土壤根系土壤重金屬形態特征研究

項萌+闞嘯林

摘 要：對冶煉區中重金屬Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd進行了賦存形態分析。為進一步分析Sb、As等重金屬從土壤進入到農作物體系的遷移機理提供基礎依據。

關鍵詞：根際土壤；重金屬形態；生物有效性

中圖分類號：TF81 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0191-02

近年來，越來越多的土壤受到重金屬污染。就世界范圍來看，全世界每年平均排放汞115萬t，錳1500萬t，銅340萬t，鉛500萬t，鎳100萬t。據估計，我國受重金屬污染的耕地面積已達到2000萬hm2，約占耕地面積的1/5，每年因為土壤污染而減產糧食1000多萬t，另外還有1200萬t糧食重金屬超標，二者的直接經濟損失達200多億元[1]。冶煉廠是土壤重金屬的一個重要來源，其生產過程中排放的大量有毒有害物質通過大氣沉降、廢渣滲濾和污水灌溉進入土壤，致使周邊土壤受到不同程度的污染[2，3]。土壤重金屬含量污染不但影響種植作物的產量與品質，還通過食物鏈對動物和人體產生危害[4]。而且也是影響大氣和水環境質量的重要污染源。因此，其成為當今環境科學領域的研究熱點[5]。

1 研究區域及冶煉廠概況

本文所研究的冶煉廠位于廣西西北部河池市金城江區，北緯108°02′，東經24°42′，海拔180～210m，附近有江遼、江葉、上屯、下屯4個村落。冶煉廠三面環山，背靠將軍山，南臨乾獨大山，西南方向為一無名山。由于銻冶煉廠位于山間谷地，地形閉塞，廢氣煙塵往往難以擴散，易在局部富集、沉降，造成冶煉廠周圍環境污染更加嚴重，引起樹木枯死，農作物欠收，對人體健康也有很大危害。

冶煉廠的冶煉礦石主要是輝銻礦（Sb2S3）、輝銻鐵礦（FeSb2S4）、斜硫銻鉛礦（Pb5Sb8S17）等，主要產品為銻銅合金、鉛鉍合金、鉛銻有價金屬、銻白焦銻酸鈉。

冶煉區土壤中水溶態的金屬元素，除了因淋濾作用發生遷移擴散外，還有一部分則主要被生長的農作物根系所吸收，進而傳輸到農作物地上部分。通過對冶煉區農作物中Sb、As等重金屬含量的研究，可分析Sb、As等重金屬在農作物體中的分布特征，亦可為進一步分析Sb、As等重金屬從土壤進入到農作物體系的遷移機理提供基礎依據，同時有助于探尋銻冶煉區環境中的適生農作物。

2 試驗方法

植物體內重金屬形態連續提取所用的提取劑依次為：80%乙醇、去離子水、1mol/L氯化鈉溶液、2%醋酸、0.6mol/L鹽酸。其中80%乙醇提取以硝酸鹽、氯化物為主的無機鹽和氨基酸鹽；去離子水提取水溶性有機酸鹽，磷酸二氫鹽等；1mol/L氯化鈉提取果膠酸鹽，與蛋白質呈結合態或吸著態的金屬；2%醋酸提取難溶于水的磷酸鹽、0.6mol/L鹽酸提取草酸鹽。具體方法如下：準確稱取2.500g鮮樣，置于燒杯中，加入50ml提取劑，在30℃恒溫箱內放置18h后回收提取液，再在放置樣品的燒杯中加入等體積的同樣提取液，浸取2h后再回收提取液，以后再重復兩次。收集4次提取液（共200ml）于燒杯中，在140℃電熱板上蒸發近干后，用4：1的硝酸和高氯酸15ml消解定容[6]。

3 結果與討論

農作物根際土壤Sb等有害元素含量見表。通過表2數據可以發現：農作物根際土壤中含量較高的元素是Sb、As、Pb、Cu和Zn。Sb、As、Pb是對植物生長有毒有害的元素，Cu、Zn是植物生長所需微量元素，但超過一定量也會對植物生長產生毒害作用。Sb、As、Pb、Cu和Zn均超過農作物正常生長土壤的含量[7]。

根據歐共體參比司對土壤重金屬形態進行分級，可把土壤重金屬劃分為乙酸可提取態（包括水溶態、交換態、碳酸鹽結合態）、可還原態（即鐵錳氧化物結合態）、可氧化態（即有機結合態和重金屬硫化物）和殘渣態，按照改進的BCR四步提取法，依次提取四種形態，并把農作物根系土壤各樣點、各種形態的實測數據加以平均，可得土壤中Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd的形態分布特征，見圖1。

總體來看，農作物根系土壤中六種不同元素各種形態所占比例也各不相同。其中90.8%的Sb、93.6%的As、65.4%的Pb、63.1%的 Zn、71.3%的Cu、68.2%的Cd在農作物根系土壤中是殘渣態。殘渣態是指重金屬中與礦物晶體結構緊密相連的部分，通常很難被植物利用。Sb的形態分布趨勢為殘渣態>乙酸可提取態>可還原態>可氧化態；As元素的形態分布為殘渣態>乙酸可提取態>可還原態>可氧化態；Pb元素的形態分布為殘渣態>乙酸可提取態>可氧化態>可還原態；Zn的形態分布為殘渣態>乙酸可提取態>可氧化態=可還原態；Cu的形態分布為殘渣態>乙酸可提取態>可氧化態>可還原態；Cd的形態分布為殘渣態>可氧化態>乙酸可提取態>可還原態。用乙酸可提取態值來表示重金屬的生物有效性大小，即在農作物生長期間可以被它直接利用的量。由此可見土壤中重金屬的含量并不能完全說明其對農作物危害性的大小，只通過含量高低來評價重金屬污染水平存在一定的局限性。

可見土壤中Sb的生物有效性低，Baroni et al.（2000）和Hammel et al.（2000）也報道了銻礦區土壤中Sb的生物有效性低[8，9]，當土壤中Sb已易遷移形式，即生物易利用態存在時，易被植物吸收（Baroni et al.，2000； Hammel et al.2000；He，2007）[8，9，10]。因此，盡管研究區內土壤中生物易利用態含量百分比很低，但是由于土壤中總Sb含量高，仍然有大量的Sb被農作物有效吸收，并積累于農作物體內。此外，在外界環境擾動下，可氧化態和可還原態也可能釋放，被農作物吸收，具有潛在威脅。

參考文獻：

[1]杜平.鉛鋅冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的空間分布及其形態研究[D].中國環境科學研究院，2007.endprint