（环境工程专业论文）腐殖质与茶树根区土壤铅生物有效性的关系研究.pdf

浙江大学硕士论文 摘要 摘要 环境污染的加剧导致茶叶质量问题日益凸显，重金属铅含量超标已经成为制 约茶业健康发展的主要因素之一。研究表明，土壤是茶叶铅污染的主要来源，茶 园土壤铅污染控制对于解决茶叶铅污染，甚至农产品安全等问题具有重要的现实 意义。 本文以浙江大学茶树种质资源圃的八个品种茶树根区土壤作为主要研究对 象，采用改良的玩加砒方法提取腐殖质组分，重铬酸钾分光光度法测定腐殖质 组分含碳量。结合课题组前期土壤铅形态和茶树铅含量的研究成果进行相关性分 析，研究了不同品种茶树根区土壤的腐殖质组分含量差异，及其与土壤铅形态和 茶树组织中铅含量的关系。结果发现，不同品种茶树根区的总有机碳、胡敏酸含 量差异较小，而水溶性物质、富里酸、胡敏素的差异较大；根区土壤腐殖质组分 与交换态铅含量、茶树老根的铅含量之间存在显著相关性；根区土壤可溶性腐殖 质与叶片铅含量呈显著正相关关系。 研究结果可为调控茶树根区土壤铅生物有效性提供理论依据，对于提高铅污 染土壤茶叶质量具有一定的指导意义。 关键词：腐殖质；铅；土壤；茶树；生物有效性；相关性 浙江大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t w i t l lt h ei n c r e a s i n ge i i r o n m e n t a lp o l l u t i o 玛也ep b l e mo ft e aq l l a l i 锣i sg e t t i i l g w o r s ea r l dw o r s e t h ee x c e s s i v el e a di nt e ah a sb e c o m eo n eo ft h em 血f k t o r s 也a t c o n s t r a i nt h ed e v e l o p m e mo ft e ap r o d u c t i o n nh a v eb e e ns t u d i e dt h a t 吐l es o i li sm e m a i ns o u r c em a tc o u r s e s1 e a dp o l l u t i o no ft e 巩趾dt h ec o n 仃o lo fl e a dc o n t a i i l i n a t i o ni l l t e ag a r d e ni so fg r e a ts i g i l i f i c a n c ef o rt h es o l u t i o no ft c al e a dc o m a u e 【l i 工k l t i o np r o b l e m ， w h i c ha l s oh a v ep m c t i c a ls i g i l i f i c a n c ef o r 吐l es a f e 锣o fo m e ra 面c l l l t u r ep r o d l l c t s i n 恤sa r t i c l e ，e i g h ts o i ls a m p l e s 丘0 me i g h tt e ap l a n t sw e r ee m p l o y e d 嬲r e s e a r c h o b j e c t 州c ha r ec o l l e c t e d 舶m l et e ag 砌e ni 1 1z h e j i a n gu m v e r s 岖t h ed e v e l o p e d m e t h o d ，k h 聊口础w r a su s e dt oe ) t e dl l u m u s ，a n dt h e c o i l c e n 仃a t i o no fc a r b o ni s d e t e n 】1 i n e db yp 0 t a s s i 啪d i c h r o m a t e s p e c t r o m p h o t o m 啷rm 砒o d a c c o r d i n gt oo u r p r e v i o u sa 1 1 a l y s i so fm e c o n t e n to fi e a di 1 1d i 虢r e n tv a r i 啊o f t e ap l a n tr o o ts o i l ，i ti s f o u l l dt h a tn l e r ew 嬲l i t t l e 谢a t i o n 锄o n gt h ec o n t e n to f t 洲。唱撕c 洳锄d h i l i ca c i do fe i g b td i 胝n ts o i ls a m p l e s ，w l l i l e 恤c o m e mo fw a t e r - s o l u b l e s u l b s t a n c e ，f i l l v i ca c i d 锄dh l n ：i l i ns b 【0 ws i g i l i f i c 锄td i 任e r e n c e s ，a n dt l l ec 0 呲e n to f h u m u sc o m p o s i t i o n 、嬲s i 印i 矗c 雒t l yc o r r e l a t e d 晰也t l l ec o n t e n to fe x c h a i l g e a b l el e a d 砒l do l dr o o t t h ec o n _ e l a t i o nb e t w e e nn l ec o n t e mo fs o l u b l eh _ u m u s 锄dt l l ec o n t e n to f t e al e a di sp o s i t i v e 1 1 1 er e s e a r c hr e s u l t sc a np r o v i d es c i e m i f i cb 弱i sf o r 也ec o m r o lo ft e ap l a n tr o o t b i o a v a j l a b i l i 够l e a d ，锄【dl i a v eam e a n j i l go fg u i d a n c ef o rt 1 1 ei m p r o v e m e n to ft e a p r o d u c tq l 谢i 够 k e y w o r d s ：h 啪吣；p b ；s o i l ；锄l p 腑s 加哪括；b i o a v a i l a b i l 时；c 0 盯e l a t i o n 浙江大学硕士论文致谢 致谢 近三年的研究生生涯即将划上句点，值此论文完成之际，思绪万千，恐拙笔 不能尽诉感恩之情，唯有以最朴实之文字表达。 三年前，我怀揣着对知识的渴求，对前路的憧憬，来到浙江大学，有幸得到 恩师陈英旭教授的悉心指导。多年来，导师孜孜不倦的治学精神，精益求精的工 作作风，敢为人先的学术风格，深深地感染和激励着我。您注重对学生综合素质 的培养，也尊重学生的个性化发展，不但为我们创造良好的科研条件，而且给予 我们充分施展才能的机会，使我的综合素质有了明显的提高。在这里我所收获的 不仅是愈加丰厚的知识，更重要的是敢于独当一面的勇气和为人处事的学问。感 谢导师陈英旭教授在论文选题、内容设计、撰写及修改过程中给予我的悉心指导， 使我的科研思维更加严密，看问题的视野更加开阔，对科研的兴趣更加浓厚，在 此表示我诚挚的谢意! 特别感谢合作导师俞洁高工在专业实习过程中给予我的悉心指导和热心帮 助，您兢兢业业的工作态度深深影响着我，使我对自己专业的学习和工作又多了 一份热诚，在此表示衷心的感谢! 感谢于明革老师在实验设计、研究实施和论文撰写修改过程中给予我的指导 和帮助。感谢课题组的所有老师们，感谢吴伟祥教授，施积炎教授，沈超峰副教 授，李峰老师，张娴老师在科研道路上给予我的宝贵意见和建议。 在此，特别感谢课题组所有和我一起学习和成长的兄弟姐妹们，感谢周国强， 杨远强，傅晓萍，段德超，陈蕾，徐辰，王梦，余昱葳，刘婷婷，张曦，李伟， 杨悦，李鑫，陈玲桂，彭程，李若冰，朱神海，吴一鸣等课题组所有的同学。在 我遇到困难的时候，有你们一如既往地支持我，无私地帮助我。 科研之路不是平坦的，人生之路更不会一帆风顺。最后留下一句话与大家共 勉，“行路难，行路难，多歧路，今安在。长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”。 王莹莹 二零一二年一月于紫金港 浙江大学硕士论文绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 茶叶铅污染现状研究 1 1 1 1 我国茶叶铅污染的现状 茶文化的发展一直伴随着中国传统文化的发展，并成为其中重要的组成部 分。时至今日，还有不少中国人爱品茶、赏茶艺，学茶道，茶叶仍然是中国人最 喜爱的饮品之一。与此同时，茶相关产业发展迅速，茶叶的生产、消费、出口对 中国的经济发展贡献巨大。据有关部门统计，2 0 0 8 年我国拥有茶园1 6 0 万h m ? ， 占世界茶园总面积的1 2 以上，茶叶产量1 2 4 万t ，占世界茶叶总量l 3 以上，均 位列世界各国之首；茶叶出口量巨大，达2 9 7 万t ，约占世界总量的l 5 ，出口 国家和地区达1 1 6 个( 李晓明，2 0 1 0 ；张文锦，2 0 n ) 。由此可见茶叶在中国经济 和文化发展中具有重要地位。 然而，随着茶相关产业的发展，成品茶的质量安全问题也日益凸显，早在 2 0 0 3 年，卫生部在食品安全检查中就指出茶叶抽检不合格的主要原因在于铅含 量超标。随着经济发展和科技进步，重金属排放量增加，土壤、大气污染日益加 剧，茶叶铅污染也有愈演愈烈之势。甚至有报道称，上海市场上近三分之一的茶 叶铅含量超标，其中龙井茶的超标现象最为严重，超标率为5 7 1 ( 金崇伟等， 2 0 0 4 ) 。鉴于种植环境以及生产工艺的限制，以及参考欧盟国家茶叶铅残留标准， 我国于2 0 0 5 年对茶叶铅残留标准作出修改，将上限由2 m g 瓜g 提高至5m g 埏， 尽管如此，仍有不少茶叶难以达到检验标准。当前，重金属铅含量超标已经成为 冲击茶叶质量安全的重要因素之一。 通过调查发现，我国茶叶铅污染的现状有一定规律可循，具体表现在地区差 异，时间差异，品种差异三方面：( 1 ) 茶叶铅含量存在较大的地区差异。在抽检 的几大省份中，四川、安徽、浙江等地送检茶叶样品铅超标率较高，而其他省市 送检的茶叶样品铅含量平均水平及铅超标率都较低( 丁力等，2 0 0 5 ) ；( 2 ) 茶叶 铅含量呈现明显的时间分布规律。在一定浓度范围内，茶树多年生组织内铅的蓄 积量大于新生组织；同时，茶叶中铅的蓄积量表现出季节性特点，春季采摘的茶 叶铅含量低于秋季采摘的茶叶( 金崇伟，2 0 0 4 ) ；( 3 ) 不同品种的茶叶铅含量存 在较大差异。中国农业科学院茶叶研究所抽检结果表明，乌龙茶、绿茶、红茶中 浙江大学硕士论文绪论 的铅含量存在显著差异( 段仁周等，2 0 0 8 ) 。 1 1 1 2 茶叶铅污染的危害 铅从外部环境进入到茶树内部以后，会对茶树的生理活动、生长发育产生不 良影响，进而降低茶叶原料的质量。据文献记载，茶叶感官品质主要取决于其外 形、汤色、香气、滋味、叶底五个因素，其中香气和滋味是最重要的两个因素， 香气和滋味的优劣又受到下述成分的影响：茶叶中的游离氨基酸、茶多酚、咖啡 碱和可溶性糖等，而这些成分的含量与种植茶树的生态环境密不可分( 李泽贤， 2 0 1 1 ) ，可见高品质的茶叶对产地环境有着相当高的要求。有研究表明，铅在植 物体中会逐步改变细胞膜的通透性，破坏叶绿体、线粒体、细胞核等亚细胞结构， 并且竞争性地取代某些酶活性中心的金属元素而影响酶的正常活性，从而扰乱植 物正常的生理生化过程( 杨丹慧，1 9 9 l ；周鸿等，1 9 8 3 ；v - a ne ta 1 ，1 9 9 0 ；张义 贤，1 9 9 7 ) ，抑制茶树的生长，甚至降低茶叶的品质。 受到铅污染的茶叶不仅自身食用价值有所降低，而且会对人体健康构成威 胁。铅是一种对人体有害的重金属元素，可通过消化道和呼吸道进入体内，并在 体内长期积累，进而引发中毒。铅中毒会导致多种疾病，如贫血、高血压、脑淤 血、骨骼变化和智力下降等( 钱华，1 9 9 8 ) 。有专家指出，人每天从饮用水中摄 取铅的上限是2 0 昭，经常饮用浓茶就有可能超过这一上限，影响人体健康( 丁 力等，1 9 9 8 ) 。茶叶铅超标的问题不容忽视，所以我国将铅含量列为茶叶卫生质 量强制性检查项目之一。 总而言之，茶叶铅含量的监管不仅关系到成品茶的产量和品质，关系到我国 茶叶出口的可持续发展，更关系到农产品安全问题，与人体健康息患相关。因此， 解决茶叶铅污染问题意义重大。 1 1 1 3 茶叶铅污染的来源 针对目前我国茶叶铅污染的问题，不少学者对污染源进行了深入探究。茶叶 从种植、采摘、加工、包装、储运、销售到最后被人们饮用，中间经过了多个环 节，各环节均存在不同程度的铅污染风险。总体而言，茶叶铅污染主要存在于生 产、加工和流通三个阶段。 生产过程中引入的铅是茶叶铅污染的根本来源。根据迁移载体的不同，可将 茶叶铅污染的主要来源分为土壤污染、大气沉降两类。阂运江等人( 2 0 0 8 ) 的研 究表明，在茶树的耐受范围内，茶叶中的铅含量随着土壤铅含量的增加而增加， 浙江大学硕士论文绪论 说明茶树在生长的过程中会吸收土壤中的铅，并逐渐蓄积在植物体内，且蓄积量 与土壤铅浓度有关。大气中的含铅颗粒物沉降于植物表面，使得茶树叶片的铅含 量显著增高。j i n 等人( 2 0 0 5 ) 研究发现，公路边采集的茶叶样品中铅含量明显 高于正常值，而且离公路越近的茶树，叶片中铅含量越高；茶叶表面上的铅至少 有7 5 以上来自于大气沉降，但是来源于大气沉降部分的铅绝大部分可以通过 清洗的方式除去。因此，大气沉降并不是茶树铅污染的主要来源，康孟利( 2 0 0 4 ) 、 石元值( 2 0 0 3 ) 、h a i l ( 2 0 0 6 ) 等人的研究进一步论证了土壤铅污染才是茶叶铅 污染的主要来源这一观点。 就加工过程而言，陈利燕等人( 2 0 0 4 ) 研究发现采摘方式是影响鲜叶中铅含 量的一个重要因素。鱼叶是由茶子萌发到幼苗形成过程中，或者由生长芽生长为 新梢过程中所出现的一种变态叶，一般鱼叶的铅含量较高，如果采摘时弃去鱼叶， 可有效降低成品茶的铅含量。不同品类的茶叶加工方式也不尽相同，但总的来说 揉捻过程中，茶叶与金属机器之间的摩擦易导致铅污染，是使茶叶受到铅污染的 主要原因之一( 陈中官等，2 0 0 6 ) 。另外，在流通过程中，不合规范的包装方式 也会引入少量的铅污染。 1 1 2 茶园土壤铅污染的研究进展 1 1 2 1 茶园土壤铅污染的现状研究 由于土壤是茶叶铅污染的主要来源，众多专家学者对茶园土壤的铅污染现状 进行了深入的调查研究。调查表明，我国土壤铅含量的背景值在l om g 瓜g - 8 0 m g l 【g 之间，平均值为1 5 哦- 2 5m g k g ( 廖自基，2 0 0 6 ) 。浙江是我国的产茶 大省之一，该省产茶区茶园土壤总铅含量的算术平均值为3 7 8 1m g k g ，其中9 5 的茶园铅含量变化范围为1 7 0 3m g 瓜g 5 8 5m 埏，极大值是1 3 7 6m g 瓜g ，极小值 是6 1m g k g ( 汤茶琴等，2 0 0 6 ) ，茶园土壤铅含量的水平高于我国土壤铅含量的 平均水平。随着近几年我国g d p 的增速加快，重金属铅污染的来源越来越多元化， 尤其是汽车使用量的急剧增加，使得土壤铅含量呈逐年上升的趋势，耕地土壤铅 污染的现状不容乐观。 依据来源的不同，土壤铅可分为原生铅和外源铅。原生铅是指在地球形成过 程中，土壤中自然形成的铅；外源铅是指在人类生产生活过程中排放的铅，通过 大气沉降，降雨，污灌等途径进入到土壤中。茶园土壤原生铅含量的高低与土壤 母质有关。石元值等人( 2 0 0 6 ) 研究发现，母质的不同导致茶园土壤对外源铅的 浙江大学硕士论文 绪论 缓冲能力存在较大差异，在同等浓度外源铅的胁迫下，对于缓冲能力强的土壤母 质，残留在土壤中的铅含量相对较低。 对茶园土壤铅污染规律的研究发现，土壤剖面中铅含量自下而上有规律地显 著增加，表明土壤中表层的铅主要为外源铅，土壤外源铅主要来自工业废气和汽 车尾气中重金属颗粒物的沉积( 康孟利，2 0 0 4 ；甘宗祁，2 0 0 1 ) 。以工业用煤为例， 煤炭燃烧后的灰分形成的飘尘含铅量约为1 0 0 m g l ( g ，这些铅有部分进入土壤，使 土壤总铅明显提高( 廖自基，1 9 8 9 ) 。张翠香等人( 2 0 0 6 ) 测定了受汽车尾气污 染的土壤及该土壤产出的茶叶中铅的含量，清洁土壤及该土壤产出的茶叶中铅的 含量，通过比较发现，受汽车尾气污染的土壤与清洁土壤的表层土铅含量差异显 著，并且离公路越近的土壤产出的茶叶铅含量更高，表明汽车尾气是现代茶园土 壤铅污染的重要来源。路远发等人( 2 0 0 5 ) 的研究结果也证实了上述结论，他将 茶园土壤与杭州市的汽车尾气、大气等环境样品进行对比后发现，随着土壤受污 染程度的增加，铅同位素组成逐渐指向汽车尾气铅，说明汽车尾气排放的铅对土 壤铅含量有较大影响。 外源铅进入土壤后经过沉淀一溶解、络合一解离、吸附一解吸等反应形成不 同形态的铅( l u oe ta l ，2 0 0 5 ；莫争等，2 0 0 2 ) 。根据重金属对生物的有效性大 小，可将其划分为五种形态一一可交换态铅、碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合 态铅，有机物结合态铅、残渣态铅( t e s s i e re ta i ，1 9 7 9 ) 。研究发现土壤中铅化 学形态的含量分布呈现如下规律，即：残渣态铅 有机物结合态铅 碳酸盐结合态 铅 可交换态铅 铁锰氧化物结合态铅( 石元值等，2 0 0 5 ) ，铅的赋存形态影响其 在土壤中的迁移、转化以及生物毒性( 陈恒宇等，2 0 0 8 ；朱波等，2 0 0 2 ；l ( a b a t a e ta l ，1 9 9 2 ) 。事实上，土壤中总铅的多少不能决定茶叶铅吸收量的高低( j i ne t a 1 ，2 0 0 5 ) ，真正对植物铅吸收量起决定性作用的是生物有效态铅的含量。在铅 的五种形态中，可交换态铅生物有效性最高，土壤铅污染风险最大碳酸盐结合 态、铁锰氧化物结合态及有机物结合态铅，在强酸、强氧化性条件下将可能释放 出铅，但它自身不能直接被植物所吸收( 石元值等，2 0 0 5 ) 。综上所述，控制茶 园土壤生物有效性铅的含量是降低茶叶中铅蓄积量的有效途径之一( 石元值等， 2 0 0 3 ) 。 茶园土壤中铅的赋存形态与茶园土壤的理化性质有关。就土壤的理化性质而 言，p h 是影响重金属在土壤中赋存形态的一项重要因素，一般来说，p h 值越低， 4 浙江大学硕士论文绪论 就越有利于土壤中重金属的活化。研究发现，土壤p h 变化会引起土壤中重金属 赋存形态的变化，促进或抑制茶树对重金属的吸收( 章明奎等，2 0 0 4 ) 。乃姗g 等人( 2 0 0 7 ) 发现，土壤酸化可能导致土壤中生物有效性铅的增加。引起土壤酸化 的因素很多，p h 胡敏酸 富里酸；而其余六个品种根 区土壤腐殖质的组成的含量分布规律为：胡敏素 富里酸 胡敏酸。 浙江大学硕士论文第二章 通常用胡敏酸富里酸的比值来表征土壤腐殖化程度的高低，所测试的八个 茶树品种根区土壤腐殖化程度的高低依次是( 按茶树品种排序) ：迎霜 龙井4 3 政和 劲峰 毛蟹 梅占 碧云 鸠坑。其中迎霜和龙井4 3 的腐殖化程度较高，胡敏 酸与富里酸的比值大于l ，而其余六个品种的腐殖化程度都小于1 。 2 3 6 茶树根区土壤腐殖质与铅化学形态的相关关系 土壤铅的生态毒性不但取决于总铅的含量，更与土壤中生物有效态铅含量密 切相关，而铅在土壤中的生物有效性又由它在土壤中的赋存形态决定。按照 t e s s i e r 重金属形态分级法，土壤中铅的存在形式可分为五种，其中交换态铅具有 很大的迁移性，是植物最容易吸收利用的形态；其次是碳酸盐结合态铅，碳酸盐 结合态铅重金属与土壤结合较弱，它的迁移能力仅次于交换态铅；有机结合态铅 迁移能力较弱，在氧化条件下易发生解吸；残渣态铅迁移能力最弱，并且一般情 况下不被植物吸收，但是它可以通过氧化还原等化学反应转化为易被植物吸收的 形态在特定条件下，不同形态的铅之间会发生相互转化，生物有效性也随之变 化 研究表明腐殖质及其组分，尤其是可溶态的胡敏酸和富里酸，有降低重金属 生物有效态铅含量的作用，它能促使重金属由生物有效性强的形态向生物有效性 较弱的形态转化，因此本节重点对腐殖质组分与土壤不同化学形态铅含量的关系 进行研究不仅从腐殖质常规的分类角度进行考察一将腐殖质分为胡敏酸、富里 酸、腐殖质三部分，还从腐殖质可溶性的角度对上述相关性进行考察，将目前研 究较少的不溶性腐殖质作为研究对象，为不溶性腐殖质与重金属作用关系的研究 提供参考。 2 3 6 1 不同品种茶树根区土壤可溶性腐殖质与不溶性腐殖质的含量差异 根据腐殖质是否溶于酸或碱，将其划分为可溶性腐殖质和不溶性腐殖质，可 溶性腐殖质能溶于酸或碱，包括胡敏酸和富里酸，不溶性腐殖质既不溶于酸也不 溶于碱，主要指胡敏素。 研究认为可溶性腐殖质是有机物料在微生物、酶的共同作用下形成的一类特 殊的高分子化合物( 王玉军，2 0 0 9 ) 。可溶性腐殖质主要包含酚、醇及羧酸类活 性官能团，这些官能团占其组成的7 5 以上( 孙莉英等，2 0 0 7 ) 。从可溶性腐殖 质的官能团组成看，它可能与铅的化学形态存在关联。 浙江大学硕士论文第二章 表2 5 不同品种茶树根区土壤中可溶性腐殖质与不溶性腐殖质的含量m g g 1 a b l e2 5s o l u b l ea n di 璐o l u b l eh 啪u sc o n t i e mi i lr 0 0 tz o n es o i lo fd i 彘r e l l tv a r i e t i e so f t e ap l a m 由表2 5 可知，八个品种茶树根区土壤可溶性腐殖质的平均值为2 8 6m g ， 毛蟹根区土壤中可溶性腐殖质含量最高，高于平均值8 4 2 7 ，迎霜的含量最低， 低于平均值的8 7 4 1 。八个品种茶树根区土壤不溶性腐殖质含量的平均值为6 8 1 叫g ，其中劲峰根区土壤中的不溶性腐殖质含量最高，高于平均值6 4 6 1 ，而 龙井4 3 根区土壤中不溶性腐殖质的含量最低，低于平均值6 7 9 9 。 不同品种茶树根区土壤中，无论可溶性腐殖质的还是不溶性腐殖质的含量都 存在较大差异，并且只有龙井4 3 根区土壤中可溶性腐殖质的含量高于不溶性腐殖 质，其余七个品种根区土壤中的可溶性腐殖质含量都低于不溶性腐殖质。 影响可溶性腐殖质含量变化的因素很多，有研究认为可溶性腐殖质的含量与 粘土矿物的含量密切相关，粘土矿物的含量越高，有机碳中可溶性腐殖质的含量 就越低( 孙莉英，2 0 0 7 ) 。据此推断，可溶性腐殖质含量的差异可能是由土壤中 粘土矿物的含量的差异引起的 2 3 6 2 茶树根区土壤腐殖质的组成与土壤铅化学形态的相关关系 对八个品种茶树中总有机碳、水溶性物质，以及腐殖质的组成分别与对应根 区土壤中的铅含量进行相关性分析，考察不同茶树品种之间腐殖质组成的变化与 土壤中铅化学形态的变化之间的对应关系。 浙江大学硕士论文第二章 表2 6 茶树根区土壤中腐殖质的组成与土壤铅化学形态的相关性 1 a b l e2 6t i l ec o r r e l a t i o nb e m e 朗h 啪u sc o m p o s i t i o n 柚dc h 锄i c a l f b mo f l e a d 矗o mt h er i 僦z o n es o i l 表示在0 0 5 水平( 双侧) 上显著相关 木表示在o o l 水平( 双侧) 上显著相关 根据相关性分析可知，总有机碳的含量与交换态铅的含量呈显著负相关关 系，而与碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合态铅、有机结合态铅、残渣态铅含量 之间的相关性不显著。章明奎等人( 2 0 0 5 ) 研究发现，土壤有机碳可以促进有机 结合态铅的形成，同时减少交换铅的形成。这说明有机碳的含量与交换态铅的含 量呈显著负相关关系，可能与有机碳含量的增加能够促使交换态铅向其他形态转 化有关 水溶性物质的含量与土壤中交换态铅的含量呈显著正相关关系，而与碳酸盐 结合态铅、铁锰氧化物结合态铅、有机结合态铅、残渣态铅的含量之间的相关性 不显著。水溶性物质具有络合土壤中重金属的能力，但是它与重金属生成的络合 物能溶于水，反而增加重金属在土壤中的迁移能力，从而提高重金属的生物有效 性。交换态铅是生物有效性最高的铅形态，从相关性分析看，水溶性物质的增加 可能引起土壤中交换态铅含量的增加，具体作用机制还有待进一步研究 胡敏酸的含量与铁锰氧化物结合态铅的含量呈显著正相关关系，而与其余四 种铅形态的含量之间不存在显著的相关性关系。这与范文宏等人( 2 0 0 7 ) 的研究 浙江大学硕士论文第二章 一致，他指出胡敏酸能够使沉积物中铁锰氧结合态重金属的含量有所增加，证明 此实验结果可靠。研究认为，胡敏酸具有降低重金属生物有效性的作用( 李福春 等，2 0 0 9 ；刘云国等，2 0 0 8 ) ，铁锰氧化物结合态铅属于生物有效性较低的铅形 态之一，胡敏酸对重金属生物有效性的调控可能是通过抑制生物有效性较高的铅 形成，而促进铁锰氧化物等生物有效性较低的铅形态形成，具体机理有待进一步 考证。 胡敏素含量与交换态铅含量之间呈显著负相关关系，而与其他四种形态的铅 含量之间的相关性不显著。研究认为胡敏素虽然是土壤中的惰性物质，但它也具 有吸附土壤重金属离子的能力。从相关性分析看，胡敏素可能对交换态铅的形成 有抑制作用。 综上所述，根区土壤腐殖质组分与土壤交换态铅的含量存在显著相关性，具 体表现为水溶性物质与交换态铅的含量呈显著正相关关系，总有机碳、胡敏素与 交换态铅的含量呈显著负相关关系。 2 3 6 3 可溶性腐殖质和不溶性腐殖质与土壤铅化学形态的相关性关系 土壤中的可溶性腐殖质含有多种含氧官能团，反应活性强，它能改变土壤中 粘土矿物的表面特性，影响重金属污染物在矿物界面上的迁移转化行为( w a n g ， 2 0 0 5 ) ，可溶性与重金属离子的作用机制一直是研究热点。不溶性腐殖质因为分 离提纯难度大，所以研究它与重金属作用机制的难度较大。 不溶性腐殖质是土壤腐殖质的主要组成部分，因为对它的了解较少，所以一 直不能对一些环境问题，例如土壤对重金属离子具有不同的保持能力作出合理全 面的解释。为了更全面的了解腐殖质组分与铅生物有效性的关系，本节对可溶性 腐殖质、不溶性腐殖质对重金属的作用机制进行相关性分析。 浙江大学硕士论文 第二章 表2 7 茶树根区土壤中可溶性腐殖质与不溶性腐殖质与铅化学形态的相关性 t a b l e2 7t h ec o r r e l a t i o nb e t w ns o l u b l ea n di n s o l u b l eh 岫u s 五mm e 咖tz o n es o i lw i t l l d i 晚r e n tv a r i e t i e so f t e ap l a m 觚dc h e m i c a lf o r m so fl e a d + 表示在o 0 5 水平( 双侧) 上显著相关 表示在o 0 1 水平( 双侧) 上显著相关 可溶性腐殖质的含量与重金属五种化学形态的铅含量之间并未表现出显著 的相关性关系。相反，不溶性腐殖质的含量与交换态铅的含量呈显著负相关关系， 与碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合态铅、有机结合态铅、残渣态铅的含量之间 不存在显著性关系。 可溶性腐殖质包括胡敏酸和富里酸，胡敏酸与铁锰氧化物结合态铅呈正相关 关系，而富里酸与铅的化学形态的相关性不显著，两者对铅化学形态的影响可能 互相抵消，导致可溶性腐殖质与铅化学形态的相关性不显著。 结合实际应用，根据不溶性腐殖质含量与交换态铅含量的负相关关系，可以 考虑通过外源添加胡敏素的手段降低土壤中生物有效态铅的含量，而且不溶性腐 殖质在土壤中惰性较强，对土壤造成的扰动较小。 2 3 7 茶树根区土壤腐殖质与茶树组织铅的相关关系 植物组织的铅含量是植物对土壤重金属毒性反应的主要表征指标。当土壤受 到铅污染后，茶树各组织的铅含量均有所增加( 宗良纲等，2 0 0 7 ) ，过量的铅进 入茶树组织会扰乱其正常的生理活动，甚至抑制茶树的生长，降低茶叶原材料的 品质，关系到茶叶质量安全问题。本节重点讨论土壤腐殖质组成与茶树不同组织 铅含量的相关性，阐述腐殖质组成对茶树组织铅含量的影响。 2 6 浙江大学硕士论文第二章 2 3 7 1 茶树根区土壤腐殖质与茶树不同组织铅含量的相关性 茶树根区土壤腐殖质组成与铅化学形态变化有关，而铅的化学形态关系到茶 树对铅的吸收，进而影响铅在茶树组织中的累积分布。结合课题组前期茶树组织 铅含量的数据( c h e n “a l ，2 0 1 0 ) ，本节对茶树根区土壤腐殖质与不同组织铅含 量的相关性进行分析。 表2 8 茶树根区土壤腐殖质与茶树各组织铅含量的相关性 t a b l e2 8t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e nl e a dc o n t e n ti nd i f f e r e n t o r g a n i z a t i o no ft e ap l a n ta n dh u m u si ns o i l 表示在o 0 5 水平( 双侧) 上显著相关 表示在0 0 l 水平( 双侧) 上显著相关 总有机碳的含量与茶树老根铅含量之间存在显著负相关关系，而与其他形态 的铅含量的相关性不显著。有机碳的含量与土壤铅的生物有效性相关，它能吸附、 络合土壤中的重金属，减少茶树老根对铅的吸收量。 水溶性物质的含量与老根的铅含量之间呈显著正相关关系。根据腐殖质组分 与铅化学形态的相关性分析得知，水溶性物质与交换态铅的含量呈显著正相关关 系。水溶性物质化学性质活泼，与重金属络合后生成亲水性的络合产物，反而加 浙江大学硕士论文 第二章 强了重金属在土壤中的迁移能力，增加了老根吸收铅的机会。 胡敏酸与老根的铅含量呈显著正相关关系。对茶树根区土壤腐殖质与铅化学 形态的相关性分析发现，胡敏酸与铁锰氧化物结合态铅的含量呈显著正相关关 系，而该形态的铅在酸性土壤中会通过氧化还原反应释放出一部分铅，这部分铅 被老根吸收后，增加了老根中的铅含量。 富里酸的含量与老根、老茎、新茎中的铅含量呈显著负相关关系。富里酸能 络合土壤中的重金属离子，减少游离态重金属的含量，降低老根对铅的吸收量。 老根铅含量降低后，转移至茶树地上部分的铅含量也相应减少，因此新茎和老茎 中的铅含量减少。 胡敏素与老根的铅含量呈显著负相关关系。胡敏素对重金属离子的作用以吸 附为主，且吸附的牢固程度大于胡敏酸。胡敏酸的增加有利于减少土壤中游离态 的重金属离子，老根对铅的吸收量也相应减少。 综上所述，茶树根区腐殖质中总有机碳、水溶性物质、腐殖质组成与老根的 铅含量之间的相关性最显著，主要表现为：总有机碳、水溶性物质、胡敏素与老 根的铅含量呈显著负相关关系，胡敏酸的含量与老根的铅含量呈显著正相关关 系。 2 3 7 2 茶树根区土壤中可溶性和不溶性腐殖质与茶树组织铅的相关性关系 对茶树根区土壤中可溶性、不溶性腐殖质与土壤铅生物有效性的研究发现， 不溶性腐殖质与交换态铅的含量呈显著正相关关系，为进一步研究腐殖质溶解性 是否影响茶树组织对铅的吸收，本节对可溶性、不溶性腐殖质与茶树各组织的铅 含量进行相关性分析。 浙江大学硕士论文第二章 表2 9 可洛性与不溶性腐殖质与茶树各组织铅含量的相关性 1 a b l e 2 9n e c 0 盯e l a t i o n 锄a l y s i sb e 僦e c l li l u b l eo ri i l s o l u b l eh 啪u s i 1 1 s o i l 锄dt h el e a dc o n t e n ti nd i f r e r e n to 喀锄i z a t i o no f t e ap l a n t 幸表示在0 0 5 水平( 双侧) 上显著相关 表示在o 0 1 水平( 双侧) 上显著相关 可溶性腐殖质与老叶铅含量呈正相关关系，与老茎、新茎、新根、老根铅含 量的相关性不显著。胡敏酸与老根的铅含量呈显著正相关关系，而富里酸与老根 铅含量呈显著负相关关系，两者对老根铅含量的调控存在拮抗作用，可能胡敏酸 对老根铅含量的影响更强，最终表现为老根铅吸收量增加，运输至老叶的铅含量 也增加。 不溶性腐殖质与老根的铅含量呈显著负相关关系。不溶性腐殖质与铅化学形 态的相关性分析发现，不溶性腐殖质与交换态铅的含量呈显著负相关关系，交换 态铅的生物有效性很强，不溶性腐殖质可能通过降低土壤中交换态铅的含量，减 少茶树根系对铅的吸收，使运输到地上部分组织的铅含量减少。 从实际应用的角度出发，抑制土壤中可溶性腐殖质的形成可能有利于降低茶 树叶片的铅含量，下一步研究可重点关注可溶性腐殖质对铅化学形态的调控机 制。腐殖质调控茶园土壤铅生物有效性的措施对茶叶质量安全控制具有一定的应 用价值。 2 4 本章小结 对八个品种茶树根区土壤腐殖质组成的分析发现，尽管在同一个小区域内， 不同品种茶树根区土壤腐殖质的组成却存在较大差异。对腐殖质与铅生物有效性 的关系研究发现，土壤腐殖质组分与交换态铅含量、茶树老根的铅含量之间存在 显著相关性，根区土壤可溶性腐殖质与叶片铅含量呈显著正相关关系。 浙江大学硕士论文第二章 2 4 1 不同品种茶树根区土壤腐殖质组成的差异 不同品种的土壤腐殖质中水溶性物质差异明显。龙井4 3 和迎霜土壤中总有 机碳的含量较低，梅占、毛蟹、政和、碧云、劲峰、鸠坑六个品种茶树的根区土 壤腐殖质的总有机碳含量相近。 不同品种茶树根区土壤腐殖质的组分中，胡敏酸的含量差异较小，富里酸、 胡敏素的含量差异较大。八个品种茶树中迎霜和龙井4 3 的土壤腐殖化程度较高， 梅占、毛蟹、政和、碧云、劲峰、鸠坑六个品种茶树的根区土壤腐殖质化程度较 低 劲峰和龙井4 3 的根区土壤腐殖质组成最特殊。劲峰根区土壤的水溶性物质、 富里酸占总有机碳的比例最低，而胡敏素占总有机碳的比例最高。龙井4 3 根区 土壤中的胡敏酸、富里酸占总有机碳的比例最高，胡敏素占总有机碳的比例最低。 龙井4 3 根区土壤中可溶性腐殖质含量高于不溶性腐殖质，其余七个品种根区土 壤中的可溶性腐殖质含量低于不溶性腐殖质。 2 4 2 不同品种茶树根区土壤腐殖质与土壤中铅的化学形态的相关性 根区土壤腐殖质的组分与土壤交换态铅的含量存在显著相关性，主要表现为 水溶性物质与交换态铅的含量呈显著正相关关系，总有机碳，胡敏素与交换态铅 的含量呈显著负相关关系。 从腐殖质溶解性的角度，对腐殖质与铅生物有效性的关系进行分析发现，不 溶性腐殖质的含量与交换态铅的含量呈显著负相关关系。 2 4 3 不同品种茶树根区土壤腐殖质与茶树不同组织铅含量的相关性 水溶性物质、腐殖质组成与老根的铅含量之间的相关关系最为显著，主要表 现为总有机碳、水溶性物质、胡敏素与老根的铅含量呈显著负相关关系，胡敏酸 的含量与老根的铅含量呈显著正相关关系另外，不同茶树品种根区土壤的总有 机碳含量与老根的铅含量之间也呈现负相关关系。 从腐殖质溶解性的角度，对腐殖质与茶树组织铅含量的关系进行分析发现， 溶解性腐殖质与老叶的铅含量呈正相关关系，不溶性腐殖质与老根的铅含量呈显 著负相关关系。 浙江大学硕士论文第三章 第三章结论与展望 本文通过对不同品种茶树根区土壤水溶性物质、总有机碳、腐殖质组成的含 量分析，以及茶树品种之间的差异比较，总结了不同品种茶树根区土壤腐殖质组 成的特点，并结合课题组土壤重金属铅形态和茶树组织铅含量的研究结果，分析 了不同品种茶树根区土壤腐殖质组成与土壤铅化学形态之间的相关性，以及不同 品种茶树根区土壤腐殖质组成与茶树不同组织铅含量的相关性，探讨土壤腐殖质 组成与土壤铅生物有效性的关系，对于提高铅污染土壤区茶叶质量具有一定的指 导意义。 3 1 本研究的主要结论 ( 1 ) 茶树品种的差异对土壤中总有机碳含量的影响不显著，但是对土壤中水 溶性物质含量的影响显著。在同一土质、环境条件下，种植不同品种的茶树后， 土壤中胡敏酸、富里酸、胡敏素的含量发生了较大变化。所种植的八个品种茶树 土壤的腐殖质中，龙井4 3 和迎霜两个品种的根区土壤腐殖化程度较高，其余六 个品种土壤腐殖化程度相对较低。 ( 2 ) 茶树根区土壤腐殖质组分与交换态铅的含量存在显著相关性，总有机 碳、胡敏酸、不溶性物质的含量与交换态铅的含量呈负相关关系，水溶性物质的 含量与交换态铅的呈显著正相关关系。胡敏酸的含量与铁锰氧化物结合态铅的含 量呈显著正相关关系。对土壤可溶性物质与不溶性物质的相关性分析发现，不溶 性腐殖质的含量与交换态铅的含量呈显著负相关关系。 ( 3 ) 腐殖质组分与茶树老根的铅含量的相关性最为显著。其中土壤中水溶 性物质和胡敏酸的含量与老根的铅含量呈极显著正相关关系，而与总有机碳、可 提取腐殖质、富里酸、胡敏素的含量呈显著负相关关系。另外，富里酸的含量与 老茎和新茎中的铅含量呈极显著负相关关系。可溶性腐殖质与老叶铅含量呈正相 关关系，不溶性腐殖质与老根铅含量呈显著的负相关关系。抑制土壤中可溶性腐 殖质的形成可能有利于降低茶树叶片的铅含量。 3 2 本研究的创新点 腐殖质与重金属作用机制的研究对象多为河流底泥、城市垃圾、矿区土壤等， 本文选取茶园土壤作为腐殖质研究的主要对象，详细的测定了茶园土壤的水溶性 物质、总有机碳的含量和腐殖质组成的情况，分析了茶园土腐殖质组成的特点， 浙江大学硕士论文第三章 为茶园土壤中腐殖质的研究提供了基础数据。 本文的另一个创新点是针对不同品种茶树的根区土进行研究，比较了不同品 种茶树根区土壤腐殖质组成的差异性，并对不同品种茶树根区土壤的腐殖质组成 与土壤铅化学形态、茶树不同组织铅含量进行相关性分析，多角度讨论了腐殖质 与土壤铅生物有效性之间的关系。 3 3 研究展望 参考相关文献，并结合本文的主要结论，本研究还存在以下不足之处：本文 的研究以基础调查为主，以水溶性物质、总有机碳、胡敏酸、富里酸、胡敏素的 含量为主要分析指标，探讨腐殖质与土壤铅生物有效性的关系，研究手段比较单 一，有待于利用傅里叶红外光谱等其他实验手段，结合腐殖质及其组分的化学结 构，腐殖质与重金属之间的作用机理，以解释不同茶树品种根区土壤腐殖质与铅 化学形态、茶树组织铅含量之间的相关性关系。 浙江大学硕士论文 参考文献 参考文献 b a k ca j ，h a y e smh b o 玛a n i cg u b s 锄c ei l ls o i la n dw a 钯r ：瑚t u r a jc o n s t i s u e n t sa n d m e i r 砌u e n c eo nc o n 觚i n a n tb e h v i o u rc 锄b 耐g e j 】mr o 州s o c i 啊o f c h e m i s t 19 9 3 ：4 6 2 4 6 5 c h e s 妇em vc o m w e l lpa ，h a w o n l lr d n es 仃u c t u r eo f s o i li i i l g oh 岫i c d e 鲥a t i o np r o d u c t 锄dc o n s t i t u t e 叨，n l er e s e a r c ht e t r a h e 妇，1 9 8 6 ，2 4 ：5 1 5 5 c h e ny x ， x uj ，y umge ta 1 l e a dc o 熊l i l l i n a t i o ni nd i 舵r e n tv a r i e t i e so f t e a p l 觚t ( c 口m p 盯砌j 砌p 瑚缸l ) 锄d t o r sa 虢“n gl e a db i o a v a i l a b i l i t ) r 川w i l e y i n t e r s c i e n c e ，2 0 1 0 ，9 0 ：1 5 0 l 1 5 0 7 d a v i e sgg h a b b a i l rea h 眦i cs u b s t a l l c e s ：c t u r e s ，p r o p e r t i e sa i l du s o s c a i 】曲r i d g e 叮u kr o y a ls o c i 啊o fc h e i i l i s 吼l9 9 8 ：l1 3 1 2 2 j i l lcw ，z l l 衄gsj ，h e yf ，e ta 1 l e a dc o n 切1 1 1 i n a t i o ni 1 1t e ag 莉e ns o i l sa n df a c t o r s a 舵c t i n gi t sb i o a v a i l a b i l 时叨c 的m o s p h e r e ，2 0 0 5 ，5 9 ：1 151 - 1 15 9 mcw ，h eyf ，乃1 0 ugd ，e ta 1 l e a dc o 北l l n i l l a t i o ni 1 1t e al e a v e s 觚dn o n - e d a p b i c r sa f e c t i n gi t 【j c h e m o s p h e r e ，2 0 0 5 ，6 l ：7 2 6 7 3 2 h ew m ，w hf ，z t l a n gcs h e a v ym e t a lp o l l u t i o na r l d “se c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t o f 邱a r i 趾s