重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化研究進展

黎承波

(廣西河池市青秀環保工程咨詢服務有限公司，廣西 河池 547000)

重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化研究進展

黎承波

(廣西河池市青秀環保工程咨詢服務有限公司，廣西 河池 547000)

近年來，我國重金屬污染事件頻發，重金屬越來越受到人們的關注與重視。而土壤中的重金屬污染往往通過食物鏈危害動物和人類的健康，因而研究重金屬的遷移轉化很有必要。本文在查閱文獻基礎上，綜述了重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化，探尋土壤重金屬污染的來源與去向，并提出修復治理措施，以保護人類的安全與健康。

遷移轉化；重金屬;污染；土壤-植物系統

當前我國土壤重金屬污染面臨著嚴峻的形勢，土壤學專家，南京農業大學教授潘根興說，當前，我國土壤污染還出現了有毒化工和重金屬污染由工業向農業轉移、由城區向農村轉移、由地表向地下轉移、由上游向下游轉移、由水土污染向食品鏈轉移的趨勢，逐步積累的污染正在演變成污染事故的頻繁爆發。2008年以來，全國已發生百余起重大污染事故，包括砷、鎘、鉛等重金屬污染事故達30多起[1]。土壤重金屬污染導致土壤中的有益菌大量減少，土壤質量下降，自凈能力減弱，影響農作物的產量與品質，進而通過食物鏈危害人體健康。本文主要綜述分析了土壤重金屬污染及其在土壤-植物系統中的遷移轉化的影響因素，闡述重金屬污染土壤的修復治理措施，對土壤重金屬污染的未來方向進行展望。

1 土壤中重金屬的主要來源

1.1 重金屬的定義

化學上根據金屬的密度把金屬分成重金屬和輕金屬。重金屬指比重大于5的金屬(一般指密度大于4.55g/cm3的金屬)，其原子量大于55。重金屬約有54種，一般都是屬于過渡元素，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動所需要的微量元素，但是大部分重金屬(如汞、鉛、鎘等)并非生命活動所必需，而且所有重金屬超過一定濃度都對人體有害[2]。土壤重金屬污染是指由于人類活動，土壤中的微量金屬元素在土壤中的含量超過背景值，過量沉積而引起的含量過高，統稱為土壤重金屬污染。

1.2 土壤重金屬的主要來源

土壤中重金屬一方面來自成土母質，因為重金屬是地殼構成的重要元素，經過成土過程，金屬元素在土壤中廣泛存在。一般情況下此種來源的含量較少，因此不會對生態系統帶來危害。另一方面主要是人為因素干擾輸入，尤其是工業生產過程中產生的含重金屬"三廢"通過各種途徑進入到土壤中。此外，重金屬也隨農用物資進入土壤環境。比如部分農藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬；肥料中重金屬含量一般是磷肥>復合肥>鉀肥>氮肥[2]，農藥、化肥中的重金屬隨著農藥和化肥的施用進入土壤環境。

2 土壤中重金屬的形態

僅依據重金屬的總量往往不能充分反映土壤中重金屬的化學活性、遷移性、生物可給性以及最終對生態系統或生物有機體的影響。不同形態的重金屬產生的環境效應顯著不同，直接影響到重金屬的生態環境毒性、遷移及其在自然界的循環。土壤中不同形態的提取主要依賴于化學試劑對不同結合態的金屬元素溶解能力不同，目前，土壤重金屬的形態分級的操作定義大多數是根據各自的研究目的和研究對象來確定連續提取方法。Tessier[3]提出的連續提取法，將沉積物或土壤中金屬元素的形態分為交換態、水溶態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘留態。The Community Bureau of Reference(BCR)提出了較新的劃分方法，將重金屬的形態劃分為四種，即酸溶態(如碳酸鹽結合態)、可還原態(如鐵錳氧化物態)、可氧化態(如有機態)和殘渣態[4]。

3 重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化

3.1 重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化

土壤中的重金屬通過植物根系吸收，然后不同程度地分布在植物的根、莖、葉和果實中。不同植物從土壤中吸收遷移重金屬的能力明顯不同，相同植物對不同重金屬的轉移能力也不一致。重金屬在農作物體內分布的一般規律為：根>莖葉>殼>籽實。李澤琴等[5]研究了不同種類的蔬菜對重金屬的吸收富集能力依次為：萵筍莖>空心菜>韭菜>茄子>西葫蘆。高永華[6]等對污染區土壤-植物系統中重金屬的分布做了研究，研究表明重金屬含量總體分布趨勢為藕地>玉米地>油菜。同一蔬菜對不同重金屬的吸收有差異，油菜對Cd的吸收比較明顯，而對Zn、Cr的吸收相對較少。藕最容易吸收Pb，而對Cr、Cd、Zn吸收卻相對較少。不同部位對重金屬的積累情況也不同。如Cr在油菜中的積累為根部>莖>葉，Cd為根部>莖>葉，而Pb則為根=莖>葉，Cu為葉>根部>莖，Zn為根部>葉>莖。

3.2 重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化的影響因素

3.2.1 土壤條件的不同對重金屬遷移轉化的影響

不同土壤條件下的影響，可引起土壤中重金屬元素存在形態的差異，從而影響重金屬的遷移和作物對重金屬的吸收。如土壤氧化-還原條件、土壤pH值、土壤絡合-螯合作用和共存離子等均是影響土壤中遷移轉化的重要因素[7]。

3.2.1.1 土壤氧化-還原條件的影響

土壤的氧化-還原體系是一個由眾多無機和有機的單項氧化-還原體系組成的復雜體系。重金屬元素按其性質可以分為氧化難溶性(包括氧化固定元素如Fe3+、Mn4+等)，和還原難溶性(還原固定)元素如Cd、Cu、Zn、Cr、Pb、Ni等生成難溶性化物沉淀)。另外，氧化還原條件的改變，還原使重金屬的毒性發生變化，如Cr3+氧化條件下成為Cr6+，其毒性大于Cr3+；As在還原條件下生成亞砷酸，毒性大于砷酸。

3.2.1.2 土壤pH值的影響

土壤pH值對重金屬元素的溶解度有密切的關系，一般情況下，pH越高，重金屬離子的濃度則下降，則易形成沉淀物從土壤溶液中析出(沉積)，也就是說，pH值從中性升高到堿性，會降低Cu、Zn、Cd、Mn、Fe等的溶解度，重金屬則難以被作物吸收，作物受污染的可能性會減輕。

3.2.1.3 土壤中重金屬的絡合-螯合作用

金屬離子的濃度較低時，以絡合——螯合作用為主。金屬離子濃度高時，以吸附交換作用為主。在無機配位體中，羥基(OH-)和氯離子(Cl-)的絡合作用。絡合作用可以改變(主要可提高)重金屬氫氧化物的溶解度，尤其是對Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的水解作用。提高其溶解度，使之易遷移。腐殖質有較強的螯合能力，可與重金屬形成螯合物，其穩定性受金屬離子性質的影響。順序為：Pb>Cu>Ni>Co>Zn>Mg>Ba>Ca>Ng>Cd。

3.2.1.4 共存離子影響

喬靖華[8]用總量平衡法分析Pb、Cd、Cr三種重金屬子在土壤蔬菜系統中重金屬的遷移轉化規律，研究表明在未種植蔬菜的污灌土壤中重金屬Cd含量平均值為3.2mg/kg，超過國家土壤環境質量二級標準。蔬菜中重金屬Pb、Cd、Cr含量隨蔬菜生長期延長一直呈增大狀態，小白菜中重金屬Pb的含量最大值為0.82mg/kg，超出無公害蔬菜的標準值約3.1倍，重金屬Cd、Cr均未超標；茼蒿中重金屬Pb的含量0.51mg/kg，超過無公害蔬菜的標準值約1.6倍，重金屬Cd的含量0.08mg/kg，超過無公害蔬菜的標準值約0.6倍，只有重金屬Cr的含量未超標。

4 土壤重金屬污染的修復技術

國內外對重金屬污染土壤的修復治理已有不少相關研究[9-10]，目前主要的修復技術有：(1)物理修復。改土法，但該法需要大量人力、物力、治理成本高。與此同時容易造成土壤肥力和生產力的降低，甚至產生"二次污染"；(2)生物修復。生物修復是利用微生物或植物的生命代謝活動，對土壤中的重金屬進行富集或提取，通過生物作用改變重金屬在土壤中的化學形態，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環境中的移動性和生物可利用性，其包括植物修復和微生物修復。植物修復重金屬污染的同時也增加了土壤有機質含量和土壤肥力，地表植被覆蓋的增加有利于生態環境的改善，因此，如何利用生物技術培育新的超富集植物已成為植物修復研究的一個熱點；(3)化學修復。化學修復就是利用一些改良劑，與污染土壤中的重金屬發生化學反應；(4)農藝技術修復。農藝技術修復是因地制宜的改變一些耕作管理制度來減輕重金屬的危害，在污染土壤上種植不進入食物鏈的植物。

[1] 孫 彬,管建濤,連振祥,等.毒土：GDP至上的惡果[N].經濟參考報，2016.06.13.

[2] 彭仁和.重金屬的危害和防護[J]. 湖南安全與防災 , 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] 王學鋒,楊艷琴.土壤-植物系統重金屬形態分析和生物有效性研究進展[J].化工環保,2004,24(1):24-28.

[5] 李澤琴,程溫瑩,羅 麗,等．成都市某蔬菜基地重金屬污染狀況分析[J].地質災害與環境保護, 2002(4):24-26.

[6] 高永華,王 金,趙 莉,等.污染區土壤-植物系統中重金屬分布與遷移轉化特征研究[J].河北農業大學學報,2006,29(5):52-56.

[7] 王龍龍,郭篤發,李 橋.土壤-植物系統重金屬污染研究[J].綠色科技 , 2013 (6) :236-238.

[8] 喬靖華.土壤——蔬菜系統中重金屬的遷移[D]. 西安：西安科技大學，2011.

[9] 楊國治.土壤中氧化還原反應與重金屬的危害[J]. 環境工程學報 , 1983 (3) :3-10.

[10] 程 軍.土壤中重金屬的危害及防治措施[J].經濟研究導刊,2014(31):300-301.

(本文文獻格式：黎承波.重金屬在土壤-植物系統中的遷移轉化研究進展[J].山東化工，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—)，大學本科，初級工程師，主要從事污染場地土壤與地下水調查及其修復研究工作。

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A

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