土壤根系土壤重金属形态特征研究

项萌+阚啸林

摘 要：对冶炼区中重金属Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd进行了赋存形态分析。为进一步分析Sb、As等重金属从土壤进入到农作物体系的迁移机理提供基础依据。

关键词：根际土壤；重金属形态；生物有效性

中图分类号：TF81 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0191-02

近年來，越来越多的土壤受到重金属污染。就世界范围来看，全世界每年平均排放汞115万t，锰1500万t，铜340万t，铅500万t，镍100万t。据估计，我国受重金属污染的耕地面积已达到2000万hm2，约占耕地面积的1/5，每年因为土壤污染而减产粮食1000多万t，另外还有1200万t粮食重金属超标，二者的直接经济损失达200多亿元[1]。冶炼厂是土壤重金属的一个重要来源，其生产过程中排放的大量有毒有害物质通过大气沉降、废渣渗滤和污水灌溉进入土壤，致使周边土壤受到不同程度的污染[2，3]。土壤重金属含量污染不但影响种植作物的产量与品质，还通过食物链对动物和人体产生危害[4]。而且也是影响大气和水环境质量的重要污染源。因此，其成为当今环境科学领域的研究热点[5]。

1 研究区域及冶炼厂概况

本文所研究的冶炼厂位于广西西北部河池市金城江区，北纬108°02′，东经24°42′，海拔180～210m，附近有江辽、江叶、上屯、下屯4个村落。冶炼厂三面环山，背靠将军山，南临乾独大山，西南方向为一无名山。由于锑冶炼厂位于山间谷地，地形闭塞，废气烟尘往往难以扩散，易在局部富集、沉降，造成冶炼厂周围环境污染更加严重，引起树木枯死，农作物欠收，对人体健康也有很大危害。

冶炼厂的冶炼矿石主要是辉锑矿（Sb2S3）、辉锑铁矿（FeSb2S4）、斜硫锑铅矿（Pb5Sb8S17）等，主要产品为锑铜合金、铅铋合金、铅锑有价金属、锑白焦锑酸钠。

冶炼区土壤中水溶态的金属元素，除了因淋滤作用发生迁移扩散外，还有一部分则主要被生长的农作物根系所吸收，进而传输到农作物地上部分。通过对冶炼区农作物中Sb、As等重金属含量的研究，可分析Sb、As等重金属在农作物体中的分布特征，亦可为进一步分析Sb、As等重金属从土壤进入到农作物体系的迁移机理提供基础依据，同时有助于探寻锑冶炼区环境中的适生农作物。

2 试验方法

植物体内重金属形态连续提取所用的提取剂依次为：80%乙醇、去离子水、1mol/L氯化钠溶液、2%醋酸、0.6mol/L盐酸。其中80%乙醇提取以硝酸盐、氯化物为主的无机盐和氨基酸盐；去离子水提取水溶性有机酸盐，磷酸二氢盐等；1mol/L氯化钠提取果胶酸盐，与蛋白质呈结合态或吸着态的金属；2%醋酸提取难溶于水的磷酸盐、0.6mol/L盐酸提取草酸盐。具体方法如下：准确称取2.500g鲜样，置于烧杯中，加入50ml提取剂，在30℃恒温箱内放置18h后回收提取液，再在放置样品的烧杯中加入等体积的同样提取液，浸取2h后再回收提取液，以后再重复两次。收集4次提取液（共200ml）于烧杯中，在140℃电热板上蒸发近干后，用4：1的硝酸和高氯酸15ml消解定容[6]。

3 结果与讨论

农作物根际土壤Sb等有害元素含量见表。通过表2数据可以发现：农作物根际土壤中含量较高的元素是Sb、As、Pb、Cu和Zn。Sb、As、Pb是对植物生长有毒有害的元素，Cu、Zn是植物生长所需微量元素，但超过一定量也会对植物生长产生毒害作用。Sb、As、Pb、Cu和Zn均超过农作物正常生长土壤的含量[7]。

根据欧共体参比司对土壤重金属形态进行分级，可把土壤重金属划分为乙酸可提取态（包括水溶态、交换态、碳酸盐结合态）、可还原态（即铁锰氧化物结合态）、可氧化态（即有机结合态和重金属硫化物）和残渣态，按照改进的BCR四步提取法，依次提取四种形态，并把农作物根系土壤各样点、各种形态的实测数据加以平均，可得土壤中Sb、As、Pb、Zn、Cu、Cd的形态分布特征，见图1。

总体来看，农作物根系土壤中六种不同元素各种形态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在农作物根系土壤中是残渣态。残渣态是指重金属中与矿物晶体结构紧密相连的部分，通常很难被植物利用。Sb的形态分布趋势为残渣态>乙酸可提取态>可还原态>可氧化态；As元素的形态分布为残渣态>乙酸可提取态>可还原态>可氧化态；Pb元素的形态分布为残渣态>乙酸可提取态>可氧化态>可还原态；Zn的形态分布为残渣态>乙酸可提取态>可氧化态=可还原态；Cu的形态分布为残渣态>乙酸可提取态>可氧化态>可还原态；Cd的形态分布为残渣态>可氧化态>乙酸可提取态>可还原态。用乙酸可提取态值来表示重金属的生物有效性大小，即在农作物生长期间可以被它直接利用的量。由此可见土壤中重金属的含量并不能完全说明其对农作物危害性的大小，只通过含量高低来评价重金属污染水平存在一定的局限性。

可见土壤中Sb的生物有效性低，Baroni et al.（2000）和Hammel et al.（2000）也报道了锑矿区土壤中Sb的生物有效性低[8，9]，当土壤中Sb已易迁移形式，即生物易利用态存在时，易被植物吸收（Baroni et al.，2000； Hammel et al.2000；He，2007）[8，9，10]。因此，尽管研究区内土壤中生物易利用态含量百分比很低，但是由于土壤中总Sb含量高，仍然有大量的Sb被农作物有效吸收，并积累于农作物体内。此外，在外界环境扰动下，可氧化态和可还原态也可能释放，被农作物吸收，具有潜在威胁。

参考文献：

[1]杜平.铅锌冶炼厂周边土壤中重金属污染的空间分布及其形态研究[D].中国环境科学研究院，2007.endprint