昆山市是长三角外资企业和乡镇企业最发达、 城市化水平最高和人口密度最大的地区之一，经济 实力多年位居全国百强县（市）五强之内。据昆山 统计年鉴表明，2005 年工业总产值达 1.63×103 亿 元，城市化率 65%。与此同时，昆山工业废水排放 总量 5.1×107 t，工业废气排放总量 1.16×1010 m3，工 业粉尘排放量 1.56×103 t，工业固体废弃物 3.34×105 t，农用化肥施用量 2.5×104 t，农药 1.45×103 t。笔 者对昆山市土壤重金属的研究发现，昆山土壤重金 属总量污染较为严重[5]。2007 年苏州环境质量公报 结果表明，苏州市降水 pH 年均值 4.77，酸雨发生 频率为 79.6%，酸雨使得昆山土壤酸化严重[6]，活 化的重金属很容易通过食物链或地下水迁移进入
2.1 土壤重金属形态含量的分布特征 根据欧共体标准司 BCR (European Community
Bureau of Reference)提出的标准，我们将重金属形 态分为弱酸溶解态、铁锰氧化物结合态（可还原 态）、有机结合态和残渣态 4 种形态。残渣态是存 在于原生矿物晶格中的重金属，又称为原生相重金 属。而弱酸溶解态、铁锰结合态和有机态重金属是 原生矿物经风化破坏，重金属被释放后，在地表环 境中通过各种物理化学作用与土壤各相重新结合 而成的，因此这 3 种形态的重金属称为次生相重金 属。一般认为，残渣态重金属不能被生物利用，弱 酸溶解态易为生物利用，铁锰结合态次之，而有机 结合态活性较差。表生环境下，土壤中原生相（残 渣态）重金属一般不参与水－土壤系统的再平衡分 配，人为污染则主要叠加在土壤次生相（可给态或 生物有效态）中，因此，次生相重金属的含量及其 占总量的百分比大小不仅可以表征沉积物中重金 属的形态转化趋势，同时也标定了水－土壤交换反 应过程中重金属活化迁出的难易程度及其二次污 染的可能性[9]。
Pb 0.178 0.222 124.72 0.65 2.63 1.93 73.38 9.74 14.08 5.57 39.56 52.21 11.34 7.72 68.08 37.40
Zn 2.36 3.01 127.54 2.22 7.51 6.80 90.55 7.16 8.69 5.98 68.81 8.59 83.92 35.90 42.78 82.02
摘要：土壤重金属元素在介质中的存在形态是衡量其环境效应的关键参数。选择长江三角洲地区的江苏省昆山市为研究区，
采集了 126 个土壤表层样品，通过欧共体标准司提出的 BCR 3 步提取法对土壤中 Cd、Cr、Cu、Co、Ni、Pb 和 Zn 等 7 种重
金属元素的形态分布特征进行了分析，并采用逐步回归法探讨了影响重金属化学形态的影响因素。研究结果表明，Cd 主要
*通讯作者 收稿日期：2009-06-28
钟晓兰等：土壤重金属的形态分布特征及其影响因素
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机结合态3种形态，残渣态为重金属总量减去前3种 形态之和[7-8]。 1.3 数据处理方法
描述性统计分析、相关分析和逐步回归分析均 采用Spss 13.0计算。曲线制图采用origin 7.5绘制。
2 结果与分析
关键词：重金属；形态；分级；影响因素
中图分类号：X53
文献标识码：A
文章编号：1674-5906（2009）04-1266-08
重金属进入植物体已成为其污染环境和危害 人体健康最重要的途径。然而，土壤中重金属的生 物活性及环境行为不仅与其总量有关，更大程度上 由重金属在环境中的化学形态决定[1-3]。重金属的有 效态含量虽然能反映一定的生物有效性，但很难反 映重金属的潜在危害及不同形态之间的迁移转化 特性；而重金属形态的研究却能将重金属活性进行 分级，揭示土壤重金属中的存在状态、迁移转化规 律、生物有效性、毒性及可能产生的环境效应，从 而预测重金属的长期变化和环境风险[4]。因此，研 究重金属在土壤中的形态分布及其影响因素对于 了解重金属的变化形式、迁移规律和对生物的毒害 作用等具有十分重要的意义。
以可还原态存在，Pb 主要以有机结合态存在，而 Cr、Cu、Ni、Zn 和 Co 5 种元素主要以残渣态存在，不同重金属元素的次
生相态所占总量百分比由大到小的顺序为 Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Ni、Cr。重金属总量是影响重金属形态含量的最主要因素，
其次为有机质和 pH 值，FeOx 含量是影响残渣态含量的主要因素，粘粒含量是影响 Zn 各形态的主要因素，MnOx 含量是影 响 Pb 各形态的主要因素。
从变异系数的大小来看，弱酸溶解态除 Co 较 小外，其它元素均较大，尤其是 Cd、Pb 和 Zn 的 变异较大，分别达 260%，125%和 128%，而残渣 态的变异系数相对较小，除 Cd 和 Pb 达 84%和 68%，其它元素基本都在 20%~30%间。不同重金 属元素间，各形态的平均变异系数以 Cd 最大，Zn、 Pb、Cu 和 Cr 较大，Ni 和 Co 最小，同一重金属 元素中，4 种形态的变异系数基本上由大到小表现 为弱酸溶解态，可还原态，有机结合态，残渣态。 变异系数反映了采样总体中各样点之间的平均变 异程度，4 种形态除残渣态的变异系数相对较小 外，其它形态的变异系数均较大，这说明重金属 次生相态含量受外界干扰比较显著，具有较强的 空间分异，这种空间分异很大程度上归结于耕作、
（3）重金属形态分析采用欧共体标准司提出的 BCR三步提取法，测定弱酸溶解态、可还原态和有
基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2002CB410810）；广东省自然科学基金项目（8152500002000005） 作者简介：钟晓兰（1978 年生），女，讲师，博士，主要从事土壤资源和土壤环境质量方向的研究。E-mail: zxlnju@
DOI:10.16258/ki.1674-5906.2009.04.023
生态环境学报 2009, 18(4): 1266-1273 Ecology and Environmental Sciences
E-mail: editor@
Cu 0.522 0.451 86.40 1.77 0.78 0.574 73.59 2.76 5.64 4.01 71.10 18.90 21.56 6.59 30.57 76.57
Ni 0.905 0.507 56.02 2.55 1.589 0.753 47.39 4.48 2.959 0.946 31.97 8.39 30.40 5.88 19.34 84.57
Co 0.415 0.163 39.28 3.37 1.62 0.78 48.15 13.16 1.21 0.31 25.62 9.79 9.32 1.93 20.71 73.68
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管理措施、种植制度、污染等强烈的人为活动的 影响。
次生相重金属含量的高低不仅表征重金属的 潜在污染特性，同时表明了重金属的生物有效性大 小。各元素的次生相质量分数的总和由大到小的序 列为：Cd，Pb，Co，Cu，Zn，Ni，Cr。因此，昆 山土壤重金属中 Cd 和 Pb 的生物有效性及移动性是 最高的，具有潜在的生态风险，而 Cr、Cu、Ni、 Zn 和 Co 5 种重金属元素相对稳定，不容易释放， 生物有效性低。 2.2 重金属总量对土壤重金属形态的影响
从表 1 可知，7 个重金属各形态的平均含量大 小及其在全量的分配比例差异较大。对于弱酸溶解 态而言，各元素以 Cd 最高，达 15.39%，其它元素
都很低，不到全量的 4%，尤以 Cr 和 Pb 最低，不 到全量的 1%。可还原态比例也表现为 Cd 远高于其 他 元 素 ，各元 素 由 大到小 排 序 为 Cd(47.24%)、 Co(13.16%)、Pb(9.74%)、Ni(4.48%)、Cu(2.76%)、 Cr(0.79%)。有机结合态比例以 Pb 最高，占全量的 52.21%，其次是 Cu 和 Cd，分别达 18.90%和 15.97%， 其它元素均在 8%~10%之间。残渣态比例以 Cd 最 小，只有 21.39%，然后是 Pb，为 37.40%，Cr、Cu、 Ni、Zn 和 Co 5 种元素均较高，分别占全量的 89.01%、76.57%、84.57%、80.02%和 73.68%。因 此，Cd 主要以可还原态存在，Pb 主要以有机结合 态存在，而 Cr、Cu、Ni、Zn 和 Co 5 种元素主要以 残渣态存在，且这 5 种元素的含量和比例的 4 种形 态由小到大均表现为弱酸溶解态，可还原态，有机 结合态，残渣态。
土壤重金属的形态分布特征及其影响因素
钟晓兰 1，周生路 2*，黄明丽 2, 3，赵其国 4
1. 华南农业大学信息学院，广东 广州 510642；2. 南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210093； 3. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193，4. 中科院南京土壤研究所，江苏 南京 210008
平均值
标准差
变异系数
占全量%
残渣态
平均值
标准差
变异系数
占全量%
样本总数为 126 个。
Cd 0.04 47.24 0.032 0.034 106.25 15.97 0.037 0.031 83.78 21.39
Cr 0.078 0.058 74.36 0.12 0.517 0.334 64.60 0.79 6.89 4.70 68.21 10.09 61.63 18.79 30.49 89.01
（1）土壤理化性质：pH 采用电位法，有机碳 采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法，土壤质地采用英国 Malvern 激光粒度仪法测定，CEC 采用 EDTA－铵 盐快速滴定法测定。
（2）重金属总量：铬、铜、镍、铅、锌、钴采 用三酸（HF-HNO3-HClO4）消化，美国热电公司生 产的 IRIS Intrepid 等离子体发射光谱法（ICP－ AES）测定，镉采用三酸消化，石墨炉原子吸收法 （美国 Varian GTA-95）测定。
表 1 土壤重金属各形态含量的描述性统计分析 Table 1 Descriptive analysis of each fractionation concentration of soil heavy metals