全 文 ：土壤与环境 2 001, 10 (2 ) : 9 4一 97
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西安污灌区土壤重金属含量及对西红柿影响研究
庞奖励 , 黄春长 , 孙根年
( 陕西师范大学旅游与环境学院 , 陕西 西安 71 0 62 )
摘要 : 通过对西安污灌土和西红柿 C u , P b , C d , cr , A s , H g 元素分布的研究 , 结果表明这些元素在污灌土中发生了明显
累积 , 但不同元素的累积强度不同。 重金属从土壤向西红柿的迁移转化中 , 迁移累积率在灌土中 C d > sA > C u > Cr > H g > bP ,
而正常土中 C d > A s > H g > C u > C r > P b 。 西红柿不同生长阶段对土壤中重金属吸收程度不同 , 西红柿 C u 、 C么 H g 含量与土
壤中该元素含量呈明显的正相关关系 。
关键词 : 西安 ; 污灌土 ; 西红柿 ; 重金属
中图分类号 : X l科 文献标识码 : A
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污水灌溉农业不仅利用了有限的水资源 , 也是
供了很好的肥源 , 但长期污灌容易引起土壤环境问
题 , 容易对人类健康造成潜在威胁 。 土壤作为一个
十分复杂的多相体系和动态开放体系 , 固相中大量
粘土矿物 、 有机质 、 金属氧化物等能吸持进人其内
部的各种污染物特别是重金属元素 。 研究成果表
明 , 重金属元素一旦进人土壤后很难在生物物质循
环和能量交换过程中分解 , 往往在土壤中不断地进
行累积 l[ 一 8] 。 农田中重金属元素从生物化学性质上
可分为两类 , 一类是对作物和人畜有害的 , 如 C么
bP
、
H g 等 ; 另一类是在常量下对作物和人体作为
营养元素 , 过量时则出现危害 , 如 C u 、 cr 、 M n 、
nz 等 。 进人土壤的重金属元素 , 在一定时限内尚不
表现出对环境和作物的危害 , 但当其积累量超过土
壤承受能力或土壤容量时 , 就会对作物和人体产生
危害5[, 7】, 从而导致严重的生态问题 , 故各国将重
金属污染和治理作为环境科学研究的重点 。
西安是我国重要的污灌区之一 , 长期污灌已使
原母土的性质发生了很大的变化 , 形成了有特殊性
质的污灌土 。 由于长期污灌引起的环境问题已初现
倪端 , 如小麦拨节后抽穗减少 、 蔬菜易腐烂不耐贮
藏等 。 本文通过对西安污灌土和西红柿中重金属含
量的分析 , 研究重金属在土壤 一作物间的转移关系以
及影响因素 , 为评价 、 预防和根治土壤中的重金属
污染提供参考 。
1 研究材料与方法
为了正确理解 由于污水灌溉造成重金属元素
在土壤及蔬菜中的迁移累积规律 , 本次研究分别在
污灌区和正常区采样 。 污灌区 : 选择连续污灌历史
超过 30 年的地区为代表 , 西红柿为蔬菜代表 , 对
污灌土和西红柿分别进行采样 (土壤和西红柿样品
尽量在同一地点采取 )。 西红柿样品分别采取生长
初期的青果和成熟期熟果 ( 西红柿生长期利用污水
浇灌 )。 正常区 : 选择远离污灌区 、 长期用清水灌
溉的土为代表 , 对正常土和西红柿分别取样 。 西红
柿样品有两部分 , 一部分取自正常土区的蔬菜地 ,
一部分取自盆栽西红柿 ( 清水浇灌 ) , 同样对西红
柿生长初期和成熟期果实分别取样 。
基金项目 : 陕西省自然科学基金项目 ( 97 D幻4 )
作者简介 : 庞奖励 ( 1963 一 ) , 男 , 博士 , 副教授 。
收稿日期 : 2 0 1一0 2 一20
DOI : 10. 16258 /j . cnki . 1674 -5906. 2001. 02. 003
V
o l
.
10No
.
2庞奖励等 :西安污灌区土壤重金属含量及对西红柿影响研究
表 1土壤中重金属元素含 t分析结果 滩了
C uP bC d Cr As Hg
污灌土
正常土
含量范围
平均
含量范围
平均
土壤背景
累积强度
2 4~ 0 6
4 9
.
3( 8)
2 9~ 3 6
2 3
.
0( 6)
32
一以 )
1
.
5 4
7 3一 45
4 0( 8)
2 8一 32
2 9
.
5 ( 6)
2 9
.
5 0
1
.
3 6
0
.
3 1一 0
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2 8
0
.
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0
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4 1~ 0
.
16
0
.
15 ( ) 6
0
.
5 1
4 13
4 3~ 0 8
7 6 9( 8)
4 6
~ 6 6
2 6 8( 6)
2 6
.
0 8
1
.
1 1
0 8
.
8一 12
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3
11
.
4( 8)
5
.
5一 6
.
1
5
.
8( ) 6
5
.
80
1
.
95
1 15 0一 10 6 6
137 0名 ( 8)
2 1 6一 4 3 1
2 5 1 9( 6)
12 9
.
5 0
15 0 9
累积强度 =污水灌溉区土壤元素 i的含量 /正常土壤中元素 i的含量
土壤和西红柿中 e u、 P b、 e d、 er 、 As、 Hg元素用
原子吸收方法分析 , 分析过程中加人质量控制样
品 , 结果表明分析精度达到预期要求 , 完全满足本
次研究要求 。
2 结果和讨论
2
.
1 土壤中重金属分布特征
为了确定西安土壤重金属背景含量 , 土壤样品
取自那些长期用清水灌溉 、 周围无污水灌溉地区 ,
这样的土壤样品完全可以代表该地 区土壤的背景
值 (见表 l) 。 以本次分析数据为基准 , 参照已有的
土壤调查资料 (《西安土壤 》 ) , 本文确定西安土壤
中 c u 、 Pb 、 c d 、 cr 、 A s 、 H g 元素背景含量分别是
3 2
.
0
、
2 9
.
5
、
0
.
15
、
6 2
.
8
、
5
.
8 及 1 2 9 . 5 林g/ , 而污灌土含量分别是 4 9 . 3 、 4 0 、 0 . 6 2 、 6 2 . 7 、 1 1 . 4 9 和 1 3 7 0 . 8
林g/ 。 与正常土相比较 , 重金属元素在污灌土中发
生了明显累积 , 累积强度系数在 1 . 1 1 一 or .5 9 。 但是
不同元素在污灌土中累积强度明显不同 , 其中 rC
的累积强度最弱 (1 . n ) , H g 最强 ( or .5 9 ) , 累积
强度顺序为现 > c d > C u > A s > bP > c : (表 l) 。
显然 , 污灌土中重金属元素的高含量是这些元素发
生长期累积效应的直接结果 , 是长期污灌的直接结
果 。 不同元素在污灌中累积强度差异的主要原因是
元素的地球化学特征差异所致 , 同时也受到污水中
元素含量变化的制约 。 对土壤中重金属元素之间进
行相关性分析 , 表明 H g , c d , c u , P b 之间呈明显
的正相关关系 , 相关系数在 0 . 838 一 .0 949 。
.2 2 西红柿中重金属分布特征
表 2 中是西红柿中重金属含量分析结果 , 对其
统计分析表明 , 重金属分布有下列特征 。 ( l) 西红
柿在不同的生长阶段 ,从土壤中吸收 C u 、 P瓦 C么
cr
、
sA
、
H g 元素的数量有所不同 。 西红柿初期果
实和成熟果实中重金属含量明显不同 , C u 、 C么
H g 在初期阶段果实中含量低于成熟的果实 ( M 值
小于 l) , 而 P b 、 C r 、 A s 在生长初期阶段果实含量
高于成熟果实 ( M 值大于 l) 。 无论是污灌区还是正
常区的西红柿 , 不同阶段西红柿中元素的这种分布
规律是一致的 。 ( 2 ) 将污灌区与正常区西红柿 比
较 , 两种土区西红柿的 M 值有所不同 。 C u 、 C d 、
H g 的 M 污。 区 < M 正常区 , 这说明在污灌土区 , 西红柿
生长初期的果实对 c u 、 c d 、 H g 元素的吸收程度低
于正常区西红柿对土壤 c u 、 c d 、 H g 的吸收程度 。
bP
、
C r
、
A s 的 M 污灌区 > M 正常区 , 说明污灌区西红柿
成熟果对 P玩 C r 、 A s 元素的吸收程度高于正常区
西红柿成熟果对 P匕 C r 、 A s 的吸收程度 。 ( 3) 无
论是西红柿生长初期阶段果实还是成熟果 , 污灌区
西红柿的重金属等元素含量均显著高于正常区西
红柿含量 , K 值大于 1 ( 1 . 08 一 21 . 79 )。 西红柿中重
金属元素上述分布特征表明 , 土壤中重金属含量直
接影响和制约着西红柿果实中重金属含量 。
2
.
3 土壤一西红柿间重金属元素迁移转化
表2 西红柿中重金属等元素分析结果 m g · k g
鞠一48
初期阶段
.0595耳1748飞é卜一U`八j|比
`上、 ,ù
成熟阶段
污灌区
正常区
.06lóō23
58617n
,
2
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.147C.63.259-201
,1
10污灌区
清灌区
污灌精灌 (幻
污灌区
清灌区
污灌睛灌(幻
初期 l成熟阶段 (码
初期诚熟阶段〔娜
土壤与环境 Vo l .1 0No .2
水体一土壤 一植物是一个相互联系 、 相互影响的
自然系统 , 是一个复杂的多相体系 。 长期污灌会导
致污染物特别是重金属随水进人土壤 , 经过植物生
长过程中的吸收又进人农物体中 , 完成了污染物从
水体一土壤、 蔬菜的迁移转化 。 西安地处内陆半湿
润区 , 降雨有限 , 这使得进人土壤的重金属元素难
以发生大量的淋洗而迁出土壤 , 同时 , 土壤中重金
属元素本身又不易发生降解 , 重金属一旦进人土壤
往往容易残留下来 。 在西安污灌区 , 长期的污灌在
土壤中产生了明显的重金属累积效应 , 污灌土中重
金属浓度明显高于正常土 。 重金属从一种介质向另
一种介质的迁移转化过程中 , 常常伴有元素在不同
介质中累积和残留卧 71 。 污灌土 c u 、 bP 、 H g 、 c 么
A s
、
C r 在随植物的生长部分移出土体的同时 , 又在
植物体中进行累积 , 即通过植物生长向农作物中转
移 。 如果作物中重金属超过一定限度时 , 通过生物
链作用最终对人体造成危害 。 从西安污灌区研究结
果看 , 尽管污灌土中重金属元素明显积累 , 但尚未
对西红柿正常生长产生明显的外观和质量影响 , 西
蔬菜的可食用部分不同 。 重金属从土壤向西红柿的
迁移过程是 : 土壤。 根系 (al )、 径蔓 (处卜果实 (伪 ) ,所食西红柿果实的重金属含量等于 C 食果类= co x al
x 处 x 伪 ( C 食果类是果实重金属含量 , c0 土壤中含
量 , 优是重金属迁移系数 ( l< ) )。 食径类蔬菜中元
素的迁移过程是土壤一根系 ( al )一径叶 (处 ) , 所食用
食径叶的重金属浓度是 c 食径类= 0C 又 al 、 处 ( C 食径类
是径叶中重金属含量 , C 。 土壤中含量 , 以是重金属
迁移系数 )。 显然 , 在相同污灌土背景下 , 食果类
蔬菜果实中重金属积累量明显低于食径类蔬菜 ( 因
为 al x 处 x 伪 < al x 处 , 所以 C 食果类 < C 食径类 ) , 实
际情况也证实了这一点 (有关食径类蔬菜情况另有
撰文 )。 在 目前情况下 , 食果类和食径类蔬菜使用
同一环境标准 。 在同污灌背景条件下 , 进人食果类
蔬菜果实中重金属含量尚未超过标准 , 而食径类蔬
菜可能已经超出了标准 。
西红柿对土壤 中污染物吸收主要通过根系进
行 , 用迁移累积率刀可反映重金属等元素从土壤向
蔬菜中迁移累积强度或西红柿对土壤中重金属元
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土壤 e d 含量 z (陀 g 一 , ) 土壤 H g 含量 z (陀 g ” )
图 , 土坡中 C u 、 C d 、 Hg 元紊含 t 和西红柿中含 t 的关系
红柿果实中重金属含量仍在卫生标准内 (但部分食
茎叶类蔬菜超标 )。 尽管如此 , 重金属在西红柿果
实中已经产生了累积 , 含量显著高于正常西红柿 。
为什么西红柿果实中重金属未污染而部分食
径叶类蔬菜超标呢 ? 其原因可能与西红柿的生长
方式有关 。 西红柿是典型的食果类蔬菜 , 与食径类
素的吸附强度 :
戏 二 C iP / sC, ( l)式中刀 i为重金属元素 i的迁移累积率 , CP i 为蔬菜
中重金属 i 含量 , sC i 为土壤中重金属 i 的浓度 。 表
3 是重金属从土壤一西红柿迁移转化的迁移累积
率 。 对其分析可发现 , 从土壤。 西红柿 , 不同元素
表 3 土坡一西红柿重金属等元素的迁移累积率
~ . . -
.一 . - ~ ~ 叭 ` ~ ~ 一目 . 门一 . . . ~ - ~ ~ 一 .- - ~ . - - `~- 一 . ~ ,一- 一一- 一 , ~ - 一一 - ~ ~ - -一-C u bP C d Cr A s H g成熟阶段 正常区污灌区正常区污灌区 0 . 0 2 2 5 0 . 0 86 7 0 . 0 3 9 0刀3 9 5 0 .0 2 6 30 . 0 2 5 4 .0 《X刃 5 0 . 0 54 8 .0 00 4 4 0 . 0 2 9 9 0 .0() 4 7。 . 00 4 0 0 0 2 3 2初期阶段 0 . 0 2 1 9 0 . 0 80 0 0 04 1 20 . 0 2 3 1 .0 0 1 5 0 . 0 5 1 6 0 . X() 4 8 0一 0 3 5 1 0 .0() 3 5正常土壤 ( 平均 )污灌土壤 ( 平均 ) 0 . 0 2 2 2 .0 〕 X】1 0 . 0 8 6 7 0 . X() 3 9 0 . 04 1 2 0 .0 2 5 30 . X() 1 1 0 . 0 5 3 2 0 . X() 4 5 0 . 0 3 2 6 0 .X() 4 1
V
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.
10 No
.
2 庞奖励等 :西安污灌区土壤重金属含量及对西红柿影响研究
迁移累积强度有明显差异 , 其差异主要表现为 : 无
论在西红柿生长初期阶段或成熟期 , 正常土区西红
柿中 C d 、 A s 、 gH 迁移累积率大于污灌区西红柿的
迁移累积率 , 而正常土区西红柿的 C u 、 bP 、 C r 迁
移累积率低于污灌区西红柿 (见表 3) ; 污灌区中 ,
重金属从土壤一西红柿的迁移累积率是 C d > A s >
c u > c : > H g > bP
, 而正常区西红柿的迁移累积率
是 C d > A s > H g > e u > C r > Pb 。
土壤中重金属的地球化学行为与土壤物理化
学性质 、 蔬菜种类 、 元素自身的特征有关 。 通过对
土壤和西红柿中重金属含量 、 迁移累积率及元素间
相关性等综合分析 , 表明重金属从土壤、 西红柿的
迁移过程中 , 不同元素在西红柿中的迁移累积率大
小与土壤中金属的含量无明显相关关系 , 正常土和
污灌土的迁移累积率差异不明显 。 但是西红柿中重
金属元素的绝对含量与土壤重金属绝对含量密切
相关 , 其中西红柿 e u 、 C d 、 H g 与土壤 e u 、 e d 、
H g 含量呈明显的正相关关系 (图 1) , 而 C r 、 A s 、
H g 则无显著的相关性 , 这说明西安城郊长期的污
灌使 c u 、 c d 、 H g 在土壤中产生的累积效应将会使
蔬菜中 c u 、 c d 、 H g 含量明显增加 。
自然成土条件下 , 在特定成土过程形成的土壤
中各元素在地球化学域中有 自己的位置 , 表现在含
量上有各自的含量范围 。 对西安污灌土研究说明 ,
长期的污灌已经导致西安污灌土中 c d , A s , c u ,
cr
,
H g
,
bP 元素明显累积 , 呈现一定程度的富集
或污染 , 对人类的健康产生了潜在威胁 。 但关于对
西安污灌土中重金属的评价及防治措施 、 赋存状态
形式等有待更深人的研究 。
致谢 : 本文中元素的分析由长安大学的谢娟完成 。
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