山東省某縣表層土壤重金屬形態特征及影響因素

李文全

摘? 要：為了解研究區重金屬元素形態特征，對于部分代表性土壤樣品測定了砷、鎘、鉻、汞、鉛、鎳、銅、鋅等8種重金屬元素的水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳結合態、腐殖酸結合態、強有機結合態和殘渣態等七種形態。統計結果表明，重金屬元素除Cd外，其余元素形態以殘渣態為主，土壤理化性質改變可以影響到重金屬元素不同形態之間的轉化，可以根據情況因地制宜，改變土壤理化性質，以避免生態環境問題的發生。

關鍵詞：土壤;重金屬;形態;潛在生態危害

中圖分類號：X753? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0065-02

近年來，隨著經濟的發展，環境污染問題日益突出。重金屬污染物來源廣泛，包含工業和生活的廢水、農藥、化肥及大氣降塵等幾種形式。國內外學者對于重金屬存在形式及遷移轉化規律做了大量研究，已經認識到重金屬的生物毒性不僅與其總量有關，更大程度上是由其形態分布所決定[1]。土壤作為重金屬污染物載體之一，其污染水平與人類自身的健康息息相關。土壤中的重金屬較難遷移，具有殘留時間長、隱蔽性強、毒性大等特點[2]。山東省某縣經濟發達，已經完成1：5萬土地質量地球化學調查與評價工作，縣域內土壤環境質量良好，但面臨一定的重金屬污染壓力。

1 研究區概況

研究區位于山東省中部平原區，屬北溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多旱，冬季漫長干冷。區內地勢南高北低，由西南向東北傾斜，略呈微波狀。研究區出露地層主要為第四紀松散堆積物，其下伏隱伏地層有中新生代陸相盆地沉積和古生代海相-海陸交互相沉積巖系等。土壤類型主要有潮褐土、潮土、鹽化潮土、濕潮土、砂姜黑土5個亞類。成土母質分為山前洪沖積物、第四系湖（河）相靜水沉積物、黃泛沖積物等幾種類型。

2 樣品采集與分析

樣品采集時間為農作物收獲期，樣品采集深度為0-20cm，采用多點組合采樣方法，每個分樣點采集部位、采集深度、采集重量保持一致，共采集5件形態分析樣品。樣品采集后自然風干，過10目篩后送到實驗室，分析方法采用全譜直讀電感藕合等離子發射光譜法和氫化物發生原子熒光光譜法。分析過程嚴格按照規范進行，確保實驗結果可靠。

3 研究區土壤重金屬形態特征及影響因素

對于重金屬形態，目前還沒有統一的定義和分類方法，本文上述七種形態，其中離子交換態重金素，對環境變化敏感，易于遷移轉化，能被植物吸收;碳酸鹽結合態對土壤環境條件特別是pH值最敏感， pH值升高有利于碳酸鹽的生成[3];殘渣態比較穩定，植物對該形態可吸收性較低。

3.1 土壤中重金屬元素形態分布特征

Cu元素以殘渣態為主，所占比例在53.79%以上，次為腐植酸結合態和鐵錳結合態，離子交換態和水溶態所占比例較低，均小于1.20%;Pb元素以殘渣態和鐵錳結合態為主，兩者所占比例平均值分別為44.62%、29.79%，次為腐殖酸結合態、碳酸鹽態、強有機結合態，離子交換態和水溶態所占比例較低，平均值分別為0.68%、0.43%;Zn元素以殘渣態為主，所占比例最高值為74.68%，平均值為64.13%，次為鐵錳結合態、腐植酸結合態、碳酸鹽態，離子交換態和水溶態所占比例的平均值分別為0.57%、0.37%;Ni元素以殘渣態為主，所占比例最高值為76.71%，平均值為71.93%，次為強有機結合態、鐵錳氧化態、腐植酸結合態、碳酸鹽態、離子交換態、水溶態（按所占比例的平均值由大到小排列），其中離子交換態和水溶態所占比例的平均值為0.72%、0.38%;Cr元素形態以殘渣態為主，所占比例最高值為91.94%，平均值為88.33%，其余形態所占比例較低;Cd元素以碳酸鹽態為主，所占比例的平均值為44.25%，次為腐殖酸結合態，其余形態所占比例較低;As元素以殘渣態為主，所占比例平均值為69.79%，次為鐵錳氧化態、腐殖酸結合態，離子交換態和水溶態所占比例較低，平均值分別為1.10%、1.66%;Hg元素以殘渣態為主，所占比例最高值為78.32%，平均值為69.67%，其余形態除強有機結合態（所占比例平均值為13.11%）外，其余形態所占比例差別不大。

綜上所述，除Cd外，其他元素均以殘渣態為主，其中Pb元素殘渣態略低，略大于40%，其余均在50%之上，Cr元素殘渣態約在90%。除Cu、AS、Hg外，其余元素水溶態小于離子交換態。其余形態碳酸鹽態、腐植酸結合態、鐵錳結合態、強有機結合態因元素的不同所占比例大小排序有所不同。

3.2 土壤重金屬元素的生物可利用率

土壤中不同形態重金屬的遷移能力和毒性不同，可用生物可利用系數來評價植物對重金屬元素的吸收性。從植物的可吸收性來看，Cd元素離子交換態和水溶態所占的比例最高，為5.45%，Cr最低，為0.54%，Cu、Pb、Zn、Ni、Hg、As所占比例依次為1.19%、1.12%、0.94%、1.10%、4.65%、2.75%。上述結果表明Cd元素相對于其他元素來說，其生態危害性高于其他重金屬元素。

3.3 影響土壤重金屬元素形態遷移轉化的因素

影響土壤重金屬元素存在形態的因素很多，除重金屬元素總量以外，其余如土壤理化性質及外源性輸入對重金屬形態的分布情況也產生一定影響。因數據有限，本文僅對重金屬各形態所占比例與土壤中pH、有機質進行回歸分析。

3.3.1 重金屬元素形態隨土壤pH變化規律

土壤pH值是土壤酸堿度的反映，同時也是影響重金屬及其形態分布的最重要因素之一。pH值分別與Hg元素離子交換態和水溶態進行回歸分析，建立一元線性回歸方程：Hg離子交換態百分比=-2.5577×（pH值）+22.244，R2=0.4329;Hg水溶態百分比=-2.9981×（pH值）+26.04，R2=0.3318。由回歸方程可知，隨著pH的升高，Hg元素離子交換態含量降低，Hg元素水溶態含量降低。

pH值與As元素及Pb元素各形態進行回歸分析，發現土壤pH對As和Pb形態的影響具有特殊性，不呈線性分布。As的水溶態、離子交換態、碳酸鹽態和腐植酸態所占比例在7.8～7.9的范圍內處于低點，當pH<7.8時As元素的水溶態、離子交換態、碳酸鹽態和腐植酸態略微增加，當pH>7.9時As元素的水溶態、離子交換態、碳酸鹽態所占比例迅速上升，腐植酸態基本不受影響。因此防止土壤鹽堿化是降低As危害的可靠方法。Pb的水溶態、離子交換態、腐植酸態所占比例在7.8～7.9的范圍內處于低點，當pH<7.8時Pb元素的腐質酸態、離子交換態略微增加，當pH>7.9時Pb元素的離子交換態、腐植酸態所占比例上升明顯，Pb的水溶態受pH變化不是很明顯。因此通過人工干預手段保持土壤pH值在合理的變化范圍內，可有效降低Pb的危害。

3.3.2 土壤有機質對重金屬元素形態的影響

土壤有機質是土壤的重要組成部分之一，也是土壤肥力的一個重要指標，同時土壤中有機質含量水平對于土壤中重金屬元素各形態相對含量產生影響，使各形態相對含量發生變化。pH值分別與Hg元素離子交換態和水溶態進行回歸分析，建立一元線性回歸方程：Hg離子交換態百分比=-1.1918×有機質百分含量+5.1661，R2=0.8081;Hg水溶態百分比=-0.8239×有機質百分含量+4.5742，R2=0.2154。由回歸方程可知有機質含量的增加可以使土壤中Hg的離子交換態和水溶態等可吸收形態所占的比例下降。

4 結束語

（1）研究區內重金屬形態除Cd以外，其他元素均以殘渣態為主，重金屬被植物吸收利用率較低。

（2）重金屬的危害性不僅與元素總量有關，還與不同形態所占的比例有關，對于重金屬污染或存在潛在危害地區，可以通過增加土壤有機物含量、調節土壤酸堿度等改變土壤理化性質的手段，降低重金屬元素可利用形態含量水平，以避免生態環境問題的發生。

參考文獻：

[1]關天霞，何紅波，張旭東，等.土壤中重金屬元素形態分析方法及形態分布的影響因素[J].土壤通報，2011，42（02）：503-512.

[2]韓春梅，王林山，鞏宗強，等.土壤中重金屬形態分析及其環境學意義[J].生態學雜志，2005（12）：1499-1502.

[3]李宇慶，陳玲，仇雁翎，等.上海化學工業區土壤重金屬元素形態分析[J].生態環境，2004，13（2）：154-155.