全 文 ：芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅
含量和形态分布研究 3
王兴明　刘登义 3 3 　涂俊芳　李　征　王友保
(安徽师范大学生物多样性研究中心 ,重要生物资源保护与利用安徽省重点实验室 ,芜湖 241000)
【摘要】　研究了污染土壤、油菜籽中 Cd、Cu、Zn、Pb 含量、形态分布特征和重金属富集状况及可能存在的
生物毒性. 结果表明 ,土壤中 Cd、Zn、Pb 以铁锰氧化物结合态、Cu 以残留态占 5 种形态最高比例 ,分别为
31181 %、39183 %、53179 %、46124 % ;Cd、Pb 交换态比例较高 ,为 23147 %、16132 % ,Cu、Zn 的交换态比例
较小 ,为 3114 %、0154 % ;土壤中不同重金属与各重金属形态相关关系有差别 ,5 种重金属形态转化为有效
态重金属难易程度不同 ;油菜籽和油菜籽壳中不同重金属累积趋势有差异 ,Cu 易在油菜籽壳中累积 ,Cd、
Zn、Pb 易在油菜籽中累积 ;油菜籽中不同重金属累积率不同 ,Cd 累积率最高 ,为 0156. 油菜籽中重金属累
积率与土壤中重金属总量呈显著负相关关系 ( P < 0105) ,土壤中重金属的形态、转化差异是此种负相关关
系的主要原因 ;油菜籽中 Cd、Cu、Pb 以氯化钠态为主 ,分别为 32150 %、22194 %、34169 % ,Zn 以 EDTA 态
为主 ,为 45197 %. 油菜籽中重金属形态可能影响其毒性 ,但其毒性的人类膳食风险还需进一步研究证实.
油菜籽中重金属形态与油菜中重金属总量相关性不好.
关键词 　形态 　油菜籽 　毒性
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 10 - 1924 - 08 　中图分类号 　X132 　文献标识码 　A
Cd,Cu, Zn and Pb contents and forms in soils and rapeseeds around Wuhu Plant. WAN G Xingming ,L IU
Dengyi , TU J unfang ,L I Zheng ,WAN G Youbao ( Provincial Key L aboratory of Conservation and Ex ploitation
of Biological Resources in A nhui , Biodiversity Research Center , A nhui Norm al U niversity , W uhu 241000 , Chi2
na) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (10) :1924～1931.
The study showed that around Wuhu Plant ,soil Cd ,Zn and Pb mainly existed in Fe2Mn oxide form ,and Cu in
residual form ,with the percentage of 31. 81 % ,39. 83 % ,53. 79 % ,and 46. 24 % ,respectively. Soil exchangeable
Cd and Pb had a higher proportion (23. 47 % and 16. 32 %) than soil exchangeable Cu and Zn (3. 14 % and
0154 %) . The correlations between soil heavy metals and their forms ,as well as their transformation to available
form were different . Different heavy metals had different accumulation trends in rapeseed and its hull. Cu easily
accumulated in hull ,while Cd ,Zn and Pb had a higher accumulation in seed. The accumulation rate of heavy met2
als in rapeseed and hull was also different ,being the highest for Cd. There was a significantly negative correlation
( P < 0. 05) between the accumulation rate of heavy metals and their contents in soil. In rapeseed ,Cd ,Cu and Pb
were mainly in sodium hydroxide form ,with the percentage of 32. 50 % ,22. 94 % and 34. 69 % ,respectively ,
while Zn was mainly in EDTA form ,with a percentage of 45. 97. The existed forms of heavy metals in rapeseed
probably affected their toxicity ,but the toxicity to human food could not be inferred from this research ,and need2
ed to be studied further. There was a weak relation between heavy metals contents and their existed forms in
rapeseed.
Key words 　Form , Rapeseed , Toxicity. 3 国家重点基础研究发展规划项目 (2004CB418503) 和国家自然科
学基金资助项目 (30470270) .3 3 通讯联系人. E2mail :ldy @mail. ahnu. edu. cn
2004 - 11 - 15 收稿 ,2005 - 04 - 07 接受.
1 　引 　　言
重金属污染对土壤2植物生态系统危害相当突
出[20 ,22 ,24 ] . 重金属进入土壤后对植物、动物、微生物
形成永久性潜在危害 ,而土壤中重金属总量分布分
析可以给出关于土壤中重金属可能富集的信号 ,但
不能表明该元素在土壤中的存在状态、迁移能力以
及植物吸收的有效性 ,也不能作为评估它们对生物
影响的标准[13 ] . 重金属进入土壤后 ,常与土壤中相
关物质反应而呈不同的化学形态 ,并表现出不同活
性[8 ] .许多研究表明 ,交换态重金属是植物可吸收
利用的主要形态[16 ] ,且毒性最大 ,它一旦被植物吸
收而减少 ,便从其它形态来补充 ;残留态的活性毒性
最小[19 ] . 有效态重金属主要指土壤中能为植物所迅
速吸收与同化的那部分重金属总量 [30 ] . Williams
等[17 ]认为 ,在重金属污染土壤中 ,有效态含量比总
量更能反映污染物对农作物的危害程度. 从土壤化
学的观点看 ,有效态不仅包括水溶态、酸溶态和吸附
应 用 生 态 学 报 　2005 年 10 月 　第 16 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2005 ,16 (10)∶1924～1931
态 ,而且还应包括能在短期内释放为植物可吸收利
用的各种形态[3 ,5 ] ;农作物中的重金属也以多种复
杂形态而存在. 不同农作物 ,不同生长发育阶段 ,不
同部位 ,重金属的形态分布特征也并不相同[22 ] ,这
种形态的不同也必然牵涉各种重金属形态的迁移能
力、活性有显著差异 ,从而导致其往下一营养级传递
时的质和量上的差异以及由此而引起的生物有效性
的变化.
20 世纪 90 年代以来 ,国际上对重金属元素的
环境标准越来越严格[14 ] . 最近 10 年来 ,关于土壤环
境中重金属有效性研究已由环境化学制约性转向植
物制约性研究 ,并试图按照不同作物对不同元素的
生育期全程积累特点进行估计[11 ] ,而一般认为 ,人
类摄取的重金属主要通过土壤2作物2食物传递[2 ] ,
最近 ,又提出了通过土壤2作物污染物迁移分配模型
结合食物结构进行人类污染物的食物摄取的风险评
价方法[12 ] . 因此 ,研究重金属元素含量及形态沿着
食物链的传递有着十分重要的意义. 本文通过污染
区采样 ,研究污染地区重金属含量与形态在土壤和
油菜籽中分布以及油菜籽中重金属富集状况 ,由此
说明重金属形态在重金属迁移、转化中的重要性 ,为
预测土壤重金属的临界含量、生物有效性及其动态
转化提供更准确的科学依据 ,为油菜食物安全标准
提供依据.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
芜湖市地处长江沿江平原丘陵区 ,年均温 1517～1610
℃,年降雨量 1 198～1 413 mm ,以 6 月最多 ,平均 200～300
mm ,12 月最少 ,仅 35～60 mm ,无霜期 220～240 d. 马塘区
位于芜湖市南部 ,北依青弋江 ,西临长江 ,南滨漳河 ,东至荆
山河 ,面积 64 km2 ,芜湖市马塘区内有多家大型工矿企业 ,
芜湖钢铁厂就在此区中. 经阎伍玖等 [28 ]调查 ,此区内有重金
属污染 ,且 Cd 污染较严重.
212 　样品采集
在芜湖钢铁厂周边选取 2 km 的典型污染区 ,采用棋盘
式布点法 ,选 10 个采样点 ,每样点采集油菜籽及相应点油菜
根际土壤 ,土样深度在 25 cm 以内 ,多个子样混成一样. 另在
远离芜湖钢铁厂典型污染区外 5 km 无污染区采集油菜籽和
油菜根际土壤作为对照样.
213 　测定方法
常规分析项目均按照土壤理化分析方法 [7 ]测定. 基本理
化性质见表 1. 土壤中重金属的形态分级采用朱燕婉 1989
年修改后的 Tessier 连续提取法 [31 ] . 交换态用 MgCl2 提取 ,
碳酸盐结合态用 NaAc 溶液提取 ,铁锰氧化物结合态用
HOAc 溶液提取 ,有机结合态用 HNO3 和 H2O2 提取 ,残留态
用差减法计算. 土壤中重金属有效态提取 : 011 mol·L - 1
HCl ,土液比 1∶5[5 ] . 油菜籽中重金属形态的提取 [27 ] :将各样
点油菜籽在室温下风干 ,粉碎 ,以提取剂∶籽实为 20∶1 比例 ,
在室温下加入提取剂 ,搅拌 1 h ,提取 17～18 h ,离心 ,分离 ,
回收上清液于烧杯中 ;然后再加入提取剂 ,搅拌 ,提取 2 h ,离
心 ,分离 ,回收上清液. 共 4 次 ,将提取液合并于烧杯中 ,蒸发
至干后 ,用一定比例的强酸 (硝酸2高氯酸2硫酸) 消化 ,用
10 %的硝酸定容 ,即得一定提取液所选择提取的重金属形
态.提取剂依次为去离子水、011mol EDTA、1 %醋酸、215 %
氯化钠、012 %氢氧化钠、70 %乙醇. 各提取剂主要提取形态
为 :去离子水 ,提取游离态重金属离子及与作物中水溶性结
合的部分 ;011 mol EDTA ,为强螯合剂 ,提取络合态重金属 ;
1 %醋酸 ,提取作物中金属的弱结合形态 ,包括与氨基、羧基
等结合的部分、游离还原糖以及难溶于水的金属磷酸盐等 ;
215 %氯化钠 ,提取蛋白质结合态 ,特别是与球蛋白的结合
态 ,以及果胶酸盐等 ;012 %氢氧化钠 ,提取与碱溶性蛋白质
结合的形态 ;70 %乙醇 ,以提取醇溶性蛋白质为主及少量无
机盐、氨基酸盐等.
表 1 　供试土样的基本性质
Table 1 Some physical and chemical properties of tested soils
编号
No1 p H 有机质O1M1
(g·kg - 1)
EC
(μs·cm - 1)
重金属含量
Content of heavy metal (mg·kg - 1)
Cd Cu Zn Pb
CK 6142 8157 114126 0188 53125 88198 66187
1 6169 16133 96150 6169 92120 504181 150100
2 6184 7143 234100 3136 51100 135187 40170
3 6162 10133 93130 4175 63186 196189 51113
4 6106 10152 34190 3168 55114 90163 28192
5 5180 7198 53100 4109 57158 73113 44124
6 6174 9160 184110 5180 78117 427170 91122
7 6172 10112 79110 4186 52164 423151 114181
8 5164 7182 93160 4145 58106 103117 42124
9 6146 8157 211100 4123 16155 124115 43155
10 6113 7123 159100 4182 95188 144183 45187
　　每个样品 3 次重复 ,土壤及油菜体内 Cd、Cu、Zn、Pb 含
量及各形态提取液中 Cd、Cu、Zn、Pb 含量用原子吸收法测
定 ,用国家环保总局 Cd、Cu、Zn、Pb 标准样品校正.
214 　数据分析
一元线性回归方法 ,方程模型 : y = a + bx . 累积量分析
采用 t 检验 ,明确差异显著性. 多元逐步回归分析方法 : y =
b0 + bi x i ( i = 1 , 2 , 3 , 4 , 5) ,式中 , x 为各重金属形态含量 , y
为有效态重金属含量 ,油菜籽重金属累积率 , i 为形态编号.
3 　结果与分析
311 　Cd、Cu、Zn、Pb 在污染土壤中形态分布
由表 2、3 可知 ,对照和污染土壤中 ,Cd 交换态
比例都很大 , 对照土壤中 25156 % , 污染土壤中
20142 %～27136 % ,并且各样点都有交换态 > 有
机态 > 残留态 ;Cu 交换态在对照土壤和污染土壤中
都占 5 种形态最低比例 ,对照土壤中 2147 % ,污染
土壤中 1199 %～4186 % ,并且各样点有残留态或有
529110 期 　　 　　　　　王兴明等 :芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究 　　　　　　　　　　　
机结合态 > 铁锰氧化物结合态 > 碳酸盐结合态 > 交
换态 ;Zn 交换态比例同 Cu 一样 ,在对照土壤和污染
土壤中都占 5 种形态最低比例 , 对照土壤中
0199 % ,污染土壤中 0122 %～1115 % ,对照土壤 Zn
以残留态占比例最大 ,污染土壤 5、8、9、10 样点 Zn
与对照土壤一样残留态占比例最大 ,污染土壤其余
样点 Zn 以铁锰氧化物结合态占比例最大 ; Pb 交换
态比例在污染土壤 5 种重金属形态中变化较大 ,变
幅为 5161 %～40130 % ,对照土壤中 14167 % ,对照
土壤 Pb 以残留态占比例最大 ,污染土壤因样点不
同而呈现以铁锰氧化物结合态或残留态或交换态占
最大比例.
表 2 　土壤中各形态 Cd、Cu分布
Table 2 Distribution of each Cd and Cu form in the soil( mg·kg - 1 , %)
样点
Plot
Cd
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Cu
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
CK 0123 0126 0123 0112 0105 1131 3104 7115 20140 21135
(25156) (29139) (25199) (13137) (5169) (2147) (5171) (13142) (38131) (40109)
1 1140 1180 1199 1111 0141 1183 3181 8172 42145 35139
(20184) (26180) (29178) (16150) (6108) (1199) (4114) (9146) (46104) (38138)
2 0185 1103 0185 0145 0119 1158 3145 7137 13139 25121
(25120) (30171) (25120) (13139) (5151) (3110) (6175) (14146) (26126) (49142)
3 1121 1133 1136 0162 0125 2104 2167 8176 16100 34139
(25135) (27192) (28151) (13107) (5115) (3119) (4118) (13172) (25106) (53185)
4 0196 1104 0199 0149 0122 2168 4133 8128 13105 26180
(25189) (28118) (26172) (13136) (5185) (4186) (7185) (15102) (23167) (48160)
5 1112 1110 1114 0161 0113 1189 2174 7119 12121 33155
(27136) (26191) (27180) (14180) (3114) (3128) (4176) (12149) (21120) (58126)
6 1119 1157 2137 0149 0119 2137 5198 11107 33168 25107
(20142) (26197) (40184) (8143) (3133) (3104) (7165) (14116) (43109) (32107)
7 1102 0199 2103 0165 0117 1191 3189 9121 19197 17166
(20189) (20142) (41167) (13145) (3156) (3164) (7138) (17149) (37194) (33154)
8 1119 1132 1112 0158 0125 2116 3171 7173 11143 33103
(26167) (29170) (25105) (12193) (5166) (3172) (6140) (13131) (19169) (56189)
9 0189 0187 1177 0157 0115 0153 1186 5135 5137 3144
(20189) (20142) (41167) (13146) (3156) (3118) (11126) (32134) (32142) (20179)
10 1118 1147 1128 0161 0129 2153 6157 15178 18131 52168
(24147) (30142) (26157) (12159) (5194) (2164) (6185) (16146) (19110) (54195)
表中数据均为均值 Data in the table are mean value. 括号中数据表示各形态百分含量 Data in the bracket represent the percentage of each form. Ⅰ1
交换态 Exchangeable form ; Ⅱ1 碳酸盐结合态 Carbonate form ; Ⅲ1 铁锰氧化物结合态 Fe2Mn oxide form ; Ⅳ1 有机结合态 Organic form ; Ⅴ1 残留
态 Residual form. 下同 The same below.
表 3 　土壤中各形态 Zn、Pb分布
Table 3 Distribution of each Cd and Cu form in the soil( mg·kg - 1 , %)
样点
Plot
Zn
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Pb
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
CK 0188 5148 27140 11114 44108 9181 6124 31126 3178 15177
(0199) (6115) (30179) (12152) (49154) (14167) (9134) (46176) (5165) (23158)
1 2143 30108 195135 131183 145112 15111 13147 106115 3155 11174
(0148) (5196) (38170) (26111) (28175) (10107) (8198) (70176) (2136) (7183)
2 1156 8116 75177 21152 28186 10189 3186 15124 6188 3183
(1115) (6101) (55177) (15184) (21124) (26174) (9149) (37145) (16189) (9142)
3 1103 5147 82120 28115 80103 16121 2142 23187 4181 3183
(0152) (2178) (41175) (14130) (40165) (31171) (4172) (46168) (9140) (7149)
4 0167 5171 35189 13107 35129 7117 0169 5133 3166 12106
(0174) (6130) (39160) (14142) (38193) (24181) (2140) (18142) (12166) (41170)
5 0182 3188 18149 8128 41165 17183 2134 17126 5156 1125
(1112) (5131) (25129) (11132) (56195) (40130) (5130) (39101) (12157) (2182)
6 1109 63144 198118 88112 76187 5112 6122 66136 6143 7109
(0126) (14183) (46134) (20160) (17197) (5161) (6182) (72175) (7105) (7177)
7 0192 55178 174140 93144 98197 13150 3160 69199 2120 25151
(0122) (13117) (41118) (22106) (23137) (11176) (3114) (60197) (1192) (22122)
8 1115 6183 27181 12106 55131 10110 9191 8180 4132 9111
(1111) (6162) (26196) (11169) (53161) (23190) (23146) (20183) (10123) (21156)
9 1126 13182 47183 13108 48115 5183 5122 15100 4182 12168
(1101) (11113) (38153) (10154) (38179) (13139) (11199) (34144) (11106) (29112)
10 1104 6138 30127 13174 93139 4177 3116 23111 4189 9195
(0172) (4141) (20190) (9149) (64148) (10140) (6189) (50137) (10166) (21169)
6291　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
　　污染土壤中 4 种重金属形态分布各不相同. Cd
的分布为铁锰氧化物结合态 (31181 %) > 碳酸盐结
合态 (26174 %) > 交换态 (23147 %) > 有机结合态
(13119 %) > 残留态 (4178 %) ; Cu 的分布为残留态
(46124 %) > 有机结合态 (29193 %) > 铁锰氧化物结
合态 (14140 %) > 碳酸盐结合态 (6128 %) > 交换态
( 3114 %) ; Zn 的 分 布 为 铁 锰 氧 化 物 结 合 态
(39183 %) > 残留态 ( 31163 %) > 有机结合态
(19102 %) > 碳酸盐结合态 ( 8197 %) > 交换态
( 0154 %) . Pb 的 分 布 为 铁 锰 氧 化 物 结 合 态
(53179 %) > 交换态 (16132 %) > 残留态 (14187 %)
> 碳酸盐结合态 (8197 %) > 有机结合态 (7122 %) .
312 　重金属总量与各重金属形态的关系
由表 4 可知 ,Cd、Cu、Zn 总量与各重金属形态
含量显著呈相关 ( P < 0105) ; Pb 总量与铁锰氧化物
结合态呈极显著正相关 ( P < 0101) ,与有机结合态
呈负相关 ( P > 0105) ,而与交换态、碳酸盐结合态、
残留态呈正相关 ( P > 0105) ,说明 Cd、Cu、Zn 总量
与各重金属形态相关关系的显著性比 Pb 好 ,而铁
锰氧化物结合态与 Cd、Cu、Zn、Pb 总量相关性好于
其它形态.
表 4 　重金属总量与各重金属形态含量的相关系数
Table 4 Correlation coeff icient bet ween the content of total heavy metal
and its each form in polluted soils
重金属形态
Forms of
heavy metal
Cd Cu Zn Pb
Ⅰ 01825 3 3 01739 3 3 01524 3 3 01287
Ⅱ 01835 3 3 01783 3 3 01850 3 3 01628
Ⅲ 01786 3 3 01735 3 3 01978 3 3 01990 3 3
Ⅳ 01755 3 01847 3 3 01986 3 3 - 01472
Ⅴ 01671 3 01829 3 3 01809 3 3 014733 3 P < 0101 ; 3 P < 0105. 下同 The same below
313 　重金属有效态和重金属总量及 5 种重金属形
态的关系
有效态重金属主要指土壤中能为植物所迅速吸
收与同化的那部分重金属总量. Cd、Cu、Zn、Pb 有效
态重金属含量与重金属总量相关系数分别为
01980 3 3 、01829 3 3 、01995 3 3 、01999 3 3 (表 5) . 这
说明有效态重金属含量与重金属总量呈显著的正相
关 ,土壤中重金属越多 ,有效态重金属含量也越多.
为了探究到底是哪种重金属形态最易于转化为有效
态重金属 ,将 5 种重金属形态含量与有效态含量做
逐步回归方程 (表 6) . 对于不同重金属 ,其转化为有
效态重金属难易程度不同. 从表 6 可见 ,Cd 的碳酸
盐结合态和铁锰氧化物结合态易于转化成其有效
态 ;Cu 的交换态本身就是其有效态或与其呈正相关
关系 ;Zn 的铁锰氧化物结合态易于转化成其有效
态 ;Pb 的铁锰氧化物结合态和残留态比较易于转化
成其有效态.
表 5 　有效态重金属含量对重金属总量的相关与回归分析结果
Table 5 Results of regression and correlation analysis of the content of
available form to total concentration of Cd , Cu, Zn and Pb forms in
polluted soils
重金属
Heavy
metal
线性回归方程
Equation of
linear regression
R 值
R value
R 2 值
R 2 value
　
Cd y = 0109x + 01034 01980 3 3 01961
Cu y = 01025x + 01990 01829 3 3 01687
Zn y = 01201x + 11839 01995 3 3 01990
Pb y = 0103x + 01212 01999 3 3 01999
表 6 　有效态重金属含量对 Cd、Cu、Zn、Pb 各形态含量的逐步回归
分析结果
Table 6 Results of step regression analysis of the content of available
form to the concentration of Cd ,Cu, Zn and Pb forms in polluted soils
重金属
Heavy
metal
逐步回归方程
Equation of
step regression
R 2 值
R 2 value
P 值
P value
　
Cd y = 01191x2 + 01097x3 + 0107 R2 = 01969 P < 0101
Cu y = 0192x1 + 01749 R2 = 01649 P < 0101
Zn y = 01035x3 + 934 R2 = 01974 P < 0101
Pb y = 0136x3 + 01249x5 - 21868 R2 = 01992 P < 0101
x1 :交换态 Exchangeable form ; x2 :碳酸盐结合态 Carbonate form ; x3 :
铁锰氧化物结合态 Fe2Mn oxide form ;x4 :有机结合态 Organic form ;
x5 :残留态 Residual form. 下同 The same below.
314 　土壤中 Cd、Cu、Zn、Pb 在油菜籽壳与油菜籽中
的累积量
由表 7 可见 ,通过 t 检验 ,可以得出 Cd、Zn、Pb
在对照土壤中易累积于油菜籽 ( P < 0105) ,Cu 在对
照土壤中易累积于油菜籽壳 ( P < 0101) . 而在污染
土壤中 ,Cd 只在样点 2、5、6、7、10 显著累积于油菜
籽 ,Cu 在除 6、10 样点的其它样点显著累积于油菜
籽壳 ,Zn 在各样点显著累积于油菜籽中 ,Pb 在除 1、
8、10 样点的其它样点显著累积在油菜籽中. 将各污
染样点综合在一起分析 ,发现污染土壤中 Cd、Zn、Pb
易于累积在油菜籽中 ( P < 0105) ,Cu易于累积在油
表 7 　Cd、Cu、Zn、Pb在油菜籽壳与油菜籽中的累积量
Table 7 Accumulation of Cd ,Cu, Zn and Pb in the hull of rapeseeds and
rapeseeds( mg·kg - 1)
样点
Plot
Cd
A B
Cu
A B
Zn
A B
Pb
A B
CK 0127 0133 3 12189 8141 3 3 42136 45173 3 3 14184 16130 3 3
1 1114 1113 16133 7189 3 3 73161 52120 3 3 17161 15190
2 1100 1136 3 3 13143 9185 3 3 55188 65102 3 3 14172 16182 3 3
3 1101 1101 8132 7136 3 3 30121 55155 3 3 15137 16195 3 3
4 1113 1125 13113 7177 3 3 25116 43105 3 3 20182 16175 3 3
5 0184 1110 3 3 11137 7199 3 3 82150 45165 3 3 11107 16142 3 3
6 1126 1154 3 7194 8108 126169 70194 3 3 13174 16104 3 3
7 1104 1137 3 3 6195 8130 3 3 82117 69152 3 3 14104 16124 3 3
8 1116 1110 9119 7106 3 3 19142 48151 3 3 15146 15173
9 1101 1122 8191 7147 3 3 18131 49138 3 3 15103 16192 3 3
10 1134 1161 3 3 10156 9176 33180 61156 3 3 16112 18130
A :油菜籽壳 Hull of rapeseed ;B :油菜籽 Rapeseed. 3 P < 0105 ; 3 3 P < 0101
729110 期 　　 　　　　　王兴明等 :芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究 　　　　　　　　　　　
图 1 　Cd、Cu、Zn、Pb 在油菜籽中的累积率
Fig. 1 Accumulate rate of Cd ,Cu ,Zn and Pb in the rapeseeds.
表 8 　土壤中 Cd、Cu、Zn、Pb 总量和油菜籽累积率的相关与回归分
析
Table 8 Results of regression and correlation analysis of total concen2
tration of Cd ,Cu, Zn and Pb forms in polluted soils to the accumulation
rate in rapeseeds
重金属总量
Total concentration
of heavy metal
线性回归方程
Equation of
linear regression
R 值
R value
R2 值
R2 value
　
Cd y = - 01103x + 11044
- 0176 3 01578
Cu y = - 01004x + 01406
- 01842 3 3 01709
Zn y = - 01001x + 01578
- 01942 3 3 01887
Pb y = - 0103x + 01547
- 0192 3 3 01846
菜籽壳中 ( P < 0105) . 这与对照土壤中 Cd、Cu、Zn、
Pb 在油菜籽壳和油菜籽中累积趋势相同. 油菜籽壳
与油菜籽中重金属累积量有差别 ,说明 Cd、Zn、Pb
比 Cu 更易通过油菜果实向食物链传递并在人体内
累积.
315 　Cd、Cu、Zn、Pb 和油菜籽累积率的关系
4 种重金属在油菜籽中累积率各不相同 ( F =
13149956 , P < 0101) . 排列各重金属在油菜籽中累
积率有 Cd > Zn > Pb > Cu (图 1) ,说明 Cd 更易被油
菜籽吸收. 虽然累积率以 Cd 最高 ,但各重金属在油
菜籽中累积率都是随着重金属浓度变化而变化 ,由
表 8 得出油菜籽累积率与土壤中重金属浓度成显著
负相关关系 ( P < 0105) ,说明土壤中重金属浓度增
大 ,油菜籽对 Cd、Cu、Zn、Pb 吸收量相对于土壤中重
金属增加量来说是降低的. 通过油菜籽重金属累积
率对污染土壤中重金属形态逐步回归发现 (表 9) ,
对于 Cd 与 Cu 来说 ,交换态是油菜籽累积率的主要
原因 ,并且交换态越多 ,油菜籽累积率越低. 这可能
因为土壤中 Cd 和 Cu 含量越多 ,交换态 Cd 和 Cu 也
越多 (表 4) ,虽然交换态重金属是植物可吸收利用
的主要形态 ,但其在量上已超过了油菜籽本身的吸
收能力 ,多余重金属离子不被植物体吸收 ,油菜籽累
积率下降 ;对于 Zn 与 Pb ,逐步回归方程说明铁锰氧
化物结合态是其累积率降低的主要原因 ,并且有铁
锰氧化物结合态越多 ,油菜籽累积率越低. 这说明土
壤中 Zn 和 Pb 含量较多时 ,有大量重金属离子转变
成铁锰氧化物结合形态 (表 4) ,即植物体难以吸收
的重金属形态 ,直接导致了油菜籽吸收量的降低 ,从
而油菜籽累积率降低.
表 9 　污染土壤油菜籽累积率对土壤 Cd、Cu、Zn、Pb 各形态逐步回
归结果
Table 9 Results of step regression analysis of the accumulation rate of
rapeseeds to the concentration of Cd , Cu, Zn and Pb forms in polluted
soils
重金属
Heavy
metal
逐步回归方程
Equation of
step regression
R 2 值
R 2 value
P 值
P value
　
Cd y = - 01633x1 + 11255 01644 P < 0101
Cu y = - 01153x1 + 01459 01746 P < 0101
Zn y = - 01002x3 + 01551 01854 P < 0101
Pb y = - 01004x3 + 01466 01835 P < 0101
316 　油菜籽中 Cd、Cu、Zn、Pb 的形态分布与毒性
31611 Cd 的形态分布与毒性 　排列各提取剂的提
取顺序有氯化纳态 ( 32150 %) > 氢氧化钠态
(14194 %) > 水溶态 (13132 %) > 乙醇态 (11165 %)
> ED TA 态 (7180 %) > 醋酸态 (6122 %) (图 2) ,说
明 Cd 与油菜籽中蛋白质 ,特别是球蛋白和碱溶性
蛋白质结合相对较多[25 ] . 有关食品中重金属形态与
人体吸收、代谢关系的直接报道至今不多 ,但通过采
用投加不同形态重金属进行动物及人体的毒性实
验 ,已证实生物对不同形态重金属的吸收、运输与代
谢有着显著差别 , 吸收的难易影响着毒性的大
小[27 ] .内山的研究证明[15 ] ,大豆中的 Cd 是与蛋白
质结合的形态存在 ,约占大豆总 Cd 的 30 % ,分子量
在 15～20 万以上 ,并用此解释 ,在高 Cd 地区的居
民虽食用含 Cd 豆浆而甚少受害的原因在于大豆蛋
白质可络合 Cd 从而缓解了毒性. 有研究者比较了
无机镉和硫蛋白型镉在老鼠体内的分布 ,结果注射
的硫蛋白型镉在 1h 内大约有 60 %的 Cd 从尿中排
出 ,而注射的氯化镉 67 %累积在肝脏中 , 仅有
0103 %从尿中排出[27 ] . 但何孟常等[6 ]曾通过模拟实
验研究谷物经过蒸煮进入胃后蛋白质 Cd 结合形态
的变化 ,结果显示蛋白质形态 Cd 经过蒸煮和消化
酶作用后主要以小分子结合形态存在 ,它们对动物
和人体毒性的强弱 ,还缺乏毒理学实验数据 ,有待进
一步研究证实. 油菜籽中大部分 Cd 与蛋白质结合 ,
说明此油菜籽如果被食用 ,其中 Cd 可能大部分被
排出体外 ,少数累积在人体中 ,累积的 Cd 对人体毒
性大小还需进一步研究确定.
8291　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
图 2 　油菜籽中 Cd、Cu、Zn、Pb 在不同提取剂中的溶解性
Fig. 2 Extraction ratio of Cd ,Cu , Zn and Pb in rapeseed with different
solvent .
Ⅰ1 水溶态 Water soluble form ; Ⅱ1EDTA 态 EDTA form ; Ⅲ1 醋酸态
Acetic acid form ; Ⅳ1 氯化钠态 Sodium chloride form ; Ⅴ1 氢氧化钠态
Sodium hydroxide form ; Ⅵ1 乙醇态 Ethanol form.
31612 Cu 的形态分布与毒性 　排列各提取剂的提
取顺序有氯化钠态 (22194 %) > 水溶态 (19163 %) >
氢氧化钠态 (17108 %) > 乙醇态 (14127 %) > ED TA
态 (13137 %) > 醋酸态 (12172 %) (图 2) ,说明 Cu 在
油菜籽中也主要与蛋白质结合. 据报道 ,Cu 盐的毒
性因其形态不同而有差异 ,硫酸铜和醋酸铜的毒性
较大 ,特别是硫酸铜 ,经口服即使微量也会引起中
毒[10 ,26 ] . 至于 Cu 与食品成分相结合形成螯合物后 ,
其毒性与铜盐比 ,是轻还是重 ,目前未见到系统报
道. 这也就意味着 Cu 的水溶态和醋酸态更易于被
人体吸收和累积 ,因此它的毒性较其它几种提取态
大. 油 菜 籽 中 的 水 溶 态 Cu 所 占 比 例 较 大
(19163 %) ,这极有可能会增加人们摄入的铜量使其
在人体内积累引起相应毒性 ;相比而言 ,醋酸态 Cu
所占比例较小 (12172 %) ,其毒性对人体影响较小.
但总的来说 ,Cu 在油菜籽中引起的毒性可能会因为
氯化钠态所占比例最大而受影响.
31613 Zn 的形态分布与毒性 　Zn 在不同提取剂中
的溶出比例为 ED TA 态 ( 45197 %) > 水溶态
(27112 %) > 氯化钠态 ( 7134 %) > 氢氧化钠态
(6178 %) > 醋酸态 (6149 %) > 乙醇态 (6130 %) (图
2) ,说明 Zn 在油菜籽中存在的主要形态是络合态.
植物组织中 ,Zn 主要与低分子量的阴离子化合物结
合而存在. 素食饮食中锌有效性低 ,因为禾谷类和豆
制品中含有一些抑制 Zn 有效性的物质 ,干扰 Zn 的
吸收[4 ,23 ] . 由此可以推断 ,尽管 Zn 在油菜籽中以各
种形态存在 ,但当人们在食用含高 Zn 食物时 ,由于
素食饮食中有其它成分干扰了 Zn 有效性 ,人体最
终只能有微量吸收. 因此 ,油菜籽中各种形态 Zn 毒
性不好确定 ,至少是其毒性难以发挥.
31614 Pb 的形态分布与毒性 　排列各提取剂的提
取顺序 Pb 在不同提取剂中的溶出比例为氯化钠态
(34169 %) > ED TA 态 ( 21108 %) > 氢氧化钠态
(14130 %) > 水溶态 (11183 %) > 醋酸态 (9129 %) >
乙醇态 (8179 %) (图 2) ,说明 Pb 在油菜籽中主要与
蛋白质结合[25 ] . 有研究表明[27 ] ,人体受 Pb 的毒害
因其形态不同而异 ,大鼠毒性实验表明 ,经腹腔注射
不同形态铅化合物 ,其 LD50 (mg·kg - 1体重) 值差异
很大 ,氧化铅为 400、硫化铅为 1 600、砷酸铅为 800 ,
醋酸铅为 150 , Pb 的吸收与其溶解度密切相关. 硝
酸铅、醋酸铅易溶于水 ,易被吸收 ,毒性强 ; Pb 以络
合物形式存在时 ,易随尿排出 ,这也是治疗 Pb 中毒
的一种方式. 这些研究都说明了 Pb 的水溶态和醋
酸态毒性较大 , ED TA 态毒性较小. 油菜籽中 Pb 以
氯化钠态为主 ,蛋白质结合态占最大 ,对于此种形态
的 Pb ,杨居荣[6 ]等通过模拟消化酶实验表明其在消
化酶作用下可分解为小分子结合体 ,其结合形态以
及其中有无游离态 Pb ,尚需进一步研究 ,它们在人
体各器官内的蓄积、吸收及排泄情况对毒性影响较
大 ,也应作进一步研究. 因此 ,油菜籽中 Pb 生物毒
性还需进一步研究确定.
317 　油菜籽中 Cd、Cu、Zn、Pb 总量与油菜籽中各重
金属形态的相关关系
由表 10 可见 ,油菜籽中重金属总量与各重金属
形态之间的相关性不好 ,除 Cu 总量与水溶态、ED2
TA 态、氢氧化钠态、乙醇态呈显著正相关 , Zn 总量
与水溶态、ED TA 态、乙醇态呈显著正相关外 ,其余
都没有显著相关关系 ,说明油菜籽中重金属总量与
929110 期 　　 　　　　　王兴明等 :芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究 　　　　　　　　　　　
重金属形态之间关系复杂 ,并非单纯线性 ,可能还有
其它因素在起作用 ,这同时也表明以重金属总量去
规定食品中重金属限量卫生标准还存在缺陷 ,重金
属总量并非代表可被吸收的那部分重金属 ,同时 ,有
一定量的重金属 ,也不意味着有大量有害的可被吸
收的那些形态的重金属.
表 10 　油菜籽中重金属总量与油菜籽中各重金属形态的相关系数
Table 10 Correlation coeff icient bet ween total content of heavy metal
and its each form in the rapeseeds in polluted soil
重金属形态
Forms of heavy metal Cd Cu Zn Pb
Ⅰ 01227 01838 3 3 01641 3 01690
Ⅱ 01055 01881 3 3 01811 3 3- 01207
Ⅲ 01252 01400 01393 01574
Ⅳ - 01021 01492 01462 - 01038
Ⅴ 01576 01788 3 3 01115 01555
Ⅵ 01038 01761 3 01643 3 01595
4 　讨 　　论
交换态重金属是植物可吸收利用的主要形
态[16 ] ,污染区土壤中 Cu、Zn 交换态比例比 Cd、Pb
低 ,说明 Cu、Zn 较 Cd、Pb 不易被植物体吸收利用.
Zn、Pb 的铁锰氧化物结合态高 ,说明土壤中氧化铁
锰胶体对它们有较强吸附和富集作用[29 ] . Cd 交换
态占各形态比例较大 ,Cu、Zn 交换态占各形态比例
最低 ,Zn、Pb 以铁锰氧化物结合态为主 ,这与王新
等[21 ]研究的外源镉铅铜锌在土壤中形态分布结果
相同. 通常采用适当的提取剂来反映土壤重金属有
效性[1 ] ,本研究采用 011 mol·L - 1 HCl 提取剂提取
土壤重金属量作为有效态含量反映重金属有效性 ,
发现有效态重金属含量与土壤重金属总量呈显著正
相关关系 ,这与贺建群等[5 ]选择 HCl 提取水稻土中
有效态重金属含量与土壤重金属总量呈显著正相关
关系的结论相同 ,同时也说明重金属污染严重时 ,土
壤中植物可利用重金属的绝对量增多 ,作物必将受
到影响 ,从总量上控制重金属污染以减少有效态重
金属是可行的. 研究发现 ,不同重金属转化为有效态
的形态不同 ,这证实了有效态不仅包括水溶态、酸溶
态、螯合态和吸附态 ,而且还应包括能在短期内释放
为植物可吸收利用的各种形态 (如易分解的有机结
合态、某些易分化的矿化态等) 的观点[5 ] ,这也为通
过控制重金属形态从而控制土壤中重金属污染提供
了理论依据.
汪金舫等[18 ]研究发现 Cu、Zn 易累积油菜籽中
而非油菜籽壳 ,本研究结果与此不同 ,认为 Cu 易累
积油菜籽壳 ,而 Zn 易累积于油菜籽. 另外 ,Cd、Pb 也
易累积于油菜籽. 究其原因 ,很可能与油菜品种和种
植环境差异有关 ,因此 ,应当开展各油菜品种重金属
富集差异研究 ,明确重金属在油菜不同品种中富集
差异 ,筛选那些不易富集重金属的油菜品种 ,以减轻
重金属污染对食物链造成的危害. 本研究中 ,油菜籽
累积率与重金属含量呈显著负相关是重金属形态方
面因素造成的 ,但刘霞等[9 ]认为 ,可能是重金属离
子对细胞膜的机能造成损害 ,使其通透性发生改变 ,
金属离子以无序状态通过 ,浓缩率下降引起的 ,这两
方面因素是协同还是各自造成油菜籽累积率下降 ,
需进一步研究证实. 本研究采用风干油菜籽直接消
化和提取方法研究重金属各形态生物毒性 ,其结果
可为油菜籽食品卫生标准提供参考 ,但其毒性对人
类膳食风险大小还很难从本次实验结果确定 ,还需
进一步做毒理实验. 有研究表明[26 ] ,随着加工深度
的加大 ,重金属去除率也在增大 ,如稻谷加工成精米
后 ,Cu 的取出率达到 41 % ,面粉经过深加工后 ,其
去除率可达 78 % ;对大豆及传统大豆制品豆腐、豆
浆和豆芽中 Cu 浓度进行了对比分析 ,发现豆制品
中 Cu 浓度均有不同程度的降低 ,其中尤以豆腐中
Cu 含量最低 ,由此可见 ,加工深度影响重金属含量.
油菜籽最终会被加工成菜油 ,加工后重金属含量和
形态如何 ,还鲜见报道 ,菜油中的重金属含量与形态
应该与人类膳食风险最为息息相关 ,这方面还有待
深入研究.
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作者简介 　王兴明 ,男 ,1981 年出生 ,硕士生. 主要从事环境
生态学与污染 生 态 学 研 究. Tel : 13855303495 ; E2mail :
xmwang22004 @126. com
139110 期 　　 　　　　　王兴明等 :芜湖钢铁厂周边土壤及油菜籽中镉、铜、锌、铅含量和形态分布研究