重金属在土壤-植物系统中的迁移转化研究进展

黎承波

(广西河池市青秀环保工程咨询服务有限公司，广西 河池 547000)

重金属在土壤-植物系统中的迁移转化研究进展

黎承波

(广西河池市青秀环保工程咨询服务有限公司，广西 河池 547000)

近年来，我国重金属污染事件频发，重金属越来越受到人们的关注与重视。而土壤中的重金属污染往往通过食物链危害动物和人类的健康，因而研究重金属的迁移转化很有必要。本文在查阅文献基础上，综述了重金属在土壤-植物系统中的迁移转化，探寻土壤重金属污染的来源与去向，并提出修复治理措施，以保护人类的安全与健康。

迁移转化；重金属;污染；土壤-植物系统

当前我国土壤重金属污染面临着严峻的形势，土壤学专家，南京农业大学教授潘根兴说，当前，我国土壤污染还出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发。2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起[1]。土壤重金属污染导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，进而通过食物链危害人体健康。本文主要综述分析了土壤重金属污染及其在土壤-植物系统中的迁移转化的影响因素，阐述重金属污染土壤的修复治理措施，对土壤重金属污染的未来方向进行展望。

1 土壤中重金属的主要来源

1.1 重金属的定义

化学上根据金属的密度把金属分成重金属和轻金属。重金属指比重大于5的金属(一般指密度大于4.55g/cm3的金属)，其原子量大于55。重金属约有54种，一般都是属于过渡元素，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属(如汞、铅、镉等)并非生命活动所必需，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有害[2]。土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。

1.2 土壤重金属的主要来源

土壤中重金属一方面来自成土母质，因为重金属是地壳构成的重要元素，经过成土过程，金属元素在土壤中广泛存在。一般情况下此种来源的含量较少，因此不会对生态系统带来危害。另一方面主要是人为因素干扰输入，尤其是工业生产过程中产生的含重金属"三废"通过各种途径进入到土壤中。此外，重金属也随农用物资进入土壤环境。比如部分农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属；肥料中重金属含量一般是磷肥>复合肥>钾肥>氮肥[2]，农药、化肥中的重金属随着农药和化肥的施用进入土壤环境。

2 土壤中重金属的形态

仅依据重金属的总量往往不能充分反映土壤中重金属的化学活性、迁移性、生物可给性以及最终对生态系统或生物有机体的影响。不同形态的重金属产生的环境效应显著不同，直接影响到重金属的生态环境毒性、迁移及其在自然界的循环。土壤中不同形态的提取主要依赖于化学试剂对不同结合态的金属元素溶解能力不同，目前，土壤重金属的形态分级的操作定义大多数是根据各自的研究目的和研究对象来确定连续提取方法。Tessier[3]提出的连续提取法，将沉积物或土壤中金属元素的形态分为交换态、水溶态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态。The Community Bureau of Reference(BCR)提出了较新的划分方法，将重金属的形态划分为四种，即酸溶态(如碳酸盐结合态)、可还原态(如铁锰氧化物态)、可氧化态(如有机态)和残渣态[4]。

3 重金属在土壤-植物系统中的迁移转化

3.1 重金属在土壤-植物系统中的迁移转化

土壤中的重金属通过植物根系吸收，然后不同程度地分布在植物的根、茎、叶和果实中。不同植物从土壤中吸收迁移重金属的能力明显不同，相同植物对不同重金属的转移能力也不一致。重金属在农作物体内分布的一般规律为：根>茎叶>壳>籽实。李泽琴等[5]研究了不同种类的蔬菜对重金属的吸收富集能力依次为：莴笋茎>空心菜>韭菜>茄子>西葫芦。高永华[6]等对污染区土壤-植物系统中重金属的分布做了研究，研究表明重金属含量总体分布趋势为藕地>玉米地>油菜。同一蔬菜对不同重金属的吸收有差异，油菜对Cd的吸收比较明显，而对Zn、Cr的吸收相对较少。藕最容易吸收Pb，而对Cr、Cd、Zn吸收却相对较少。不同部位对重金属的积累情况也不同。如Cr在油菜中的积累为根部>茎>叶，Cd为根部>茎>叶，而Pb则为根=茎>叶，Cu为叶>根部>茎，Zn为根部>叶>茎。

3.2 重金属在土壤-植物系统中的迁移转化的影响因素

3.2.1 土壤条件的不同对重金属迁移转化的影响

不同土壤条件下的影响，可引起土壤中重金属元素存在形态的差异，从而影响重金属的迁移和作物对重金属的吸收。如土壤氧化-还原条件、土壤pH值、土壤络合-螯合作用和共存离子等均是影响土壤中迁移转化的重要因素[7]。

3.2.1.1 土壤氧化-还原条件的影响

土壤的氧化-还原体系是一个由众多无机和有机的单项氧化-还原体系组成的复杂体系。重金属元素按其性质可以分为氧化难溶性(包括氧化固定元素如Fe3+、Mn4+等)，和还原难溶性(还原固定)元素如Cd、Cu、Zn、Cr、Pb、Ni等生成难溶性化物沉淀)。另外，氧化还原条件的改变，还原使重金属的毒性发生变化，如Cr3+氧化条件下成为Cr6+，其毒性大于Cr3+；As在还原条件下生成亚砷酸，毒性大于砷酸。

3.2.1.2 土壤pH值的影响

土壤pH值对重金属元素的溶解度有密切的关系，一般情况下，pH越高，重金属离子的浓度则下降，则易形成沉淀物从土壤溶液中析出(沉积)，也就是说，pH值从中性升高到碱性，会降低Cu、Zn、Cd、Mn、Fe等的溶解度，重金属则难以被作物吸收，作物受污染的可能性会减轻。

3.2.1.3 土壤中重金属的络合-螯合作用

金属离子的浓度较低时，以络合——螯合作用为主。金属离子浓度高时，以吸附交换作用为主。在无机配位体中，羟基(OH-)和氯离子(Cl-)的络合作用。络合作用可以改变(主要可提高)重金属氢氧化物的溶解度，尤其是对Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的水解作用。提高其溶解度，使之易迁移。腐殖质有较强的螯合能力，可与重金属形成螯合物，其稳定性受金属离子性质的影响。顺序为：Pb>Cu>Ni>Co>Zn>Mg>Ba>Ca>Ng>Cd。

3.2.1.4 共存离子影响

乔靖华[8]用总量平衡法分析Pb、Cd、Cr三种重金属子在土壤蔬菜系统中重金属的迁移转化规律，研究表明在未种植蔬菜的污灌土壤中重金属Cd含量平均值为3.2mg/kg，超过国家土壤环境质量二级标准。蔬菜中重金属Pb、Cd、Cr含量随蔬菜生长期延长一直呈增大状态，小白菜中重金属Pb的含量最大值为0.82mg/kg，超出无公害蔬菜的标准值约3.1倍，重金属Cd、Cr均未超标；茼蒿中重金属Pb的含量0.51mg/kg，超过无公害蔬菜的标准值约1.6倍，重金属Cd的含量0.08mg/kg，超过无公害蔬菜的标准值约0.6倍，只有重金属Cr的含量未超标。

4 土壤重金属污染的修复技术

国内外对重金属污染土壤的修复治理已有不少相关研究[9-10]，目前主要的修复技术有：(1)物理修复。改土法，但该法需要大量人力、物力、治理成本高。与此同时容易造成土壤肥力和生产力的降低，甚至产生"二次污染"；(2)生物修复。生物修复是利用微生物或植物的生命代谢活动，对土壤中的重金属进行富集或提取，通过生物作用改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，其包括植物修复和微生物修复。植物修复重金属污染的同时也增加了土壤有机质含量和土壤肥力，地表植被覆盖的增加有利于生态环境的改善，因此，如何利用生物技术培育新的超富集植物已成为植物修复研究的一个热点；(3)化学修复。化学修复就是利用一些改良剂，与污染土壤中的重金属发生化学反应；(4)农艺技术修复。农艺技术修复是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，在污染土壤上种植不进入食物链的植物。

[1] 孙 彬,管建涛,连振祥,等.毒土：GDP至上的恶果[N].经济参考报，2016.06.13.

[2] 彭仁和.重金属的危害和防护[J]. 湖南安全与防灾 , 2015 (1) :42-43.

[3] Tessier A. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate, tracementals[J].Anal Gem , 1979, 51(7):844-851.

[4] 王学锋,杨艳琴.土壤-植物系统重金属形态分析和生物有效性研究进展[J].化工环保,2004,24(1):24-28.

[5] 李泽琴,程温莹,罗 丽,等．成都市某蔬菜基地重金属污染状况分析[J].地质灾害与环境保护, 2002(4):24-26.

[6] 高永华,王 金,赵 莉,等.污染区土壤-植物系统中重金属分布与迁移转化特征研究[J].河北农业大学学报,2006,29(5):52-56.

[7] 王龙龙,郭笃发,李 桥.土壤-植物系统重金属污染研究[J].绿色科技 , 2013 (6) :236-238.

[8] 乔靖华.土壤——蔬菜系统中重金属的迁移[D]. 西安：西安科技大学，2011.

[9] 杨国治.土壤中氧化还原反应与重金属的危害[J]. 环境工程学报 , 1983 (3) :3-10.

[10] 程 军.土壤中重金属的危害及防治措施[J].经济研究导刊,2014(31):300-301.

(本文文献格式：黎承波.重金属在土壤-植物系统中的迁移转化研究进展[J].山东化工，2017，46(14)：186-187.)

Research Advance in the Migration andTransformation of Heavy Metals in Soil-plant System

LiChengbo

(Guangxi Hechi Qingxiu Environmental Engineering Consulting Service Co.，Ltd., Hechi 547000, China)

In recent years, Heavy metal contaminations happen frequently in China. Heavy metals pay more attention to humans. And heavy metal pollutions in soil do harm to humans by food cycle. So it is necessary to research the distribution and conversion behavior of heavy metal. Researching the distribution and conversion behavior of heavy metal in soil-plant system to find out the origin and whereabouts of heavy metal pollutions in soil, and explore a way to deal with the pollutions. The ultimate aim is to ensure humans' safety and healthy.

distribution and conversion；heavy metal；pollutions；soil-plant system

2017-05-15

黎承波(1985—)，大学本科，初级工程师，主要从事污染场地土壤与地下水调查及其修复研究工作。

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1008-021X(2017)14-0186-02