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土壤中重金属的形态及其生物有效性


土壤中重金属的形态及其生物有效性 摘要 受人类活动的影响,我国部分地区土壤中重金属含量超标现象严重, 并由此导致区域农作物及粮食中重金属含量超过人类安全食用标准。 综述了土壤 环境中重金属的赋存形态和生物有效性,并阐述了影响重金属形态的土壤因素。 关键词 土壤;重金属;形态;生物有效性 重金属是一组对生态环境和人类健康带来诸多潜在风险的元素群, 有关重金 属在地表环境中的迁移、

转化、 传输一直是近年来诸多学科领域里的研究重点和 热点之一。 大量文献报道了受重金属污染的土壤,上面生长的作物和蔬菜中重金 属含量高于未污染土壤[1,2],通过食物链作用,污染土壤中大量的重金属向人 体转移,并由此带来一系列的健康风险。因此,人们对重金属在土壤中的环境行 为及其在土壤—植物系统的传输十分关注。 土壤 pH 和 Eh、 土壤可溶性有机物及根际环境等诸多因素都影响着土壤中重 金属的有效性,这些方面已有很多的文献报道[3-10]。目前关于土壤中重金属形 态对植物有效性的综述文献很少。因此,本文就重金属赋存形态对植物的影响以 及影响重金属形态的土壤因素进行综述。 1 土壤和植物中重金属含量 很多研究报道了矿区大米、 玉米、小麦等粮食及蔬菜可食部分汞含量超过食 品卫生标准的现象。 通过食物链传递,重金属元素对整个生态系统和人体健康造 成威胁。比如湘西某铅锌矿区稻根中 Pb 蓄积量为 379.4μg/g,稻米 Pb 含量达到 0.853μg/g,超过国家食品卫生标准(GB2762?蛳 2005, 0.020μg/g) ;水稻植株 内还蓄积有 Hg、Cd 等元素。对根际土壤的研究发现,矿区土壤中 Pb、Cd、Hg 的平均含量分别为 875±619.81μg/g、10.70±9.90μg/g、4.25±3.37μg/g、62.24± 39.28 μg/g,分别超过国家规定的土壤环境质量二级标准的 2.9、35.7、8.5、2.5 倍。辽 宁葫芦岛锌冶炼厂附近高粱的总汞含量达到 0.057μg/g,蔬菜可食部分最高含量 达到 0.147μg/g[11]。 2 土壤溶液中重金属的形态及有效性 土壤中重金属总量是确定土壤重金属污染水平及环境容量的重要指标, 但总 量却不能很好地提供重金属的生物有效性和移动性方面的信息。 因为重金属的生 物有效性不仅与总量有关, 很大程度上取决其化学形态。不同的形态产生不同的 环境效应, 直接影响到重金属的毒性和迁移。为更好地解读重金属在土壤中的吸 持、富集、迁移和转化过程以及在植物营养学和土壤环境化学上的意义,目前重 金属含量的研究更多关注其赋存形态。 2.1 土壤溶液中重金属形态 土壤溶液中的重金属离子常和一些过量的阴离子(如 OH-、Cl-、有机阴离 子等)发生络合作用。这些络合作用受到土壤 pH 值和氧化还原电位的影响,比 如 pH 值低于 7 时,土壤溶液中除了 Pb2+外,还存在有 PbOH+、Pb(OH)20、 Pb(OH)3-、Pb(OH)42-等;但当 pH<8.0 时,只有 Pb2+和 PbOH+对溶液中总 铅贡献最大[12]。 不同的重金属离子与各阴离子的亲和能力不同。在通常的土壤阴离子水平 下,尤其是低 pH 值情况下,土壤溶液中 Cu 的最重要的络合物是 CuSO4 和 CuCO3,且 Cu 几乎是唯一能和土壤有机质形成内层络合物的金属。土壤溶液中 的汞和 Cl-的亲和力最强,盐碱土中高量的 Cl-导致土壤中的汞主要以 HgCl 形式 存在[12]。研究表明,氧化土中土壤和土壤溶液界面上 Hg2+的交互作用

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