土壤重金屬鉻的分布規(guī)律及影響因素

向 嬌， 董秋瑤，宋 超

（1.河北地質大學，河北 石家莊 050000；2.中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所，河北 石家莊 050061；3.中國地質科學院第四紀年代學與水文環(huán)境演變重點實驗室，河北 石家莊050061）

土壤是地球表層與人類關系最密切的生態(tài)系統(tǒng)，土壤重金屬的污染隨經濟發(fā)達日益受到關注。2014 年土壤污染調查結果表明，受到重金屬污染的土壤在我國大約有五分之一[1]。重金屬污染導致糧食減產、疾病生成率大增以及動物死亡率增加等一系列負面效應。Cr 是土壤中最主要的重金屬之一，且土壤中鉻元素含量日益劇增，對生命體有強烈的危害。

1 土壤重金屬鉻簡介

常見的土壤重金屬通常指Cr、Zn、Cd、As、Hg、Cu、Pb 和Ni 共8 種，這8 種重金屬的共同點為密度均大于4.5g/cm3，均具有強烈的生物毒性，在環(huán)境中能引發(fā)一系列生物疾病。土壤中的重金屬在不同的生物化學環(huán)境中以化合態(tài)或離子態(tài)的形式存在，這些重金屬化合物難以被微生物作用或物理化學作用分解在土壤中逐漸累積，造成土壤重金屬污染。

Cr 是化學家沃克蘭(L.N.Vauquelin)在紅鉛礦(Cr 鉛礦)中發(fā)現(xiàn)并用碳還原得到的一種新礦物。自然界中不存在鉻單質，常以氧化物、氫氧化物、硫化物和硅酸鹽四大類化合物的形式存在。地殼中鉻的濃度為80-200 mg/kg，土壤中鉻含量從5-3000mg/kg 分布不均。我國土壤中鉻的濃度低于100mg/kg，且鉻的分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，整體表現(xiàn)為西南區(qū)＞青藏高原區(qū)＞華北區(qū)＞蒙新區(qū)＞東北區(qū)＞華南區(qū)。

土壤中鉻主要來源于成土母質，超基性蛇紋巖風化成壤是土壤中鉻含量增加的主要來源，此外我國鉻鹽生產過程中產生的鉻渣是我國土壤鉻含量較高的原因之一，此外印刷、電鍍粉塵、冶煉和農業(yè)中化肥的使用也能增加土壤中鉻元素的含量。微量鉻元素在土壤中是可以促進植物生長的，但是當濃度超過一定量時植物體內的鉻元素得以富集，會逐步抑制植物的呼吸作用。繼而鉻又通過植物或水體進入人體，從而使人體產生如癌變、皮膚病、呼吸道傳染、腹痛等不良反應。

2 土壤重金屬鉻的分布規(guī)律

2.1 重金屬鉻的分布形態(tài)

圖1 土壤中鉻的遷移轉化[2]

2.2 重金屬鉻在植物中的有效性

鉻在土壤中以不同的形態(tài)存在，植物對不同形態(tài)鉻的吸收也不同。Cr(Ⅲ)在土壤中的毒性較小，少以離子的形式存在，多以吸附體方式沉淀在土壤中，而Cr(Ⅵ)卻能抑制植物生長，植株生長周期增加、植株矮小，葉片發(fā)黃，果實產量降低等不良反應。研究表明，植物不同的器官對鉻的吸收不同[3]，整體表現(xiàn)為地上部分的鉻濃度含量高于地下部分的鉻濃度含量，如根＞葉＞花，所以只要不食用耐鉻植物根部，如果實中鉻含量對人體的影響較小。

2.3 土壤重金屬鉻的修復

土壤重金屬鉻的修復指的是采取某些措施降低土壤中鉻的含量，使殘留在土壤中的鉻濃度不會對生物、植物產生病變作用。土壤中Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)后毒性降低，因此針對此特性對土壤中鉻污染進行修復，修復技術包括化學方法、生物方法、植物修復方法和微生物修復方法，化學和生物方法處理會對土壤產生二次污染，且實施范圍有限。目前最有效的修復技術為植物修復和微生物修復技術。植物修復為種植耐鉻植物或者植物還原Cr(Ⅵ)，土壤中的鉻被植株吸收從而降低土壤中的鉻污染濃度，植物還原Cr(Ⅵ)實驗證明含Cr(Ⅵ)的溶液加入土壤中，植物經過一個周期的生長，土壤中的Cr(Ⅵ)基本全部還原成Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)又被土壤膠體吸附沉淀。微生物修復為依靠土壤中原有的或經人為培養(yǎng)再注入土壤的微生物將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)，以降低土壤中Cr(Ⅵ)的毒性和遷移能力，這種修復技術的成本低方法簡單，在一定的鉻濃度范圍內可以起到很好的作用，但是也存在缺點即推廣范圍小且耐鉻植物種類較少。植物修復與微生物修復相結合可以更好的降低土壤中的鉻濃度，微生物釋放在土壤中的酶、催化物質可以增大土壤中鉻的活性，再利用耐鉻植物對鉻的吸收可更好的降低土壤中的鉻含量。

3 土壤重金屬鉻的影響因素

土壤中的鉻受到多方面因素的綜合影響，主要包括土壤的酸堿度（pH）和氧化還原反應（Eh），土壤pH 和Eh 影響鉻在土壤中的存在形式以及氧化還原反應，堿性環(huán)境促進氧化反應，酸性環(huán)境促進還原反應，研究表明，還原條件促進Cr(Ⅵ)轉化為Cr(Ⅲ)[4，5]，土壤中Cr(Ⅵ)濃度降低，毒性減小。低pH 值下Cr(Ⅲ)在多形成絡合物，不易溶于水和土壤，也不易被植物所吸收，高pH 值時Cr(Ⅲ)快速形成氫氧化物而沉淀，Cr(Ⅵ)多存在于偏中性的弱酸弱堿環(huán)境中，并且Cr(Ⅲ)氧化成Cr(Ⅵ)相對較難，所以改變土壤的pH 會影響鉻在土壤中的存在形態(tài)。

土壤有機質在一定程度上促進Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)之間的轉化[6]，當土壤中的有機質增加時，Cr(Ⅵ)會迅速向Cr(Ⅲ)轉化，減低土壤中的鉻含量，有研究已表明往土壤中加入牛糞時，Cr(Ⅵ)的含量會減小，Cr(Ⅲ)的含量會相應的增多。土壤有機質是土壤中判別土壤養(yǎng)分的重要指標，主要來源為大量的腐殖質和動植物殘體，土壤有機質在還原過程中提供電子供體，Cr(Ⅵ)就能被有機質還原為Cr(Ⅲ)，而酸性條件又會促進還原反應的發(fā)生，所以當有機質含量高且土壤酸性較強時，土壤中Cr(Ⅵ)含量會降低，土壤中鉻的毒性減弱。

土壤中Fe(II)、硫化物等還原性強的化合物能將土壤中的Cr(Ⅵ)轉化為Cr(Ⅲ)。當土壤中含有較多Fe(II)礦物時，Cr(Ⅵ)的含量會在合適的pH 和Eh 條件下向Cr(Ⅲ)還原，研究表明，在酸性條件下，F(xiàn)e(II)還原鉻六價的效果最明顯，所以工業(yè)中處理鉻廢渣時，加入成本較低的含亞鐵礦物并增大溶液的酸性，六價鉻能在很大程度上被還原成三價鉻，降低進入土壤或水體中的Cr(Ⅵ)濃度，毒性減小。

土壤中存在大量能將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)的微生物，這類微生物為特定的鉻還原生物，微生物自身能生存于含鉻環(huán)境中，將有毒的Cr(Ⅵ)還原成無毒的Cr(Ⅲ)[7]，自身生存在高濃度鉻的環(huán)境中，抗鉻能力增強。

4 結語

鉻作為土壤中最常見的重金屬之一，日益受到國家乃至國際的關注，鉻在土壤中的含量增多，為了判別鉻在環(huán)境中的健康標準，國家還對鉻在土壤中的含量做出了安全標準含量以及最大鉻濃度含量的規(guī)定。鉻在土壤中的分布具有不均勻性，Cr(Ⅵ)的毒性強于Cr(Ⅲ)，因此在工業(yè)和日常農業(yè)生活中鉻多以Cr(Ⅲ)的形式吸附于土壤膠體存在，保持土壤的酸堿度適中，不至于過酸過堿，除此之外，種植較多耐鉻植物也是降低土壤中鉻濃度的主要解決方法之一。總之，降低土壤中重金屬鉻的含量，生產健康的農用產品是未來需要繼續(xù)突破的難題。