閆 飛 李興菊 王定勇＊＊

(1 西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400715;2 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶,400716;3 重慶市農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400716)

溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤鎘形態(tài)及對(duì)萵筍吸收鎘的影響＊

閆 飛1,2,3李興菊1,2,3王定勇1,2,3＊＊

(1 西南大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400715;2 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶,400716;3 重慶市農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400716)

溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)中的一種重要的活躍的化學(xué)組分,是具有不同結(jié)構(gòu)及分子量大小的有機(jī)物的連續(xù)體或混合體.它影響著環(huán)境的酸堿特性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效性、污染物質(zhì)的環(huán)境行為特性等.DOM的濃度通常用溶解性有機(jī)碳 (DOC)來衡量.在土壤和水體中可充當(dāng)難溶性污染物的主要助溶劑和載體.DOM能夠增加某些重金屬,如 Zn,Cd和 Cu的溶解性,從而提高 DOM對(duì)萵筍的毒性.其次 DOM影響重金屬的沉淀-溶解平衡,改變土壤中固相物質(zhì)的表面活性,從而影響重金屬在土壤中的化學(xué)行為.因此,DOM對(duì)重金屬環(huán)境行為的影響已成為研究前沿.

本文對(duì)兩種土壤上施加兩種不同DOM,考察對(duì)萵筍對(duì) Cd的吸收,旨在探明 DOM對(duì)重金屬污染行為的影響.

1 樣品的采集與分析

供試土壤為重慶菜地典型的紫色土和黃壤.紫色土采自西南大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng),黃壤采自重慶市北碚區(qū)槽上蔬菜基地,采樣點(diǎn)附近未受工業(yè)污染,采樣深度為 0—20 cm.土壤經(jīng)自然風(fēng)干、粉碎后過不同粒級(jí)篩進(jìn)行相關(guān)測(cè)定.供試DOM提取自西南大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)所收集的豬糞和稻草.

設(shè)置 4個(gè)處理進(jìn)行盆栽試驗(yàn),各處理均重復(fù) 3次.B1(對(duì)照):土壤 +萵筍;B2:土壤 +重金屬 +萵筍;B3:土壤 +重金屬 +豬糞DOM+萵筍;B4:土壤 +重金屬 +稻草DOM+萵筍.分別于 0,30,60,90 d時(shí)采集土壤樣品,并各取兩個(gè)平行進(jìn)行土壤中 pH,DOM含量測(cè)定和重金屬形態(tài)分析;在 90 d時(shí)采集植株,植株先用自來水沖洗,再用去離子水洗凈,擦干,分根、莖、葉于 105℃殺青 30min,然后在 65℃下烘干、磨細(xì).分析植株各部分重金屬含量,并進(jìn)行分析.

豬糞DOM的提取參考Baham的方法[1],稻草 DOM提取參考周立祥的方法[2],土壤基本性質(zhì)測(cè)定方法參照《農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)原理與應(yīng)用》,土壤中鎘的總量測(cè)定采用王水-HC lO4消解法,消解液用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定,土壤中鎘形態(tài)分析采用 Tisser方法測(cè)定,用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定重金屬 Cd的含量,用 TOC總有機(jī)碳測(cè)定儀測(cè)定濾液中有機(jī)碳含量,將結(jié)果進(jìn)行水分校正,即為土壤中DOM含量.

2 不同土壤外源添加DOM后重金屬在萵筍中的吸附積累

表1 萵筍對(duì) Cd的吸收量 (mg·kg-1)

本實(shí)驗(yàn)選用萵筍來研究不同土壤外源添加 DOM后重金屬在植物中的吸附積累 (表1).

表1的結(jié)果表明,不同土壤中萵筍各部位的吸收量有所不同.黃壤中萵筍各部位的吸收量明顯高于紫色土,這與土壤 pH值有一定聯(lián)系,但黃壤中萵筍各部位重金屬相對(duì)于紫色土的增加值在添加外源重金屬的處理中遠(yuǎn)高于對(duì)照處理,說明在污染條件下,黃壤中萵筍可吸收利用的重金屬即萵筍有效態(tài)重金屬較紫色土要多,其危害也會(huì)更大.添加DOM可改變?nèi)n筍各部位對(duì)重金屬吸收積累的數(shù)量.在紫色土中,添加豬糞和稻草 DOM可促進(jìn)萵筍對(duì) Cd的吸收,其中以豬糞DOM的效果更明顯,在黃壤中,兩種DOM都會(huì)阻礙萵筍對(duì) Cd的吸收,且都以豬糞DOM的作用更明顯.

3 萵筍中各部位重金屬含量與土壤重金屬形態(tài)的相關(guān)性

在兩種土壤中與萵筍各部分重金屬相關(guān)性最好的均為交換態(tài),它們之間表現(xiàn)出相同的增減規(guī)律,具良好的正相關(guān)性,將交換態(tài)含量與萵筍各部位含量進(jìn)行線性回歸發(fā)現(xiàn),其相關(guān)系數(shù)為 0.957＊—0.997＊＊(r0.05=0.95,r0.01=0.99,n=4),達(dá)到顯著或極顯著水平.碳酸鹽結(jié)合態(tài)與萵筍體內(nèi)重金屬的相關(guān)性也較強(qiáng),黃壤中 Cd與萵筍根的相關(guān)系數(shù)為0.993＊＊,達(dá)極顯著相關(guān),與莖、葉的為 0.979＊和 0.981＊,也達(dá)顯著;鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)與萵筍各部位不具有明顯的相關(guān)性,殘留態(tài)與萵筍各部位重金屬表現(xiàn)出負(fù)相關(guān),但只在黃壤中吸收 Cd時(shí)達(dá)顯著 (根 0.978＊,莖0.961＊,葉 0.964＊).因此與植株重金屬累積關(guān)系最密切的形態(tài)是交換態(tài),其含量高低直接影響到萵筍內(nèi)重金屬的濃度水平;碳酸鹽結(jié)合態(tài)的活性比交換態(tài)低,但其時(shí)刻處于與交換態(tài)的轉(zhuǎn)化平衡中,能持續(xù)提供重金屬源,對(duì)萵筍吸收重金屬也有一定的貢獻(xiàn);鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)較為穩(wěn)定,生物活性較低,萵筍不易吸收,但也有向有效態(tài)轉(zhuǎn)化的可能;殘留態(tài)屬?gòu)?qiáng)結(jié)合形態(tài),活性最低,幾乎不被萵筍吸收,其含量越高,說明土壤活性重金屬占的比例越小,重金屬向無效態(tài)轉(zhuǎn)化.

外源添加DOM會(huì)改變重金屬在萵筍體內(nèi)的吸收量,其效果因土壤類型和DOM種類而異.栽種萵筍可在一定程度上提高了土壤DOM的含量.因此在農(nóng)地施用有機(jī)物料時(shí),必須將 DOM對(duì)重金屬的作用考慮在內(nèi),以防止 DOM活化重金屬而引起的食品污染.

4 土壤重金屬形態(tài)變化與 DOM變化的相關(guān)性

將試驗(yàn)整個(gè)階段各處理土壤中重金屬各賦存形態(tài)的含量與土壤中DOM的含量進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明 DOM對(duì)重金屬有效態(tài)的影響非常明顯,紫色土均達(dá)顯著水平,而黃壤中均達(dá)極顯著水平.對(duì)于不同的土壤和重金屬,DOM對(duì)有效態(tài)的作用方向存在差異,紫色土中DOM含量與交換態(tài) Cd呈顯著正相關(guān) (r=0.408);黃壤中 DOM含量與交換態(tài)Cd呈極顯著負(fù)相關(guān) (r=-0.592).DOM對(duì)土壤中重金屬有機(jī)結(jié)合態(tài)也有較大的影響 (紫色土 r=0.250,黃壤 r=0.548).DOM可促進(jìn)其它形態(tài)向有機(jī)結(jié)合態(tài)的轉(zhuǎn)化,說明DOM對(duì)于不同重金屬有效態(tài)的作用效果是不同的,且在不同土壤上也存在差異.其原因可能是 DOM在 pH值較高的土壤中,DOM-重金屬絡(luò)合物更穩(wěn)定,且DOM更不易被土壤吸附.也可能是土壤DOM比固相有機(jī)質(zhì)具有更多的活性點(diǎn)位,是土壤生態(tài)系統(tǒng)中一種重要的活性組分,能夠充當(dāng)污染物的“配位體”和“遷移載體”,使有機(jī)和無機(jī)污染物的水溶性和遷移性提高,含有大量的功能基團(tuán),可以與土壤中的重金屬通過絡(luò)合和螯合作用,形成有機(jī)-金屬配合,提高重金屬的可溶性;同時(shí),DOM可以通過與土壤、水體和沉積物中金屬離子、氧化物、礦物和有機(jī)物之間離子交換、吸附、氧化還原等反應(yīng),改變重金屬活性,遷移規(guī)律、生物毒性及空間分布.

[1] Baham J,Sposito G,Chemistry of Water-Soluble,Metal-Complexing Ligands Extracted from an Anaerobically-Digested Sewage Sludge[J].Journal of Environmental Quality,1983,12(1) ∶96—100

[2] 周立祥,中國(guó)城市污泥土地利用策略及其污泥重金屬環(huán)境化學(xué)行為的機(jī)理研究 [R].北京:中國(guó)科學(xué)院地理研究所博士后報(bào)告,1998,64

2009年8月11日收稿.

＊國(guó)家自然科學(xué)基金 (40673063),西南大學(xué)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科“211工程”建設(shè)經(jīng)費(fèi).

＊＊通訊作者:dywang@swu.edu.cn