收稿日期:2009-05-20文章编号:1002-2724(2009)04-0042-03土壤重金属元素有效态与活性相关分析研究
任晓云,肖传勇,董玉梅,王朝霞(德州市农业局,山东德州253015)
摘要:定量分析了33个土壤耕层和11个土壤剖面样品中的As、Cd、Cu、Pb、Ni、Hg、Zn、Cr8种重金属全量及其有效态,对采样点土壤重金属元素有效态与活性的相关性进行分析。结果表明,采样点耕地土壤重金属元素Cr、Cu、Ni和Zn的活性与有效态之间相关系数(R2)分别为0.7939、0.87、0.8956和0.9795,相关性均为极显著;As、Hg和Pb的活性与有效态之间相关性为显著;重金属元素Cd的活性与有效态相关性不明显。采样点剖面土壤重金属全量随着土层加深变化不一致,重金属As、Cd、Hg随着土层加深含量有递减的趋势;重金属元素的活化率随着土层深度加深而递减的趋势比较明显,底层土壤重金属的活化率是上层土壤中的1/5～1/3,同时表层土壤重金属元素Cd、Cu、Pb的活化率最高。关键词:土壤;剖面;重金属元素;有效态;重金属活性中图分类号:S714 文献标识码:A
ThecorrelationofavailablecontentsandtheactivityofheavymetalRenXiaoyun,XiaoChuanyong,DongYumei,WangZhaoxia(DezhouBureauofAgriculture,Dezhou253015,Shandong)Abstract:Thetotalcontentsofheavymetals(As,Cd,Cu,Pb,Ni,Hg,Zn,Cr)wereanalyzedandtheiravailablecon-tentswerestudiedin33soilsamplesofagriculturalsurfacesoilsand11soilprofilesgratheredfrom11countriesinDezhou,Shandong.Tounderstandthecorrelationoftheavailabilityandavailablecontentsofheavymetals.Theresultsshowedthatthecorrelationcoefficientsbetweentheavailabilityandavailablecontentsofheavymetals(Cr,Cu,NiandZn)were0.7939,0.87,0.8956and0.9795,theywereverysignificantpositivecorrelation.Thecontentsofheavymetals(As,Cd,Hg)inthedeeperlayerwerelessthaninthesurfacelayer.Theavailabilityofallheavymetalsinbottomlayerwerethe1/5～1/3ofthesufacelayer.Theavailablesequenceofheavymetalsinthesurfacelayerwasinarankof:Cu>Pb>Cd>Cr>Zn>Ni>Hg>As.Keywords:Soil;Soilprofile;Heavymetalelement;Availablecontent;Heavymetalavailability
对于土壤本身而言,其受污染具有不可逆性、隐蔽性和后果的严重性,不但会影响土壤本身的理化性质,对生态环境和人类的生存健康都具有较大的威胁[1]。环境污染方面所指的重金属主要是指生物
毒性显著的Cd、Pb、Cr、Hg以及类金属As,还包括具有毒性的Zn、Cu、Co、Ni、Sn、V等污染物。土壤重金属污染可导致作物产量和质量的下降,作物积累的重金属可通过食物链进入人体而给人类健康带来潜在危害,如Cd污染可造成贫血、高血压、骨痛病等疾病[2]。而土壤中重金属元素的有效态易于转
化和迁移,最容易被农作物吸收利用而进入食物链,从而对环境和人畜造成危害[3]。
因此密切关注耕地土壤重金属元素的全量、有效态及其活性,分析其相关性,能够在一定程度上表征土壤中某一重金属元素的生物活性,为不同土地利用及不同土壤类型下的土壤重金属污染提供客观数据评价,对明确重金属污染特点,确定其活性和防止农产品被污染,具有十分重要的意义。1 材料与方法1.1 调查区概况土壤质地,砂质土占84.34%,粘质土占4.63%;土壤pH值范围7.20～8.65;有机质范围为2.61～23.05g/kg。1.2 样品采集共采集表层土样33个和11个剖面土壤,即德州市共11个县市区,每个县市区取3个表层土壤和1个剖面土壤。1.3 仪器及试剂北京海光仪器公司AFS-230E原子荧光度计;美国热电公司S2原子吸收光谱仪(火焰、石墨炉);意大利Ethos-A型微波消解;国家标准土壤参比物质GBW07419和GBW07421作为质控;分析所用试剂均为优级纯;所用水均为超纯水。1.4 样品前处理及方法土壤样品经风干、磨碎,过100目尼龙网筛后,
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山东林业科技 2009年第4期 总183期 SHANDONGFORESTRYSCIENCEANDTECHNOLOGY 2009.No.4用于测试土壤的重金属元素,包括As、Cd、Cu、Pb、Ni、Hg、Zn、Cr8种重金属。As、Hg采用原子荧光法测定;其余重金属经氢氟酸—硝酸—高氯酸三酸在微波消解后,Cd、Pb、Cd采用石墨炉原子吸收分光光度法测定,Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收法测定;以0.1mol/LHCl(固液比=1:1)作为提取液,提取液上机测定重金属元素的有效态含量。1.5 数据处理数据剔除采用四倍法(4d法)[4];数据处理由Excel和DPS数据处理软件完成。2 结果与分析2.1 采样点土壤重金属有效态与活性相关分析曾有研究表明土壤重金属元素活化率(有效态/全量)与生物毒性和环境效应之间存在相关性,潘根兴等(1999,2000)曾用活性作为苏南土壤中重金属污染影响指标[5];元素活性是有效态含量、全量值、土类、有机质、黏粒、pH值等土壤理化性状的函数[6]。土壤中重金属元素的有效态易于转化和迁移,最易被农作物吸收利用而进入食物链,从而对环境和人畜造成危害[3]。因此,了解重金属有效态的含量及其与全量之间的关系,对于更深入客观地了解德州耕地土壤重金属污染有着重要的意义。由于有效态自身的复杂性,牵涉到不同土类之间提取剂的差异,同一提取剂在不同土类之间提取量的差异以及提取量与生态效应的差异等[6],考虑到样本耕地土壤类型与作物根系作用等特性,以0.1mol/LHCl(固液比=1:1)作为提取液,所提取的浓度与样品全量之比为活化率[7],即 Ac(%)=Aci
Bci
×100%(2-1)
式中,Ac为土壤中i元素的活性,Aci为i元素的有效态浓度,Bci为i元素的全量值。结果表明,经过对德州市0～30cm耕地土壤33个点位重金属有效态进行定量分析,8种重金属元素(As、Cd、Cu、Pb、Ni、Hg、Zn、Cr)的活性(%,Y)与有效态(浓度mg/kg,X)之间的相关性公式如下:YAs=12.872X-8×10-5 R2=0.6078＊
n=33 (2-2)YCd=319.25X+1.1677R2=0.3215
n=33 (2-3)YCr=1.3091X+0.7964R2=0.7939
＊＊
n=33 (2-4)YCu=3.5252X+2.4995R2=0.87
＊＊
n=27 (2-5)YHg=1367.7X+0.0445R2=0.5297＊
n=27 (2-6)YNi=4.7885X-0.1547R2=0.8956＊＊
n=33 (2-7)YPb=3.6353X+1.6475R2=0.554＊
n=33 (2-8)YZn=1.7164X-0.2462R2=0.9795＊＊
n=30 (2-9)由上述公式表明,采样点耕地土壤重金属元素Cr、Cu、Ni和Zn的活性与有效态之间相关系数(R2)分别为0.7939、0.87、0.8956和0.9795,相关性均为极显著;As、Hg和Pb的活性与有效态之间相关系数为0.6078、0.5297和0.554,相关性为显表1 采样点剖面土壤全量(mg/kg)及有效性系数
剖面项目AsCdCrCuHgNiPbZn含量范围5.13～8.540.12～0.2720.0～28.411.6～20.10.02～0.1019.3～26.212.7～24.557.9～3420～30cm平均值6.580.2024.6514.330.0521.9916.77143.58标准差1.010.042.352.550.032.024.5496.45有效性系数(%)0.4×10-35.172.397.970.250.796.321.4330～60cm含量范围5.12～8.210.12～0.2126.4～34.113.8～27.10.01～0.0423.4～38.415.6～24.561.4～210平均值6.410.1830.3618.160.0327.3418.12114.78标准差1.110.032.753.490.014.082.8342.34有效性系数(%)0.2×10-31.481.252.450.070.241.231.2460～90cm含量范围4.21～7.340.13～0.2115.4～53.115.3～20.80.02～0.0420.5～32.415.2～18.275.3～304平均值5.730.1827.3718.080.0325.6116.48193.30标准差0.940.0310.351.620.013.421.0370.45有效性系数(%)0.2×10-30.751.241.490.070.271.151.17
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