基于重金屬對土壤動物多樣性影響評價土壤重金屬的研究

付桂珍，盧鄒勇，王 蘭，常漢亭，賈 磊

（武漢理工大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢430070）

1 引言

隨著工農業的迅速發展，重金屬引起的環境污染問題也隨之出現。重金屬在土壤中不易隨水淋濾，也不易被微生物降解，常在土壤中積累，當土壤中的有害重金屬含量累積到一定程度時就會影響土壤生態系統的穩定性，并可通過食物鏈途徑危及人類的健康［1］。

現在土壤重金屬評價的標準是GB15618－1995，該標準規定了土壤重金屬標準分級，指導現在土壤環境重金屬質量評價工作。土壤本身的性質對重金屬的有效性和敏感性有很大的影響，而GB15618－1995不能很好的區別對待，許多學者也認為土壤中重金屬的總量不能很好反應其生物有效性［2，3］，因此希望通過簡單提取方法表征土壤重金屬有效性。土壤動物是土壤生態系統的重要組成部分，在土壤有機質分解，養分循環，改善土壤結構以及微環境的穩定與健康等方面發揮重要作用，由于土壤動物的主要類群與土壤生態系統各方面的信息密切聯系在一起，因此，土壤動物對土壤重金屬的反應十分敏感，由于土壤重金屬污染具有隱蔽性的特點，通過土壤動物多樣性抑制效應評價土壤重金屬既有評價價值還有指示劑的效應。

2 土壤重金屬標準的建立分析

2.1 土壤重金屬與土壤動物多樣性抑制的相關性

2.1.1 重金屬污染對土壤動物群落結構的毒性影響

土壤動物對重金屬具有一定的耐受限度，但當重金屬含量超過這一限度時就會產生毒性效應，影響其正常的生理功能和群落結構。近年來對土壤動物的生態毒理毒性研究已有相當廣泛的報道，為土壤毒性評價和環境風險評估提供了重要依據。重金屬污染對土壤動物群落結構和功能具有一定的制約性和破壞性，在這方面開展的研究工作較多，得出的分析結果也基本一致，就是隨著重金屬污染的加重，群落結構呈現簡單化和不穩定化，土壤動物的種類和數量逐漸減少，優勢類群和常見類群也明顯減少［4，5］。此外，Georgieva等［6］發現重金屬污染對線蟲的生活史策略影響較大，k策略個體明顯減少，而r策略個體顯著增加。因此，土壤動物群落結構的變化可明顯反應出土壤污染狀況，對環境污染的早期預示具有重要的作用。

2.1.2 土壤重金屬與土壤動物多樣性抑制率的相關性分析

表1 土壤重金屬對土壤動物多樣性抑制的實驗結果

利用Excel軟件線性擬合綜合污染指數與土壤動物多樣性的抑制率，見圖1。

圖1中土壤重金屬綜合污染指數和土壤動物多樣性抑制率線性正相關，相關系數R2＝0.7289，可見，利用土壤動物多樣性抑制率來評價土壤重金屬的水平是可行的。

圖1 綜合污染指數與土壤動物多樣性抑制率的線性擬合

2.2 土壤環境重金屬分類和標準分級

2.2.1 土壤環境重金屬分類

根據土壤應用功能和保護目標，劃分為以下3類。

（1）Ⅰ類。主要適用于國家規定的自然保護區（原有背景重金屬含量高的除外）、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護地區的土壤，土壤質量基本上保持自然背景水平。

（2）Ⅱ類。主要適用于一般農田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤環境重金屬基本上對植物和環境不造成危害和污染。

（3）Ⅲ類。主要適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產附近等地的農田土壤（蔬菜地除外）。土壤環境重金屬基本上保證植物存活和環境的可持續［8］。

2.2.2 土壤環境重金屬標準分級

一級標準為保護區域自然生態，維持自然背景的土壤環境重金屬的限制值。二級標準為保障農業生產，維護人體健康的土壤重金屬限制值。三級標準為保障農林業生產和植物生長的土壤臨界值。

各類土壤環境重金屬執行標準的級別規定如下：Ⅰ類土壤環境重金屬執行一級標準；Ⅱ類土壤環境重金屬執行二級標準；Ⅲ類土壤環境重金屬執行三級標準。

2.3 基于土壤動物多樣性抑制效應的重金屬評價體系的建立

在現有的重金屬污染對土壤動物多樣性影響研究中，綜合污染評價級別分為未污染、輕污染、中污染、重污染、嚴重污染。由于土壤環境質量標準GB15618－1995中土壤重金屬執行三級標準，所以，本文將未污染分為一級標準，輕污染、中污染分為二級標準。中污染、嚴重污染分為三級標準。在大量的實驗數據中［9～13］，未污染的重金屬條件下的土壤動物多樣性的抑制率總是小于1%；輕污染和中污染的重金屬條件下的土壤動物多樣性的抑制率最小為1.7%，最大為15.5%，平均值為5.95%，其中1%～10%的比例為83.3%；重污染和嚴重污染的重金屬條件下的土壤動物多樣性的抑制率最小為9.9%，最大為46.9%，平均值為19.3%，在10%～50%的比例為85.9%。綜上所述，得到土壤重金屬評價標準見表2。

表2 基于土壤動物多樣性抑制效應評價土壤重金屬標準

現有的土壤重金屬評價標準見表3。

表3 現有的土壤重金屬質量標準值

重金屬的標準與現有評價標準的比較。

根據周煥新［14］的研究成果，鉛在不同濃度的實驗條件下，土壤動物多樣性的抑制率有差異，具體見表4。

表4 不同鉛濃度對土壤動物多樣性的抑制效應

比較處理2和處理3，土壤中鉛的濃度增加了，但土壤動物多樣性的抑制率沒有相應的增加而是下降，說明土壤動物多樣性抑制效應的評價土壤重金屬就充分考慮了土壤重金屬的生物有效性。

利用土壤重金屬對土壤動物多樣性抑制效應評價重金屬的標準和現有的土壤重金屬評價標準評價上例土壤重金屬，得到評價結果，見表5。

表5 基于土壤動物多樣性抑制效應評價土壤重金屬與現有標準評價結果對比

對比結果顯示，基于土壤動物多樣性抑制效應的評價較之現有的評價標準更嚴格，在現有評價標準下為2級土壤，基于動物多樣性抑制效應的評價標準下為3級。

4 結語

通過簡單提取方法表征土壤重金屬生物有效性評價土壤重金屬更有現實指導意義，探討了利用土壤重金屬對土壤動物多樣性抑制效應評價土壤重金屬，得出以下結論。

（1）有關土壤理化性質對污染物的生物可利用濃度的影響廣為人知，不同土壤對重金屬的生物有效性和敏感性各不相同。而基于土壤動物多樣性抑制率評價土壤重金屬就充分考慮土壤理化性質等其他因素對土壤重金屬有效性，所以應選擇適當的對照土壤。

（2）當土壤重金屬IC大于IC50的土壤，土壤動物多樣性及數量大量減少，IC50可以作為保護土壤動物臨界值，在土壤重金屬修復中具有重要指導意義。

（3）實驗結果是在只考慮土壤重金屬污染而不考慮其他污染對土壤動物多樣性的抑制影響的實驗條件下，但是在現實綜合污染情景下，也有評價綜合污染的參考價值。

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