土壤重金屬植物有效性的控制因素研究

徐伯鈞

摘 要：對土壤重金屬全量、重金屬形態(tài)、pH值、有機質(zhì)、氧化還原電位、陽離子交換量、黏土含量、元素間相互作用、植物種類、農(nóng)業(yè)活動、污染時間等影響土壤重金屬植物有效性的控制因素進行簡要綜述，以期為全面、科學深入開展土壤重金屬植物有效性研究提供科學參考。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬植物；有效性；控制因素

文章編號： 1005-2690（2018）04-0117-02 中圖分類號： X53 文獻標志碼： B

土壤重金屬污染已成為全球最為嚴重的環(huán)境問題之一 。其不僅會惡化土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，而且會嚴重影響農(nóng)作物的生長發(fā)育以及產(chǎn)量品質(zhì)。重金屬植物有效性主要是指重金屬對植物產(chǎn)生毒性或被植物吸收的性質(zhì)，被認為是衡量重金屬元素遷移性和植物可利用性的關(guān)鍵參數(shù)。在過去的幾十年里，許多研究者利用各種分析方法和先進的技術(shù)手段來研究土壤重金屬植物有效性，并進一步預測植物中的重金屬含量。因此，開展重金屬植物有效性的關(guān)鍵影響因素研究意義重大，可為重金屬污染土壤的治理修復提供部分依據(jù)。

目前，影響土壤重金屬植物有效性的控制因素主要有土壤重金屬全量、重金屬形態(tài)、pH值、有機質(zhì)、氧化還原電位、陽離子交換量、黏土含量、元素間相互作用、植物種類、農(nóng)業(yè)活動、污染時間等。本文圍繞上述控制因素進行簡要概述，以期明確各因素是如何影響土壤重金屬植物有效性的，為全面開展土壤重金屬植物有效性研究提供參考。

1 重金屬全量

土壤中重金屬總量的作用非常重要。首先，土壤中重金屬總量與其各種賦存形態(tài)之間有很好的相關(guān)性，Sauve等人發(fā)現(xiàn)，Pb總量是決定Pb2+活度和水溶態(tài)、可交換態(tài)Pb的重要因素之一[1]。其次，在一定情況下，土壤重金屬總量可以評估重金屬的植物有效性。Davies等人研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Pb的總量與植物葉片中Pb的含量相關(guān)性非常好，完全可以用來評估其植物有效性[2]。

2 重金屬形態(tài)

土壤中重金屬形態(tài)主要是指其價態(tài)、結(jié)合態(tài)、化合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)。重金屬在土壤中的存在形態(tài)一般可分為水溶交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。大量文獻報道表明，重金屬的交換態(tài)是植物可吸收利用的主要形態(tài)[3]。

3 土壤pH值

土壤pH值可對土壤重金屬植物有效性產(chǎn)生重要影響。研究表明，隨著土壤pH值升高，各種重金屬在土壤固相上的吸附能力加強，pH值每增加0.5個單位，Cd的吸附力可增加1倍[4，5]。土壤溶液pH值對重金屬的植物有效性影響不是單一的遞增或遞減的關(guān)系。廖敏等人[6]發(fā)現(xiàn)，當pH值<6時，Cd的植物有效性隨著pH值的升高而升高；而當pH值>6時，Cd的植物有效性隨著pH值的升高而降低。

4 土壤中的有機質(zhì)（OM）

有機質(zhì)是土壤非常重要的組成部分之一。土壤中的有機質(zhì)可通過與土壤中的重金屬發(fā)生絡合作用而產(chǎn)生的絡合物來影響土壤中重金屬的移動性及其植物有效性[7]。首先，有機質(zhì)加入到土壤中可改變土壤對重金屬的吸附作用。Spark等[8]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中加入腐殖酸會改變重金屬的吸附。其次，土壤中有機質(zhì)的增加會改變土壤重金屬的形態(tài)分布。Singh等人[9]發(fā)現(xiàn)，往沙質(zhì)土壤中加入320 g/kg有機質(zhì)后，F(xiàn)e-Mn氧化物結(jié)合態(tài)由19%下降到13%。有機質(zhì)對土壤重金屬植物有效性的影響并非簡單的效應關(guān)系。

5 氧化還原電位（Eh）

氧化還原電位（Eh）通過作用于重金屬的氧化狀態(tài)而影響重金屬在土壤中的溶解、沉淀、吸附、解吸等土壤過程。在低氧化還原電位（Eh）的情況下，Cd會變?yōu)镃dS沉淀下來。魯如坤[10]發(fā)現(xiàn)，在低氧化還原電位（Eh）的情況下，植物吸收Cd的量明顯降低，籽粒中的降低最為明顯。

6 陽離子交換量（CEC）

一般情況下，CEC與重金屬植物有效性呈負相關(guān)，隨著氧化還原電位（Eh）的上升，土壤對于重金屬離子的吸附固持能力增大，從而降低了其植物有效性[11]。但是CEC對重金屬的影響還與重金屬的種類和植物種類相關(guān)。

7 黏土含量

土壤中的黏土礦物有特殊表面，并帶有負電，具有很高的陽離子交換量，可以通過離子交換來吸附土壤溶液中的重金屬離子。Song等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Cd的可交換態(tài)含量受到黏土含量的顯著影響。因此，土壤中的黏土含量是影響植物吸收重金屬元素的重要因素之一。

8 重金屬元素之間的相互作用

土壤溶液中的陰離子和陽離子之間的相互作用都可以使土壤中重金屬元素的植物有效性發(fā)生改變，具體表現(xiàn)出加和作用、拮抗作用和協(xié)同作用。吳燕玉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在Cd-As的復合污染條件下，苜蓿會吸收更多的Cu和Pb。李元等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Cd-Fe之間存在拮抗作用，以影響對方的植物有效性。

9 植物種類

植物種類的差異直接決定了植物對重金屬吸收能力的差異，土壤中重金屬的植物有效性與植物種類密切相關(guān)。超富集植物對土壤中重金屬的吸收能力可達到普通植物的100倍以上。同時，同一種重金屬在不同植物體內(nèi)的分布差異明顯。吳燕玉等研究表明[15]，Zn主要積累于玉米的莖和葉、大豆和小麥的籽粒與水稻的根部。

10 農(nóng)業(yè)活動

農(nóng)業(yè)活動對土壤中重金屬的植物有效性起著非常重要的作用。首先，耕作的強度影響著土壤結(jié)構(gòu)；其次，長期的農(nóng)業(yè)施肥可導致土壤有機質(zhì)的組成發(fā)生變化，磷肥可降低重金屬的植物有效性。研究表明，在酸性土壤中施加石灰可降低植物中的重金屬含量。

11 結(jié)語

除了上述影響因素外，溫度的升高會促進有機質(zhì)的分解，合適的溫度有利于植物吸收重金屬，土壤微生物同樣會對重金屬的植物有效性產(chǎn)生非常大的影響?？傊?，土壤是一個復雜的有機整體，上述指標間往往是相互影響的，因此，片面、單純地分析其中單一因素對重金屬植物有效性的影響是不科學的，必須對影響重金屬植物有效性的控制因素進行綜合全面的分析。

參考文獻：

[ 1 ] Sauve S.，Mc Bride M.B.，Hendershit W.H.. Speciation of lead in contaminated soil[J]. Environmental Pollution，1997， 98（02）：

149-155.

[ 2 ] Davies B.E.. Inter-relationship between soil properties and uptake of Cd，Cu，Pb，and Zn from contaminated soils by radish （Raphanussativ L） [J].Water，Ai and Soil Pollution，1992，63（3-4）：331-342.

[ 3 ] 婁庭，楊麗娟.土壤重金屬的生物有效性及對植物的毒害作用[J].吉林農(nóng)業(yè)科學，2009，34（05）：28-32.

[ 4 ] Boekhold A.E.，Temminghoff E.J.M.，Van der Zee S.E.A.T.M..Influence of electrolyte composition and pH on cadmium sorption by an acid sandy soil[J].Jounal of Soil Science，1993，44（01）：85-96.

[ 5 ] Temminghoff E.J.M.，Van der Zee S.E.A.T.M.，De Haan Frans A.M..Copper mobility in a copper-contaminated sandy soil as affected by pH and solid and dissolved organic matter[J].Envi-ronmental Science and Technology，1997，31（04）：1 109-1 115.

[ 6 ] 廖敏，黃昌勇，謝正苗.pH對鎘在土水系統(tǒng)中的遷移和形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學學報，1999，19（01）：81-86.

[ 7 ] 尚愛安，劉玉榮，梁重山，等.土壤中重金屬的生物有效性研究進展[J].土壤，2000，32（06）：294-300.

[ 8 ] Spark K.M.，Wells J.D.，Johnson B.B..Sorption of heavy metals by mineral-humic acid substrates [J]. Australian Journal of Soil

Research，1997，35（01）：113-122.

[ 9 ] He Q.B.，Singh B.R.. Effect of organic matter on t he dist ribution，extractability and uptake of cadmium in soils [J]. Journal of Soil Science，1993，44（04）：641-650.

[ 10 ] 魯如坤，熊禮明，時正元，等.關(guān)于土壤-作物生態(tài)系統(tǒng)中鎘的研究[[J].土壤，1992，24（03）：129-132，137.

[ 11 ] 楊景輝.土壤污染與防治[M].北京：科學出版社，1995.

[ 12 ] Song Y.，Wilson M.J.，Moon H.S.，et al. Chemical and mineralogical forms of lead， zinc and cadmium in practical size fractions of some wastes，sediments and soils in Korea [J]. Applied Geochemistry， 1999，14（05）：621-633.

[ 13 ] 吳燕玉，王新，馬越強，等.土壤砷復合污染及其防治研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護，1994，13（03）：109-114.

[ 14 ] 李元.鎘、鐵復合污染對煙草葉片氮基酸含量的影響[J].生態(tài)學報，1998，18（06）：640-647.

[ 15 ] 吳燕玉，王新，梁仁祿，等.Cd、Pb、Cu、 Zn、As復合污染在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的遷 移動態(tài)研究[J].環(huán)境科學學報，1998（04）： 73-75，77-80.

（收稿日期：2018-03-10）