（环境工程专业论文）土壤汞、镉、铅植物可利用性的化学调控研究.pdf

土壤汞 镉 铅植物可利用性的化学调控研究 环境工程专业硕士研究生 陈 宏 指导教师 陈玉成副教授 赵秀兰副教授 摘要 蔬菜是人类直接食用的作物之一 随着人们健康意识的提高 无公害蔬菜 的开发逐渐成为人们豹热门话题 但目前的无公害蔬菜关注农药与硝酸盐较多 而对重金属的关心较少 重金属是一种难于控制的污染物 很多研究表明 重 金属在士壤中积累到一定程度就会对土壤 植物系统产生危害 并有可能通过 食物链等途径直接或间接危害人类 治理土壤重金属污染有两条途径 其一是 从土壤中彻底移去污染土壤 其二是降低土壤重金属的活性 控制其进入植物 体内 第一条途径中的物理化学方法成本高昂 植物修复方法时间长 不适于 人地矛盾较为突出的菜地 第二条途径虽然不能治本 但在现有条件下不失为 一种快捷 方便的预防途径 厂r 本研究针对重庆市蔬菜重金属污染现状 选取h g c d p b 为优先控制的 目的重金属 采用盆栽试验与模拟试验相结合的方法 探讨施用石灰 腐殖酸 硫化钠 亚硒馥钠等化学添加i i l l 对植物吸收土壤重金属的效应及可能的机理 筛选出控制叶菜类蔬菜中汞 镉 铅等重金属污染物进入蔬菜的经济有效 易 于实施的化学添撕 f j 类型及麓用量 为蔬菜基地土壤重金属污染控制提供可靠 的技术措施 f 试验研究表明 不同化擎添加荆类型及其用量对土壤重金属的植物可利用性产生不同的 影响 试验条件下 石灰能降低或显著降低土壤 龟 c d p b 三种重金属的植 物可利用性 随着石灰用量的增加 土壤h g c d p b 在植物体内含量呈下降 趋势 最大降幅分别为9 2 3 6 o 3 5 7 腐殖酸虽能降低土壤h g p b 的 活性 但却提高了c d 的植物有效性 在麓用量为6 0 t h m 2 时植物体h g 含量下 降了6 7 0 施用量为3 0 t h m 2 时植物体p b 含量下降了2 3 0 施用量为 1 5 t h m 2 时植物中c d 含量却上升了1 7 3 硫化钠只能降低p b 的活性 亚硒 酸钠则随其施用量不同而对土壤h g 表现出不同的效应 中等用量时表现为促 进 高用量时表现为抑制 不同化学添加剂及其用量对重金属在植物体内的分配产生明显的影响 石 灰对c d 在植物体内分配随用量不同而发生变化 石灰施用量为7 5 t h m 五时使 莴笋茎中的分配系数下降 在施用量为2 2 5 t h m a 时石灰使叶中分配系数降低 腐殖酸能有效地抑制h g 在植物叶中的富集 使植物茎 叶中p b 的分配系数降 低明显 硫化钠加入后使植物茎中h g 的分配系数明显下降 植物根部p b 含量 减少 而在茎 叶部分的比例上升 加入石灰后 无论何种污染土壤上的莴笋生物量都表现为下降 其中c d p b 污染土壤下降尤其明显 分别下降了4 7 0 和6 3 9 腐殖酸促进h g 污染 土壤上莴笋的生长 而抑制c d p b 污染土壤上莴笋的生长 硫化钠对c d p b 污染土壤上的莴笋生长有抑制作用 亚硒酸钠对h g 污染土壤上的生物生长有 促进作用 不同类型和用量的化学添加剂可以改变土壤重金属的吸附 解吸特性 进 而影响到重金属的植物有效性 植物吸收重金属的量与土壤重金属解吸量密切 相关 解吸量越大 植物体内重金属含量越高 石灰用量越大 土壤解吸汞量 越低 植物含汞量越小 腐殖酸在一定用量范围内能促进植物对h g 的吸收 硫化钠用量越大 土壤汞解吸量越低 腐殖酸 硫化钠能促进c d 的解吸 使 c d 易于被植物吸收 土壤对p b 的解吸量随吸附量的增加而减少 不同化学添加剂还可以影响到土壤重金属形态分配 进而影响植物对重金 属的吸收 当施用量为2 2 5 t h m 2 时石灰能降低土壤有效汞含量 增加酸溶无 机态和残留态汞含量 减少植物吸收 使土壤中铁锰氧化态和残留态c d 含量 上升 使植物吸c d 量降低 亚硒酸钠使土壤中残留汞上升 减少植物的吸收 无论加入何种化学添加剂 土壤中铁锰氧化态和残留态p b 含量明显上升 使 水溶性p b 减少 综上所述 施加石灰使莴笋重金属含量和生物量同时下降 腐殖酸施用量 为6 0 t h m 时h g 污染土壤上莴笋重金属含量下降明显 而生物量增加 硫化 钠施用量为o 0 0 3 5 1 t h m 2 时p b 污染土壤上莴笋重金属含量下降 生物量增加 亚硒酸钠施用量为0 0 1 9 7 1 t h m 2 时莴笋中重金属含量下降明显 尸7 一 关键词 土壤污染 重金属 化学添加剂 可利用性 2 r e g u l a t i o n o f p h y t o a v a i l a b l i t y o f m e r c u r y c a d m i u m l e a d i ns o i l b y a d d i t i v e s c a n d i d a t eo fe n v i r o n m e n t a l e n g i n e e r i n g c h e nh o n g a d v i s o r s a s s o c i a t ep r o f c h e ny u c h e n g a s s o c i a t ep r o f z h a ox i u l a n a b s t r a c t a so n eo f d i r e c t l ye d i b l ec r o p s p o l l u t i o n l e s sv e g e t a b l e sd e v e l o p m e n tb e c a m e i n c r e a s i n g l yp o p u l a rs i n c et h ep e o p l ec a r em o r ef o rt h e i ro w n h e a l t h a tp r e s e n t p e o p l ep a y c l o s ea t t e n t i o nt op e s t i c i d ea n d n i t r a t e i n s t e a do f h e a v y m e t a l sl i t t l ew i t h t h ed e v e l o p m e n to fv e g e m b e h e a v ym e t a l so r es o m ek i n do fp o l l u t a n t st h a ta r e n t e a s y t oc o n t r o l s o m es t u d i e ss h o wt h a ti ft h eh e a v ym e t a l si ns o i lw e r ea c c u m u l a t e d t os o m ee x t e n tt h e yc o u l dh a r mt h es o i l p l a n ts y s t e m t h ep e o p l e sh e a l t hw i l lb e i n f i u c e db o t hd i r e c t l ya n di n d i r e c t l yb y t h r o u g hf o o dc h a i n t h e r ea r et w ow a y s t o c o n t r o lh e a v ym e t a l sp o l l u t i o n o n ei st om o v ea w a yt h ep o l l u t e ds o i lt o t a l l y t h e o t h e ri st or e d u c et h ea c t i v i t yo f h e a v ym e t a la n dp r e v e n tt h ee n t r yo f t h ec o n t e n t i n t op l a n t i nt h ef i r s tw a y t h ec o s to f p h y s i c a l c h e m i s t r ym e t h o di se x p e n s i v ea n d p h y t o r e m e d i a t i o n w i l lb et i m e c o n s u m i n g i tc a n tb es u i tf o rv e g e t a b l e p l o tt h a tt h e c o n t r a d i c t i o no fm a n l a n di s v e r yp r o m i n e n t t h es e c o n dw a yi s ak i n do f c o n v e n i e n ta n dp m c t i e a l s t e p st o d a y a l t h o u g h i tc o u l d n tr e s o l v et h ep r o b l e m f u n d a m e n t a l l y b a s e do nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fv e g e t a b l e s h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n c h o n g q i n g p o te x p e r i m e n t sa n ds i m u l a t i o nt e s tw e r ee m p l o y e dt oe l u c i d a t et h e p o s s i b l em e c h a n i s ma n de f f e c tt h a tp l a n t sa b s o r b e dh e a v ym e t a l si n v o l v i n gh g c d p bi ns o i l 心盱a d d e dl i m e s t o n e h u m u s s o d i u ms e l e n i t ea n ds o d i u ms u l f i d et o s c r e e no u te c o n o m i c a l l ye f f e c t i v ec h e m i c a la d d i t i v e sa n d a p p l i c a t i o nl e v e l sw h i c h 一 3 c o u l d p r e v e n th g c d p b i ns o i lf r o m t r a n s f e n i n gi n t ov e g e t a b l e s p r o v i d i n g r e l i a b l e t e c h n i c a lm e a s u r et oc o n t r o lt h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a l si nv e g e t a b l eb a s e t h e r e s u l t ss h o w e da sf o l l o w s d i f f e r e n tk i n d so f c h e m i c a la d d i t i v e sm a d a p p l i c a t i o nl e v e l sh a d d i f f e r e n te f f e c t s o np h y t o a v a i l a b i l i t yo fh e a v ym e t a l si ns o i l i nt h i se x p e r i m e n t l i m e s t o n ec o u l d r e d u c eo ro b v i o u s l yr e d u c ep h y t o a v a i l a b i l i t yo ft h r e ek i n d so fh e a v ym e t a l s w i t h i n c r e a s e aa d d i t i o no fl i m e s t o n e t h ec o n t e n to fh g c d p bi nt p l a n t sg r a d u a l l y d e c r e a s e da n dm a x i m u mr e d u c t i o nw 丛9 2 3 6 o 3 5 7 r e s p e c t i v e l y a l t h o u t h h u m u sc o u l dr e d u c et h ea c t i v i t yo f h g p bi ns o i l i te n h a n c e d t h ep h y t o a v a i l a b i l i t y o fc d t h ec o n t e n to f h g i np l a n t sr e d u c e db y6 7 国 辅e r 每烈h n o fl i m e s t o n e w a sa d d e d t h ec o n t e n to fp b 组 a n t s r e d u c e db 2 3 i o 一a f t e r3 0 t h m o f l i m e s t o n ew a su s e d t h ea d d i t i o no f 1 5 t h m 2c a u s e da1 7 3 i n c r e a s ei np l a n tc d s o d i u ms u l f i d eo n l yr e d u c e dt h e a c t i v i t yo fp b 一 t h ee f f e c to fs o d i u ms e l e n i t e t r e a t m e n to nh gu p t a k eb yp l a n t s w a sd i f f e r e n t v w i t l li t s a p p l i c a t i o nl e v e l s a t m e d i u ml e v e lo fs o d i u ms e l e n i t ea d d i t i o nr e s t r a i n e dt h eh gu p t a k eb yp l a n t s l a s e n h a n c e d d i f f e r e n tk i n d so fc h e m i c a la d d i t i v e sm a d a p p l i c a t i o ni c v t l s h a do b v i o u s e f f e c t u p o n t h ed i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a l si n p l a n t s l i m e s t o n e c o u l da f f e c tt h e d i s t r i b u t i o no fc di np l a n t sw i t l it h ed i f f e r e n ta d d i t i o nl e v e l s w h e nt h ea d d i t i v e l e v e lo f l i m e s t o n e w a s7 5 t h m t t h c d i 5 t r i b t i t o m o f c d e o e f f i c i e n t i n t h e p a r t o f s t e m r e d u c e d w h e nt h ea d d i t i o nl e v e l sw 豳2 2 5 t h m t h ec o e f f i c i e n ti nt h ep a r to f l e a f d e c r e a s e d h u m u sc o u l dr e s t r a i nh ga c c u m u l a t i o ni nt h ep a r to f l e a f e f f e c t i v e l ya n d r e d u c et h ec o e f f i c i e n to fd i s t r i b u t i o no fp bi ns l e l ia r m j c a fo b v i o u s l y t h e j c o e f f i c i e n t o f d i s t r i b u t i o n o f h g i n t h e p a r t o f s t e m t t d u c e d o b v i o u s l y w h e n g m d i u m s e l e n i t ew 鹪a d d e da n ds od i dt h ec o n t e n to fm o tp b b u tt h e p r o l m i o no f p bi nt h e p a r t o fs t e ma n dl e a fi n c r e a s e d n om a r e rw h a tk i n do fh e a v y m e t a l c o n t a m i n a t e d 百o i l t h eb i o m a s so f a s p a r a g u s l e t t u c er e d u c e da f i e rl i m e s t o n ew a s a d d e d t h eb i o m a s sr e d u c e d 4 s u b s t a n t i a l l ya m o n g t h es o i l sp o l l u t e dw i t hc d p bw i t hd e c r e a s e sb y4 7 o a n d 6 3 9 r e s p e c t i v e l y h u m u sf a e i l i m t e d t h eg r o w t ho fl e t t u c ei ns o i l sc o n t a m i n a t e d w i t hh g b u tr e s t r a i n e dt h eg r o w t ha s p a r a g u sl e t t u c ei ns o i l sp o l l u t e dw i t hc d p b s o d i u ms u l f i d ec o u l dr e s t r a i nt h eg r o w t ha s p a r a g u s l e t t u c ei ns o i l sp o l l u t e dw i t hc d p b s o d i u ms e l e n i t ee n h a n c e d l e t t u c eg r o w t h i ns o i l sp o l l u t e dw i t hh g d i f f e r e n tk i n d so fc h e m i c a la d d i t i v e sc o u l dc h a n g et h e c h a r a c t e r i s t i c so f a d s o p t i o na n dd e s o r p f i o nf o rh e a v ym e t a li ns o i l s a n da f f e c tt h ep h y t o a v a i l a b i l i t y o f h e a v ym e t a l s t h ec o n t e n to f h e a v y m e t a l sa b s o r b e db y p l a n t sh a d ac l o s er e l a t i o n w i mt h ed e s o r p t i o nq u a n t i t yo f h e a v ym e t a l sf r o ms o i l s t h em o r et h ec o n t e n to f d e s o r p t i o nw a st h em o r et h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l sw o u l db ei np l a n t t h em o r e a p p l i c a t i o nl e v e lo fl i m e s t o n e t h el o w e rq u a n t i t y o f d e s o r p t i o nf r o ms o i l sa n dl o w e r c o n t e n to fh e a v ym e t a l si np l a n t s h u m u sc o u l de n h a n c eh gu p t a k eb yp l a n t st o s o m ee x t e n t t h em o f et h ec o n t e n to fs o d i u ms e l e n i t eh a df a c i l i t a t i o nf o rt h e d e s o r p t i o nc a p a c i t yo fc da n d l e a dt o p l a n t s t oa b s o r bc d t h ec a p a c i t yo f d e s o r p t i o no f p b i ns o i lw a sr e d u c e dw i t ht h ei n c r e a s eo f a b s o r p t i o n c a p a c i t y d i f f e r e n tk i n d so fc h e m i c a la d d i t i v e sc o u l da f f e c tp l a n ta b s o r p t i o no fh e a v y m e t a l st h r o u g i ic h a n g i n gt h es p e c i a t i o nd i s t r i b u t i o no f h e a v ym e t a l si ns o i l s w h e n t h ea d d i t i v el e v e lo fl i m e s t o n ew a s 2 2 5 t h m 2 i tc o u l dr e d u c et h ec o n t e n to f a c t i v e h g i ns o i la n di n c r e a s et h ec o n t e n to fa c i d s o l u a b l ei n o r g a n i ch ga n dr e s i d u a lh g t h e nr e d u c et h eh g u p t a k eb yp l a n t s i tc o u l da l s oi n c r e a s et h e c o n t e n to fm na n df e o x i d e b o u n da n dr e s i d u a lc da n dr e d u c ep l a n ta b s o r p t i o no fc d s o d i u ms e l e n i t e a d d i t o nc o u l dc a u s ei n c r e a s ei nr e s i d u a lh gi ns o i l sa n dr e d u c ei np l a n t a b s o r p t i o no f h g n om a t t e rw h a tk i n do fc h e m i c a la d d i t i y ew a sa d d e d i tc o u l di n c r e a s eo x m n a n dr e s i d u a lp b o b v i o u s l y i ns o i ia n dr e d u c ew a t e r s o l u a b l ep b t os u m u p t h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li na s p a r a g u sl e t t u c ea n db i o m a s sc o u l d b ec u td o w na f t e rl i m e s t o n ew a sa d d e d t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a l si na s p a r a g u s l e t t u c er e d u c e do b v i o u s l ya n db i o m a s si n c r e a s e di ns o i l sp o l l u t e db yh gw h e nt h e a d d i t i v el e v e lo fh u m u sw a s6 o t h m t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a l si na s p a r a g u s 5 l e t t u c er e d u c e da n db i o m a s si n c r e a s e di ns o i l sp o l l u t e db yp bw h e nt h ea d d i t i o n l e v e lo fs o d i u ms u l f i d e 阻s0 0 0 3 5 1 t i u n 2 t h ec o n t e n to f h e a v ym e t a la n db i o m a s s w e r ec u td o w nw h e nt h ea d d i t i o nl e v e lo f s o d i u ms e l e n i t ew a s0 0 1 9 7 1 t h m 2 k e y w o r d s s o i l c o n t a m i n a t i o n h e a v ym e t a l c h e m i c a la d d i t i v e s b i o a v a i l a b i l i t y 6 文献综述 一 土壤重金属污染及其防治措施 土壤是陆地表面具有肥力的疏松层次 具有独特的组成部分 结构与功能 是十分复杂的系统 人类从自然界取得资源与能源物质 经过加工利用 消费 等 并产生 三废 向土壤或通过水体 大气然后再向土壤中排放及转化 当 污染物质累积到一定程度 超过土壤自然本底含量和自净能力的限度 导致土 壤性状发生不良的变化 构成对植物和人体直接或潜在的危害 称为土壤污染 造成土壤污染的熏金属主要有h g c d p b c r 及类金属a s 等生物毒性强的 金属 因此 自上世纪5 0 年代以来 特别是近3 0 年来 土壤的重金属污染一 直受到各国环境生态学家的广泛重视 并且进行了大量的卓有成效的研究 1 土壤重金属的来源 土壤是环境要素的重要组成部分 它处于自然环境的中心位置 承担着环 境中大约9 0 的来自各方的污染物 王慎强等 1 9 9 9 周东美等 2 0 0 0 土 壤不仅是农业生产的基础 而且还是人类环境的重要组成部分 d a v i d s o n e ta l 1 9 7 7 w a r e 1 9 9 1 然而 由于局部的地球化学或人为活动的强烈作用 使我 们的农业土地受到不同程度的污染 朱荫湄等 1 9 9 9 土地重金属污染是一个 世界性问题 陈世宝等 1 9 9 7 如何根据我国国情 系统有效地治理土壤环境 污染 已成为环境工作者的一个研究方向 华珞等 1 9 9 2 盂昭福等 1 9 9 9 农业环境中的重金属污染主要来自工业 三废 的捧放及城市生活垃圾 污泥和含重金属的农药 化肥的影响 此外 汽车尾气的排放也会引起交通干 线附近土壤和农作物的铅污染 胡勤海等 1 9 9 5 冯恭衍等 1 9 9 3 目前 引 人注目的是h g c d p b c r a s 李天杰 1 9 9 5 重金属污染物进入土壤的 途径可分为大气沉降 污水灌溉 农业活动和汽车尾气等几种途径 1 1 大气沉降 随着工业的发展 重金属的大气沉降被认为是污染土壤的重要来源之一 杨 学春等 1 9 9 2 土壤中汞的来源是多方面的 但近些年的研究表明 大气汞的 沉降是土壤中汞的 个来源 方满风等 2 0 0 0 国外在7 0 年代就已对大气汞 干湿沉降有了一定的研究 w o b e s e r e t a l 1 9 7 6 但当时对其重视不足 到了 9 0 年代以后 由于工业废水排放造成的水体 土壤汞污染已得到有效治理 但 某些地区土壤汞浓度却在不断增加 研究发现 方满风等 2 0 0 0 这是由大气 汞干湿沉降造成的 据报道 k l o k e e l 口f 1 9 8 4 许多工业发达国家大气沉 降对土壤系统中重金属积累贡献率在各种外源输入因子中排首位 国内研究表 明 大气沉降 包括降水与降尘 输入到农田中的汞 3 5 4 9 k m 2 a 大于通过 灌溉输入的汞 1 8 5 9 c k m 2 a 许嘉琳等 1 9 9 5 有的学者 王定勇等 l 9 9 8 采用室内模拟实验的方法 研究了大气汞污染对土壤汞累积的影响 说明大气 汞可直接沉降于土壤和被土壤吸附 也可为植物吸收而向土壤传输 牟树森等 1 9 9 2 研究发现酸沉降地区汞对土壤 蔬菜 水体等的污染已达到较明显的 程度 1 2 污水灌溉 随着城市工业的发展和城市化进程的加快 水资源逐渐匮乏 河水日益受 到污染 污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分 而工业废水中往往含 有h g c d 等重金属 任旭喜 t 9 9 9 方满风等 2 0 0 0 庞奖励等 2 0 0 1 目前我国每年排放的污水量已超过6 2 0 亿吨 在农田灌溉中利用超标污水进行 作物灌溉会引起土壤中重金属污染 据不完全统计 任旭喜 1 9 9 9 由于污灌 而引起土壤重金属污染的面积已达1 0 0 0 多万亩 被镉污染的耕地3 0 余万亩 涉及1 1 个省市 2 5 个地区 每年产生镉米l 亿多斤 汞污染农田5 0 余万亩 涉及1 5 个省市 2 1 个地区 每年产生汞米3 9 亿多斤 沈阳市张士灌区因污灌 使2 5 0 0 余h m 2 农田遭受c d 污染 农田含c d 量达5 t m g k g 其中严重污染面 积占1 3 陈世宝等 1 9 9 7 周锡爵 1 9 8 7 上海重金属污染区c d 的含量已 达3 5 m g k g o 周根娣等 1 9 9 3 天津市常年污灌区土壤的汞含量高达 o 2 9 2 m g k g 有效态汞达o 1 5 3 m g k 9 4 张学询等 1 9 8 8 淮阴市某污灌区土 壤汞浓度已超过清洁灌区的土壤汞l 倍以上 也超过g b l 5 6 1 8 一1 9 9 5 土壤环 境质量标准 中的二级标准 张海书等 2 0 0 0 可见 污水灌溉引起的土壤重 金属污染已相当严重 已对农业生产产生了很大的不良影响 庞奖励等 2 0 0 1 1 3 农业活动 重金属污染对农作物的生长 产量 品质均有较大的危害 尤其是它还被 作物吸收富集 进入食物链 从而危害人畜健康的潜在危险 孟昭福等 1 9 9 9 马往校等 2 0 0 0 由于农用化学品的大量投入 造成农田土壤的污染 严重影 响了农产品的质量 章家恩 1 9 9 9 旄肥是农业生产中必不可少的一项增产措 施 肥料在促进生物生长的同时 也会带入一些重金属 造成重金属元素在土 壤中的积累 例如磷矿中较突出的重金属元素是镉 最高可达9 8 0 m g 1 e 9 1 熊 礼明 1 9 9 3 许多研究 w i l l i a m s e t a l 1 9 7 3 m o r t v e d t 1 9 8 7 发现 澳大利 亚的表层土壤 o 7 5 e r a c d 含量的增加与大量施用过磷酸钙存在显著相关 增施磷肥已使两种菜园土c d 含量增加1 0 多倍 污泥改良土壤可以带来一定的 经济效益 但污泥中往往含有h g 等重金属 长期施用或施用不当 会导致土 壤中重金属积累 使农作物遭受污染 进而对人类造成危害 一般市政污泥中 h g 含量为4 6 岖 g 1 d e p a r t m e n to fe n v i r o n m e m r a l p r o t c t i o n a n d e n e r g y 1 9 8 7 a n t h o n y 1 9 9 7 研究表明 用城市污水 污泥改良 的土壤 汞和甲基汞在表土中的浓度明显增加 分别为8 0 1 1 0 0 1 x g k g 和 o 3 8 3 岖 k g 1 4 汽车尾气 汽车尾气是p b 污染的主要来源之一 随着汽车工业的迅速发展和含铅汽油 的大量使用 城市空气受到p b 的严重污染 随之扩散到市郊 在市郊耕地土 壤上沉降 污染蔬菜等农作物 据统计 每千克汽油加入乙基铅i 3 克 汽车 尾气含铅量可达2 0 5 0 t t g l 郑路等 1 9 8 9 调查表明 郑路等 1 9 8 9 顾 文兴 1 9 8 9 土壤的铅含量与公路距离呈负相关 尽管目前许多地方已禁止使 用含铅汽油 但以前沉降于菜园土中的p b 还将继续污染蔬菜 此外 镉污染 也与汽车尾气有关系 国外学者研究发现 l a g e r w e r f f e t 口 1 9 7 0 l o d r i g u e z f l o r e s e la l 1 9 8 2 w a r d e la l 1 9 7 7 在靠近公路边的蔬菜中镉含量 与交通流量呈显著相关 2 土壤重金属污染的特点 我国土壤一植物系统污染研究的主要污染物是重金属 因为重金属具有污 染物的多源性 隐蔽性 一定程度的长距离传输性和污染后果的严重性 王慎 强等 1 9 9 9 它的研究在实践与有关环境标准的制定 食物链污染的控制 土壤一植物系统狰化功能的开发有关 一直是土壤环境科学研究的热点内容 陈 怀满 1 9 9 6 许嘉琳等 1 9 9 5 重金属可以通过多种途径进入土壤 傅显华等 1 9 9 5 其中许多重金属因 不易自行分解而造成累积性污染最令人瞩目 而且重金属污染的范围广 持续 时问长 又不易在生物物质循环和能量交换中分解 l ij a 1 9 9 1 所以 重金属以其在土壤中难降解 毒性大 具有累积效应等特征而受到科学家的广 泛关注 高太忠等 1 9 9 9 2 1 普遍性和潜伏性 随着工农业的发展 重金属污染日趋普遍 几乎威胁着每一个国家 5 0 年 代 日本富山通川流域的 骨痛病 就是由镉污染而导致糙米中镉超标而引起 9 的 1 9 9 7 年美国蒙大拿州的两个农业区也由于镉污染使当地小麦不能食用 我 国已有很多城市的郊区和灌区遭到了不同程度的重金属污染 例如 沈阳市的 菜地土壤已受到多种重金属的污染 宋菲等 1 9 9 6 我国镉污染地区总面积已 达l 万多公顷 有的污灌区土壤的汞污染比较严重 其生产出的稻草平均含汞 量达1 2 4 m g k g 比背景值高2 7 倍 高梁 1 9 9 2 2 2 隐蔽性 持久性和不可逆性 土壤重金属污染由于其无色 无味 很难被人的感觉器官所察觉 一般要 通过植物吸收进入食物链积累到一定程度时才能反映出来 任旭喜 1 9 9 9 例 如 发生在日本的骨痛病和水俣病 叶文虎 2 0 0 0 就持续了十多年甚至几十 年 在我国沈阳张士灌区也有类似的现象 吴燕玉等 1 9 8 6 2 3 间接危害性 壤中的重金属元素不能为土壤微生物所分解 但可为生物所富集 通过 食物链对人畜造成危害 同时还可通过地下渗滤水进入地下水体 从而成为新 的污染源 2 4 表聚性 土壤中的重金属污染物大部分残留于土壤的耕作层 很少向土壤的下层移 动 这是由于土壤中存在着有机胶体 无机胶体和有机 无机复合胶体 它们 对重金属有较强的吸附和螯合能力 限制了重金属在土壤中的迁移能力 任旭 喜 1 9 9 9 2 5 伴生性和综合性 在自然界中 单个重金属污染物构成的污染虽有发生 但污染多为伴生性 和综合性 即多种污染物形成复合污染 这已成为近年来环境科学领域研究的 新热点 周启星 1 9 9 5 何田勇 1 9 9 5 郑春荣等 1 9 9 5 吴燕玉等 1 9 9 7 3 土壤重金属污染的研究现状 自5 0 年代以来 特别是近3 0 年 重金属一直受到各国环境生态学家的广 泛关注 从国内外有关重金属污染物治理方面的文献报道 王慎强等 1 9 9 9 任旭喜 1 9 9 9 高太忠等 1 9 9 9 余贵芬等 1 9 9 8 李永涛等 1 9 9 7 夏星辉 等 1 9 9 7 张桂春等 1 9 9 7 戴树桂 1 9 9 8 可以发现 其治理途径大都采用 了物理法 化学法和生物法几种 一方面改变重金属在土壤中存在的形态 降 低土壤重金属的活性 另一方面是利用特殊植物对重金属的积累 从土壤中去 o 除重金属 从而达到减少土壤重金属含量的目的 3 1 土壤环境背景值和土壤环境容量研究 土壤环境背景值是监测区域环境变化 评价土壤污染和土壤环境影响的重 要指标和基础资料 早在1 9 7 3 年 我国就开始了土壤元素背景值的调查研究 1 9 7 7 年还对土壤环境背景值进行了有组织的系统研究 买永彬等 1 9 9 4 并 出版了 环境背景值数据手册 李健等 1 9 8 9 和 中国土壤元素背景值 中 国环境保护总站 1 9 9 0 土壤环境容量则是区域环境规划和土地利用规划的重要参数 自1 9 8 3 年以 来 土壤环境容量就作为我国国家级项目进行了系统的研究 目前 该领域已 经取得了较大的进展 此外还对土壤环境质量基准进行了专门的研究 周启星 1 9 8 9 在这之后 国家环保局则组织制定了土壤环境质量标准 并于1 9 9 6 年 3 月开始实施 为土壤污染的防治提供了科学依据 1 9 6 1 年美国地质调查局 g c 在美国大陆本土开展背景值的调查工作 1 9 8 4 年发表了 美国大陆土壤及其地表物质中的元素浓度 专项报告 1 9 8 8 年完成 全国土壤背景值的研究工作 共分析了近5 0 个元素 日本于1 9 7 8 1 9 8 4 年在 全国范围内开展了表土和底土元素背景值调查 共测定了a s c d c u p b 等 8 种元素 并提出了背景值表示方法 高太忠等 1 9 9 9 3 2 土壤重金属污染防治 在我国 士壤重金属污染主要由采矿和工业生产活动所引起 尤其与乡镇 工业的发展关系密切 朱荫湄等 1 9 9 9 实践证明 土壤中外来重金属的环境 化学行为与生态过程的研究 是 壤重金属污染防治的关键问题 长期以来 人们对土壤环境中的溶解一沉淀 吸附 解吸 戴树桂 2 0 0 1 陈怀满 1 9 8 6 熊毅 1 9 7 5 廖敏等 1 9 9 9 j o h n 1 9 7 2 l a g e r w e r f f e ta l 1 9 7 2 r i f f a l d i l e la l 1 9 8 3 d a v i s e lo l 1 9 8 0 m a y e r e t 越 1 9 8 1 tb o e k h o k d e la t 1 9 9 3 t e m m i n g h o 髓 e t 口i 1 9 9 7 s a u v e e t 以1 9 9 7 氧化一还原 络合一解络 蒋疆等 2 0 0 1 k u u e 鹪 e l 口 1 9 9 3 l c i 诅 p fa t 1 9 9 1 以及酸碱反应和有机反应等土壤化学的微观机制进 行了相关研究 高振民 1 9 8 6 买永彬等 1 9 9 4 土壤环境中重金属的生物毒性与效应是土壤重金属污染防治所考虑的另一 个问题 研究表明 买永彬等 1 9 9 4 何增耀等 1 9 9 1 r o s 1 9 9 4 土壤中 重金属的毒性水平可用金属离子的致死剂量或亚致死剂量加以表征 由于研究 方法的改进 已经揭示了土壤中重金属生物学毒性的序列如下 h g c u n i p b c o z n c d f e m g c a 不过 这一序列还同士壤类型及其植物种类的不同而有所差异 3 3 重金属在土壤一植物系统中的迁移 由于重金属可通过土壤一植物系统对人畜产生危害 近年来 关于土壤重 金属在蔬菜 农作物中含量的研究报道愈来愈多 例如 藏惠林等 1 9 8 7 1 9 8 9 研究了镉污染土壤中的作物所含的镉量与土壤中镉的关系 秦天才等 1 9 9 8 研究了重金属元素的交互作用对作物吸收的影响 他们利用溶液培养方式研究 了重金属元素的复合污染 发现在含c d 的培养液中加入p b 后 加强了c d 对 小白菜根系的生理生态效应 导致了小白菜对f e 的吸收能力加强 吴燕玉等 1 9 9 4 研究发现 c a s 复合污染导致了苜蓿吸收更多的c u p b 李花粉 等 1 9 9 8 研究了根系分泌物对根际重金属动态的影响 k s p 1 9 9 8 研究了 g e p b z n 对微生物的影响 周焱等 1 9 9 6 研究了镉在植物中的积累效应 及对植物的毒害 许多学者还研究发现 重金属的总量与重金属的各种赋存状态之间存在很 好的相关性 s a u v e 等 1 9 9 7 研究发现c u p b 的总量不仅与水溶性c u p b 有很好的相关性 而且与可交换态c u p b 也有很好的相关性 廖敏等 1 9 9 9 还研究了土壤溶液的p h 对土壤溶液中重金属元素的生物有效性的影响 发现 当p h 6 时 随p h 的上 升而下降 土壤有机质也是影响土壤重金属的一个