降雨量及植被種植對土壤中重金屬淋失的影響

白 梅，鐵柏清，楊 洋，陳 喆

(湖南農業大學資源環境學院，湖南長沙410128)

土壤環境中重金屬的遷移轉化過程分為物理遷移、化學遷移、物理化學遷移、生物遷移等，其遷移轉化形式復雜多樣，是多種形式的錯綜結合[1-4]。土壤中是否種植植物、種植植物種類、種植密度大小以及在植物生長過程中灌溉施肥、噴灑農藥等農業生產措施，都會影響土壤的理化性質和土壤微環境，從而影響土壤中重金屬的遷移轉化。筆者在室內淋溶柱模擬試驗的基礎上，研究了不同降雨量和不同植被種植情況對土壤中重金屬淋失的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 土壤樣品采集及預處理 供試土壤于2010年4月采自株洲霞灣受重金屬污染的農田，田間無水。土壤樣品采自耕作層，采樣深度為0～20 cm。采用梅花點法采集，每個混合樣均由5個以上分點樣品組成。土壤樣品自然風干，除去草根、石塊等雜物，混勻。

1.1.2 土壤背景值測定 采用四分法取部分土壤樣品，磨細，過80目篩，用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解法測定土壤中Pb、Zn、Cd含量，用王水水浴消解法測定土壤中As的含量。用電極法測定土壤pH值（25 g/L）。試驗土壤中As含量為0.307 mg/g，Pb含量為 2.790 mg/g，Cd含量為 0.202 mg/g，Zn含量為0.586 mg/g，土壤pH值范圍為6.5～7.5。

1.1.3 其他試驗材料 盆栽用桶、水稻（陸兩優819）、人工模擬降雨裝置、雨量計、白色聚乙烯瓶、抽濾裝置及實驗室常用儀器等

1.2 試驗方法

將長勢均勻的水稻幼苗移栽至填好土壤的桶中，并淹水2 cm。利用自然降雨，測量降水量和雨水pH值，收集淋溶水樣。當各覆蓋度發生明顯變化時，需修整植株，以維持原覆蓋度。分別采集5.7 mm、20 mm自然降雨量條件下的淋溶水樣待測定。如不能及時測定，應將水樣置于4℃條件下冷藏保存。

1.3 測定方法

用量筒測量淋溶液體積；濾液中Pb、Zn、Cd的濃度直接用原子吸收分光光度計法（美國瓦里安公司AA-240Z石墨爐原子吸收分光光度計）測定；濾液中As的濃度用原子熒光光譜分析法（北京吉天AFS920型雙道原子熒光光度計）測定。

1.4 數據處理

數據采用Excel軟件進行整理分析。

2 結果與分析

2.1 Pb的濃度和總量變化

從圖1可知，從不同降雨量來看，在各個種植情況下，20 mm降雨量下淋溶液中Pb的濃度都低于5.7 mm降雨量時淋溶液中Pb的濃度，與室內淋溶柱試驗結果相符合。從不同種植情況來看，在不種植時，淋溶液中Pb的濃度低于少量種植（10株水稻）、高于密集種植（18株水稻）淋溶液中Pb的濃度。這可能是因為水稻的種植，土壤中的根系改變了土壤中的溶液環境，在根系局部小環境中，可溶性或可交換態Pb增多，使得土壤中Pb的移動性增強，從而導致淋溶液中Pb的濃度增加。而在密集種植時，可能是因為水稻根系對土壤溶液中Pb的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的Pb，致使淋溶液中Pb的濃度不升反降。

圖1 淋溶液中Pb的濃度

由圖2可見，不種植時，5.7 mm降雨量時和20 mm降雨量時土壤中淋出Pb的總量沒有變化。但是，在5.7 mm降雨量下，少量種植和密集種植時土壤中Pb的淋出量均比不種植時少，密集種植減少了45%；而在20 mm降雨量下，土壤中Pb的淋出量猛然增大，密集種植時達到不種植時的21倍。這可能是因為，在降雨量較少時，土壤中溶液環境變化較小，土壤中淋出Pb的總量隨著淋失液中Pb濃度的降低而變小；而在20 mm降雨量時，因密集種植時淋失液的體積大于不種植和少量種植時淋失液的體積，使得密集種植時土壤中淋失Pb的總量最大。

圖2 土壤中淋出Pb的總量

2.2 Zn的濃度和總量變化

從圖3可以看出，淋溶液中Zn的濃度在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，這與室內淋溶柱模擬試驗結果不符，可能是因為在20 mm降雨量時，降雨強度較大，對土壤沖洗較厲害，一部分原先被土壤吸附的Zn被解吸，致使淋出液中Zn的濃度增大。從不同種植量來看，少量種植時淋溶液中Zn的濃度大于不種植時淋溶液中Zn的濃度，可能是因為水稻的種植，土壤中的根系改變了土壤中的溶液環境，在根系局部小環境中，可溶性或可交換態Zn增多，使得土壤中Zn的移動性增強，進而導致淋溶液中Zn的濃度增加；在5.7 mm降雨量時，密集種植時淋出液中Zn的濃度低于少量種植時淋溶液中Zn的濃度，可能是因為水稻根系對土壤溶液中Zn的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的Zn，致使淋溶液中Zn的濃度降低；而在20 mm降雨量時，密集種植時淋溶液中Zn的濃度高于少量種植淋溶液中Zn的濃度，可能是因為在20 mm降雨量時，降雨強度較大，對土壤沖洗較厲害，影響了土壤中根系對Zn的吸附，使得淋出液中Zn的濃度增大。

圖3 淋溶液中Zn的濃度

由圖4可見，土壤中淋出Zn的總量，20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，一方面是由于淋溶液中Zn的濃度在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，另一方面是因為20 mm降雨量時淋溶液的體積大于5.7 mm降雨量時林溶液的體積。從不同種植量來看，在5.7 mm降雨量條件下，土壤中淋出Zn的總量隨種植密度的增加變化不大，甚至略有減小，這可能是因為降雨量較小，土壤環境幾乎沒有變化，導致土壤中淋出Zn的總量變化較小。而在20 mm降雨量時，土壤中淋出Zn的總量在少量種植和密集種植時都明顯低于不種植時，因為Zn是植物生長必需的元素，水稻在生長過程中不斷地吸收土壤中的Zn，致使土壤中淋失的Zn的總量下降。

圖4 土壤中淋出Zn的總量

2.3 Cd的濃度和總量變化

從圖5可以看出，淋溶液中Cd的濃度在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，這與室內淋溶柱模擬試驗結果不符，可能是因為在20 mm降雨量時，降雨強度較大，對土壤沖洗較厲害，一部分原先被土壤吸附的Cd被解吸，致使淋出液中Cd的濃度增大。從不同種植量來看，少量種植時淋溶液中Cd的濃度大于不種植時淋溶液中Cd的濃度，可能是因為水稻的種植，植物根系改變了土壤中的溶液環境，在根系局部小環境中，可溶性或可交換態Cd增多，使得土壤中Cd的移動性增強，導致淋溶液中Cd的濃度增加；而在密集種植時，可能是因為水稻根系對土壤溶液中Cd的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的Cd，從而使淋溶液中Cd的濃度降低。

圖5 淋溶液中Cd的濃度

由圖6可見，土壤中淋出Cd的總量，在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，這一方面是因為淋溶液中Cd的濃度在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，另一方面是因為20 mm降雨量下淋溶液的體積大于5.7 mm降雨量時淋溶液的體積。從不同種植量來看，土壤中淋出Cd的總量都隨著水稻種植量的增大而稍微減小，可能是因為土壤中水稻根系對土壤中Cd的吸收和吸附較強，從而使土壤中淋失的Cd的總量減少。

圖6 土壤中淋出Cd的總量

2.4 As的濃度和總量變化

從圖7可以看出，在不種植的情況下，在5.7 mm降雨量和20 mm降雨量下淋溶液中As的濃度一樣。而在5.7 mm降雨量時，少量種植時淋溶液中As的濃度遠遠高于不種植和密集種植時淋溶液中As的濃度。這可能是因為水稻的種植，植物根系改變了土壤中的溶液環境，在根系局部小環境中，可溶性或可交換態As增多，使得土壤中As的移動性增強，導致淋溶液中As的濃度增加；而在密集種植時，可能是因為水稻根系對土壤溶液中As的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的As，致使淋溶液中As的濃度不升反降。在20 mm降雨量下，淋溶液中As的濃度隨著水稻種植量的增加而減少。可能是因為水稻根系對土壤溶液中As的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的As，致使淋溶液中As的濃度降低。

圖7 淋溶液中As的濃度

從圖8可以看出，土壤中淋出As的總量，在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時，主要是因為在20 mm降雨量下淋溶液的體積大于5.7 mm降雨量時淋溶液的體積。從不同種植量來看，在5.7 mm降雨量時，土壤中淋出As的總量隨種植量的增加呈現下降趨勢；而在20 mm降雨量時，土壤中淋出As的總量隨種植量的增加迅速減少，這主要是因為水稻根系對土壤溶液中As的吸收和吸附超過了土壤溶液環境中增加的As，致使土壤中淋出As的總量減少。

圖8 土壤中淋出As的總量

3 小結

（1）從不同降雨量來看，淋溶液中Pb、As的濃度，在20 mm降雨量時低于（或不大于）5.7 mm降雨量時，而淋溶液中Zn、Cd的濃度，在20 mm降雨量時高于5.7 mm降雨量時；在20 mm降雨量時土壤中淋出 Pb、Zn、Cd、As的總量高于（或不低于）5.7 mm降雨量時土壤中淋出Pb、Zn、Cd、As的總量。

（2）從不同種植量來看，少量種植時淋溶液中Pb、Zn、Cd 的濃度都大于不種植時林溶液 Pb、Zn、Cd的濃度；密集種植時，淋溶液中Pb的濃度低于不種植時淋溶液中Pb的濃度，Cd的濃度比少量種植時低；在5.7 mm降雨量時，密集種植時淋出液中Zn的濃度低于少量種植時淋出液中Zn的濃度，而在20 mm降雨量時，密集種植時淋溶液中Zn的濃度高于少量種植時淋出液中Zn的濃度。土壤中淋出Cd、As的總量都隨著水稻種植量的增大而減小；在5.7 mm降雨量條件下，土壤中淋出Zn的總量隨種植密度的增加變化不大，而土壤中Pb的淋出量減少；在20 mm降雨量時，土壤中淋出Zn的總量在少量種植和密集種植時都小于不種植時，而土壤中Pb的淋出量猛然增大。

（3）在5.7 mm降雨量時，少量種植時淋溶液中As的濃度遠遠高于不種植和密集種植時淋溶液中As的濃度。在20 mm降雨量下，淋溶液中As的濃度隨著水稻種植量的增加而減少。

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