（植物营养学专业论文）长期施肥对紫色土作物重金属含量的影响.pdf

嚣海大学颁：l ：学位论交 接要 长期施肥对紫色土一作物重金属含量的影响 植物营养专业硕士研究生高焕梅 指导教师石孝均研究员 摘要 施艴等农业生产活动将一定量鲍熏金属带入壤，熏金属在土壤中难以移动，能够长期 累积，从而造成壤质量的恶化，给农业生产安全带来隐患。因此，开展农田土壤重金属环境 行为的研究，对于保护土壤生态环境，保证农产品质量，实现农业的可持续发展都具有重要 的理论和现实意义。目前，关予长期施肥对土壤养分演变规律和产鼙变纯研究较多，瓣壤 重金属禽量变化的研究较少。本文以紫色土肥力和肥料效益长期定位试验为基础，在1 5 年定 位试验研究的基础上，探讨不同施肥措施下紫色土和作物重金属含量及形态变化，分析了重 金属的生物有效性。评价了长期不同施肥对紫色土农田环境质量和农产品质量的影响。 1 5 年定位试验结果表明，p b 、c 纛、z n 、c 毽在耕层( 0 2 0 c m t 壤孛其有明显的富 积，1 5 年后耕层十壤全p b 、c d 、z n 、f e 、c u 含量比试验前分别提离5 l 。6 、3 0 9 、8 7 、 7 2 8 、2 5 2 ：而全c r 和m n 含量比试骏前降低1 5 7 、9 7 。十壤镉含量 ( 1 。8 7 m g k g 一2 6 6 m g k g ) 超过了豳家壤环境质量三级标准( 1 o o m g i 【g ) ，而韬、铬、铜、锌、 铁含量都垒t 壤环境质量级标准所要求的范围之内，在短期内不会对土壤环境造成簸害。 0 2 0 c m 耕层和2 0 4 0 c m 犁底层土壤全p b 含量与试验前相比各处理都有人幅度的增加，积 累在耕腰十壤的p b 高于犁底层，耕层十壤全p b 含量比试验前提高s 1 6 ( 各处理平均) ；犁 底层主壤提高1 9 5 。l5 年后，长期不篪瓣处理土壤全p b 含燕比试验前升高5 6 。5 m g & g ，丽 施肥处理则井离5 1 弧g l ( g ，而且不同施肥处理之间差异不明显，说明近1 5 年来士壤p b 的积 累主要来源丁_ 干湿沉降等外界环境，外界环境对土壤p b 的累积贡献高于施肥。长期施肥提高 了土壤有效p b 含量，而不施肥土壤有效p b 含量变化不大。 1 5 年定使施嚣墨籍，耕层壤全c 纛提高，两犁底层壤全c d 含量变纯不大；施阕磷肥提 高了土壤c d 含量，施用p 肥的p k 、n p k 、n p k + 秸秆处理土壤c d 禽量明显高予其它处理。 长期施肥提高了耕层土壤有效c d 含量，施肥处理有效c d 含缀比不施肥处理高2 3 4 从而 提高了t 壤c d 的植物有效性。与其它重金属不同，土壤c f 含量是犁底层高予耕作屡：与试 验前相耽，1 5 年壤全a 呈下降趋势；所有施肥处理土壤有效c f 禽量均为增捆豹趋势，其 l 嚣意大学矮士学位论文掇要 中犁底层奏效c r 增加幅度蘸于耕作层。 与试验前相比，耕层土壤全z n 含量呈增加趋势，而犁底层土壤全z n 则呈下降趋势；除 长期不施肥处理( o 2 0 c m 耕层) 和n k 处理土壤( 2 0 _ 4 0 c m 犁底层) 有效z n 降低外。其它处 理有效孙有一定增加；毽是壤有效殛含量除鸯枕肥和秸辑还圈处理犬予1 撇g 辨，其 它处理多在o 。扣l 。o 删班g 之间，处于水稻缺锌的边缘，在水稻种植中应注意锌肥的施用。 0 2 0 c m 土壤无论是全m n 或是有效m n 都呈下降的趋势；2 0 一4 0c m 土壤全m n 有一定的增 加，但避2 0 4 0 e 翔主壤有效孙则由试验前的平均4 3 3 m g k g 下降到4 5 m g k g ；水旱轮作干湿 交替条件下，壤锰有向下迁移或游失的趋势，在旱作小麦时应注意锰孵的施用。1 5 年稻麦 水旱轮后，o _ 4 0 c m 土壤全f e 明显升高，各处理差异较小；有效f e 含量长期施肥处理明显升 高，不施肥处理则降低。所有处理土壤全c u 含量比试验前约有升高，除秸秆还田处理外，其 绝处理有效e u 含量粼明显降低。 土壤重金属全量与有效态的提关分析表明，土壤中有效态c u 、c r 含量与土壤全量c u 、c r 呈显著的正相关，其对作物的有效性主要取决于七壤本底含量；而z n 、p b 、c d 、f e 、m n 的有 效态含登与土壤全羹的相关性不显著，说明这5 种重金属元素的对作物的有效性主要受土壤 环境和外在条件的影响。 土壤p b 、c d 、z n 、c u 的存在形态都以残渣态为主，士壤p b 的残渣态( 占6 0 。8 ) 铁锰 氧化物结合态( 2 8 6 ) 有机物结合态( 8 2 ) 可交换态( 2 4 ) ，不同施肥对可交换态 和有机物结合态鹣的影响较大，而对残渣态和f e 一孙氧化物结合态的影响较，j 、。施肥处理与 不施肥处理相比，施肥降低了土壤中霹交换态p b 的含量，提离了有机物结合态p b 含量。 壤c d 的存在形态为残渣态( 占5 8 5 ) 可交换态( 1 8 1 ) 铁锰氧化物结合态( 1 4 2 ) 碳酸盐结合态( 9 2 ) ，不同施肥对可交换态和碳酸盐结合态c d 的影响较大，钾肥提高了 可交换态e d 含量，施纯耱和有机肥明显降低碳酸盐结会态e d 的含量。主壤重金属各形态与 水稻重金属含量相关性低，重金属p b 、c u 的铁锰氧化物结合态与小麦籽粒中重金属含量呈显 著正相关。重金属的生物活性和迁移能力大小顺序是c d p b z n c u 。 小麦、水稻对壤c r 的富集能力强，尽管不同施肥处理对c r 的影响小，但小麦和水稻 籽粒c r 含量剡超过了食品安全翌生标准，这主要是紫色土本底傻较高、作物对e r 富集能 力强。长期不同施月巴影响了小麦霸l 水稻中重金属禽量，与不施肥对照相比，长期施肥处理小 麦、水稻籽粒中c d 、p b 含量明照增加( 除单施氮肥的处理p b 含量低于对照外) ；长期施用磷 钾及有机莠芒提高了稻麦e d 、p b 含量；所有处理小麦和水稻籽粒p b 含量都超过了食品卫生标 准；施磷处理水稻籽粒中c d 含爨超避了食赫安全标准；但小麦籽粒c d 含量却没有超标，骤 因在于水稻对c d 的富集能力高于小麦。在本试验条件下，应控制外源重金属对土壤和作物的 污染。 关键词：紫色定位拖肥重金属含量重金属形态农作物安全 殛寓丈学联l j 学位论文魑s 豫a c t e f f e c t so fl o n g t e r mf e r t i 薹i z a t i o no nh e a v y m e t a lc o n t e n ti nt h ep u r p l es o i la n d c r o p d i s c i p l i n e ： p l a n tn u t r i t i o n a u t h o r ：g a oh u a n m e i s u p e r v i s o r ：s h ix i a o i u np r o f e s s o rs u d e r v l s o r ： s n lx l a o i u nr r o t e s s o r a b s t r a c t & l i z 鑫i o na 捌。妞f 建舜e 越l 泌疆l 疰v i i e se 黼聚甥s o 掰e 魏e a v y 搬e 躏妇o 遣嚣e 鑫曙珏娥畦 m o v e sh a r d l yl 勰da c c u m u l a t ee a s i l yi n s o i t h e r e f o r e ，s t u d yo nh e a v ym e t a le n 啊r o l l l l l e n t p r o c e e d i n gh a v e 卸i m p o n a i l ta c a d e r n j c 肌dp r a c t i c a ls i 印i f i c a n c ef o rp r o c t e c t i n gs o i le n t i r o 姗e n t ， e n s u 血ga 鲥e u l t u f a lq 髓l 时a n da c h i e v i n ga 舒c u l t u 撒ic o n t i n u a b l ed e v e l o p m e n t a tp r e s e 燃，t | l e 糟 a 摊al o lo fs 镪d y s 曩b o l l lc h 鑫n g i 珏gc h a f a c 绝矗s t 主co fs o i l 娥纸e n l ，h o w e v 重量l e f ea f el i 挂l er e 卿s 雠 c o n t e n to fh e a v ym e t a li ns o i lu n d e rl o n g - t e m lf e n i l i z a t i o n t h i sp a p e rw 舔s t i l d i e do nt 1 1 ee f r e c t s d i f r e r e n tf e r t i l i z c r 缸- e a t m e n t so nh e a v ym e t a lc o n t e n ta n di t sf o m lc h a n g ei ns o i l ，a sw e l l 笛a n a l y s e d 氆eb i o l o g i e 鑫v a i l 瘀灞i 锣o f 纛e a v y 腓疆lb y 珏s i n gl o n g - 耄e 黜凳f t i l i 缄i o 矬e x 举蠢掰e n a n dl a y 随穗l o 猡 a n a l y s i sm e l l 甜。 t h er e s u l t so ft o n g - t e r mf e r t i l i z a t i o nf o r l5y e a r ss h o w e dt h a tp b 、c d 、z n 、f e 、c uw e r e o b v i o u s l ye 向c h e di np l o w l a n d ( o - 2 0 c m ) 1 1 1 et o t l ec o n t e n to f p b 、c d 、z n 、f e 、c uw e r cr e s 弦c t i v e l y i n c r e 鑫s e 琏5l 。6 、3 0 9 、8 7 、7 2 8 、2 5 。2 两毽tl h el 跌l ec o n l 鞭lo f q 、轰弛a 诧愆d u c e d1 5 7 、 9 。7 i n2 0 0 6c o m p a r e dw i t hl9 9 1 t h es o i lc dc o n t e n t ( 1 8 7 m g g 2 6 6 m g 力隐) o v e f s t e p 也el l l i 心 c l 舔ss t a n d a r do f c o u n 时s o i le n v i r o n n l e n t a lq u a l i t y ( 1 0 0 叫k g ) ，h o w e v e r ，m ep b 、c r 、c u 、z n 、 f ec o n t e n ta r ea 1 1i nm er 锄g eo f 氛r s tc l a s ss t a n d a r do fc o u n t 巧s o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y ；a n dt h e y c o 毽l d n 拱b 纛鞋g a 晒躐d 撇g e i n 鑫s 嘲重i 瓣e 。 a l lo ft l l e 扭e a l n 瓣n t so fs o i lt o l a lp bc o n t e n lh a di n c 辩勰酣跌) v i o u s l y 秘dt l 硷p bc o n t e 】哦o f t o p s o i lo v e r t o p e ds o i lp l o ws o l e ，t h ec o n t e n to fp bi nt o ps o i ih a di n c r e a s e d51 6 a n di ns o i lp l o w s o l eh a di n c r e a s e d1 9 - 5 i n2 0 0 6c o m p a r e dw i m1 9 9 1 a r e r1 5y e 躺，m e 仃c a t l l l 锄to f b l a n ko f p b e o 躐e n 瓢勰i 嚣e 辖a s e d 弱。5 搬g 段舀鞠d | 撼轻i e a 钠德n 耋sw i 氇凳摊i l i z 嚣魏a d 撼c 豫a s e d5l 。弧g 筠s ow 霉 c a ns e et h a tn l ef - e r t i l i z e ri nd i 饿r e n tt r e a 廿n e n t sh a v el i t t l ed i 艉r e n c e 1 ti si n d i c a t e dt l i a tl h e 嚣鹰大学疆学彼论文 a 转s 下r a 馥 c o 瓣璜毛l c a 专速o fs o 主lp ba f e 攥a i n l ye o f n e 妫髓l ke x t e 搬a l 强v 主f o 嬲e n l 懿盘y 鑫糕dw 珙s e 娃l e l ￥糟嫩法 t h i sl5y e a l r s a st ot h ec o m m u c a t i o no fs o i lp b ，m ee x t e n l 【a le n v i r o n m e n tc o n 确b u t i o ni so v e r t o p e d a p p l y i n gf - c r t 订i z e r t h el o n g t e n nf c n i l i z a t i o nh a di n c r e a s e dt h ec o n t e n to f s o i la v a i l a b l ep b ，b u tt h e 我：瞧f n e n to fc kh 鑫dl i l 鼓l ec h a n g a f e 娃l5y e a 菇r e 鑫s e a f c ho fl o 魅争t e f 搬f e 难l i z a t i o 娃，氇ec 冁e n 量o _ f 哆s o i ll o 【a lc dh a di 螨辖a s e d ， b u tt h ec o n t e n to fs o i lp l o ws o l et o t a lc dh a d “t t l ec h a n g e d ；a p p l y i n gp h o s p h a t ef e r t i l i z e rh a d i n c r e a s e dm ec o n t e n to fs o i lt o t l ec d ，f o re x a m p l e ，t h ec o n t e n to fs o 订c di nt 1 1 et r e a n n e n t so fp k 、 n p k 、n p k 十s 粼两v i o 毽s l yo v e 娃叩o l k r 骶a t m e n l s 。l o n g 一耙糯f e 蛾i z a i 黼h 霜i n c r e 铺e dt c o n t e n lo ft o p s o i la v a i l a b l ec d ，t h ec o n t e n to fs o i la v a i l a b l ec di nt h el f e a t m e n t so fa p p l y i n g f e r t i l i z e ri n c r e a s e d2 3 4 c o m p a r c dw i u lc ka n ds oi th a di n c r e a s e dt h ep l a n tv a l i d i t y d i f r e r e n t o 像e rh e a v ym e t a l s ，t h ee o n t e n to fs o i p l o ws o l ec ra r eo v e 哟pt h et o p s o 锺c r ；nc o n t e n to fs o 订 l o t l ec f 魏稚r e d u e e db u l 也ee o n 董e 燃o fs 绞la v a i l 痨l eq 羲a di 藏e 诧舔e 巷鑫rl5y e a f s 。a 砖l 酝i 辩f e 舔 o ft h ec o n t e n to fs o i lp l o ws o l ea v a i l a b l ec ro v e r t o pt h et o p s o i l 。 t h ec o n t e n to ft o p s o i lt o t a lz nh a di n c r e a s e d ，b u tt h ec o n t e n to fs o i lp l o ws o l et o t a lz nh a d r e d u c e di n2 6c o n 节a r e dw i m19 9l ；t h ec o n t e n to fs o i a v a i i a b l ez nh 舔i n c r e a s e de x c e p tt h e l r e a l m e n to fc k o 一2 0 c m ) 鑫熊dn k ( 2 0 o c m ) ，b 哦搬ec o n e n lo fs o i la v a i l 曲l ez 纛遮l 粼 s lo f t r e a t m e n t sa f ei nt h er a n g eo fo 4 1 响g l c g ，e x c e p tt l l en e a t i n e n t so fma n ds ( t h e ya r co v e r t o pt h e c o n t e n to f1 o m g l ( ) i 飞ec o n t e n to ft o p s o i lt o t l ea n ds o i lp l o ws o l eh a dr e d u c e d ；1 1 1 ec o l l t e n to fs o i lp l o ws o l et o t l e m 纛h a di n c f e a s e d ，b u l 凌ec o n 绝n o fs o i 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e l w e e n 妞c o n t e n lo fs o i la v a i l a b l eh e a v ym e | a la 耐s o i lt o t e lh e a v ym e l a l i n d i c a t et h a tt h ec o n t e n to fs o i la v a i l a b l ec u 、c r 柚dt h ec o n t e n to fs o i lt o t a lc u 、c ra r er e l a t e d 。锄d i t ，se 侬“v e n e s so fm ec r o pi sd e p e n do nt h es o i li t s e l f ；h o w e v e r ，t h ec o r r e i a t i v 时b e t 、e e l lm c c o n l e n lo f s o i l 鑫v a i l 西l ez n 、秘、c d 、m na 论ds o i l 埝碗z n 、鹣、c d 、& 、m 辩a 撑s i 鼬i 嚣e 赫t c o 觥l a t i o n ，s o ，w ec a nc o n c l u d em a tt h i s 5h e a v ym e t a l so n 也ee f f e c l i v e n e s so fc r o pf n 萄o rs o i l e n v i r o n m e n t a la 1 1 de x t e m a lc o n d i t i o n si n l p a c t 强露天攀矮： 擎臻论文 a 器s 豫a e t t ks p e 鹾a i 赫o f 则孙、c d 、巍、& a r e 戚磁yr e s ，戚妞。妇o fs o i l 疑鞋鹣l s r e s ( 6 0 8 ) f e m n ( 2 8 。6 ) o m ( 8 2 ) e x ( 2 4 ) ，d i f r e f e n tf e f t i l i 揪h a db r o u g l l tg r e a t i n 董l u e n c et ot h ee xa n do mo fp b b u t 娃1 ei n f l u e n c et on l er 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n c et oc r ，b u tt i l ec o n t e n to fc ri nw h e a ta n d c eh a do v e r s t e pm es a f c t ys t a f l d a 州s o ff o o dh y g i e n e ，j ti sb c c a u s et h ep u 巾1 es o i lc ri sh j g h ，锄dc r d pl l a v eas l r o i ge 州c h m e n tt o l o 娃g 一专e l 礅受建i l i i ：a l i 9 娃氛鑫d 班程疆e 辩嚣匹氐霉。魏锄o fh 嚣a 、学l n e 豳l so f 甬霞e 巷la 磊鑫矗e e ，e o 程擎a 鼬d 铲主耄氮 c k ，a 弹l y i n g 黼i l i z e rh a di f e a s e d 吐l ee t e i 媳o f c d 、p bo fw 殛懿勰d 巍c e e x e e 醛l 慨嗽e 嫩o f n ) ；a p p l y i n gp h o s p h o ra n dk a “u n lh a di n c i e a s e dt h ec o n i e n to fc d 、p bo fw h e a ta n dr i c e ；t h e c o n 耄e n lo fp 斡o fw h e a ta n d 掂e ei na 髓o f 国et 豫a l m e n t sh a do v e 鹕t e p 吐l es a f e t ys t a n d a f d so ff o o d h y g i e 辩；融e o n 耗挝醴c do fw k a tg 隐派醐矬。毒蛰v e 转缸带妞s a 耘ys 溆1 文撼se f 如醴h y g i c 曩锈 b e c a u s e c eh a v et h eas l r o n g e re 谳c 1 1 1 1 嘴n l 也a 姓w h e a t ；l f lm et e s l ，w em u s tc o n t f o lt l 孵s o i la n de 姊 p o 玎u t i o nf r o me x t e r i o rh e a v ym e t a l s x 铬w 瓣s ： p 珏释疑s o i l ； 乞。矗争耄e r 藏蛾l 魏叠迅魅；薹差e a v ym e 謇冀le o 糙专e 露耄； 珏醴v y 璎娥鑫l 轴1 难；c 羚ps 曩怒每 v 独创性声明 学位论文题目：筮期蕉基墨过紫色：缝物重全属盒量丝星堕。 本人声明所呈交的学位论文是本入在导师指导下进行的研究工作及取雩导的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了鞲确的说明并表示谢意。 学位论文作者：囱璇桶签字日期：髀多月声日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解珏南大学有关保留、使用学使论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允谗论文被查阅和借阅。 本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：簖保密，国 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：禹簇桶 签字日期：硌年月矽日 学位论文作者毕业后去向： 导师签名：石彦均 签字日期：2 力乒年6 月，夕日 工作单位： 通讯地址：当垒垒墨登生毖坐丝宣垄垃 电话： 邮编： 西南大学硕，i ：学位论文第l 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 土壤中的重金属元素概况 由于重金属难于被土壤微生物分解，易于在土壤中累积，累积在土壤中的重金属通过食 物链危害人体健康，因此关于重金属在土壤中的化学行为已引起人们的广泛关注。土壤重金 属主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等i l 】，砷因其行为与来源以及危害都与重 金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。就植物的需要而言，土壤重金属可分为两类：一 类是植物生长发育不需要的污染元素，如镉、汞、铅、铬、砷等；另一类是植物正常生长发 育所必需的营养元素，如铁、锰、铜、锌等，在一定含量范围内对植物和人体有益，但过多 会发生污染。 汞：土壤汞污染主要来自于污灌、燃煤、汞冶炼和制剂厂的排放、含汞颜料的应用、含 汞农药的施用等。士壤中汞以无机态与有机态存在，在一定条件下互相转化。在土壤微生物 等的作用下，汞可发生甲基化反应，形成脂溶性的甲基汞。汞对人的危害主要表现在以甲基 汞的形式通过食物链进入人体，并在人的中枢神经系统中富集，造成像神经错乱、牙齿脱落， 骨骼酥松等症状，如水俣病【2 】。 镉：土壤镉主要来源于镉矿、镉冶炼厂常与锌共生，所以冶炼锌的排放物中必有c 内， 以污染源为中心可波及数千米远：镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源：施崩磷肥是 土壤镉的又一来源。土壤中镉的存在形态大致可分为水溶性和非水溶性镉两大类。离子态和 络合态的水溶性镉等能为作物吸收，对生物危害大，而非水溶性镉cds 、cd c 0 3 等不易迁移， 不易被作物吸收，但随环境条件的改变二者可互相转化。镉对农业最大的威胁是产生“镉米”、 “镉菜”，使人得骨痛病。另外，镉会损伤肾小管，出现糖尿病，还引起血压升高，出现心血管 病，甚至致癌、致畸【引。 铅：铅是土壤污染较普遍的元素。污染源主要来自汽油里添加抗爆剂烷基铅，随汽油燃 烧后的尾气而积存公路两侧百米范围内的十壤中【4 l ，另外，铅字印刷厂、铅冶炼厂、铅采矿场 等也是重要的污染源。一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解。土壤铅 多发现在表土层，表士铅在土壤中几乎不向卜移动。铅对植物的危害表现为叶绿素含量卜降， 阻碍植物的呼吸及光合作用。铅对人的危害则是累积中毒。人体中铅能与多种酶结合从而干 扰有机体多方面的生理活动，导致对全身器官产生危害。 铬：土壤铬的污染源主要是电镀、制革废水、铬渣等1 5 1 。铬在土壤中主要有两种价态：c ，和c ，。两种价态的行为极为不同，前者活性低而毒性高，后者恰恰相反。cr 3 + 主要存在 于土壤与沉积物中，c ，主要存在于水中，但易被fe 2 + 和有机物等还原。植物吸收铬约9 5 留在根部。据研究，低浓度的c ，能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量，高浓度时则阻碍水 分和营养向上部输送，并破坏代谢作用。铬对人体与动物有利有弊。人体中含铬过低会产生 食欲减退症状。但饮水中超标4 0 0 倍时，会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状。 l 西南人学硕士学位论文 第l 章文献综述 砷：土壤砷污染主要来自大气降尘与含砷农药，燃煤是大气中砷的主要来源。土壤中砷 大部分为胶体吸附或与有机物络合或与土壤中铁、铝、钙离子形成难溶化合物，或与铁、铝 等氢氧化物共沉淀。p h 和e h 值影响土壤对砷的吸附砷吸附量随p h 值的升高而减少；在 氧化条件下，大部以砷酸存在，易被胶体吸附，增加了土壤固砷量：随e h 降低，砷酸转化为 亚砷酸，增加砷毒害。砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎，进一步是根系发育受阻， 最后是植物根、茎、叶全部枯死【6 1 。砷对人体危害很大，它能使红血球溶解，破坏正常生理功 能，甚至致癌等。 1 2 土壤重金属元素的形态分析 重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更人程度上由其形态分布所决定m 。不同的形态产 生不同的环境效应，直接影响到重金属的毒性、迁移及在自然界的循环。土壤中重金属的形 态及其转化对研究重金属的环境效应及重金属污染土壤的治理修复具有重要意义引。 1 2 1 重金属的形态分级方法 土壤、沉积物和污泥中重金属元素的形态分级是通过对其中某一组分的分离有相对比较 高的专一性的化学提取剂来实现的【9 1 。不同研究者提出的各种连续提取方法的区别，都在于提 取剂的选择和各种选择性提取剂在其连续提取序列中的匹配。因而，在土壤和沉积物重金属 元素形态研究领域，提取剂的筛选和开发备受重视。土壤、沉积物中的重金属元素一般可区 分为下列形态： 可交换态重金属：是指吸附在粘土、腐殖质及其它成分上的金属，对环境变化敏感，易 于迁移转化，能被植物吸收“们。可交换态重金属对人类和环境的危害最大，反映人类近期排 污影响及对生物毒性作用1 。但在外界条件发生变化时，如土壤p h 发生变化或施入络合剂也 可以将它们释放出来。 碳酸盐结合态重金属：是指土壤中重金属元素在碳酸盐矿物上形成的共沉淀结合态。对 土壤环境条件特别是p h 值最敏感，当p h 值卜降时易重新释放出来而进入环境中。相反p h 值 升高有利于碳酸盐的生成u 引。 ， 铁锰氧化物结合态重金属：一般是以矿物的外囊物和细粉散颗粒存在，活性的铁锰氧化 物比表面积大，吸附或共沉淀阴离子而成引。十壤中p h 值和氧化还原条件变化对铁锰氧化物 结合态有重要影响，p h 值和氧化还原电位较高时，有利于铁锰氧化物的形成。铁锰氧化物结 合态则反映人文活动对环境的污染j 。 有机结合态重金属：是土壤中各种有机物如动植物残体、腐殖质及矿物颗粒的包裹层等 与土壤中重金属鍪合而成5 1 。有机结合态重金属反映水生生物活动及人类排放富含有机物的 污水的结果“。 残渣态重金属：一般存在于硅酸盐、原生和次生矿物等土壤品格中，是自然地质风化过程 2 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 的结果n 引。在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中，不易为植物吸收。残渣 态结合的重金属主要受矿物成分及岩石风化和土壤侵蚀的影响刖。 1 2 2 重金属在不同形态中的分配 研究重金属在土壤中的赋存形态以及不同形态的相对含量，将有助于深入地了解重金属 在土壤中的富集、迁移和转化的机制，这对评价重金属元素对环境的污染程度以及土壤重金 属元素对植物营养的贡献是很有意义的。 土壤中铜的形态分配，交换态铜占全铜的比率平均值仅为o 4 ，其中多数土壤都未测出， 石灰性土壤碳酸盐结合态铜占全铜比率也不大，介于o 9 4 2 之间：有机质结合态铜所占所 占比率较大，占全铜量的1 5 7 6 o ，说明有机质对铜的结合能力较强，锰氧化物结合态铜 所占比率不大，平均值仅为1 2 ，且大多土壤均未测出，比有机质结合态铜少的多，说明氧 化锰对铜的结合能力不大。除有机结合态铜较高外，大部分铜结合在晶形氧化铁和残渣中， 他们的平均分配比例各为2 0 5 和4 1 9 【1 9 】。 土壤中锌的形态分配，除酸性紫色土外，交换态锌l i i 全锌的比率在1 0 以下，中、酸性 土壤平均比率为4 8 ，大于石灰性土壤( 平均值为1 o ) ；石灰性土壤中碳酸盐结合态锌占 全锌的比率也不高，在2 4 一6 1 之间，有机结合态锌l i 全锌的比率为从痕迹量至1 1 6 ，平 均值为3 3 ，与s h u m 卸( 1 9 8 5 ) 报道的结果一致。锰氧化物结合态锌所占比率和有机质结合态 锌非常接近，在大多数石灰性土壤中未检测到。十壤中品形氧化铁结合态锌的含量很高，平 均为2 6 。4 ，绝人部分锌集中在残渣中，占全锌含量的2 6 。8 9 1 0 ，平均值为5 5 ，6 ，这与 s i n g h ( 1 9 8 8 ) ，s h u m 锄( 1 9 8 5 ) 和n e i l s o n ( 1 9 8 6 ) 的研究结果一致。 土壤中铁的形态分配，所有土壤几乎未测出交换态铁和碳酸盐结合态铁，交换态、碳酸 盐结合态、有机质结合态和锰氧化物结合态四个形态的铁量所占土壤全铁的比率极小，不超 过8 ，土壤中大部分铁存在于晶形氧化铁和残渣中，他们分别占土壤全铁的1 5 6 _ 4 2 5 和 5 3 9 8 8 o ( 平均分别占2 6 8 和6 7 5 ) 。且l 十壤间差异较小。 土壤中锰的形态分配，交换态锰在中酸性土壤中含量较高，占土壤全量的2 1 一4 6 3 ， 平均值为1 5 o ( n _ 1 7 ) ，而石灰性土壤中交换态锰- i 全锰的比率较小，平均值为3 3 。和铁 不同，石灰性士壤中碳酸盐结合态锰的含量占相当的比重，约为全锰量的8 1 3 8 9 。土壤 中锰氧化物结合态锰的平均比率为1 8 2 ，有机质结合态锰的平均值为8 3 ，土壤中锰氧化 物结合态锰一般大于相应的有机质结合态锰，无定型氧化铁和晶型氧化铁结合态锰的比率相 对较小，分别为1 8 和2 6 。土壤锰大部分在残渣中，平均分配比率为4 8 【2 们。 1 2 3 土壤重金属形态研究现状 近年来，国内外也对土壤重金属有效态提取进行了很多的研究，人多采用化学试剂提取 法。一半是利用提取剂的离子交换、溶解( 酸溶或碱溶) 和螯合等作用来提取的。常用的提 3 两南大学硕 ? 学位论文第l 章文献综述 污染生态效应评价中最重要的研究对象。 近年来，国内外一些研究者试图通过改进提取剂的通用性来提高有效态研究的实用价值， 已经取得了初步成效忙5 圳1 ，其中影响较大的有m e h l i c h3 提取剂比7 1 和使用于碱性土壤的 a b d t p a 提取剂。但是这些提取剂仍然以农作物营养组分研究为基点，如m e h l i c h3 提取剂 就是把对活性磷的提取放在首位3 0 1 ，为增加磷的提取量在提取剂中加入了氟离子，且提取剂 的p h 值在2 左右，这就使提取剂中含有了氢氟酸，将该提取剂加入到土壤中就有可能破坏土 壤的硅酸盐相，影响了提取剂对其他元素的提取。a b d t p a 主要针对碱性土壤中的盐基离子， 对酸性土壤的提取效果较差。这两种提取剂是否适用于其他生态效应评价还有待实践检验。 由上述分析可以看出，已有的相态和有效态研究思路和方法并不能很好地满足土壤污染 生态效应评价的需要，通过提取剂的研究思路可以借鉴但是其实用性仍需要验证。因此，研 制或改进适用于土壤重金属污染生态效应评价需求的通用型，不仅具有重要的理论意义，更 具有重要的实际意义，是重金属污染评价和预警研究中必须解决的关键性技术。 1 4 施肥对土壤重金属影响的研究进展 1 4 - 1 长期不同施肥对土壤重金属总量的影响 土壤中铜含量为2 一1 0 0 m g k g ，我国土壤含铜量大多在4 1 5 0 m g k g 铜在土壤中是容易固 定的元素。土壤全铜含量的增加主要来自于施入的有机肥料，有机肥处理土壤c u 含量比化 肥和对照处理高与垃圾粪肥成分复杂以及畜禽养殖饲料添加剂的使用造成畜禽排泄物重金 属含量高有直接关系n 引。但也有报导指出，单施氮磷钾化肥土壤全铜明显增加1 3 引。施用化肥 土壤全铜含量增加的原因可能是化肥中含有少量的铜。 锌是植物物必需的营养元素，也是入体所必需的生命元素1 。同时作为重金属元素，又 是世界公认的有害物质之一。七壤中的锌含量平均为5 0 0 m g k g ，有报道指出，与十壤铜一样， 施用有机肥可增加土壤全锌含量。 铅是土壤污染较普遍的元素。一般进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解， 土壤铅多发现在表十层，表十铅在土壤中几乎不向下移动。土壤铅含量通常为2 2 0 0 m g k g 我国表土层铅含颦的算术平均值为2 6 m g k g 。铅对人的危害则是累积中毒。人体中锚能与多种 酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，导致对全身器官产生危害。铅在土壤中的溶解性 随p h 升高而降低滞引。常用肥料中，氮肥和钾肥中重金属含量很少，而磷肥中则含有数量不等 的重金属元素。据测定，过磷酸钙中含有铅3 2 5 m g k g ，韩晓日报道，黑土壤全铅含量以单施 磷肥及