降雨量及植被种植对土壤中重金属淋失的影响

白 梅，铁柏清，杨 洋，陈 喆

(湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙410128)

土壤环境中重金属的迁移转化过程分为物理迁移、化学迁移、物理化学迁移、生物迁移等，其迁移转化形式复杂多样，是多种形式的错综结合[1-4]。土壤中是否种植植物、种植植物种类、种植密度大小以及在植物生长过程中灌溉施肥、喷洒农药等农业生产措施，都会影响土壤的理化性质和土壤微环境，从而影响土壤中重金属的迁移转化。笔者在室内淋溶柱模拟试验的基础上，研究了不同降雨量和不同植被种植情况对土壤中重金属淋失的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 土壤样品采集及预处理 供试土壤于2010年4月采自株洲霞湾受重金属污染的农田，田间无水。土壤样品采自耕作层，采样深度为0～20 cm。采用梅花点法采集，每个混合样均由5个以上分点样品组成。土壤样品自然风干，除去草根、石块等杂物，混匀。

1.1.2 土壤背景值测定 采用四分法取部分土壤样品，磨细，过80目筛，用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解法测定土壤中Pb、Zn、Cd含量，用王水水浴消解法测定土壤中As的含量。用电极法测定土壤pH值（25 g/L）。试验土壤中As含量为0.307 mg/g，Pb含量为 2.790 mg/g，Cd含量为 0.202 mg/g，Zn含量为0.586 mg/g，土壤pH值范围为6.5～7.5。

1.1.3 其他试验材料 盆栽用桶、水稻（陆两优819）、人工模拟降雨装置、雨量计、白色聚乙烯瓶、抽滤装置及实验室常用仪器等

1.2 试验方法

将长势均匀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，测量降水量和雨水pH值，收集淋溶水样。当各覆盖度发生明显变化时，需修整植株，以维持原覆盖度。分别采集5.7 mm、20 mm自然降雨量条件下的淋溶水样待测定。如不能及时测定，应将水样置于4℃条件下冷藏保存。

1.3 测定方法

用量筒测量淋溶液体积；滤液中Pb、Zn、Cd的浓度直接用原子吸收分光光度计法（美国瓦里安公司AA-240Z石墨炉原子吸收分光光度计）测定；滤液中As的浓度用原子荧光光谱分析法（北京吉天AFS920型双道原子荧光光度计）测定。

1.4 数据处理

数据采用Excel软件进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 Pb的浓度和总量变化

从图1可知，从不同降雨量来看，在各个种植情况下，20 mm降雨量下淋溶液中Pb的浓度都低于5.7 mm降雨量时淋溶液中Pb的浓度，与室内淋溶柱试验结果相符合。从不同种植情况来看，在不种植时，淋溶液中Pb的浓度低于少量种植（10株水稻）、高于密集种植（18株水稻）淋溶液中Pb的浓度。这可能是因为水稻的种植，土壤中的根系改变了土壤中的溶液环境，在根系局部小环境中，可溶性或可交换态Pb增多，使得土壤中Pb的移动性增强，从而导致淋溶液中Pb的浓度增加。而在密集种植时，可能是因为水稻根系对土壤溶液中Pb的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的Pb，致使淋溶液中Pb的浓度不升反降。

图1 淋溶液中Pb的浓度

由图2可见，不种植时，5.7 mm降雨量时和20 mm降雨量时土壤中淋出Pb的总量没有变化。但是，在5.7 mm降雨量下，少量种植和密集种植时土壤中Pb的淋出量均比不种植时少，密集种植减少了45%；而在20 mm降雨量下，土壤中Pb的淋出量猛然增大，密集种植时达到不种植时的21倍。这可能是因为，在降雨量较少时，土壤中溶液环境变化较小，土壤中淋出Pb的总量随着淋失液中Pb浓度的降低而变小；而在20 mm降雨量时，因密集种植时淋失液的体积大于不种植和少量种植时淋失液的体积，使得密集种植时土壤中淋失Pb的总量最大。

图2 土壤中淋出Pb的总量

2.2 Zn的浓度和总量变化

从图3可以看出，淋溶液中Zn的浓度在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，这与室内淋溶柱模拟试验结果不符，可能是因为在20 mm降雨量时，降雨强度较大，对土壤冲洗较厉害，一部分原先被土壤吸附的Zn被解吸，致使淋出液中Zn的浓度增大。从不同种植量来看，少量种植时淋溶液中Zn的浓度大于不种植时淋溶液中Zn的浓度，可能是因为水稻的种植，土壤中的根系改变了土壤中的溶液环境，在根系局部小环境中，可溶性或可交换态Zn增多，使得土壤中Zn的移动性增强，进而导致淋溶液中Zn的浓度增加；在5.7 mm降雨量时，密集种植时淋出液中Zn的浓度低于少量种植时淋溶液中Zn的浓度，可能是因为水稻根系对土壤溶液中Zn的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的Zn，致使淋溶液中Zn的浓度降低；而在20 mm降雨量时，密集种植时淋溶液中Zn的浓度高于少量种植淋溶液中Zn的浓度，可能是因为在20 mm降雨量时，降雨强度较大，对土壤冲洗较厉害，影响了土壤中根系对Zn的吸附，使得淋出液中Zn的浓度增大。

图3 淋溶液中Zn的浓度

由图4可见，土壤中淋出Zn的总量，20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，一方面是由于淋溶液中Zn的浓度在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，另一方面是因为20 mm降雨量时淋溶液的体积大于5.7 mm降雨量时林溶液的体积。从不同种植量来看，在5.7 mm降雨量条件下，土壤中淋出Zn的总量随种植密度的增加变化不大，甚至略有减小，这可能是因为降雨量较小，土壤环境几乎没有变化，导致土壤中淋出Zn的总量变化较小。而在20 mm降雨量时，土壤中淋出Zn的总量在少量种植和密集种植时都明显低于不种植时，因为Zn是植物生长必需的元素，水稻在生长过程中不断地吸收土壤中的Zn，致使土壤中淋失的Zn的总量下降。

图4 土壤中淋出Zn的总量

2.3 Cd的浓度和总量变化

从图5可以看出，淋溶液中Cd的浓度在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，这与室内淋溶柱模拟试验结果不符，可能是因为在20 mm降雨量时，降雨强度较大，对土壤冲洗较厉害，一部分原先被土壤吸附的Cd被解吸，致使淋出液中Cd的浓度增大。从不同种植量来看，少量种植时淋溶液中Cd的浓度大于不种植时淋溶液中Cd的浓度，可能是因为水稻的种植，植物根系改变了土壤中的溶液环境，在根系局部小环境中，可溶性或可交换态Cd增多，使得土壤中Cd的移动性增强，导致淋溶液中Cd的浓度增加；而在密集种植时，可能是因为水稻根系对土壤溶液中Cd的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的Cd，从而使淋溶液中Cd的浓度降低。

图5 淋溶液中Cd的浓度

由图6可见，土壤中淋出Cd的总量，在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，这一方面是因为淋溶液中Cd的浓度在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，另一方面是因为20 mm降雨量下淋溶液的体积大于5.7 mm降雨量时淋溶液的体积。从不同种植量来看，土壤中淋出Cd的总量都随着水稻种植量的增大而稍微减小，可能是因为土壤中水稻根系对土壤中Cd的吸收和吸附较强，从而使土壤中淋失的Cd的总量减少。

图6 土壤中淋出Cd的总量

2.4 As的浓度和总量变化

从图7可以看出，在不种植的情况下，在5.7 mm降雨量和20 mm降雨量下淋溶液中As的浓度一样。而在5.7 mm降雨量时，少量种植时淋溶液中As的浓度远远高于不种植和密集种植时淋溶液中As的浓度。这可能是因为水稻的种植，植物根系改变了土壤中的溶液环境，在根系局部小环境中，可溶性或可交换态As增多，使得土壤中As的移动性增强，导致淋溶液中As的浓度增加；而在密集种植时，可能是因为水稻根系对土壤溶液中As的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的As，致使淋溶液中As的浓度不升反降。在20 mm降雨量下，淋溶液中As的浓度随着水稻种植量的增加而减少。可能是因为水稻根系对土壤溶液中As的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的As，致使淋溶液中As的浓度降低。

图7 淋溶液中As的浓度

从图8可以看出，土壤中淋出As的总量，在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时，主要是因为在20 mm降雨量下淋溶液的体积大于5.7 mm降雨量时淋溶液的体积。从不同种植量来看，在5.7 mm降雨量时，土壤中淋出As的总量随种植量的增加呈现下降趋势；而在20 mm降雨量时，土壤中淋出As的总量随种植量的增加迅速减少，这主要是因为水稻根系对土壤溶液中As的吸收和吸附超过了土壤溶液环境中增加的As，致使土壤中淋出As的总量减少。

图8 土壤中淋出As的总量

3 小结

（1）从不同降雨量来看，淋溶液中Pb、As的浓度，在20 mm降雨量时低于（或不大于）5.7 mm降雨量时，而淋溶液中Zn、Cd的浓度，在20 mm降雨量时高于5.7 mm降雨量时；在20 mm降雨量时土壤中淋出 Pb、Zn、Cd、As的总量高于（或不低于）5.7 mm降雨量时土壤中淋出Pb、Zn、Cd、As的总量。

（2）从不同种植量来看，少量种植时淋溶液中Pb、Zn、Cd 的浓度都大于不种植时林溶液 Pb、Zn、Cd的浓度；密集种植时，淋溶液中Pb的浓度低于不种植时淋溶液中Pb的浓度，Cd的浓度比少量种植时低；在5.7 mm降雨量时，密集种植时淋出液中Zn的浓度低于少量种植时淋出液中Zn的浓度，而在20 mm降雨量时，密集种植时淋溶液中Zn的浓度高于少量种植时淋出液中Zn的浓度。土壤中淋出Cd、As的总量都随着水稻种植量的增大而减小；在5.7 mm降雨量条件下，土壤中淋出Zn的总量随种植密度的增加变化不大，而土壤中Pb的淋出量减少；在20 mm降雨量时，土壤中淋出Zn的总量在少量种植和密集种植时都小于不种植时，而土壤中Pb的淋出量猛然增大。

（3）在5.7 mm降雨量时，少量种植时淋溶液中As的浓度远远高于不种植和密集种植时淋溶液中As的浓度。在20 mm降雨量下，淋溶液中As的浓度随着水稻种植量的增加而减少。

[1]章 骅，何品晶，吕 凡，等.重金属在环境中的化学形态分析研究进展[J].环境化学，2011，30（1）：130-137.

[2]罗 磊，张淑贞，马义兵.土壤中砷吸附机理及其影响因素研究进展[J].土壤，2008，40（3）：351-359.

[3]赵兴敏，王春玲，董德明，等.重金属和有机氯农药在沈阳郊区农田土壤中的吸附和迁移 [J].环境科学学报，2010，30（9）：1880-1887.

[4]赵中秋，朱永官，蔡运龙.镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素[J].生态环境，2005，14（2）：282-286.