土壤—蔬菜系統(tǒng)重金屬富集規(guī)律研究論文

　　［摘要］通過對部分蔬菜基地采集的29種蔬菜樣品中重金屬的富集狀況進(jìn)行研究。結(jié)果表明：蔬菜基地的蔬菜已全部受到有害金屬的污染。其中，鉛污染最為嚴(yán)重。不同類別的蔬菜對重金屬表現(xiàn)出不同的富集規(guī)律。葉菜類蔬菜的不同部分對重金屬也表現(xiàn)出不同的富集規(guī)律，總體表現(xiàn)為菜根中重金屬含量高于菜葉中重金屬含量。蔬菜的同一部分對不同的重金屬也表現(xiàn)出不同的富集規(guī)律。

　�。坳P(guān)鍵詞］蔬菜；重金屬；鉻；鉛；富集系數(shù)；富集模式

　　前言

　　隨著近代工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城市化已成為人類文明發(fā)展的重要標(biāo)志。但同時(shí)，人類也面臨著人口膨脹、資源短缺和環(huán)境污染的嚴(yán)重威脅。當(dāng)前全球的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，其中環(huán)境污染中的重金屬污染已成為當(dāng)今世界備受關(guān)注的一類公害。重金屬是指比重等于或大于5.0的金屬，如Cd、Cr、Zn、Mn、Cu、Hg、Fe、Ni、As等，它們當(dāng)中有植物生長所必需的元素，如：Fe、Mn、Cu、Zn；有些是植物生長所不需要的元素，如：Hg、Pb、Cd等。過量的重金屬是造成環(huán)境污染的重要因素之一。

　　一、我國土壤—植物系統(tǒng)重金屬的污染狀況

　　據(jù)報(bào)道，目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近20.0×103km2，約占總耕地面積的1/5。其中被工業(yè)“三廢”污染的耕地為10.0×103km2，污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)到3.3×103km2。某省曾經(jīng)對47個(gè)縣和郊區(qū)的2.59×103km2耕地（占全省耕地面積的2/5）進(jìn)行過調(diào)查，其結(jié)果表明，75%的縣已受到不同程度的重金屬污染的潛在威脅，而且污染程度仍在加重。污水灌溉等對農(nóng)田已造成大面積的土壤污染。如沈陽張士灌區(qū)用污水灌溉20多年后，污染耕地25.0×103km2，造成了嚴(yán)重的鎘污染,稻田含鎘5～7mg/kg。天津近郊因污水灌溉導(dǎo)致0.23×103km2農(nóng)田受到污染。廣州近郊因?yàn)槲鬯�灌溉污染農(nóng)田27.0km2，因施用含污染物的底泥造成13.3km2的土壤被污染,污染面積占郊區(qū)耕地面積的46%。20世紀(jì)80年代中期對北京某污灌區(qū)進(jìn)行的抽樣調(diào)查表明，大約60%的土壤和36%的糙米存在污染問題。

　　二、土壤—蔬菜系統(tǒng)中重金屬污染概況

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　　植物從土壤中吸收的重金屬量與土壤中的重金屬總量有一定關(guān)系，但土壤中的重金屬總量并不是植物吸收程度的一個(gè)可靠指標(biāo)。研究表明,石灰性污灌土壤0～20cm土層中,Pb、Cd主要以碳酸鹽結(jié)合態(tài)和硫化物殘?jiān)鼞B(tài)存在，其次是有機(jī)結(jié)合態(tài)，交換態(tài)和吸附態(tài)較少；Pb的吸附態(tài)大于交換態(tài)；而Cd則相反。

　�。ǘ�）重金屬污染物在土壤中的分布

　　土壤中的重金屬污染物由于無機(jī)及有機(jī)膠體對陽離子的吸附、代換或絡(luò)合、生物作用的結(jié)果，大部分被固定在耕作層中，一般很少遷移至46cm以下的土層，但砷在土壤中的動態(tài)行為與銅、鉛、鎘等有所不同，在含有大量鐵、鋁組分的酸性（pH5.3～6.8）紅壤中，砷酸根可與之生成難溶鹽類富集于30～40cm耕作層中。還有研究表明，金屬污染物主要累積在土壤耕作層，而且其可給態(tài)含量較高，分別占全量的60.1%、30%、38%和2.2%。灌溉污水中的汞呈溶解態(tài)和絡(luò)合態(tài)，進(jìn)入土壤后95%被土壤礦質(zhì)膠體和有面質(zhì)迅速吸附或固定。它一般累積在土壤表層，在剖面上分布自上而下遞減。

　�。ㄈ�）重金屬污染的特點(diǎn)

　　重金屬的污染物的特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：（1）形態(tài)多變；（2）金屬有機(jī)態(tài)的毒性大于金屬無機(jī)態(tài)；（3）價(jià)態(tài)不同毒性不同；（4）金屬羰基化合物常含劇毒；（5）遷移轉(zhuǎn)化形式多；（6）重金屬的物理化學(xué)行為多具有可逆性，屬于緩沖型污染物；（7）產(chǎn)生毒性效應(yīng)的濃度范圍低；（8）微生物不僅不能降解重金屬，相反某些重金屬可在土壤微生物的作用下轉(zhuǎn)化為金屬有機(jī)化合物（如甲基汞）產(chǎn)生更大的毒性。同時(shí)重金屬對土壤微生物也有一定毒性，而且對土壤酶活性有抑制作用；（9）生物攝取重金屬是積累性的，各種生物尤其是海洋生物，對重金屬都有較大的富集能力；（10）對人體的毒害是積累性的。重金屬污染的另一特點(diǎn)就是它們不能被降解而消除。無論現(xiàn)代的何種方法，都不能將重金屬從環(huán)境中徹底消除。這一點(diǎn)與有機(jī)污染物迥然不同。重金屬在自然界凈化循環(huán)中，只能從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)，從甲地遷移乙地，從濃度高的變成濃度低的等等，由于重金屬在土壤和生物體內(nèi)積累富集，即使某種污染源的濃度合符“排放標(biāo)準(zhǔn)”，仍然會通過污染蔬菜造成對人類的危害。

　　三、土壤—植物系統(tǒng)中重金屬污染的危害

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　　1.土壤環(huán)境中鉻元素的基本情況和來源

　　鉻是耐腐蝕的重金屬。土壤中鉻含量主要來源于成土母巖。正常土壤含鉻5～1000mg/kg,平均含量為20～200mg/kg。土壤全鉻含量極少部分可溶，僅占0.01%～0.4%。我國土壤中鉻的含量為2.2～1209mg/kg,平均為61.0mg/kg。土壤中鉻的污染來源主要是某些工業(yè)的“三廢”排放。通過大氣污染的鉻污染主要是鐵鉻工業(yè)、耐火材料工業(yè)和煤的燃燒向大氣中散發(fā)的鉻。通過水體污染的鉻污染源主要是電渡、金屬酸洗、皮革鞣制等工業(yè)的廢水。此外，城市消費(fèi)和生活方面，以及施用化肥等，也是排放鉻的可能來源。

　　2.鉻在土壤中的形態(tài)與遷移轉(zhuǎn)化

　　鉻的存在形態(tài)有金屬鉻和鉻的各種化合物，其化合物主要有三價(jià)和六價(jià)。金屬鉻無毒性，但三價(jià)鉻有毒、六價(jià)鉻毒性更大，還具有腐蝕性。土壤中的鉻主要是三價(jià)鉻和六價(jià)鉻，其中以正三價(jià)鉻最為穩(wěn)定。六價(jià)鉻以陰離子的形態(tài)存在，一般不易被土壤吸附，具有較高的活性，對植物易產(chǎn)生毒害，已經(jīng)證明它有致癌作用。含鉻廢水中的鉻進(jìn)入土壤后，也多轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性鉻，大部分殘留積累于土壤表層，因此，土壤中為農(nóng)作物可吸收的鉻一般很少。受鉻污染的土壤，其中的鉻可借風(fēng)力而隨表層土壤顆粒遷移入大氣，也可被植物吸收進(jìn)而通過食物鏈進(jìn)入人體。

　　3.對植物和人體的影響

　　鉻是動物和人體的必需元素之一，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)胰島素的許多功能都與鉻有密切的關(guān)系。但是它在植物生長發(fā)育中是否必需還尚未證實(shí)。

　　人體缺乏鉻可引起粥狀動脈硬化，還可使糖、脂肪的代謝受到影響，嚴(yán)重者可導(dǎo)致糖尿病和高血糖癥。

　�。ǘ�）鉛

　　1.土壤環(huán)境中鉛元素的基本情況和來源

　　鉛的離子狀態(tài)以+2、+4價(jià)存在。正四價(jià)氧化態(tài)鉛有強(qiáng)氧化性，在土壤環(huán)境中不能穩(wěn)定存在。故土壤中鉛以正二價(jià)鉛為主。鉛在地殼中的自然濃度并不高,平均濃度只有14mg/kg。土壤含鉛量平均值為35mg/kg,煤中含鉛2～370mg/kg,平均為10mg/kg。人類在生產(chǎn)活動中，把鉛礦開采出來，經(jīng)過冶煉、加工和應(yīng)用于制造各種金屬鉛和鉛化合物的制品。在這些過程中，特別是鉛的冶煉，是土壤鉛污染的主要污染源。 2.鉛在土壤中的形態(tài)與遷移轉(zhuǎn)化

　　土壤中的鉛主要以Pb(OH)2、PbCO3、Pb(PO4)2等難溶態(tài)形式存在，而可溶性的鉛含量極低。這是由于鉛進(jìn)入土壤時(shí)，開始可有鹵化物形態(tài)的鉛存在，但它們在土壤中可以很快轉(zhuǎn)化為難溶性化合物，使鉛的移動性和被農(nóng)作物的吸收都大大降低。因此，鉛主要積累在土壤表層。另外，鉛也能和配位基結(jié)合形成穩(wěn)定的金屬絡(luò)合物和螯合物。植物從土壤中吸收鉛主要是吸收存在于土壤溶液中的Pb2+。鉛在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和對植物吸收鉛的影響，還與土壤中存在的其他金屬離子有密切關(guān)系。

　　3.對植物和人體的影響

　　植物的正常含鉛量為0.05～3mg/kg。植物對鉛的吸收主要是通過根、莖、葉吸收土壤和大氣中的可溶態(tài)鉛。鉛對植物的直接危害，主要是影響植物的光合作用和蒸騰作用的強(qiáng)度。一般隨著鉛污染程度的加重，光合作用和蒸騰作用的強(qiáng)度逐漸降低。鉛在血液中可以磷酸氫鹽、蛋白復(fù)合物或鉛離子的狀態(tài)隨血液循環(huán)而遷移，隨后除少量在肝、脾、腎等組織及紅細(xì)胞中存留外，大約有90%～95%的鉛以穩(wěn)定的不溶性磷酸鉛儲存于骨骼系統(tǒng)。正常人血液中鉛含量約0.05～0.4mg/kg左右。當(dāng)血液中鉛含量達(dá)0.6～0.8mg/kg時(shí)，就會出現(xiàn)各種中毒癥狀。鉛中毒時(shí)對全身各系統(tǒng)和器官均產(chǎn)生危害，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)。鉛中毒，出現(xiàn)高級神經(jīng)機(jī)能障礙。嚴(yán)重中毒時(shí)，引起血管管壁抗力減低，發(fā)生動脈內(nèi)膜炎、血管痙攣和小動脈硬化。鉛中毒還發(fā)生絞痛，還可造成死胎、早產(chǎn)、畸胎以及嬰兒精神滯呆等病癥。

　　四、結(jié)語

　　對重金屬污染的控制要嚴(yán)格按照國家環(huán)保部門的規(guī)定，對于不符合國家和地方規(guī)定的城市污水，堅(jiān)決禁止排放。對于未經(jīng)處理的城市垃圾和污泥，禁止用于農(nóng)田堆肥。禁用含砷、含汞的農(nóng)藥，減少化肥的使用，提倡多用有機(jī)肥。以最大限度減少污染源中的汞、鎘、鋅、鉻的排放。對于已經(jīng)受到重金屬污染的土壤，增施有機(jī)肥，促進(jìn)土壤對重金屬吸收螯合，減少土壤中重金屬有效態(tài)含量，減少蔬菜對重金屬元素的吸收，同時(shí)栽培一些對重金屬有超富集作用的植物，使土壤環(huán)境得到恢復(fù)。歸根到底，對于金屬污染，首要的是對污染源采取對策；其次要對排出的重金屬進(jìn)行總量控制，而不只是控制排放濃度；再次是研究和開發(fā)重金屬的回收利用技術(shù)，這一點(diǎn)不僅對減少污染是有效的，而且對充分利用重金屬資源也是重要的。

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