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第 15卷 第 1期
1 9 9 5年 3月
生 态 学 报
ACTA lECOLOGICA SIN1CA
4 88≥0 ／’
Vo1．15．No．1
Mar．，1 9 9 5
土壤中铬的有效性与污染生态效应
堕墓担 ．墨望煎／何增耀
‘街征农业大学环保摹．忱州。911)OZS)
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1 ■ 蔓 车文研究了土壤中馅的有艘性皿其对承}葺生长发育和嗳收积曩的彰响，结果衰明to·OGmol，L
3~3TA墨土壤中有救态精舯较好提取捌·霞加无机态Cr(I)，Cr(Ⅵ)的盘藏土肇中有救态馅奠对闻越长
丽降低，在低壤加I良蛊下，术稻撮未中糖I良蛊随生长时问延长而增高，茎叶中话音量则相反 ，馅对水蓿的
毒性和嗳 积累嘲量受土壤性暖的 响·
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植物从土壤中吸收重金属的量和土壤中重金属的总量有一定的关系。但是，土壤重金属的
总量并不是植物吸收程度的一个可靠指标。另外 ，在制订土壤重金属标准时往往都只考虑土壤
重金属的总量，以致不同土壤由于其性质差别较大 ，在相同的总量条件下，对植物的危害和吸
收性存在着明显的差别。从化学和毒理学观点来看，如果不同介质中某一重金属的有效浓度
(或稚作用浓度，化学上称活度)相同，对同一种作物的毒性和吸收性应该是相同的。那么，相同
有效浓度对于不同的土壤所需的总量是不同的，也就是说 ，不同土壤如重金属总量相同，但其
有效浓度不同，对植物影响也不同。这就提出了一个适合不同土壤的有效浓度提取剂问题 ，使
制订土壤重金属环境标准中以有效态为指标，不必考虑土壤酸碱度、阳离子代换量和有机质含
量等，一种好的提取剂必须能科学综合地反映土壤各种因素对其有效浓度的影响。
长期以来 ，许 多科学工作 者对土壤重 金属特 别是 Cu、Zn的有效性 进行 了大 量的研
究。 ，提出 0．1mol／L HCI提取的重金属含量作为作物吸收重金属的有效指标，Street等 人
也提出用 DTPA、NH Ac或 NH．NO 作为重金属有效性的提取剂 ．但对铬来讲．迄 今为止，
还没有一种较为满意的台适提取剂，本文在前人研究基础上，寻找一种合适的植物可利用态铬
的提取剂，探索盆载土壤砷有效态铬的变化与水稻吸收性的关系。
1 材料与方法
1．1 水稻盆载
盆载试验在塑料桶中进行，供试土壤为黄筋泥和青紫泥．加入 N 0．1 5g／kg，P O 0．1g／
kg，K：O 0．15g／kg，装土 5kg，混匀装入桶内，添加不 同量 Cr(Ⅱ)和 Cr(Ⅵ)，添加土壤中
(Ⅱ)和 Cr(Ⅵ)浓度等级分别是 0、lO、50、100、250、500mg Cr(Ⅱ)／kg和 1、5、l0、2 5、50rag Cr
(Ⅵ)／kg，3组重夏 。
1．2 土壤有效态铬的提取
以 0．1tool／L HCI、0．OGmol／L EDTA、0．00Gmol／L DTPA和 lmol／L NH Ac为提取剂．
t国家 自髂科学基盘和中昼科学院土壤暖协质J惦环开放宴验室资助项目．
收稿日期 1993 09 25，修改确收到日期 -1994 08 01．
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80 生 态 学 报 l5卷
土 ：水比为 1；5，振荡 lh，离心过滤，用原子吸收测定溶液中总铬量。
1．3 植株中铬的分析
植株样品在105℃鼓风烘箱中烘39mln,然后在0o 条件下鼓风烘8}1，蔼经 植物粉碎机
进行磨碎处理，杯歌粉碎样品1．0g左右，采用干灰他的方法 用石墨炉原子哪敬{受『定铬含量。
2 结果与讨论
2．1 土壤中有效态铬的提取剂选择
土壤中铬太部分是以残渣态和闭蓄态形式存在，很难被植物吸．收利用，植物体内铬的累积
量与土壤总铬量往往并不具有明显正相关。穆从如、Crosmon等人。 研究了去离子水，
0、5mol／L HAc、imol／L NH,Ac提取的铬与植物吸收量的相关睦，发现以Nn．Ae作为有效态
铬提取剂 比较合适 。作者在试验中发现，由于 ImollL~NH。Ac提孵液为了产格控制条件，一般
调至中性，而Cr(OH) 的 K．r值为 6．3×i0 ‘，那么甩 lmoi／L HAc提取时，难以把铬从土
壤取代出来和溶解出来 ，并和植物根 系吸收条件也存在_定差别。
衰 1 Cr<Ⅵ)处理土壤中有效态铬含量( g／kg) ‘
Table 1 Cr availability in Cr(Ⅵ )一treIted soils
衰 ± Cr(II)处理土壤 中有散 巷铬含量(mg／kg)
Table 1 Cr availability Crt■)-treated柚 【Jt
根据前人对微量元素提取剂研究，取常用 0．05mol／L EDTA，lmol／L NH．A ，0．1mol／L
HCI和0．005mol／L DTPA，研究有效态铬提取剂与植物吸收的相关性。从水稻收获后 4种提
取剂提取土壤中铬量(表 l，2)看出，提取铬的能力基本上是 0．imol／L HCI>0．05mol／L ED—
TA>0．05mol／L DTPA、Imol／L NH Ac，但青紫泥的对照、黄筋泥 500moltL Cr(Ⅲ)处理的
0．05mol／L EDTA 提 取铬 量 超 过 0．1mol／L HCI提 取 量，0．005mol／L DTPA 和 lmol／L
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1期 陈英旭等：土壤中铬韵有效性与柠染生态效应‘
NH Ac提取铬的能力相近，提取出来的铬量甚微，在低浓度处理 中，提取量且比较接近 ，它远
远低于 0．05mol／L EDTA 和0．1mol／L HCI提取量。用这 4种提取荆提取的土壤铬浓度与收
获时水稻茎叶、糙米中铬浓度进行相关分析，结果表明，只有 0．05mol／L EDTA提取铬量与茎
叶、糙米中铬含量相关性比较好 ，而 0．1mol／L HCI、0．005mol／L DTPA和 lmol／L NH。Ac提
取量与糙米、茎叶中铬含量相关性不明显。从试验中看出，以 0．05mol／L EDTA提取的铬作为
土壤中铬的可给态比较合理 ，反映出土壤中铬的有效性和移动能力。
用简单的回归分析表明糙米中铬的浓度和收获时土壤中 0．05mol／L EDTA可提取性铬
的含量相关方程为
青紫泥 一0．1596+0．01 66x r一0．601
黄筋泥 一0．18+O．0328x r一0．7178
Y是糙米中铬的浓度(mg／kg)， 是土壤中 0．05mol／L EDTA可提取性铬浓度(mg／kg)。
丁 检验表明方程在 0．01水平显著。用上述两个相关方程来估算 糙米中铬含 量与土壤 中
0．05mol／L EDTA 提取性铬的关系，根据国外食品卫生标准 ，粮食铬残留量达 0．4mg／kg
时，土壤中0．05mol／L EDTA提取的铬含量，黄筋泥为 6．71mg／kg，青紫泥为 14．48mg／kg，此
值可作为土壤临界含量 ，超过此值，糙米铬含量超过食品卫生标准。
关于土壤中重金属环境标准以对植物有效性为标准，目前国内外这方面研究刚刚开始，尚
无统一指标。就土壤重金属的生物效应和环境效应而言，其有效性与之关系最为密切。土壤中
有效态提取剂的研究对于重金属的土壤环境标准、粮食和蔬菜的食品卫生标准都有重要的意
义 。
2．2 水稻各生长期的土壤有效态铬动态变化与植物吸收量的关 系
作物吸收铬的累积系数与作物的生长发育及生长天数有关，土壤中有效态铬含量的变化
也和铬处理土壤后的时间有关 ，以 0．05mol／L EDTA提取的铬作为植物可利用态铬的指标，
从各个处理来看(图 1，2)，随着铬处理后时间延长，0．05mol／L EDTA提取的有效态铬显著地
减步，处理的浓度越高，有效态铬浓度降低越快 。
表 3 水稻不同时期茎叶中铬含量
TaMe 1 Cr content of rice stems and[eave~ in different stages
表 3是茎叶中铬含量在不同生长季节的差别，可以看出，添加无机的 Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)处理
的土壤中，随着水稻成熟即随着水稻生长时间的延长，从分蘖初期后，茎叶中铬含量是减少 ，黄
筋泥 Cr(Ⅱ)处理在抽穗期中茎叶含量为最高 ，成熟期时为最低，作者认为，在添加无机的 cf
(Ⅵ)和 Cr(Ⅲ)条件下，土壤中有效态浓度变化 比较大，土壤中有效态的浓度大小控制着水稻
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生 志 学 报 l5卷
吸收运转铬的量。
表 4 水稻不同时期根中铬含量
Table 1 Cr couteul 0f rice roots iu differeul吐_Iq
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图 1 Cr(Ⅵ)扯理土壤 中有教态铬言量随时问的变化
Fig．1 Cr ava[Lsbi Lity in Cr(Ⅵ1一Treale~帅 L 剐 ~umtton lime
1．5 mg／kg Cr(Ⅵ ) 2． 50mg／kg Cr(Ⅵ )
表 4是不同的生长季
节根 中的铬含量，可以看
出，在水稻生长期间，随着
时间延长，添加低浓度的
Cr(Ⅵ)和 Cr(I)，水稻根
中铬浓度是增加的，这是
由于铬在植物体内转移能
力比较差，根系吸收的铬
大部分都积累在根中，只
有很少量往上输送，所以
根中铬含量在成熟期为最
高，但添加高浓度处理 cr
(VI)50mg／kg，Cr(I)
500mg／kg时，水 稻根 中
铬含量 分蘖初期 为最
高，成熟收获期根的铬含量为次之 ，抽穗期时为最低 其中黄筋泥中水稻分蘖初期根中铬含量
要比后 2次测定的结果高出 1倍多。可能是因为水稻苗期对铬的危害抗性较弱 ，这时土壤中有
效态铬含量为最高，高浓度铬处理的盆栽水稻植株外观出现明显中毒症状，生长不好，根中铬
的积累大幅度上升，在其它作物上也有同样趋势 ，根吸收转移的铬是受体内生理机制所制约
的，在土壤中铬含量较低时，由于根的保护性反应 ，根中铬积累增加不多 ，但在土壤较高浓度
下 ，根受到伤害，这时保护性机制遭到破坏，根中铬含量就会打破常规骤然增加，而过一段时间
后．随着植株的适应，并由于前期危害较重．吸收性能下降，土壤中有效态铬含量也逐渐降低t
植株逐渐恢复正常 ，根 中铬含量显著减少 ，然后和低浓度处理一样，根中积累浓度才逐渐增高
2 3 不同土壤性质对铬的毒性和积 累的影响
土壤中 Cr(Ⅳ)还原为 Cr(I)，土壤对 Cr(Ⅵ)的吸附，Cr(Ⅲ)在土壤中沉淀和吸附等都受
土壤 pH的影响 从理论上讲，Cr(Ⅵ)在中性和碱性土壤中的有效性和 毒性要比酸性土壤中
高。 ，Cr(Ⅵ)盆栽试验中也证实了这一点 ，青紫泥中Cr(Ⅵ)对水稻毒害要比黄筋泥中严重，青
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1期 睬英旭等 土壤中铬的有效性与污染生态效应
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胭 2 Cr(I)处理土壤中有效态铅 占量随时间的变化
Fig．2 Cr avM~abilhy in Cr{1)一t ated smh {unction ol time
a．青 肇泥 Cr(1)趾理 Cr(1)一treated stognoleyed paddy soll
b．黄筋泥Cr(1)趾理Cr【·)-t rea red otd paddy red g0_l
1． 50rag／ Crt1) 2． 500mg／kg c t)
紫泥中添 加 Cr(V1)浓度
25mg／kg时．相对产量 其
有对 照的 79．9 ，50rag／
kg Cr(V1)处理的只有对
照的 73．5 ，而黄筋泥中
添加 Cr(Ⅵ)浓度 25rag／
kg时，相对产量是对照的
94．4 ，50mg／kgCr(Ⅵ)
处理的是 83．3 。虽然青
紫泥中有机质含量比较高
(3．34 )，Cr(Ⅵ)容易被
还原，但可能由于黄筋泥
pH (pH5．4)比 青 紫 泥
(pH6．1)低，低 PH 有 利
于 Cr(Ⅵ)更快被土壤 中
还原物质还原成 Cr(Ⅲ)而降低其毒性 ，黄筋泥开始时 Cr(V1)还原速率要快，同时，低 pH时吸
附 Cr(Ⅵ)的量要大，土壤溶液中 Cr(Ⅵ)浓度降低要快 ，导致在添加相同高浓度 Cr(V1)(25，
50mg／l【g)处理，黄筋泥中Cr(V1)对水稻分蘖和生长危害比在青紫泥中相对要轻一点，盆栽试
验初期植株症状也是如此。因此，Cr(V1)对植物的毒性在低 pH的黄筋泥中比青紫泥中要轻。
土壤中 Cr(Ⅱ)处理的情况与 Cr(V1)刚好相反 ，Cr(Ⅲ)对植物的毒性在酸性土壤中比碱
性土壤上高．土壤 pH低，Cr(_)不容易被土壤所吸附和沉淀，从 500mg／kgCr(Ⅲ)处理的青紫
泥和黄筋泥水稻生长情况看，cr(Ⅲ)对水稻初期生长和分蘖的影响在黄筋泥中比在青紫泥中
要大，收获时黄筋泥中水稻相对产量是对照的 84．6"A，青紫泥 中是 88．5 ，因此，高浓度 cr
(_)在低 pH黄筋泥中对水稻毒性要比青紫泥中大。
不同土壤因其矿物种类，有机质含量差别 ，pH的高低 ， 致对 Cr(Ⅵ)的还原和吸附，0
(Ⅱ)的固定能力差别比较大。青紫泥有机质含量较高，容易把 Cr(V1)还原为 Cr(1)而悼低其
浓度，而黄筋泥由于有机质含量相对较低，但铁、铝氧化物含量比较高 ，它对 Cr(V1)吸附能 力
较大，部分吸附态 Cr(V1)在水稻生长后期释放出来重新被利用 ，使高浓度 Cr(V1)(25，50mg／
kg)处理黄筋泥中水稻糙米铬含量比青紫泥中的要高得多。Cr(I)处理也是如此 ，由于黄筋泥
pH较低 ，溶液中铬的浓度较高，使 Cr(Ⅲ)处理的黄筋泥中水稻糙米中铬含量明显高于青紫泥
中的，成对 t检验表明 t=2．594~t 一2．o15，差别是显著的。
总之，植物对铬的吸收量是比较小的，添加到土壤中大部分铬残留在土壤中，Cr(Ⅵ)添加
到土壤中，经过一个生长季节，基本上都已被还原为 Cr(1)而被土壤强烈吸附沉淀所固定，无
机 Cr(_)添加到土壤中，很快变成固定形态，植物的利用率都是非常低的，一般植物吸收的添
加铬约占添加量的0．1 -5 左右
3 小结 ’
3．1 4种提取剂提取土壤 中铬的能力是 0．1moi／L HCI>0．05tool儿 EDTA>0．05mol／L
DTPA、1mol／L NH Ac。0．05mol／L EDTA提取的铬作为水稻可刺用态铬的指标。
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生 态 学 报 l5卷
3．2 水稻茎叶中铬含量随生长时间延长而减步，而低浓度铬处理土壤中，水稻根系铬含量随
生长时间延长而增高，添加高浓度铬处理，以分蘖初期为最高。
3．3 水稻在较高 pH的土壤中容易受Cr(Ⅵ)fd害，在低pH土壤中容易受到 Cr(_)fd害，水
稻对 Cr(Ⅵ)吸收量要大于 Cr(_)。
参 考 文 献
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3 Symec~ide,C a1．TI-e●‘ nt of plant available cadmium in soils．J．End．iron．0埘 f_1977．‘I120"--123
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陈英旭等．pH、丑虚对 Cr( )减少动力学的鬟；响．环境科学 ．1992．13(3)r卜一10
Cr AVAILABILITY IN S0ILS AND ITS
EFFECTS 0N P0LLUTION EC0L0GY
Chen Yingxu Zhu Zuxiang He Zengyao
(Dept． EⅫi t sf‘．，ZkefiaugAgricg&+ralUni~rs劬 Haugzho~．31008~)
Cr availability in soils and Cr uptake and accumulation by rice were studied． The
amounts of Cr extracted with various extraetants followed the order：0．1mol／L HCI>
0．05mol／L EDTA>0．005moI／L DTPA，lmoI／L NHJ Ac．Under the condition of simulated
pot culture，Cr content in rice grain Was positively correlated to be the amount of Cr extract—
ed with 0．05tool／L EDTA，but was not correlated to the amounts of Cr extracted with other
three extractants．0．OSmoI／L EDTA was proposed to the best extractant for available Cr．
The am ount of available Cr was smalI as compared with total Cr content in soils．The
amount of available Cr in high Cr concentration treated soils decreased very fast．In general，
with t[me of rice growth in Cr tredted soils．Cr content In root increased and that in stems
and leaves decreased Cr(” )in high pH soils was iTlore harmful to rice than that in low pH
suits．Cr(I)in Iow pH soils was more harmful to rice than that in high pH suits．The uptake
0fCr(Ⅵ )by rice waslargerthanthat of Cr(口)_
Key words,Cr．available state，soil，rice，pollution ecological effect．
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