土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

第23卷第2期2005年5月

贵州师范大学学报(自然科学版)

Journa l of Guizhou Nor m al University(Natural Sciences)

Vo.l23.No.2

M ay2005

文章编号:1004)5570(2005)02-0113-08

土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

王济1,王世杰2

(1.贵州师范大学地理与生物科学学院,中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,中科院研究生院贵州贵阳550002;

2.中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002)

摘要:主要介绍我国5土壤环境质量标准6中规定含量的8种重金属环境污染元素(汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍)的污染来源及作物效应。土壤中重金属的主要来源是成土母质,矿山开采的三废污染,大气中重金属的沉降,农药、化肥、塑料薄膜等的使用等。重金属在作物中的分布规律一般是根>茎>叶>籽实。

关键词:土壤;重金属;环境;污染;来源;作物效应

中图分类号:X53文献标识码:A

The sources and crops effect of heavy m eta l ele m en ts of con ta m i na ti on i n soil

WANG Ji1,WANG S h i2ji e2

(1.Gu iz hou Nor ma lUn i ve rs i ty,The State Key Laboratory of Enviro nmenta lGeochem istry,Institute of Geochem i stry,Graduate

School of Ch i nese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na;

2.The S tate Key Laboratory of Environ m en tal Geoche m istry,Instit ute of Geoche m istry,

Chinese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na)

Abstr act:Th is paper has intr oduced t h e source and crops eff ect of heavymetal e le ments of conta m i n a2 ti o n(H g,Cd,Pb,Cr,A s,Z n,Cu,N i)li m ited by Environmental Qua lity Standar d f or Soils (GB1561821995).The ma i n source is f ro m mother2materi a l of soi.l The heavy meta ls polluti o n also can be related w ith the produce ofm iner,sedi m en tation of heavy me tals in at m osphere,use of agro2 che m icals etc.The distri b uti o na l or der in crops i s root>ste m>leaf>f rui.t

K ey w ord s:soi;l heavy meta;l environmen;t pollution;source,crop e f fect

土壤中重金属污染元素主要包括汞、镉、铅、铬及类金属元素砷等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等[1]。因此我们将汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍合称为重金属环境污染元素。人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量,并造成生态环境质量恶化的现象称为土壤重金属污染[2]。重金属污染物在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,不被微生物降解[3,4]。它们一方面对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响,并通过食物链危害人体健康;另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且难以迁出土体,对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落结构产生明显不良影响,从而影响土壤生态结构和功能的稳定性[2,5]。

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收稿日期:2005-01-04

基金项目:贵州省高校发展专项资金(黔教科2004111),贵州师范大学校科研启动费资助项目。作者简介:王济(1975-)男,博士,研究方向:土壤与环境。

1砷(As)

土壤环境中的砷来源可分为自然源和人为源,前者主要是地质岩石中的砷,它决定了土体的含砷量;后者主要来自农药和化肥和矿山冶炼。曾经用过的含砷农药有:砷酸钙、砷酸铅、稻脚青、稻宁、亚砷酸钠和巴黎绿等。随着化肥用量的不断增加,磷肥中的砷进入土壤并可能产生潜在污染,加大施用含砷量高的磷肥会使土壤中砷不断积累,以至达到有害程度[6,7]。矿山开采及矿石冶炼也是砷的主要污染原因之一[8,9,10]。

砷是影响植物生长发育的有害元素之一。其危害程度与砷在土壤中的积累量及其形态分布密切相关。土壤中的砷以一定的形态分布着,而土壤砷的吸附行为对砷的形态分布、有效性、迁移性和缓冲性影响很大。砷的吸附行为受土壤类型、p H 值、砷价态、有机质、离子交换、共沉淀、化学沉淀、络合和氧化还原状况等多种因素影响[11,12]。土壤中砷污染对植物和人体都有明显的影响。砷主要由植物根部通过共质体途径进入体内的[13]。过量的砷可降低伤流和蒸腾速率、抑制根系的活性、阻碍对水分、氮、磷、钾、镁、钙等养分的吸收和运输。植物表现为叶片脱落,根部伸长受阻,直至植物枯死[9]。土壤中砷含量水平与作物中砷的含量呈显著正相关。同时作物种类的不同对砷的抗性也不同,旱生作物>水生作物,禾谷类作物>豆类、蔬菜,作物不同部位对砷的累积能力也有很大差异,一般根>茎、叶>子粒、果实,呈现自下而上的递减规律,因此砷含量高的土壤不适合种植蔬菜[6,9,14]。例如生长在冶炼厂附近的植物中,花椰菜叶片含砷量仅为515mg/kg,而草本植物叶片含砷量竟高达396 mg/kg,两者相差70多倍[15]。在北方,砷含量高达100mg/kg的土壤中,小麦籽粒的含砷量仍未超过食品卫生标准;而水稻只要生长在砷含量为12mg/kg 的土壤中,糙米的含砷量就超过食品卫生标准。

2镉(Cd)

在自然界中没有单独的镉矿藏,镉是铅-锌矿、铜-铅-锌矿的伴生元素;人类对含镉矿物的开采、冶炼是引起土壤镉污染的重要原因之一;各种铅锌矿的开采、冶炼等过程所排放的废水废气中均含有镉;此外煤、原油中均含有微量的镉,在燃烧过程中可以释放到大气,最终沉入土壤[16]。农业施肥所利用的过磷酸钙、混合磷肥和污泥也含有程度不等的镉,因此人类的活动也影响土壤中镉的变化[17]。自然界中原有的镉的化学循环处于生态平衡中,不会造成公害,但在人类活动参与下,将地下岩石圈中含镉的矿物开发利用,又将大量废弃物以渣、烟和废水的形式向环境中排放,从而引起环境有害的变化,甚至威胁到人类健康。据统计世界上每年由冶炼和镉处理而释放到大气中的镉大约为1000,t约占散发到大气中镉的45%。燃煤、石油燃烧和垃圾废弃物的焚烧也能造成镉对大气的污染,最终通过沉降污染水体和土壤。镉在自然界中平均含量如表1所示[18]。

表1镉在自然界中的平均含量Tab.1The average contents of Cd i n nature

单元大气圈

水圈岩石圈生物圈

海水淡水地下水沉积岩石灰岩土壤海洋生物陆地生物人体

浓度0.030.060.050.101.00.080.202.0-4.00.3050单位L g/m3L g/kg L g/kg L g/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg m g/kg L g/L

常用肥料氮肥和钾肥中重金属含量很少,混杂有重金属的主要是磷肥、含磷复合肥以及以城市垃圾、污泥为原料的肥料。磷肥的生产原料磷矿中,除富含P2O5外,还含有其它无机营养元素钾、钙、锰、硼、锌等,同时也含有毒物质如砷、镉、铬、氟、钯等,含量因矿源有很大差异。磷矿石中镉的含量以美国为高,尤其是西部磷矿石高达60~340mg/kg,摩洛哥和澳大利亚居中,较低的是中国和原苏联。磷矿石的镉不会因为加工成肥料而清除,还是有相当一部分保留在肥料中,美国西部磷矿石生产的重钙其中镉含量还高达50~250mg/kg,东部稍低为10~20mg/kg,澳大利亚生产的过磷酸钙镉含量也较高,为38~48mg/kg,我国过磷酸钙中镉含量较低仅0.61mg/kg。但是无论含量大小,镉均会随磷肥一起施入到土壤中,长期积累就会导致土壤镉含量超标[19]。

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