区偏高的特点。z n 各形态含量的空间分布的高值区 主要在北部彭州、崇州，以及德阳的部分地区。 关键词：成都平原；重金属形态；地统计学；g i s 2 s t u d yo nd i s t r i b u t i o na n dd r i v i n gf a c t o r so fs o i lh e a v ym e t a l f o r m si nt h ec h e n g d up l a i n z h a n gl o n g w e i ( s o i ls c i e n c e ) d i r e c t e db yw a n gc h a n g q u a n a b s t r a c t u s i n gg e o s t a t i s t i c a lm e t h o dt oa n a i y z et h es p a t i a ls t r u c t u r eo fs o i lh e a v ym e t a lc a nr e f l e c tr a n d o m ， s t r u c t u r e ，i n d e p e n d e n c ea n dr e l a t i v i t yo fa l l k i n d so fs o i lh e a v ym e t a l ，a n dr e f l e c ti t s c h a n g e a b l e c h a r a c t e r i s t i c sf u r t h e ri nd e t a i l s g r e yc o r r e l a t e da n a l y s i s ，w h i c hw a sb a s e do nt h er e l a t i o na n a l y s i s b e t w e e ns o i lh e a v ym e t a lf o r m sa n ds o i lp h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，c a no p e no u tt h em a i n i n n e rf a c t o r sw h i c hd r i v es o i lh e a v ym e t a lc h a n g i n g0 h y s i e a ia n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ) t h ed e s c r i p t i o ns t a t i s t i co ft h ec o n t e n to fd i f f e r e n tf o r m s ( e x c h a n g e a b l e ，b o u n dt oc a r b o n a t e ， b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e ，b o u n dt oo r g a n i cm a t t e r , r e s i d u e ) o fh e a v ym e t a l ss h o w e d ，e x c e p tc di n s o i lw a sp r i o r i t yt ob o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s eo x i d e s ，a n dt h ea v e r a g ec o n t e n tw a so 0 8 6 m g k g , w h i c ha c c o u n t e df o r3 2 2 1 ，t h er e s tf o u re l e m e n t s ，c u ，p b ，c r , z ng i v e sp r i o r i t yt or e s i d u ef o r m ，a n d t h ea v e r a g ec o n t e n tw a s2 6 9 6 m g k g ，3 9 6 3m g k g ，9 8 6 3m g k ga n d6 7 8 4m g k g ，a c c o u n t i n gf o r 7 5 9 2 ，5 9 1 1 ，9 2 6 3 ，7 2 1 6 o f t o t a lc o n t e n t 。t h eo r d e r so fd i f f e r e n tf o r m so f f i v ee l e m e n t s w e r e b o u n dt ok o na n dm a n g a n e s eo x i d e s r e s i d u ef o r m b o u n dt oc a r b o n a t e b o u n dt oo r g a n i c m a t t e rf o r m e x c h a n g e a b l ef o r mf o rc d r e s i d u ef o r m b o u n dt oo r g a n i cm a t t e r b o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s e b o u n dt oc a r b o n m e e x c h a n g e a b l ef o r mf o rc u , r e s i d u ef o r m b o u n dt oo r g a n i cm a t t e r b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e b o u n dt oc a r b o n a t e e x c h a n g e a b l ef o r mf o rp b r e s i d u ef o r m b o u n d t oo r g a n i cm a i l e r b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e b o u n dt oc a r b o n a t e e x c h a n g e a b l ef o r mf o rc r , r e s i d u ef o r m b o u n dt oo r g a n i cm a t t e r b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e b o u n dt oc a r b o n a t e e x c h a n g e a b l ef o r mf o rz n a tt h es a m et i m e t h ep m p o n i o no fa c t i v i t yf o r mi nt o t a l c o n t e n to ff i v e e l e m e n t sw a sq u i t ed i f f e r e n t t h ec o n t e n to f a c t i v ec dw a s0 1 9 4m g k ga c c o u n t i n gf o r7 2 6 6 w h i c h w a st h eh i 【g h e s tp r o p o r t i o ni nt o t a lc o n t e n t t h ec o n t e n to fa c t i v ep bw a s2 7 4 1 m g k g ，a c c o u n t i n gf o r 4 0 8 9 w h i c hw a st h es e c o n dp r o p o r t i o ni n t o t a lc o m e n t t h ec o n t e n to fa c t i v ez na n dc uw e r e 2 6 1 7 m g k ga n d8 5 5 m g k ga c c o u n t i n gf o r2 7 8 4 2 4 0 8 w h i c hw a st h et h i r dp r o p o r t i o ni n t o t a l c o n t e n t t h ec o n t e n to f a c t i v ec rw a s7 8 3 m g k ga c c o u n t i n gf o r7 3 7 w h i c hw a st h el a s tp r o p o r t i o ni n t o t a lc o n t e n t t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tc dh a dt h eh i g h e s ta c t i v i t ya n dc rh a dt h el o w e s ta c t i v i t y i n a d d i t i o n , t h ec h a n g e so f c o e f f i c i e n t so f v a r i a t i o na m o n gf i v ef o r m sf o rc da n dc uw e r er e l a t i v e l yl a r g e a l lk i n d so f s o i lc dc h a n g e dd i s t i n c t l y , a n dt h er a n g eo f c o e f f i c i e n to f v a r i a t i o nw a s4 3 , 一1 2 3 w h i c h o fb o u n dt oc a r b o n a t ew a st h eb i g g e s t1 2 2 6 4 t h ec o e f f i c i e n to fv a r i a t i o no fe v e r yf o r mo fh e a v y m e t a lc uw a sb i g ；t h eb i g g e s tw a sb o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e ( 1 0 3 2 3 蚴，a n di tb e l o n g e dt o i n t e n s i o nv a r i a t i o n ；t h eo t h e r sb e l o n g e dt om i d d l ev a r i a t i o n t h er a n g eo fc o e f f i c i e n to fv a r i a t i o no f d i f f e r e n tf o r m sf o rt h er e s tt h r e ee l e m e n t sw a s2 5 7 5 ，w h i c ha c c o r d e dw i t hm o d e r a t ev a r i a n c e t h ea n a l y s i so fs p a t i a ls t r u c t u r ev a r i a b i l i t ya n di n n e rf a c t o r s ( s o i lp h y s i ca n dc h e m i cp r o p e r t i e s ) s h o w e dt h a t , b o u n dt oo r g a n i cm a t t e rc dh a ds p a t i a la u t o c o r r e l a t i o n ，i t ss t r u c t u r a lf a c t o r sa f f e c t i n gc d a c c o u n t e d f o r8 1 2 a n d t h e r e w a s b i g g e r v a r i a t i o n m a i n l ya ts o u t h e a s t - n o r t h w e s t ( 1 3 5 。d i r e c t i o n ) t h e m a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r ec o a r s es i l t ，p ha n do r g a n i cm a t t e r s t h er e s tf o r m sh a dm i d d l i n g r e l a t i v i t y , m a i n l yh a p p e n e da ts o u t h w e s ta n dn o r t h e a s t ( 4 5 。d i r e c t i o n ) t h er e s u l t so fa n a l y z i n gt h ei n n e rf a c t o r s i n d i c a t e dt h a tm a j o rf a c t o r si n f l u e n c e de x c h a n g e a b l ec d ，b o u n dt oc a r b o n a t ec d ，b o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s eo x i d e sc da n da c t i v ec dw e r ep h ，b u l kd e n s i t ya n dm e d i u mf i n es i l t t h ev a r i a b i l i t yo f e x c h a n g e a b l ec uw a si n t e n s i t ys p a t i a la u t o c o r r e l a t i o n ，a n dt h eo t h e rw a sm o d e r a t e t h ed i r e c t i o no f s p a t i a lv a r i a b i l i t yo fe v e r yf o r mm a i n l yr e p r e s e n t e d4 5 。a n d1 3 5 。t h ei n n e rf a c t o ro fi m p a c t i n gt h e c o n t e n to fe x c h a n g e a b l ec uw a so r g a n i cm a r e r s ，a n di m p a c t i n gt h ec o n t e n to fo r g a n i cc o m b i n i n g c o n d i t i o n sc uw a sc l a y , s a n da n do r g a n i cm a t t e r s s o i lc l a ya n do r g a n i cm a u e r sa f f e c t e dt h ec o n t e n to f a c t i v ec ui ng r e a t e re x t e n t ，b u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb o u n dt oc a r b o n a t ea n db o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s ef o r md i dn o t b o u n dt oc a r b o n a t e ，b o u n dt oo r g a n i cm a t t e rf o r ma n da c t i v ep bw e r e i n t e n s i t ys p a t i a lr e l a t i v i t y s e l fi ns h o r td i s t a n c e ，e x c h a n g e a b l ef o r ma n db o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e f o r mw e r em o d e r a t es p a t i a lr e l a t i v i t y - s e l fi nl o n g e rd i s t a n c e t h ev a r i a n c em a i n l ys h o w e di nt h e d i r e c t i o no fn o r t h e a s ta n ds o u t h w e s t ( 1 3 5 0 ) ，n e x ti nt h ed i r e c t i o no fs o u t h e a s ta n dn o r t h w e s t ( 4 5 0 ) s o i l p ho b v i o u s l yi n f l u e n c e dt h ed i s t r i b u t i o no f e x c h a n g e a b l ef o r ma n db o u n dt oc a r b o n a t ec o n t e n t ，a n ds o i l o r g a n i cm a t t e ra l s oi n f l u e n c e dt h ed i s t r i b u t i o no fb o u n dt oc a r b o n a t ec o n t e n t t h em a i nf a c t o r s ，w h i c h i n f l u e n c e dt h ec o n t e n to f b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s ef o r mw e r es o i lo r g a n i cm a t t e ra n dp h t h em a i n f a c t o r , w h i c hi n f l u e n c e dt h ec o n t e n to fa c t i v ep bw a ss o i lo r g a n i cm a t t e r t h em a i nf a c t o r s ，w h i c h i n f l u e n c e dt h ec o n t e n to fb o u n dt oo r g a n i cm a t t e rp bw e r es o i lo r g a n i cm a t t e r , c l a y , c e ca n ds a n d a l l f o r m so fc rh a di n t e n s i t ys p a t i a lr e l a t i v i t y - s e l fe x c e p tf o re x c h a n g e a b l ef o r ma n da c t i v ef o r m ，w h i c h h a dm o d e r a t e s p a t i a lr e l a t i v i t y - s e l f t h er e l a t i v i t ya n a l y s i sb e t w e e ns o i lp h y s i c a l ，c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n t e n to f d i f f e r e n tf o r m so f c rs h o w e dt h a t ，s o i lc l a yh a dn o t a b l ep o s i t i v er e l a t i v i t y w i t hb o u n dt oc a r b o n a t e ，b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s ea n db o u n dt oo r g a n i cm a t t e rf o r m b o u n dt o o r g a n i cm a t t e rf o r ma n da c t i v ef o r ma l s oh a dn o t a b l ep o s i t i v er e l a f i v i t yw i t hs o i lo r g a n i cm a t t e r ；c e c w a st h em a i nf a c t o r , w h i c hi n f l u e n c e dt h ec o n t e n to fa c t i v ec r a l lf o r m so fz nh a di n t e n s i t ys p a t i a l r e l a t i v i t y - s e l fe x c e p tf o re x c h a n g e a b l ef o r m ，w h i c hh a dm o d e r a t es p a t i a lr e l a t i v i t y - s e l fp hm a i n l y i n f l u e n c e de x c h a n g e a b l ef o r m , b o u n dt oc a r b o n a t ea n db o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e o r g a n i cm a t t e r w a st h em a i nf a c t o r , w h i c hi n f l u e n c et h ec o n t e n to f v a r i o u sf o r mo f z ne x c e p te x c h a n g e a b l ez n t h e r e w e r em a n yf a c t o r s ，w h i c hi n f l u e n c e dt h ec o n t e n to f b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e ，s u c ha sc l a y , m e d i u m f i n es i l t , s a n da n dc e c ，e x c e p tf o rp ha n do r g a n i cm a t t e r t h em a i nf a c t o r sw h i c hi n f l u e n c e dt h ea c t i v e z nw e r ec l a y , s a n d ，o r g a n i cm a t t e ra n dc e c 4 t h es p a t i a li n t e r p o l a t i o na n a l y s i so f d i f f e r e n tf o r m sf o rf i v ee l e m e n t ss h o w e dt h a t ，t h eh i g h e ra r e ao f c d c o n t e n tm a i n l yd i s t r i b u t e di nt h en o r t h ，n o r t h e a s td e y a n ga n dp e n g z h o ud i s t r i c t ，a n dt h el o w e ra r e a m a i n l yd i s t r i b u t e di nw e n j i a n g ，c h o n g z h o u , a n dq i o n g l a le ta l ，e x c e p tf o rb o u n dt oo r g a n i cm a t t e rc d t h eh i g h e s tv a l u er e g i o no f e x c h a n g e a b l ef o r m ，b o u n dt oc a r b o n a t e a n db o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s e c o n t e n tm a i n l ye x i s t e di nt h en o r t ho f c h o n g z h o u ，p e n g z h o u ，w h i c hw a sd i s t r i b u t e di nt h en o r t h w e s to f s t u d ya r e a , a n di nt h es o u t h e a s to fs h u a n g l i u , s u b u r bo fc h e n g d ua n dx i n d u ，a n di ns o m ep a r t so f d e y a n gt h ed i s t r i b u t i o nt r e n do fb o u n dt oo r g a n i cm a t t e rf o r ma n da c t i v ec uc o n t e n t ”a s t h 。s a m e w i t ht h et h r e ef o r m si nf r o n te x c e p tw a sl o w e ri nn o r t h e a s td e y a n g t h ed i s t r i b u t i o no fe x c h a n g e a b l e f o r ma n db o u n dt oc a r b o n a t ec o n t e n ta p p e a r e da ss t r i pb e l t so rg o b b e t s ，t h eh i g h e s tv a l u eb e l t sm a i n l y e x i s t e di nn o r t h w e s td u j i a n g y a na n dn o r t h e a s td e y a n g t h ed i s t r i b u t i o n o fb o u n dt oi r o na n d m a n g a n e s e ，b o u n dt oo r g a n i cm a t t e rf o r ma n da c t i v ef o r mc o n t e n ta p p e a r e da s s t r i pb e l t ，t h eh i g h e s t v a l u eb e i t so f b o u n dt oi r o na n dm a n g a n e s em a i n l ye x i s t e di nc h o n g z h o ua n dx i n j i n t h eh i g h e s tv a l u e b e l t so fb e u n dt oo r g a n i cm a t t e rf o r ma n da c t i v ef o r mc o n t e n te x i s t e di nn o r t hp e n g z h o u ，n o r t h w e s t d u j i a n g y a na n dn o r t hs h u a n g l i ua n dx i n j i n t h ed i s t r i b u t i o nt r e n d so f c o n t e n to fv a r i o u sf o r m sf o rc r w e r ed i 髓r e n t b l l ta l lh a dt h ec h a r a n t e r i s t i c st h a tl o w e ri nt h em i d d l eo f t h ep l a i nc l o s et ow e s t ，h i g h e r i nt h en o r t hr e g i o n t h es p a t i a lv a r i a b i l i t yo fv a r i o u sf o r m so fz nm a i n l yi n d i c a t e di nt h ed i r e c t i o no f 4 5 0 t h eh i g h e s tv a l u eb e l tm o s te x i s t e di nn o r t hp e n g z b o i l ，c h o n g z h o u ，a n ds o m ep a r t so f d e y a n g k e yw o r d s ：c h e a g d up l a i n ；h e a v ym e t a lf o r m s ；g e o s t a t i s t i c s ；g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) 5 1 前言 当今，土壤环境中重金属污染问题日趋严重，重金属进入植物体已成为其污染环境和危害人 体健康最重要的途径。然而，重金属进入土壤这个有机、无机复合体后，通过溶解、沉淀、凝 聚、络合、吸附等各种反应，形成了不同形态的重金属，除残渣态以外的其他四种形态的重金属 对植物有效性都有不同程度的影响，故对土壤重金属形态的研究不能单考虑单个重金属形态的影 响，各种形态的综合效应也不能忽视。可见，重金属的环境行为和生态效应与重金属在土壤中存 在的形态密不可分，土壤中重金属元素的存在形态也成为衡量其环境效应的关键参数，土壤中重 金属的形态研究已越来越受到重视。 1 1 立题背景及意义 成都平原土壤重金属污染问题自8 0 年代以来，已经引起了科学工作者的关注，对其污染状 况及分布规律作了一些研究。据成都市环保部门在金牛区的金牛、营门口、苏坡、永丰、挂溪、 保和、圣灯、青龙、和平九个乡的农业土壤质量调查发现：在5 0 k m 2 的调查范围内，中度铅污染 耕地面积占4 5 0 ，轻污染区面积4 7 5 ，只有约7 5 的耕地属于正常土质。铜、砷、铬等有 害重金属污染的耕地面积约在5 0 以上，其中又以灰色冲积土质受污染程度较为严重，黄壤次之。 也就是说，成都平原主要农作物和城市菜园、果园作物区的灰色冲积土壤，都受到了重金属的严 重污染【i 】a 成都平原西部地区n i 、c d 、h g 的分布明显高于全国土壤背景值，特别是h g 、c d 在 区内富集趋势十分明显【2 】o 罗晓梅等1 3 1 通过对成都地区的9 种蔬菜1 5 2 个样品的可食部分中重金属元素的分析研究，查 明了蔬菜中重金属汞、砷、铅、镉的含量及分布特征。结果表明，镉和铅是成都地区蔬菜中的主 要污染元素，在检测的蔬菜样品中，镉和铅的超标量分别为2 9 4o a 和2 2 0 ，最高超标分别为5 6 0 倍和2 8 6 倍，汞和砷无超标现象。他们分析造成成都地区蔬菜中p b 污染的主要原因是大气污染， 大气污染主要为气态和尘态重金属，表面吸附能力较强的叶菜类中含揖明显提高。从铜的污染分 析结果看，叶类 果菜，符合植物体内分布规律。 以上研究仅对成都平原局部性的污染问题进行了讨论，而且主要研究了成都平原西部及郸 县、金牛区等少数区域的土壤中c d 、汞污染问题，并没有用地统计学及g i s 等技术手段对主要 污染元素的演变趋势及含量状况进行相应的预测和模拟。然而对成都平原土壤重金属的形态方面 的研究几乎是一片空白，因此，及时了解、分析和跟踪国内外土壤重金属研究的最新发展方向和 前沿，开展成都平原土壤重金属形态的研究，找出引起形态变化的相关因子，从而得出土壤中重 金属的形态变化趋势，为成都平原的农产品安全生产提供科学依据，具有十分重要的意义。 6 1 2 国内外研究现状 1 2 1 土壤中重金属形态 土壤中重金属元素在介质中的存在形态是衡量其环境效应的关键参数，土壤中重金属的形态 研究越来越受到重视【4 1 ”。t e s s i e r l 6 1 等认为可用化学试剂分步提取法来研究重金属形态，分为以下 五种：可交换的离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态。不 同形态的重金属被释放的难易程度不同，生物可利用性也不同，毒性大小也不一样。研究表明【7 8 1 交换态、碳酸盐结合态、氧化锰结合态稳定性差，容易被植物吸收利用，是其有效或较为有效的 形态，它们的含量与植物吸收量呈显著正相关。而有机结合态和残渣态稳定性强，不易释放到环 境中。 可交换态是指交换吸附在土壤粘土矿物及其它成分上的那一部分离子。它在总量中所占比例 不大，但普遍认为可交换态( 包括水溶态) 比较容易为植物吸收利用，对作物危害最大。在植物营 养上具有重要意义，同时也是重金属对植物产生污染的主要形态脚。因此，该形态是形态分析研 究中的一个重要部分。 碳酸盐结合态是指金属离子与碳酸盐沉淀结合的那一部分重金属离子【”】。该形态对土壤环境 条件，特别是p h 最敏感。随着土壤p h 值的降低，离子态重金属可_ 人幅度重新释放而被作物所吸收 f i l l 。因此，这部分金属在不同p h 条件下能够发生移动，也可能造成对环境的二次污染。蒋廷惠 等【1 2 】认为在不含碳酸盐的土壤中应没有以碳酸盐结合态形式存在的重金属元素。但其他一些研究 者 1 3 - 1 4 】，对非石灰性土壤进行碳酸盐结合态萃取分析时，却萃取出相当数量的重金属。 f e 。m n 氧化物结合态是重金属与f e ，m n 氧化物( f e 2 0 3 、f e o 、m n 0 2 等) 联系在一起的被包裹 或本身就成为氢氧化物沉淀的部分，这部分金属属于较强的离子键结合的化学形态，所以不易释 放”o l 。但土壤环境条件的变化，也可使其中部分重新释放，对农作物存在潜在的危害“1 。当水体中 氧化还原电位降低时，或水体缺氧时，这种结合形态的重金属键被还原，可能造成对环境的二次 污染。 有机物及硫化物结合态是指以重金属离子为中心离子，以有机质活性基团为配位体发生螯合 作用而形成螯合态盐类或是硫离子与重金属生成难溶于水的物质”。1 ”。该形态重金属较为稳定， 一般不易被生物所吸收利用。但当土壤氧化电位发生变化，有机质发生氧化作用而分解，可导致少 量该形态重金属溶出，而对作物产生危害。研究表明”l ，研究土壤中有机态铜具有重要的意义， 有机质