全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
改性措施对复合污染土壤重金属
行为影响的研究 ’
王 新 吴燕玉
中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 , 沈阳
【摘要 】 采用 田间实验的方法 , 研究 了在复合污染土壤上石灰十 、 、 肥处理对重金
属迁移 、 积累的影响及重金属的作物效应 结果表明 , 在污染土壤上采用石灰 、 、
肥处理可减少重金属 向作物籽实的迁移和积 累 , 特别是 、 、 元素 改性以后 , 水
稻 、 小麦 吸收量比改性前降低了 一 种作物对 的吸收量降低了 一
, 、 吸收量略有降低 水稻 吸收量增加 了 , 小麦 、大豆 吸收量减
少 一 重金属在土壤中存在的形态发生 了变化 , 、 、 交换态百分含量不
同程度地有所减少 , 而碳酸盐结合态有所增加 , 可被植物吸收利用的有效含量降低
关键词 复合污染 重金属元素 土壤 一植物系统 改性处理
训
即 呀 了 , 厉 了,
艺 ‘ , 助 君, , , 护。 , 一
助户
, , 一
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一 。 一 ,
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一
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一
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, , 一 ,
】
引 言
在重金 属污染 的土壤上 , 重 金 属可通
过土壤一植物系统进入食物链循环 , 对植物
及人类造成危害 以往大 多进行的是单元
素污染方面的研究 , 特别是单元素盆栽 实
验的研究 实际上 , 在 自然环境中常常是
多元素同时存在 的复合污染 , 况且单元素
盆栽实验有一定的局限性 本研究在对 比
盆栽实验基础 上 , 开 展 了多元素复合污
染的 田 间实验 , 探讨复合污染土壤采用石
灰 、 、 肥 处理对重金 属行为特性
的影响及其作物效应
材料与方法
供试土壤
田间小区实验土壤为沈阳生态站草甸棕壤 ,
, 中国科学院 台站网络和中国科学院陆地生态系
统痕量物质生态过程开放实验室基金资助项 目
年 月 日收到 , 月 日改回
期 王 新等 改性措施对复合污染土壤重金属行为影响的研究
其基本理化性质见表
农 土城理化性质
有机质
一
土壤重金属背景含盘
氏
一
污染土制备是将含
、 、 、 、 元素
的化合物 , 按设计浓度投加于 。一 表层土壤
中 , 并与土壤充分拌匀 , 平衡 周以上 , 供实验用
供试作物
实验选择 了玉 米 沈单 号 、 小麦 铁 春
号 、大豆 铁丰 号 、 水稻 种作物
田间实验设计
设 种处理空 白 、 复合污染物 、 、
、 、 元素混合 , 其浓度见表 、 复合污染
物 石 灰 、 、 肥 石 灰用量
· 一
,
,
、 、 肥 ·
‘
, 实验小区共 一 个 , 小
区 面积均 为 为防止 污染物随地表透流
及根系的侧伸 , 造成对其它地块的污染及污染物
的损失 , 小区建造一律采用砖和水泥砌制而成 , 其
地下深度 一 , 地上部分
衰 复合污染物浓度 ·
一
,
卯
八 。
分析方法
土 壤 及 植 物 样 品
、 、 、 均 采 用
一 消化 , 消化液用 一 原 子吸收分
光光度计测试 土壤重金属形态分组用 连
续提取方法川 , 提取 液用原子 吸收测试 用新
银盐法测定
结果与讨论
复合污染物的作物效应
土壤重 金属 污染的生理生 态 效应 , 是
通过土壤复合污染物对作物的生理 、 生态
和生长状况影响程度等指标来考察的 本
研究主要通过作物生长状况 、 产量等指标
来衡量 表
由表 可见 , 只有水稻复 改性剂处
农 , 金属对不同作物生长发育的影响
介 一 卜
作 物 处 理 株 高 拉 重 产 量 地上部干物重
介
·
一 · 一
水稻 空 白 ”
复合污染物 ,
一
复 改性剂 ,
小麦 空 白
·
复合污染物
、
复 改性剂
大豆 空 白
复合污染物
复 改性剂
玉米 空 白
二 复合污染物
复 改性剂
, ,
理减产超过 , 这主要是 的毒害作
用所致 改性处理后 , 其它元素的有效态含
量降低 , 而 有效态含量增加 , 同时加石
灰 、 、 肥后 , 一 的溶解性及毒
性要 比 一 和 一 的大 ’ , 进而造成
对水稻 生长的影响 改性处理 后 , 小麦 、 大
豆株高 、地上干物重略有增加 , 而粒重和产
量却下降
‘
, 这 种作物在石灰 、 、
肥的作 用 下 , 使 其 生长错综 复 杂 , 出现 贪
青 , 空 批 率 增 加 的现 象 而 玉 米 却 增 产
, 一方面是玉米在此种污 染物的浓 度
范围 内 , 污染物对作物生长有一 定的刺激
作用 , 另一方面也反映 出玉米对污染物不
十分敏感
改性措施对重金属吸收及分配影响
由表 可 见 , 大豆 籽实 、 、 复
合污染物 石灰 、 、 肥处理改性效
果不理 想 , 而 、 具有一 定 的改性效
果 玉米 、 小麦 、 水稻 、 、 、 各元
素含量总体趋势表现为改性处理后其籽实
吸收重金属的量下降 对 来讲 , 改性后
玉米体内 含量降低 , 主要是土壤中
有效态含量下降 由原来的 ·
一
,
降至 ·
一
, 水稻籽实 含量改
应 用 生 态 学
、
报 卷
性后有所提高 , 主要是土壤 有效态含量
增 加 由 ·
一
, 增 加 到 ·
一
, , 使水稻更易吸收 , 并在体内积累
改性前后 比较而言 , 总的来说改性后作物
籽实吸收重金属的量减少
同种植物不同器官对重金属吸收 、 积
累不同 由表 可知 , 重金属在 种作物体
农 , 金属在作物体内的分配特点 ·
·
,
七 肠 七 帐妞 服加 脚
内不屯同部位的分配 比例为根 一 、茎
叶 一 、 籽实 一 , 分配规律基本
上为根 茎 叶 籽实 , 而大豆有别于其它
作物 , 其 分配规律为根 籽实 茎叶 ,
分配特点是籽实 含量反而 比根
、 茎
叶的含量高 现仅以 为例予 以说明 图
除大豆 、 外 , 其它作物不同元素
作 物 些
一
理
】 根 茎 籽实 根 茎 籽实 根 茎 籽实
水稻 。
小麦
大豆
玉米
空 白 ’》
复合污染物 ,
复 改性剂 ,
空 白
复合污染物
复 改性剂
空白
复合污染物
复 改性剂
空 白
复合污染物
。
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作 物 处 理
水稻
小麦
空 白 ”
复合污染物
复 改性剂
空 白
复合污染物
复 改性剂
白
合污染物
改性剂
白
合污染物
改性剂
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空复大豆
玉米
, ,
分配特点与 相似
,
水稻 倪 大豆 翻喊 玉米 目 小交场、目
图 作物体内不同部位 含量的分布
一
·
根 , 皿 茎叶 , 一 籽实
总之 , 在污染土壤上石灰 、 、
肥 , 一方面石灰可提高土壤 值 由原来
的 提高到 一 , 降低土壤重金
属的活性 另一方面
、 、 肥对作物
生长不但起到肥效作用 , 而且还可以抑制
某些重金属元素向作物体 内的迁移 , 减
少 了重金 属 对作物 的危害 ’尽 管 石 灰 十
、 、 肥处理总体上起到抑制重金属
迁移及在作物体内的积累 , 但个别作物某
‘曰内臼苏东︵飞于
‘曰甘七么压奢︺旦。翻如
期 王 新等 改性措施对复合污染土壤重金属行为影响的研究
种元素出现了改性后体内重金属含量高于
复合付染处理的现象 , 体现了土壤成分的
复杂性及生物个体的差异性
改性前后重金属在作物体内的迁移
特性
一户 禾研究选择了在
、 、 、 、
复合污染土壤上 , 采用石灰
、 、 肥
处理激性剂的存在势必影响作物对不同
元素的吸收及重金属的迁移
是蓄积性及毒性较强的元素 、
对作物的危害主要是积累 种作物中小
麦 、 大豆体 内 的迁移和 富集能力强于
玉米 、水稻 复合污染处理大豆 、 小麦 、水稻
籽实中 的含量已超过或接近食品卫生
标准 。 ·
一
,
, 而改性后作物体内重
金属含量比复合污染物处理降低 , 水稻 、 小
麦、 玉米籽实分别 降低 了 、 和
, 籽实迁移系数由 一 降到
一 改性后 的迁移能力减弱
不是作物生长的必需元素 , 而是一
种对植物有积累性危害的污染物质 在
种作物体内分配 以根系的富集量最多 ,
而向籽实迁移量极少 种作物根的吸收
量占整个作物体吸收量的 一 , 而
籽实吸收量仅占 一 因此
产生食物链危害的可能性不大 种处理
比较而言 , 改性后 种作物 含量下降
了 一 , 籽实迁移系数由
一 降至 一 一 石灰
、 、 肥 处理 确实抑制 了 向籽 实
的迁移
是作物生长的必需元素 , 它是各种
氧化酶活性的核心元素 种作物中大豆 、
小麦体内 向籽 实的迁 移能 力强 于 水
稻 、 玉米 改性前后 比较来看 , 种作物根
、
茎 、籽实 含量基本上无差异 , 说明石灰
、 、 肥处理对 的抑制作用不
明显
是作物生长必不可少的元素 , 参与
植物的代谢过程 种而籽实 。 迁移量
占整个植株体吸收量的 一 , 向
地上部的迁移能力较强 改性后 种作物
除水稻外 根含量下降了 一 ,
种作物茎叶含量下降了 一 ,
改性剂确有一定的抑制作用 反应在籽实
上 只有玉米改性后 含量下降 , 其它作
物籽实的抑制作用不明显
与以上 种元素有所不同 , 它是两
性元素 它不是作物生长所必需元素 , 但微
量时能刺激作物生长 , 含量高时对作物生
长产生危害 种作物中水稻对 特别敏
感 , 且 吸收 量大 改性处理后 , 籽实 含
量增加了 , 小麦 、大豆籽实 含量
下 降了 一 改性 处理抑制 了
向旱作体内的迁移
改性措施对土壤重金属形态变化的
影响
土壤重金属元素的全量 , 并不能表明
该元素在土壤中存在的状态 、 迁移能力及
可为植物 吸收利用 的有效性 因此 , 根据
的土壤连续提取方法 , 将土壤重
金属元素分成 个组份 , 即交换态 、碳酸盐
结合态 、 一 氧化物结合态 、 有机结合
态 、 残渣态 采用这种分组方法可揭示重
金属元素在土壤中的存在状态 , 有助于 了
解该元素的分散富集 土壤重金属元素形
态分组结果见图
由图 可 见 , 复合污染土壤经石灰
、 、 肥处理后 , 土壤中重金属元素交
换 态含量有所减少 , 由 一
降到 一 , 由 一 降到
一 , 由 一 降到
一 , 而碳酸盐结合态有所增 加 ,
由 一 增至 一 ,
由 一 增加 至 一 写 ,
由 一 写增 加 到 一
应 用 生 态 学 报 卷
态含量均较低 土壤有效态含量的多寡正
好与本实验中的作物吸收重金属量的多少
相吻合
结 论
次︶吞吕翻如
伪 以 片 外 心 肠 肠
图 不同土坡中重金属元素各形态含量
交换态 。 , 碳酸盐结合态 , 铁 、 锰氧化
物结合态 一 有机结合态 残渣态
复合污染物处理 , 复合污染物 十 石 灰 、 、 肥
处理
, 两种形态变化不明显 改性处
理后 , 土壤重金属元素主要 以碳酸盐结合
态 、 一 氧化物 结合态为 主要 吸 附载
体 由图 可见 , 小麦土各元素有效态含量
较高 , 大豆土次之 , 而水稻上 只有 有效
态含量稍高 , 其它元素有效态含量均低于
小麦土 、 大豆土 , 对玉米土而言各元素有效
采用改性处理后 , 种作物株高及地
上干物重有所增加 , 玉米增产 , 而水
稻减产超过 , 小麦 、 大豆产量略有降
低
,
采用石灰十 、 、 处理后 , 其作
物籽实的重金属含量 比复合污染处理的含
量低 特别是 、 、 改性剂抑制 了
富集性 、 毒性强的元素 、 、 向作物
籽实的迁移 水稻 除外 , 元素抑制
作用不明显 , 元素向根 、 茎叶迁移减少 ,
而向籽实迁移的抑制作用不明显
不同作物对重金属元素吸收特性有
所不同 , 小麦 、 大豆籽实吸收重金属的能力
较强 , 玉米吸收能 力最 弱 、 元素易
积累在作物籽实中
, 元素大部分积累在
作物根系 中 , 元 素在水 稻 籽 实积 累最
多
石灰 、 、 肥处理后 , 重金属
元素形 态发生 了变化 , 表现为交换态含量
减少 而碳酸盐态 含量增加
、
参考文献
王 新 、 吴燕 玉等 各种改性剂对 重金 属迁
移 、 积累的影响 应用生态学报 , 一
·
任继凯等 土壤福污染与植物 植物生态学与
地植物学丛刊 , 一“
符建荣 土壤中铅的积累及污染的农业防治
农业环境保护 , 一 一
·
谢正苗 不同价态砷在不同母质土壤中的形
态转化及 与土 壤性 质 的 关 系 农业 环境 保 护 ,
一
,
凡
枷亩 公 , ’理 一