土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应.pdf

第 2 3 卷 第 2 期 2 0 0 5年 5月 贵州师范大学学报 自然科学版 J o u rna l o f G u i z h o u N o r ma l U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e s V o I _ 2 3 ． No ． 2 Ma y 2 0 0 5 文章编号 1 0 0 4 --5 5 7 0 2 0 0 5 0 2 0 1 1 3 0 8 土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应 王 济 ， 王世杰2 1 ． 贵州师范大学 地理与生物科学学院， 中科院地化所 环境地球化学国家重点实验室， 中科院研究生院 贵州 贵阳 5 5 0 10 2 ； 2 ． 中科院地化所 环境地球化学国家重点实验室， 贵州 贵阳 5 5 0 1 0 2 摘要 主要介绍我国 土壤环境质量标准 中规定含量的 8 种重金属环境污染元素 汞、 镉、 铅 、 铬 、 砷 、 锌 、 铜、 镍 的污染来源及作物效应。土壤中重金属的主要来源是成土母质， 矿山开采的三废污染 ， 大气中重金属的沉降， 农 药、 化肥 、 塑料薄膜等的使用等。重金属在作物中的分布规律一般是根 茎 叶 籽实。 关键词 土壤 ； 重金属； 环境 ； 污染； 来源； 作物效应 中图分类号 X 5 3 文献标识码 A Th e s o u r c e s a n d c r o p s e ffe c t o f h e a v y me t a l e l e me n t s o f c o n t a mi n a t i o n i n s o i l WA N G J i ， WA N G S h i - j i e 2 1 ． G u i z h o u N o r m a l U n i v e rsi ty， T h e S t a t e K e y L a b o r a t o r y of E n v i r o n m e n t a l G e o c h e m i s t r y ， I n s t i t u t e o f G e o c h e m i s t r y ，G r a d u a t e Sc h o o l o f C h i n e s e Ac a d e my o f Sci e n c e s ，Gu i y a n g，Gu i z h o u 5 5 0 0 0 2，C h i n a ； 2 ． T h e S t a t e Ke y L a b o r a t o r y of En v i ron me n t a l G e o c h e mi s t r y ，I n s ti t u t e of Ge o c h e mi s t r y， C hin e s e A c a d e m y of S c i e n c e s ， G u i y a n g ，G u i z h o u 5 5 0 0 0 2 ，C hin a Ab s t r a c t T h i s p a p e r h a s i n t r o d u c e d t h e s o u r c e a n d c r o p s e ff e c t o f h e a v y me t a l e l e me n t s o f c o n t a mi n a ti o nH g ，C d，P b ，C r ，A s ，Z n ，C u ，N i l i m i t e d b y E n v i r o n m e n t a l Q u al it y S t a n d a r d f o r S o i l s G B 1 5 6 1 8 1 9 9 5 ．T h e ma i n s o u r c e i s f r o m m o the r m a t e r i al o f s o i l ．The h e a vy me t al s p o l l u ti o n a l s o c a n b e r e l a t e d wi th the p rod u c e o f mi n e r ，s e d i me n t a ti o n o f h e a vy me t a l s i n a t mo s p h e r e，u s e o f a g r o c h e mi c als e t c ．’ e d i s t r i b u t i o n al o r d e r i n c r o p s i s r o o t s t e m l e a ff r u i t ． Ke y wo r d s s o i l ； h e a vy me t a l ； e n v i r o n me n t ； p o l l u ti o n； s o u r c e， c rop e ffe c t 土壤中重金属污染元素主要包括汞、 镉、 铅、 铬 及类金属元素砷等生物毒性显著的元素， 以及有一 定毒性的锌、 铜、 镍等⋯。因此我们将汞、 镉 、 铅、 铬、 砷、 锌、 铜、 镍合称为重金属环境污染元素。人 类活动将重金属加人到土壤中， 致使土壤中重金属 含量明显高于原有含量， 并造成生态环境质量恶化 的现象称为土壤重金属污染 J 。重金属污染物在 土壤中移动性很小， 不易随水淋滤 ， 不被微生物降 解 J 。它们一方面对农作物、 农产品和地下水等 许多方面产生重大影响， 并通过食物链危害人体健 康 ； 另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且 难以迁出土体， 对土壤理化性质及土壤生物学特性 尤其是土壤微生物 和微生物群落结构产生明显 不良影响， 从而影响土壤生态结构和功能的稳定 性 ， 。 收稿日期 2 0 0 5 0 1 0 4 基金项目 贵州省高校发展专项资金 黔教科2 0 0 4 1 1 1 ， 贵州师范大学校科研启动费资助项目。 作者简介 王济 1 9 7 5 一 男， 博士， 研究方向 土壤与环境。 l 1 3 维普资讯 贵州师范大学学报 自然科学版 第2 3 卷 1 砷 A s 土壤环境中的砷来源可分为自然源和人为源， 前者主要是地质岩石中的砷， 它决定了土体的含砷 量； 后者主要来自农药和化肥和矿山冶炼。曾经用 过的含砷农药有 砷酸钙、 砷酸铅、 稻脚青、 稻宁、 亚 砷酸钠和巴黎绿等。随着化肥用量的不断增加， 磷 肥中的砷进入土壤并可能产生潜在污染 ， 加大施用 含砷量高的磷肥会使土壤中砷不断积累， 以至达到 有害程度 J 。矿 山开采及矿石冶炼也是砷的主 要污染原因之一 ’ 。 砷是影响植物生长发育的有害元素之一。其 危害程度与砷在土壤中的积累量及其形态分布密 切相关。土壤中的砷以一定的形态分布着 ， 而土壤 砷的吸附行为对砷的形态分布、 有效性、 迁移性和 缓冲性影响很大。砷的吸附行为受土壤类型、 p H 值、 砷价态、 有机质、 离子交换、 共沉淀、 化学沉淀、 络合和氧化还原状况等多种因素影响 【 ． J 。土壤 中砷污染对植物和人体都有明显的影响。砷主要 由植物根部通过共质体途径进人体内的 引。过量 的砷可降低伤流和蒸腾速率、 抑制根系的活性、 阻 碍对水分、 氮、 磷、 钾、 镁、 钙等养分的吸收和运输。 植物表现为叶片脱落， 根部伸长受阻， 直至植物枯 死 J 。土壤中砷含量水平与作物中砷的含量呈显 著正相关。同时作物种类的不同对砷的抗性也不 同， 旱生作物 水生作物， 禾谷类作物 豆类、 蔬菜， 作物不同部位对砷的累积能力也有很大差异， 一般 根 茎、 叶 子粒、 果实， 呈现 自 下而上的递减规律， 因此砷含量高的土壤不适合种植蔬菜 。例如 生长在冶炼厂附近的植物中， 花椰菜叶片含砷量仅 为 5 ． 5 m g ／ k g ， 而草本植物叶片含砷量竟高达 3 9 6 m g ／ k g ， 两者相差 7 0多倍 。在北方， 砷含量高达 1 0 0 m g ／ k g 的土壤中， 小麦籽粒的含砷量仍未超过食 品卫生标准； 而水稻只要生长在砷含量为 1 2 m g ／ k g 的土壤中， 糙米的含砷量就超过食品卫生标准。 2 镉 C d 在自然界中没有单独的镉矿藏， 镉是铅 一锌 矿、 铜 一 铅 一 锌矿的伴生元素； 人类对含镉矿物的 开采、 冶炼是引起土壤镉污染的重要原因之一 ； 各 种铅锌矿的开采、 冶炼等过程所排放的废水废气中 均含有镉 ； 此外煤、 原油中均含有微量的镉， 在燃烧 过程中可以释放到大气， 最终沉人土壤 。农业 施肥所利用的过磷酸钙、 混合磷肥和污泥也含有程 度不等的镉， 因此人类的活动也影响土壤中镉的变 化ⅢJ 。自然界中原有的镉的化学循环处于生态平 衡中， 不会造成公害， 但在人类活动参与下， 将地下 岩石圈中含镉的矿物开发利用， 又将大量废弃物以 渣、 烟和废水的形式向环境中排放， 从而引起环境 有害的变化， 甚至威胁到人类健康。据统计世界上 每年由冶炼和镉处理而释放到大气 中的镉大约为 1 0 0 0 t ， 约占散发到大气 中镉的4 5 ％。燃煤、 石油 燃烧和垃圾废弃物的焚烧也能造成镉对大气的污 染， 最终通过沉降污染水体和土壤。镉在 自然界中 平均含量如表 1 所示 引。 表 1 镉在 自然界中的平均含量 Ta b ． 1 T h e a v e r a g e c o n t e n t s o f C d i n n a t u r e 常用肥料氮肥和钾肥中重金属含量很少， 混杂 有重金属的主要是磷肥、 含磷复合肥以及以城市垃 圾、 污泥为原料的肥料。磷肥的生产原料磷矿中， 除富含 P O 外， 还含有其它无机营养元素钾、 钙、 锰、 硼、 锌等， 同时也含有毒物质如砷、 镉、 铬、 氟、 钯 等， 含量因矿源有很大差异。磷矿石中镉的含量以 美国为高， 尤其是西部磷矿石高达6 0 3 4 0 m g ／ k g ， 摩洛哥和澳大利亚居中， 较低的是中国和原苏联。 1 1 4 磷矿石的镉不会因为加工成肥料而清除， 还是有相 当一部分保留在肥料中， 美国西部磷矿石生产的重 钙其中镉含量还高达 5 0～ 2 5 0 m g ／ k g ， 东部稍低为 1 0～ 2 0 m g ／ k g ， 澳大利亚生产的过磷酸钙镉含量也 较高， 为 3 8 ～ 4 8 m g ／ k g ， 我国过磷酸钙中镉含量较 低仅 0 ． 6 1 m g ／ k g 。但是无论含量大小， 镉均会随磷 肥一起施人到土壤中， 长期积累就会导致土壤镉含 量超标 ] 。 维普资讯 第2期 王济， 王世杰 土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应 镉是毒性最强的重金属元素之一。同时镉还 是易于被植物吸收并向地上部运输的元素 ， 各器官 尤其根 与土壤含镉量呈显著正相关 。 。 。镉在植 物体内的分布量通常是根 茎 叶 籽实 ， 但胡萝 卜 则是叶中的浓度高于其根 J 。有些植物 的根对镉有很强的富集能力， 可使富集的镉量是环 境中镉量的几倍至几十倍， 且根系中的镉往往很难 往地上部迁移， 例如北美乔松等 5 种乔木幼苗在土 壤镉含量为 1 0 0 m g ／ k g 时其根系所吸收的镉只有 2 ． 3 ％ ～ 1 3 ． 6 ％迁移到地上部 。镉在水稻体内 的分布， 根系 茎叶 糙米约为 8 0 1 5 1 l 。豆科植物 吸收的镉绝大部分滞留在根部， 仅有 2 ％被运送到 茎叶， 结实期间也只有 8 ％迁移到种子 中 J 。菠 菜的茎叶与根中的镉含量之比只有 1 1 7 1 船 J 。 土壤镉污染直接影响作物的生长发育 J 。镉 污染使糙米中粗蛋白、 粗淀粉、 直链淀粉、 赖氨酸等 含量显著降低 ， 从而降低营养品质 ] 。在相近栽 培条件下， 叶菜类作物镉吸收量高于其它类作物； 禾谷类作物叶片镉含量高于籽粒 。镉在玉米体 内的积累和分配规律为根 茎 叶 J 。镉污染含 量达到5 0 m g ／ k g ， 使水稻减产 5 ％； 在 5 m g ／ k g 时， 使白菜、 莴苣产量稍有下降， 而萝 b 产量下降 1 0 ％ 左右； 在小麦、 水稻、 菜豆和番茄中镉含量 根 茎 叶 果实 种子 ， 而白菜、 萝 b 、 莴苣和茄子则茎 叶 根 果实 2 弱 J 。镉使水稻叶片逐渐褪绿 ， 破 坏叶绿素结构 J 。水稻受镉危害后 ， 表现为叶片 失绿， 出现褐色条纹， 严重时根系少且短， 根毛发育 不良 J 。花生受镉毒害后 ， 叶片发黄、 植株矮小、 结荚数量明显减少， 严重时， 可使植株死亡； 当土壤 镉含量低于 1 m g ／ k g 时， 减产不明显 ， 5 m g ／ k g 处理 水稻减产 1 0 ％ 以上 。小麦受镉危 害， 叶片发 黄， 出现灼烧枯斑 ， 叶脉发白， 分蘖减少， 严重者不 开花结实 引 。镉污染可降低玉米幼苗叶绿素的含 量， 提高过氧化物酶的活性p 。5 0 m g ／ k g 镉处理 使小麦幼苗光合强度降低 。土壤中的镉超过一 定质量比时， 能抑制水稻的生长发育， 植株变矮， 产 量降低。水稻抗镉比其它作物强。镉在水稻体内 的积累规律 根 茎叶 籽粒。水稻各器官含镉与 土壤含镉均呈显著水平正相关。各个器官之间镉 含量也表现出密切相关性 刎 J 。镉超过一定含量， 对小白菜叶绿素起破坏作用， 并促进抗坏血酸分 解， 使游离脯氨酸累积 ， 抑制硝酸还原酶活性 引 。 重金属镉对植物体内多种酶活性起抑制作用 ， 包括 根系的脱氢酶、 过氧化物同工酶和核酸酶等[ 3 。 3 铬 C r 铬是广泛存在于环境中的元素， 在一般 自然土 壤中含一定量的铬 ， 对植物生长是有利的 。但 是， 土壤环境中铬的含量过高， 就会对植物及其他 生物造成危害 。一般土壤中全铬平均含量为 1 0 0 3 0 0 m g ／ k g 引， 本底值一般在 1 0 0 m g ／ k g以 下 J ， 对于决定土壤铬含量来说 ， 母岩的作用最为 重要 J 。铬主要是通过电镀、 染料、 制药、 皮革、 颜 料等铬化合物制造企业所排放的“ 三废” 而污染环 境 。铬元素在土壤剖面中的分布有均匀型、 表 层聚积和底层富集型 J 。 铬对作物种子萌发有影响， 可使植物生长时对 营养元素的吸收和蓄积产生不良作用， 造成植物顶 部严重枯萎。铬还影响根尖细胞的有丝分裂， 对根 系的影响非常大， 根系对铬的富集作用极强， 导致 根腐朽、 脱落而最终植株萎蔫枯死 引。 4 铜 C u 铜是生物必需的营养元素 ， 适量的铜对人和动 植物都是有益的， 但过量的铜对生物的生长发育造 成危害。铜矿开发过程中产生的尾沙、 矿石等不仅 占用大量的土地， 而且对其所堆积地及其周边环境 产生严重破坏。此外， 随着工农业生产的快速发 展 ， 铜的用途越来越广泛， 用量不断增加， 含铜污染 物排放越来越多 ， 对土壤环境的污染也逐渐显现出 来 。含铜矿的开采和冶炼厂三废的排放、 含铜 农业化学物质 含铜杀真菌剂和化肥 和有机肥 污泥、 猪粪、 厩肥和堆肥 的施用可使农 田土壤含 铜量达到原始土壤的几倍乃至几十倍 ] ， 对植 物和土壤微生物产生毒害。 当土壤中的铜浓度提高至某一阀值时， 植物的 生长发育受阻， 严重的可造成植物死亡 。过量 铜会对植物产生严重 的毒害作用。植物铜中毒的 主要症状为 根系伸长严重受阻， 褐变畸形， 出现 “ 鸡爪根” ， 叶片黄化并有褐斑； 抑制种子的萌发和 籽粒的发育等 J 。麦类作物叶片前端扭曲， 下 位叶枯死； 果树植物叶柄和叶片背面有时会呈现紫 红色； 柑桔会发生大量的异常落叶 。植物铜 中毒时， 叶片上会出现失绿黄化症状， 叶绿素 a ／ 叶 绿素 b比值减小， 光合系统 I 和光合系统 Ⅱ 传递电 子的能力降低 ] ， 光合作用速率下降[ 5 ； 过量铜 1】 5 维普资讯 贵州师范大学学报 自 然科学版 第2 3 卷 能显著提高过氧化氢酶和愈创木酚过氧化物酶活 性 ， 促进含氧自由基的产生， 同时还能降低谷胱甘 肽 s 一转移酶、 谷胱甘肽还原酶、 抗坏血酸过氧化 物酶等抗性酶的活性， 使叶绿体膜脂过氧化， 叶绿 体内膜结构遭破坏， 叶绿素的氧化分解加快， 从而 呈现出失绿黄化症状 J 。铜污染对植物的生理效 应 绝大多数植物从土壤中吸收的铜主要分布在根 部。铜污染对植物根系具有直接的毒害作用 ， 导致 根系新陈代谢过程紊乱 。过量铜能引起植物根 系细胞质膜损伤， 膜脂过氧化作用增强， 透性增大， 钾离子的渗出明显增加 弼 ； 过量铜还能抑制氨 基酸的合成 。 5 汞 H g 汞在自然环境中是稀有的分散元素， 它以微量 广泛地分布在岩石、 土壤、 大气、 水体和生物中。一 般认为 地壳中汞的平均含量为 0 ． 0 8 m g ／ k g ， 土壤 中的背景值为 0 ． 0 1 ～ 0 ． 0 5 m g ／ k g ， 我国南方土壤汞 含量较低， 为 0 ． 0 3 2～ 0 ． 0 5 m g ／ k g ， 北方土壤较高， 为0 ． 1 7～ 0 ． 2 4 m g ／ k g - 印 J 。水体中汞的浓度更低， 例如 河 水 中 浓 度 约 为 1 ． 0 1 g ／ L ， 海 水 中约 为 0 ． 3 1 g ／ L ， 雨水中约为 0 ． 2 g ／ L ， 某些泉水 中可达 8 0 1a g ／ L以上； 大气中汞的本底值为 0 ． 5 0 ． 0 5 g ／ m J 。土壤中汞的主要来源 是 1 土壤母质 土壤母质中的汞是土壤中汞最基本的来源。原生 岩石中汞元素的含量， 直接决定着土壤中的汞含量 不考虑人为引入的部分 。正常发育的自然土壤 中会含有一定数量的汞， 但不同母质、 母岩形成的 土壤其含汞量存在很大的差异， 再加上人类生产活 动的影响， 从各种条件下得到的土壤汞含量往往有 很大的差异， 而且不易确定其来源。 2 大气沉 降 近些年的研究表明， 大气沉降是土壤汞的一个 重要来 源。在北纬 3 0 。～7 0 。 地 区， 汞沉 降量 为 1 5 ． 8 g m～ ／ a ； 北纬 1 0 。 ～ 3 0 。 地区， 汞沉降量 为 1 9 ． 8 g mI 2 ／ a 。贵州省遵义地区的汞沉降 量最大可达 1 9 5 g mI 2 ／ m o n th - 6 。土壤汞含 量与大气汞浓度 的相关 系数 为 0 ． 7 4 1 ， 相关显 著 J ， 可见大气汞含量对土壤汞污染的贡献较大。 大气汞进入土壤后， 因土壤中粘土矿物和有机物的 吸附作用， 绝大部分迅速被土壤吸持或固定 ， 富集 于土壤表层， 造成土壤汞浓度的升高。 3 直接污 染源。汞直接输人土壤的途径主要包括工业生产 废料和城市生活垃圾的堆放 ， 农田耕作中不合理地 1 1 6 施用含汞的肥料和农药， 以及污水灌溉等。据调 查， 这几项汞源对土壤汞的贡献较大， 如欧美各国 垃圾中汞含量高达 2～ 5 g ／ t ； 西安郊区污灌区的 土壤汞含量均处于 0 ． 5 2～ 0 ． 9 0 m g ／ k g 之间 ； 另 外一些化学肥料的含汞量也很高， 如磷肥的平均汞 含量为0 ． 2 5 m g ／ k g ， 这些都是重要的直接污染源。 我国市一个能源消费大国， 在我 国能源结构 中， 煤炭比例高达 7 3 ％， 而其中相当一部分高是硫 煤， 根据元素地球化学亲和性原理， 高硫煤也很可 能是高汞煤 。据研究燃煤释放的汞已占全球人 为排放总量的 6 0 ％ J 。由于我国燃煤技术普遍 落后 ， 燃煤污染非常严重。再加上西南地区本来就 是世界级的汞富集带， 在其寒武系分布区内存在着 大型汞矿群， 汞的区域丰度明显高于其它地区 J 。 植物具有吸收、 积累汞的能力， 尤其是当土壤 中含汞量增加时植物会吸收积累更多的汞。不同 植物种类， 同种植物不同器官， 不同生长阶段以及 同一植物在不同含汞量的土壤上， 植物对汞的吸收 积累和分布， 都具有一定的变化规律 。 。 。例如汉 沽地区主要作物种子中的汞含量， 以小麦最低 ， 平 均含量为0 ． 0 1 5 m g ／ k g ， 糙米最高约为小麦种子汞 含量的2倍多。高梁、 玉米种子的汞含量近似， 介 于前二者之间。水稻和小麦茎叶的汞含量相近， 但 高出高粱， 玉米茎叶约 2 倍。从汉沽地区的试验中 可以看出， 植物的根含有较多的汞 ， 其次是茎叶 为根的汞含量的 1 ／ 2 1 ／ 3 ， 种子含汞量最少， 汉 沽区小麦成熟期种子、 茎叶、 根各 5个样品的汞含 量平均值比例为 1 ． 0 1 2 ． 4 2 3 ． 0 。植物不同生长 阶段， 植株各部分含汞量是不同的。汉沽崔庄小麦 茎叶含汞量从拔节期的0 ． 1 3 6 m g ／ k g ， 增加到成熟 期的 0 ． 6 9 8 m g ／ k g 。 。 。有关试验证明， 土壤 p H在 6 ． 5以上， 重金属在土体中的活性会大大降低 ， 可 通过施用石灰来调节， 也可考虑先种几茬耐汞植 物， 纸皮桦中可富集达 1 0 0 0 m g ／ k g的汞， 伞花硬骨 草 H o l o s t e u m u m b e l l a tu m 在富含汞的土壤上生长 时， 可观察到体细胞内部的小汞珠， 这些植物的种 植可对减轻菜地的汞污染有一定效果。在被汞污 染的土壤上种植苎麻 ， 利用该植物具有一定吸附汞 的能力来降解土壤中汞浓度， 并且避开了食物链的 影响。经过研究， 在土壤总汞浓度小于 1 3 0 m g ／ k g 时， 苎麻的产量和产品质量不受影响 。 6 镍 N i 镍是土壤重金属研究的对象之一。镍是某些 维普资讯 第2期 王济， 王世杰 土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应 高等植物的必须营养元素， 但是在过量的情况下， 镍也是一种有毒的化学物质。土壤中镍的浓度及 其空间变化主要是受成土母质的影响 ’ 。土 壤中的镍含量一般为 5 5 0 0 m g ／ k g 。土壤中的镍 污染来源于工业污染和矿山开采 。 植物镍吸收过程 引 植物对镍的吸收取决于 土壤的特性、 镍在土壤 中的形态和植物本身的特 性。同一植物在不同的土壤 中， 由于 p H值、 有机 质和水分含量的不同， 其吸收的镍含量是不同的。 植物对镍的吸收是一个选择性的过程， 镍的富集主 要取决于植物根部细胞膜中的选择性迁移配位体， 这种选择性受到细胞膜的限制 ， 在这个过程中， 柠 檬酸和苹果酸可能充当了迁移配位体的角色 。 7 铅 P b 铅是一种有毒重金属元素， 能引起各种生理异 常， 导致人体贫血、 肝炎、 肾炎、 高血压、 神经错乱等 病症 。铅在地壳中的平均丰度为 1 2 ． 5 m g ／ k g 。 土壤铅含量一般在 2 ～ 2 0 0 m g ／ k g ， 平均变化幅度为 1 3～ 4 2 m g ／ k g 。全国土壤背景值统计的结果表明， 我国土壤铅含量最高可达到 1 1 4 3 m g ／ k g ， 最低为 0 ． 6 8 m g ／ k g ， 平均可达到 2 6 m g ／ k g 。根据来源不 同， 环境中的铅可分为“ 原生” 和“ 外源” 两种。土 壤成土过程中保留在土壤母质中的铅称为原生铅， 主要来源于岩石矿物。岩石在风化成土过程中， 大 部分铅仍保留在土壤 中。无污染土壤铅含量大都 仅略高于母岩铅含量。除母岩风化保留在土壤 中 的天然原生铅以外， 由于人类活动也可造成污染， 引起土壤中铅含量升高。通过尘埃沉降及各种污 染途径进入土壤的铅称为外源铅。土壤外源铅主 要来源于大气传输和沉降。铅的密度较大， 空气中 的含铅颗粒容易沉降下来， 不断积累在土壤里 引。 人类对铅的开采和使用， 打破了铅在生物地球化学 循环中的平衡， 造成严重的污染。1 9 2 3年开始在 汽油中加入铅用作抗爆剂以后， 更加速了全球性铅 的污染。因此可以说如今世界上已难找到土壤铅 含量不受人类活动影响的一片“ 净土” [ 7 9 ,8 0 ,8 1 ,8 2 ] 。 影响作物对铅吸收的主要原因包括土壤有机质含 量、 阳离子交换量、 p H、 土壤 中三氧化二物含量 等 。 ， 。 铅是有害的重金属元素之一。土壤铅含量达 到 1 0 0 0 m g ／ k g 时， 小麦叶色灰绿， 植株矮小、 不分 蘖、 根系短小、 成熟延迟、 结实减少， 小麦籽粒铅含 量可达 1 ． 5 m g ／ k g 。铅污染浓度达到5 0 0～ 1 5 0 0 m g ／ k g 时， 水稻有效分蘖将减少 1 5 ％左右， 糙米产 量下 降 1 5 ％， 含铅 量 由 0 ． 0 5 4 m g ／ k g可增 加到 0 ． 2 6 m g ／ k g ， 提高 5倍左右； 土壤铅含量在 2 0 0 0 m g ／ k g 范围内， 对小麦产量无明显影响， 但小麦籽 粒中铅含量可提高 1～ 3 ． 5倍； 土壤中铅对蔬菜的 生长影响较大， 当土壤铅含量≥3 0 0 m g ／ k g 时， 可 使萝 卜 减产 2 0 ％左右， 且其铅的含量与土壤含铅 量呈正相关； 白菜在土壤铅含量 5 O～ 2 0 0 0 m g ／ k g 时， 可减产 1 0 ％， 且土壤铅含量超过 3 0 0 m g ／ k g 时， 白菜叶含铅量可提高 3 0 ％； 土壤铅含量低于 4 0 0 m g ／ k g ， 对烟草产量无明显影响。植物对铅的吸收 主要累积在根部， 其次为茎、 叶， 因此植物一般蓄积 铅的含量顺序是 根 茎 叶 果 J 。铅在植物 体内活性较低， 到达根部的铅大部分被固定 ， 向地 上部运输的比例较低， 说明铅除质体运输途径外， 大部分通过自由铅空间被根吸收 。 8 锌 Z n 锌是植物必需的营养元素， 也是人体所必需的 生命元素， 同时， 作为重金属元素， 锌又是世界公认 的有害物质之一。随着经济的迅猛发展， 工业“ 三 废” 的大量排放， 造成农 田生态环境 的污染 其中 包括锌的污染 ， 致使作物减产， 并在食物链 中富 集， 进人人体 ， 导致一些疾病的发生。岩石圈中锌 的含量约为 8 0 m g ／ k g ， 土壤中一般锌的含量在 l 0 ～ 3 0 0 m g ／ k g 之间， 平均 5 0 m g ／ k g 。我国土壤的全 锌含量在 3～ 7 0 9 m g ／ k g之间， 平均值为 1 0 0 m g ／ k g ， 比世界土壤的平均含锌量高出一倍。土壤中锌 含量主要受成土母质的影响。我国土壤中的全锌 含量以南方的石灰 岩 土最高， 平均在 2 0 0 m g ／ k g 以上； 其次是华南的砖红壤、 褐红壤 ， 红壤和黄壤 ， 东北的棕色针叶林土， 平均在 1 5 0 m g ／ k g以上； 再 次是南方的赤草甸土、 水稻土、 黄棕壤 ， 东北的暗棕 壤、 灰色森林土、 白浆土、 草甸土、 黑钙土等， 平均在 1 0 0 m g ／ k g 左右； 东北的风砂土、 盐碱土和四川的 紫色土及华中丘陵区的红壤等含量最低 。在某 些地区， 如污灌区、 铅锌矿区及有色金属冶炼厂周 围地区， 由于受锌污染严重， 土壤 中锌含量会显著 增高， 高者可达 1 3 0 0 m g ／ k g 。土壤母质决定了土 壤中全锌的含量 引。含锌量较高的土壤母质是基 性岩， 较低的是酸性岩 J 。 土壤锌污染的植物效应 锌是植物的微量营养 1 1 7 维普资讯 贵州师范大学学报 自 然科学版 第2 3 卷 元素之一。但土壤锌含量过高， 一般超过 2 0 0 m g ／ k g 时便可造成污染 J 。解剖学研究表明， 锌营养 过剩时细胞结构破坏， 叶肉细胞严重收缩， 叶绿体 明显减少。从形态上来看， 锌过量时植株矮小， 叶 片黄化 。锌在作物中的累积主要在根部， 而地 上部则相对较少， 籽实中的含量更低。锌在籽实中 的积累随土壤中投加梯度的增加而升高， 皆呈直线 关系。当土壤中锌投加量为 7 0 0 m g ／ k g时， 籽实产 量比对照减产 5 7 ． 2 ％， 但籽实 中含锌仅为 2 9 ． 7 5 m g ／ k g ， 未超过食品卫生标准 5 0 m g ／ k g G B 1 3 1 0 6 9 1 J 。可见锌对植物的危害， 首先是抑制作物的 生长， 降低产量， 而累积次之。近年来， 有人发现过 量施锌对植物光合作用中电子传递与光合磷酸化 有抑制作用 J 。过量的锌可致使植物锌 中毒， 也 可间接影响植物对铁的吸收， 造成缺铁失绿和生长 障碍， 甚至导致死亡。锌处理超过 2 0 0 m g ／ k g ， 可使 水稻叶片绿色变淡， 分蘖减少， 物候期延迟， 产量下 降， 2 0 0 m g ／ k g 处理有效分蘖减少 8 ％左右， 糙米产 量下降 1 3 ％； 3 0 0 2 0 0 0 m g ／ k g处理， 水稻减产 1 8 ％ 一 2 5 ％； 达到 3 0 0 0 m g ／ k g的处理， 使水稻大部 分植株死亡。土壤锌含量达 4 0 0 m g ／ k g对烟草生 长仍无不良影响 。锌处理 3 0 0 m g ／ k g 对大麦幼 苗可产生毒 害作 用， 4 0 0 m g ／ k g对燕 麦产 生 危 害 。低含量锌 1 0 0 m g ／ k g 可提高小麦幼苗叶 绿素含量， 但高含量 I5 0 0 m g ／ k g z n 处理对小麦 叶绿素的代谢有毒害作用 。 与其它重金属元素相 比， 锌的毒性较小， 作物 的耐锌能力较强。水稻、 小麦、 玉米等禾谷类作物 比甜菜、 豌豆及许多蔬菜作物对过量锌的适应性 强， 尤其是玉米， 对过量锌既有拒吸作用， 同时又具 有耐高锌的能力。研究表明， 在锌过量时， 玉米根 系能分泌一些不溶性的低分子量的金属结合蛋白， 可以螯合重金属， 使其不易被根吸收 ] 。 参考文献 [ 1 ]郑喜坤， 鲁安怀， 高翔， 等． 土壤中重金属污染现状及防 治方法[ J ] ． 土壤与环境， 2 0 0 2 ， 1 1 1 7 9 - 8 4 ． [ 2 ]陈怀满． 土壤- 植物系统中的重金属污染[ M] ． 北京 科 学出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ]李永涛， 吴启堂． 土壤重金属污染治理措施综述[ J ] ． 热带亚热带土壤科学． 1 9 9 7 ， 6 2 1 3 4 ． 1 3 9 ． [ 4 ]李继明， 叶学春， 张全智， 等． 农产品的肥料污染与对策 [ J ] ． 河南农业科学， 2 0 0 2 ， 9 2 9 - 3 0 ． [ 5 ]龚平， 孙铁珩， 李培军． 重金属对土壤微生物的生态效 应[ J ] ． 应用生态学报， 1 9 9 7 ， 8 2 5 9 - 6 4 ． 1 1 8 [ 6 ]谢正苗， 廖敏， 黄昌勇． 砷污染对植物和人体健康的影 响及防治对策[ J ] ． 广东微量元素科学， 1 9 9 7 ， 4 7 1 7 - 2 1 ． [ 7 ]周淑芹， 丁勇， 周勤． 土壤砷污染对农作物生长的影响 [ J ] ． 现代化农业， 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