（土壤学专业论文）施用泥炭对土壤镉形态及其植物有效性的影响.pdf

致谢 致谢 我是来自朝鲜的一名留学生，离开祖国和家庭已整四年，经历了紧张的学习 和科研工作，今天终于完成了我的博士学位论文，首先感谢祖国多年来对我的养 育和教育，为了我的学业，倾注了无限的心血，在祖国处于困难的时候将我派到 中国留学，没有祖国无私的关爱和支持，就没有我的今天。同时，我要感谢中国 政府，在这四年中给予我无私的支持，让我在中国安心生活、专心学习。 本文是在尊敬的导师徐建明教授的悉心指导下完成的，从论文选题到方案拟 定、实验开展、结果凝练、论文撰写都凝结着导师的心血，在此我要特别感谢徐 老师三年来在科研中的指导与生活上的关怀。导师活跃的学术思想、严谨的学风、 求实的科学态度、真诚乐观和为人师表的工作风范使我终生受益。在生活上，导 师给予了亲切关怀，感激之情难于言表，恩师难忘。 在攻读博士学位的过程中，得到了吴建军教授、汪海珍副教授、廖敏副教授、 何艳博士、施加春博士等的大力帮助和支持，得到了章明奎教授、吴良欢教授、 张丽萍教授、王珂教授、谢正苗教授等热情的指导，在此向他们表示衷心的感谢。 感谢刘忠珍、侯宪文、陈涛、赵科理、胡林飞、丁娜、吴愉萍、钟顺清、李 文兵、z a f a r 、于雄胜、李夏、李文彦、周领、王刚、吕笑非、韩文炎、王赞峰、 柳勇、王碧岭等同f - j t ) 币兄弟的帮助。 我还感谢浙江大学国际教育学院的老师们，尤其是教我汉语的老师们，连一 句话也说不出来的时候，诚心诚意地帮助我学习汉语，让我第一次感到中国老师 的热情，有了他们的帮助和关怀，才有用汉语把论文圆满撰写出来的今天。 感谢所有关心和支持我的人。 h a m i k s o n g 2 0 0 8 年4 月于中国杭州华家池畔 摘要 摘要 自1 9 6 1 年日本报道镉( c d ) 污染引发“痛痛病”以来，国内外对农田c d 污 染行为与控制技术的研究与应用一直十分关注。其中，有机物料对重金属环境化 学行为的影响一直是该领域重要的研究方向，有机物料通常被认为是抑制污染土 壤中重金属活性的天然材料，但也有不少研究结果表明，增施有机肥促进了植物 对土壤中c d 的吸收和转运，使植物体内c d 含量增高。因此，有机物料与土壤重 金属的相互作用是十分复杂的，人们还远远没有认识清楚。为此本文以天然泥炭 为有机物料，采用土壤培养和盆栽试验相结合的方法，研究了两种不同污染土壤 中施用泥炭对土壤镉吸附、解吸、形态变化以及植物有效性的影响。主要结果如 下： ( 1 ) c d 2 + 在泥炭上的动力学吸附特征研究表明，泥炭对c d 2 + 的吸附量与接触 时间、溶液p h 、c d 2 + 浓度，溶液离子强度，添加泥炭量、振荡速度等有关。吸附 达到平衡所需的接触时间以9 0m i n 为宜，泥炭对c d 2 + 的吸附率达至w 9 9 1 ，泥炭 对c d 2 + 动力学吸附特征可以用e l o v i c h 方程较好地拟合( 启= 0 8 0 7 ) 。泥炭对c d 2 + 的吸附符合l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 等温吸附方程，但l a n g m u i r 方程的拟合效果 更好( 霞= 0 9 9 8 5 ) 。由l a n g m u i r 方程求得的泥炭对c d 2 + 的最大吸附量为1 3 6 9 9m g 。泥炭对c d 2 + 的吸附量明显受p h 的影响。随着介质离子浓度的升高，泥炭对 c d 2 + 的吸附量迅速降低。泥炭添加量以2 5g l 为宜。最佳的振荡速度为1 0 0r p m 。 ( 2 ) 土壤对c d 2 + 的吸附特征研究表明，等温条件下，黄斑田和青紫泥两种土 壤对c d 2 + 的吸附量与平衡液中c d 2 + 浓度的关系均可用l a n g m u i r 方程、f r e u n d l i e h 方程和t e m k i n 方程描述，相关系数均达到0 9 5 以上，达极显著水平，其中 l a n g m u i r 模型拟合最佳。由l a n g m u i r 方程求得的黄斑田和青紫泥对c d ：+ 的最大 吸附量分别为1 8 8 3 2m g k g 和5 2 0 8 3m g k g 。添加泥炭对两种土壤吸附c d 2 十的影 响不大，当黄斑田中加入c d 2 十浓度1 5 0m g l 时、添加泥炭5 0g k g 和1 0 0g k g 的 土壤镉吸附量分别为1 3 7 5 3 m g k g 和1 4 0 1 3 m g k g ，与对照相比仅分别增加1 8 5 和3 7 7 。对青紫泥土，c d 2 + 浓度为1 5 0m g l 时，土壤镉吸附量分别为 4 51 7 5 m g k g 和4 5 3 2 8 m g k g ，与对照相比分别增加了0 3 4 和0 6 8 。 c d2 + 的解吸研究表明，c d2 + 的解吸量随c d 2 + 吸附量的增加而明显呈增加趋 摘要 斑田中镉的解吸占其吸附量的5 2 8 3 ，青紫泥中镉的解吸仅占其吸附 量的6 - - 2 0 。添加泥炭后，黄斑田中c d 2 + 的解吸率降低，但在青紫泥中，添加 泥炭对c d 2 + 的解吸率影响不明显。 ( 3 ) 采用d t p a 提取的c d 有效性研究表明，当外源c d 处理为0 和5 0m g k g 时，c d 的有效性随泥炭施用量的增加而明显增加，但不同用量的泥炭对d t p a 提取的土壤c d 含量的影响不大。 对照土壤中，交换态c d 含量随着泥炭施用量的增加而上升，铁锰氧化物结 合态含量则下降。泥炭用量在5 0g k g 以上时，交换态、铁锰氧化物结合态与对 照的差异达到了显著水平，有机物结合态随泥炭用量的增加呈现逐渐上升的趋 势。黄斑田中，水溶态c d 随泥炭用量的增加反而下降。 c d 处理为1 0 m g k g 和5 0m g k g 土壤中，泥炭处理增加了黄斑田水溶态、交 换态和有机结合态含量，但降低了铁锰氧化物结合态含量。在青紫泥中，泥炭处 理增加了交换态和有机结合态含量，但降低铁锰氧化物结合态含量。施用泥炭后， c d 形态的变化可能与泥炭导致土壤p h 下降和水溶性有机物增加有关。 ( 4 ) 采用多层三室根箱盆栽试验，研究了施用泥炭对两种土壤根际与非根际 土壤中c d 的形态变化。结果表明，随着泥炭用量的增加，植株地上部干重有增 加的趋势，但对植株地上部干重的影响不明显，添加镉浓度越大，则植株地上部 干重下降越大。植物地上部镉的含量和积累量均随泥炭施用量的增加而增加。 泥炭处理与否，两种土壤根际与非根际土壤中的c d 的形态分布规律都是一 致的，均为交换态 铁锰氧化物结合态 有机物结合态。与非根际土壤相比，根 际土壤中交换态c d 含量减小，铁锰氧化物结合态和有机物结合态c d 含量增加。 在根际土壤中，与根际距离2 m m ( 1 , - - - , 3m m ) 级微域交换态镉含量最低。在与 根际距离3m m 以上，随着根际距离的增加，交换态镉含量有增加的趋势。泥炭 处理的铁锰氧化物结合态和有机物结合态根际土壤镉含量高于非根际土壤。随着 根际距离的增加，铁锰氧化物结合态镉含量则下降。 关键词：泥炭，污染土壤，镉，吸附，解吸，c d 形态，生物有效性 1 1 1 第一章义献综述 第一章文献综述 1 1 镉在土壤一植物系统中的化学行为 镉( c d ) 是生物毒性极强的重金属元素，与p b 、c r 、a s 和h g 合称为“五毒”， 位列第二( 陈志良，2 0 0 1 ) 。与其它重金属相比，c d 在环境中的化学活性强、移 动性大、毒性持久、容易通过食物链的富集作用而危及人类健康( 夏汉平等1 9 9 7 ： 陈怀满等1 9 9 6 ) 。人类的活动加速了c d 的生物地球化学循环进程，导致c d 向环 境中释放速度加快，使人类生活环境中c d 的总量提高，健康风险增大( g e r d o le t a 1 ，2 0 0 0 ：r i e u w e r t se ta 1 ，1 9 9 9 ) 。进入环境系统中的c d 超出环境容量时， 便导致c d 污染。由于c d 对生物体发生毒害时的临界浓度低，因而，c d 污染的 隐蔽性和危害性更大，在危害发生之前，环境中c d 污染已经形成，并难以消除。 土壤是人类生存环境的重要组成部分。近年来，土壤c d 污染日趋严重。研究 发现，排放到环境中的c d 有8 2 9 4 进入土壤( 王凯荣，1 9 9 7 ) 。而土壤是人类食 品的主要来源地，c d 在土壤中的化学行为、形态转化及其迁移特性，直接关系 到人类的食品安全。c d 的生物毒性不仅取决于它在土壤中的总量，更与它生物 有效性有关( 夏汉平，1 9 9 7 ：陈怀满等，1 9 9 6 ) 。土壤是一个极其复杂的体系，不 同来源的c d 进入土壤后都经过一系列物理化学过程，其化学形态与行为也将发 生复杂的变化，进而影响其生物有效性。其中c d 的形态转化过程至关重要，因 为c d 的形态转化制约其生物有效性和迁移性，前者决定其毒性大小，而后者则 与其环境危害有关。因此，有关土壤c d 的形态转化与迁移特征与机制一直是国 内外学术界研究的重点，并已有大量文献报道。由于c d 在土壤中形态转化及向 植物的迁移过程极其复杂，并受诸多因素的影响与制约，有许多问题尚未完全弄 清，不少研究结果还存在着分歧( 夏汉平，1 9 9 7 ) 。因此，有关这方面问题还需要 进一步地研究和探讨。 第一章文献综述 1 1 。1 土壤c d 的背景值及来源 土壤中元素的背景值是指土壤在未受到人为因素影响或影响较小的情况下， 土壤中某元素的含量。c d 是一种稀有分散金属，土壤c d 的背景值取决于成土的 母质，它在地壳中各类岩石的平均含量约为0 1 - 0 2m g k g ( b a e c h l e ，1 9 8 4 ：鲁 如坤等，1 9 9 2 ) 。其中，火成岩c d 含量范围为0 0 0 1 一1 8m g k g ，变质岩为0 0 4 - 0 1m g k g ，沉积岩为0 3 1 1 0m g k g 。有些页岩c d 含量特别高，如美国沿太平洋 海岸的有些地方m o n t e r e y 页岩的c d 含量高达9 0m g k g ，美国西部的海相沉积 的磷矿石含c d 为6 0 3 4 0m g k g 。在全世界范围内，土壤中c d 的含量范围为 o o 卜2 0 0m g k g ，中值为0 3 5m g k g ( 许嘉琳等，1 9 9 5 ) ，日本和英国土壤背景 值分别为0 4 1 3m g k g 和0 6 2 0m g k g ( 张金彪等，2 0 0 0 ) 。 中国土壤类型众多，据中国环境监测总站( 1 9 9 0 ) 报告，全国4 1 个土类c d 的 背景值差异明显，c d 含量变化范围在0 0 1 7 - 0 3 3 2m g k g 之间。其中石灰土c d 背景值最高，达到0 3 3 2m g k g ，绿洲土、水稻土和高山漠土c d 背景值次之， 再次是灰褐土和黑沪土等，其背景值均大于0 1 0 0m g k g ，c d 背景值较低的土 类主要是栗钙土、灰色森林土、砖红壤、赤红壤和红壤，均在0 0 6 0m g k g 以下， 其它各土壤类型c d 的背景值接近于全国土壤c d 背景的平均值，为0 0 7 0 - 0 0 8 0 m g k g 。砖红壤、赤红壤和红壤c d 背景值最低，一是因为其成土母质主要是花岗 岩，二是由于酸性淋溶作用，使c d 与其它盐基成分一起被淋失。而石灰土c d 背景值最高，与其特定的母岩、风化强度和钙离子的作用有关。水稻土和绿洲土 有较高的背景值，则与人类农业活动的长期影响有关( l ie ta 1 ，1 9 9 1 ；顾继光 等，2 0 0 2 ) 。 土壤c d 的背景值存在着区域上的分异。一定区域内的土壤，分布在一定的生 物气候带，在其成土过程中其水热条件存在差异，导致各区域间土壤的c d 的背 景值呈现了一定的区域分异的规律性：西部地区 中部地区 东部地区 北方地区 南方地区。从行政区域来看，土壤中c d 背景值以贵州省最高，而浙江、江苏、 内蒙古、福建和广东等省区土壤c d 背景值较低，均在0 0 6 0m g k g 以下( 王云等， 1 9 9 5 ；顾继光等，2 0 0 2 ) 。虽然各地区c d 背景值有较大差异，但土壤中自然存在 第一章文献综述 的c d 在一般情况下，不至于对人类造成危害。造成危害的土壤c d 主要是人为因 素引起的( 鲁如坤等，1 9 9 2 ) 。 作为土壤的污染物外源c d 主要来源于采矿、冶炼、燃煤、电镀工业、化学工 业、废物焚化处理等行业排放的废水、废气和废渣，以及含c d 农药、化肥和杀 虫剂等；鲁如坤等( 1 9 9 2 ) 根据欧共体国家1 9 7 5 年的统计数字推算，土壤外源c d 6 来自生产c d 的工业，5 7 来自使用c d 为原料的工业，3 7 来自其他工业来源。 据m h a t r e ( 1 9 9 7 ) 和n r i a g u ( 1 9 9 8 ) 统计，人类活动每年向土壤中排放2 1 6 2 万 t 镉，其中，来自农业和动物废物0 2 2 万t 、木材生产废物o 1 l 万t 、城市垃圾 o 4 2 万t 、城市污水和有机废物0 0 1 8 万t 、金属制造产生的废水0 0 0 4 万t 、 矿物灰0 7 2 万t 、肥料和杀虫剂0 0 2 万t 、工厂废弃物0 1 2 万t 、大气沉降物 0 5 万t 。 1 1 - 2c d 在土壤中的吸附与迁移 外源c d 进入土壤后首先被土壤所吸附，进而可转变为其它形态。通常土壤对 c d 的吸附能力越强，c d 的迁移活性就越弱。一部分被吸附的c d 也可以从土壤表 面解吸下来，溶解到土壤溶液中。土壤溶液中的c d 含量的提高，将增加c d 迁移 进入食物链的风险，同时还可通过地表径流或沿土壤剖面向下迁移污染水体。因 此，土壤对c d 的吸附能力是影响到c d 迁移及环境风险的重要因素。吸附一解吸 平衡是解释金属在土水界面的迁移转化机制的主要理论基础。围绕着土壤对c d 的吸附一解吸特征及影响因素，国内外研究者已开展了大量的研究。一般认为， 土壤对c d 的吸附能力与土壤类型、土壤有机和无机组成、土壤酸碱度、土壤溶 液离子组成、配位基的种类和含量等多种因素有关。 土壤固相组分中，粘土矿物、有机质、铁锰铝等的水合氧化物、碳酸盐、磷 酸盐等对外源c d 的吸附固定起着重要作用，而且各组分之间存在复杂的相互作 用关系，使不同类型的土壤表现出不同的吸附能力。邵孝侯等( 1 9 9 1 ) 采用一次平 衡法( 2 5 恒温振荡2 小时，用o o lm o l ln a n o 。作支持电解质) ，研究酸性、 中性和石灰性三大类型土壤对c d 的吸附一解吸时发现，c d 进入土壤后，绝大部 第一章文献综述 分( 9 6 4 9 9 9 ) 可被土壤吸持，但红壤较低，只有5 8 2 - 6 0 3 。张增强( 2 0 0 0 ) 研究不同土壤的吸持动力学时发现，就吸附速度来说，石灰性土壤( 黑沪土、黄 绵土) 砂土 酸性土( 黄棕壤、黄壤) 。 土壤不同的组分对c d 吸附有很大的影响。陈怀满( 1 9 8 8 ) 采用选择溶解法研究 有机质、游离铁、无定形硅、铝和等土壤组分对青黑土、黄棕壤、红壤和砖红壤 胶体等对c d 的吸附。结果表明，有机质去除后胶体吸附c d 减少，游离氧化铁的 去除使黄棕壤、红壤和砖红壤对c d 的吸附量显著减少，显示氧化铁对c d 的专性 吸附起重要作用。而随着无定形铝含量上升，c d 吸附量下降，这是由于铝占据 了高能量的吸附位。 离子强度是影响土壤c d 吸附的另一个重要因素。多数研究表明，随土壤溶液 离子强度的增加，土壤对c d 的吸附量减少。如z n 2 + ，c a 2 + ，m 9 2 + 等阳离子与c d 2 + 离子竞争土壤中的有效吸持位并占据部分高能吸持位，从而使土壤中c d 的吸持 位减少，结合松驰。特别是电子结构与c d 2 + 离子相似的z n 2 + 的存在，极大地降低 了土壤对c d 的吸持量，而增加了土壤溶液中c d 的解吸量( 邱少敏等，1 9 9 0 ) 。此 外，随着土壤溶液离子强度的增加，c d 在土壤中的起始活度降低，或跟电解质 阴离子形成不带电荷或带负电的络合物( 陈怀满，1 9 8 8 ) 。 土壤的酸碱度也影响对c d 的吸附能力。p h 的升高，土壤对c d 的吸附增加。 廖敏等( 1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 研究了4 种红壤和水体系中p h 对c d 的迁移的影响，结果发 现，土壤对c d 的吸附量随土水系统p h 的变化可分为3 个区域，即p h z p c 下的 低吸附量区，z p c 心里美萝b 小麦 水稻 玉米；马铃薯 白菜 花生 甘薯 水稻；茄子 番茄 大红袍萝卜 水稻。添加c d s 、c d s 0 4 、c d i ：和c d c l ：后，水 9 第一章文献综述 稻糙米平均累积c d 量之比为l ：1 9 ：3 7 ：3 9 ，说明c d i 。和c d c l ：对水稻的生 物有效性要明显大于c d s 和c d s 0 4 ( 董克虞等，1 9 8 1 ) 。在木本植物中，旱柳( 枝 干) 富集c d 能力较强，桑树富集c d 的能力较弱( 黄会一等，1 9 8 9 ) 。 c d 在禾本科植株体内的分布一般是根 茎 叶 籽实。植物体内的c d 有5 0 以 上存在于根系之中，如黑麦草有8 8 的c d 存在于根中。水稻各器官c d 的浓缩系 数之所以按根 茎叶 糙米的顺序递减( 吴燕玉等，1 9 8 0 ) 。而双子叶作物不完全遵 循上述规律，生命活动旺盛部位( 绿叶和吸收根) 往往c d 含量较高，营养物质的 贮藏器官( 块根、果实、叶球等) c d 含量最低( 表1 - 9 ) ( 董克虞等，1 9 8 1 ) 。如烟草 中c d 的分布是叶中的含量高于根系。萝卜块根贮藏营养物质的髓部含c d 量较运 输营养物质的皮部要低( 董克虞等，1 9 8 1 ) 。 作物体内的c d 含量还受其它养分元素和c d 盐配位体的影响。据周启星( 1 9 9 4 ) 报道，玉米籽实中的c d 含量随z n 增加而降低，二者之间表现为相互抑制的作用， 但大豆籽实中c d 与z n 之间表现为协同作用。有试验表明，施磷肥可以抑制c d 在植物体内的积累( k a r b l a n e ，1 9 9 6 ：h ee ta 1 ，1 9 9 4 ) ，不过也有报道认为， 施磷肥并不能有效降低植物对c d 的吸收( v i l l a r r o e le ta 1 ，1 9 9 3 ) ，相反还 可能增加c d 在植物体内的积累( s i n g h ，1 9 9 0 ：s t e e r e t te ta 1 ，1 9 9 6 ) 。可见， 植物体内的p c d 相互作用关系复杂，机理并不明确( 杨志敏，1 9 9 9 ：a d r i a n o ， 1 9 8 6 ：a l i n ae ta 1 ，1 9 9 6 ；w a n ge ta 1 ，1 9 9 1 ) 。余国莹等( 1 9 9 2 ) 发现，以 c d c l ：形式加入的c d 向植物地上部分的转移量最多，其次为c 。h 。0 。c d ，而c d c o 。 的转移量最少。并且，植株体内的c d 含量与土壤添加z n 浓度呈明显负相关性。 在土壤不添加z n 的情况下，加c d 可以提高植株z n 的含量，说明c d 对低浓度 z n 向植株体内转移具有协同作用，而对高浓度z n 则具有拮抗作用。 1 1 4 2 影响植物吸收土壤c d 的因素 植物对土壤中c d 的吸收和积累受许多因素的影响，概括起来主要有以下几个 方面： ( 1 ) 土壤c d 形态与含量 1 0 第一章文献综述 在多数情况下，土壤全c d 含量和植物吸收c d 量之间相关不显著，但新加入 的c d 和土壤中的有效态c d 一般与植物吸c d 量有很好的关系( p a g ee ta l ，1 9 7 2 ) 。 土壤中有效态c d ( 可溶性c d ) 一般用弱酸性或中性络合物提取。据研究，糙米含 c d 量与o 1 mh c l 提取或人为投加的土壤可溶态c d 有很好的线性关系。日本土 壤中可溶态c d 在1 8m g k g 时开始产生“镉米”( 1m g k g ) ，故日本规定稻田土 壤可溶态c d 容许含量为1 5m g k g 。在沈阳张士灌区草甸棕壤型水稻土上( p h 6 2 6 6 ) ，当可溶态c d ( 0 1mh c l 提取) 为5m g k g 时产生lm g k gc d 米的 概率为2 5 。由此可见，土壤可溶态c d 浓度越高，作物吸c d 量一般也就越大。 不过最近也有研究发现，在低浓度下，大麦和小麦对c d 的吸收与土壤溶液c d 浓度成正比。但在高浓度下，麦类作物对c d 的吸收则比较复杂( 蔡保松等，2 0 0 2 ) 。 一般而言，植物对无机态的c d 吸收比对有机态c d 的吸收更有效，水溶性无 机态c d 又比非水溶性c d 的有效性高。李花粉等( 1 9 9 9 ) 也发现，小麦对添加c d 的吸收量大小顺序为c d ( n o 。) ： c d s o 。 c d o ，与c d 盐的溶解度大小顺序完全一致。 ( 2 ) 土壤性质 土壤p h ：它是影响植物吸c d 量的最重要因素( e r i k s s o n ，1 9 8 9 ) 。通常土壤 p h 上升，植物吸c d 量减少，反之增加。如酸性土壤施石灰后可使小麦籽实中c d 含量减少5 0 。土壤p h 对植物吸c d 量的影响机理主要是改变c d 在土壤中的溶 解性，p h 降低，土壤c d 的溶解度增加，p h 增加，溶解度降低。而在溶液培养中， 增减p h 可能并不影响植物对c d 的吸收。更有甚者，降低溶液p h 可能使h + 与c d 2 + 产生竞争，反而会减少c d 2 + 的吸收。因此，常常发现，在土壤条件下，p h 降低导 致植物吸收c d 的增加程度并没有按溶解度推算的那样高。 p h 值直接影响重金属的水解和沉淀作用，还通过对土壤固相表面可变电荷性 质的影响，对溶液中配位体的影响而间接影响重金属的形态。在多数情况下，p h 值是诸多土壤化学性质中对重金属形态影响最大的因素。对c u 、c d 、p b 、z n 、 n i 等重金属元素来说，随p h 值的升高，有效形态减少，有效性降低。h a l e n 等 ( 1 9 9 0 ) 研究了比利时4 7 种代表性土样对镉的吸附与土壤性质的关系，结果表明 p h 值与吸附的关系最大。s a h a 等( 1 9 9 5 ) 研究了印度1 4 种淋溶土对铜的吸附后指 出p h 和有机碳是影响吸附的主要因素，当吸附量低时，p h 的影响更为主要。 第一章文献综述 c h r i s t e n s o n ( 1 9 8 9 ) 研究了6 3 个农业土壤对镉吸附的尼值，这些局值与p h 值 的相关最好，回归分析表明p h 值提高0 5 个单位尼值提高倍。熊礼明( 1 9 9 2 ) 研究了稻草和紫云英对红壤吸附镉的影响，p h 的升高与红壤对镉的吸附量的升 高之间呈极显著的相关性，因此认为红壤与有机物料培养提高了p h 值，是镉吸 附量升高的主要原因。 土壤e h ：土壤淹水后，e h 降低，植物吸c d 量会显著减少，特别是籽实中的 c d 。产生这一现象的原因可能有三种：一是在还原性土壤条件下，c d 主要以难溶 性c d s 形态存在，生物有效性低。二是在还原性土壤中，有大量f e 2 + 、m n 2 + 离子 存在，它们与c d 2 + 可能存在竞争作用，使植物吸c d 量减少。三是在低e h ，高p h 时，铁锰氧化物对c d 的吸附性增加。 土壤有机质：土体中含有许多种有机酸类物质，它们的存在影响着土壤中各 种矿物质元素的有效性。有机酸与c d 形成螯合物可增加其在土壤中的可溶性 ( u r e n ，1 9 8 8 ) ，但高稳定金属复合物在溶液中抑制植物对金属复合物的吸收 ( d e l h a i z ee ta 1 ，1 9 9 3 ；m i y a s a k ie ta 1 ，1 9 9 1 ) 。在土壤中，c d 的有效性 受多种因素的影响，可溶性的c d 复合物可使c d 到达根际的机会增加而有可能提 高植物对c d 的吸收。但是，植物根系对c d 自由离子的吸收具有优先选择性，而 对重金属复合物( 特别是高稳定性复合物) 在吸收上表现为缓效性( c h e c k a i e t a 1 ，1 9 8 7 ) 。所以有机酸对c d 吸收作用的影响是非常复杂的。张敬锁等( 1 9 9 9 ) 试验发现，在向土壤中加入外源有机酸之后，土壤中的c d 都得到了不同程度的 活化，有机酸对土壤c d 活化能力的大小顺序为e d t a 缺f e 小麦根分泌物 柠檬 酸 苹果酸 水。虽然e d t a 与c d 络合增加了土壤溶液中的可溶态c d 量，但却因 c d - e d t a 是高稳定的络合物，对植物吸收来说是低活性的( s i n g he ta 1 ，1 9 8 9 ) ， 因而e d t a 反而降低了小麦地上部分c d 的含量。而柠檬酸、苹果酸与c d 形成的 有机复合物的稳定性低于c d - e d t a ，在土壤溶液中容易解络合，因而这些酸与c d 的复合物不影响植物的吸收过程( s e n d e ne ta 1 ，1 9 9 5 ) ，溶液中的这类c d 的浓 度越高，植物吸收c d 的量也就越多。缺f e 小麦根分泌物中起主要作用的是植物 f e 载体( t a k a g ie ta 1 ，1 9 8 8 ) ，它可以通过螯合的形式活化土壤中的c d ( s u g i u r ae ta 1 ，1 9 8 4 ) ，因而增加小麦地上部c d 含量。 第一章文献综述 ( 3 ) 植物根系分泌物 植物根系分泌物对土壤c d 的活化有重要影响。研究发现，禾本科单子叶植物 在缺f e 条件下，其根系可向外分泌一种非蛋白质氨基酸一麦根酸类植物铁载体 ( p h y t o s i d e r o p h o r e ，p s ) p s 对f e 3 + 有极强的络合能力，而p s 对f ef e 3 + 的络合 并不是专一的，它还可以与其它微量元素进行络合，提高这些元素在根际的有效 性，对这些离子进入植物体内起载体作用( m a r s c h n e re ta 1 ，1 9 8 6 ：r o m h e l de t a 1 ，1 9 8 6 ，1 9 9 0 ；t a k a g i ，1 9 7 6 ：t r e e b ye ta 1 ，1 9 8 9 ) 。李花粉等( 1 9 9 9 ) 发现，能活化难溶性f e 的小麦根分泌物也能活化难溶性c d 。在c d 污染土壤处 理条件下，正常供f e 培养的小麦植株地上部和根中c d 的含量分别为o 1 4m g k g 和3 2 4m g k g ，而缺f e 预培养的小麦植株地上部和根中c d 的含量分别达到0 3 4 m g k g 和8 4 8m g k g ，明显高于加f e 培养条件。刘文菊等( 2 0 0 0 ) 研究发现，缺 f e 培养时小麦根分泌物中p s 含量( 1 5 1 9 m o l l ) 要远高于加f e 培养小麦 ( 2 0 6 pm o l l ) ，缺f e 培养小麦根分泌物的溶c d 量( 4 2 2 9 2m gc d k g ) 是加f e 培养小麦1 6 5 倍。表明缺f e 小麦根分泌物的溶c d 能力较强，能使介质中c d s 活性增加。用缺f e 小麦根分泌物处理水稻，其根中c d 含量是加f e 小麦根分泌 物处理水稻的1 5 倍，地上部分c d 含量为2 4 倍，说明麦根酸类物质明显促进 了水稻对c d 的吸收与转运。在缺f e 胁迫下，无论小麦还是水稻，根分泌物中铁 载体的含量都明显高于f e 营养正常的植株，缺f e 小麦根分泌物中铁载体的含