付桂珍，盧鄒勇，王 蘭，常漢亭，賈 磊

（武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430070）

1 引言

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，重金屬引起的環(huán)境污染問題也隨之出現(xiàn)。重金屬在土壤中不易隨水淋濾，也不易被微生物降解，常在土壤中積累，當(dāng)土壤中的有害重金屬含量累積到一定程度時(shí)就會(huì)影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并可通過食物鏈途徑危及人類的健康［1］。

現(xiàn)在土壤重金屬評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是GB15618－1995，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)，指導(dǎo)現(xiàn)在土壤環(huán)境重金屬質(zhì)量評(píng)價(jià)工作。土壤本身的性質(zhì)對(duì)重金屬的有效性和敏感性有很大的影響，而GB15618－1995不能很好的區(qū)別對(duì)待，許多學(xué)者也認(rèn)為土壤中重金屬的總量不能很好反應(yīng)其生物有效性［2，3］，因此希望通過簡單提取方法表征土壤重金屬有效性。土壤動(dòng)物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在土壤有機(jī)質(zhì)分解，養(yǎng)分循環(huán)，改善土壤結(jié)構(gòu)以及微環(huán)境的穩(wěn)定與健康等方面發(fā)揮重要作用，由于土壤動(dòng)物的主要類群與土壤生態(tài)系統(tǒng)各方面的信息密切聯(lián)系在一起，因此，土壤動(dòng)物對(duì)土壤重金屬的反應(yīng)十分敏感，由于土壤重金屬污染具有隱蔽性的特點(diǎn)，通過土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)土壤重金屬既有評(píng)價(jià)價(jià)值還有指示劑的效應(yīng)。

2 土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)的建立分析

2.1 土壤重金屬與土壤動(dòng)物多樣性抑制的相關(guān)性

2.1.1 重金屬污染對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的毒性影響

土壤動(dòng)物對(duì)重金屬具有一定的耐受限度，但當(dāng)重金屬含量超過這一限度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生毒性效應(yīng)，影響其正常的生理功能和群落結(jié)構(gòu)。近年來對(duì)土壤動(dòng)物的生態(tài)毒理毒性研究已有相當(dāng)廣泛的報(bào)道，為土壤毒性評(píng)價(jià)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了重要依據(jù)。重金屬污染對(duì)土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和功能具有一定的制約性和破壞性，在這方面開展的研究工作較多，得出的分析結(jié)果也基本一致，就是隨著重金屬污染的加重，群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)簡單化和不穩(wěn)定化，土壤動(dòng)物的種類和數(shù)量逐漸減少，優(yōu)勢類群和常見類群也明顯減少［4，5］。此外，Georgieva等［6］發(fā)現(xiàn)重金屬污染對(duì)線蟲的生活史策略影響較大，k策略個(gè)體明顯減少，而r策略個(gè)體顯著增加。因此，土壤動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化可明顯反應(yīng)出土壤污染狀況，對(duì)環(huán)境污染的早期預(yù)示具有重要的作用。

2.1.2 土壤重金屬與土壤動(dòng)物多樣性抑制率的相關(guān)性分析

表1 土壤重金屬對(duì)土壤動(dòng)物多樣性抑制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用Excel軟件線性擬合綜合污染指數(shù)與土壤動(dòng)物多樣性的抑制率，見圖1。

圖1中土壤重金屬綜合污染指數(shù)和土壤動(dòng)物多樣性抑制率線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2＝0.7289，可見，利用土壤動(dòng)物多樣性抑制率來評(píng)價(jià)土壤重金屬的水平是可行的。

圖1 綜合污染指數(shù)與土壤動(dòng)物多樣性抑制率的線性擬合

2.2 土壤環(huán)境重金屬分類和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

2.2.1 土壤環(huán)境重金屬分類

根據(jù)土壤應(yīng)用功能和保護(hù)目標(biāo)，劃分為以下3類。

（1）Ⅰ類。主要適用于國家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)（原有背景重金屬含量高的除外）、集中式生活飲用水源地、茶園、牧場和其他保護(hù)地區(qū)的土壤，土壤質(zhì)量基本上保持自然背景水平。

（2）Ⅱ類。主要適用于一般農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場等土壤，土壤環(huán)境重金屬基本上對(duì)植物和環(huán)境不造成危害和污染。

（3）Ⅲ類。主要適用于林地土壤及污染物容量較大的高背景值土壤和礦產(chǎn)附近等地的農(nóng)田土壤（蔬菜地除外）。土壤環(huán)境重金屬基本上保證植物存活和環(huán)境的可持續(xù)［8］。

2.2.2 土壤環(huán)境重金屬標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保護(hù)區(qū)域自然生態(tài)，維持自然背景的土壤環(huán)境重金屬的限制值。二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，維護(hù)人體健康的土壤重金屬限制值。三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為保障農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物生長的土壤臨界值。

各類土壤環(huán)境重金屬執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的級(jí)別規(guī)定如下：Ⅰ類土壤環(huán)境重金屬執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Ⅱ類土壤環(huán)境重金屬執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Ⅲ類土壤環(huán)境重金屬執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 基于土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)的重金屬評(píng)價(jià)體系的建立

在現(xiàn)有的重金屬污染對(duì)土壤動(dòng)物多樣性影響研究中，綜合污染評(píng)價(jià)級(jí)別分為未污染、輕污染、中污染、重污染、嚴(yán)重污染。由于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618－1995中土壤重金屬執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所以，本文將未污染分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，輕污染、中污染分為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。中污染、嚴(yán)重污染分為三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中［9～13］，未污染的重金屬條件下的土壤動(dòng)物多樣性的抑制率總是小于1%；輕污染和中污染的重金屬條件下的土壤動(dòng)物多樣性的抑制率最小為1.7%，最大為15.5%，平均值為5.95%，其中1%～10%的比例為83.3%；重污染和嚴(yán)重污染的重金屬條件下的土壤動(dòng)物多樣性的抑制率最小為9.9%，最大為46.9%，平均值為19.3%，在10%～50%的比例為85.9%。綜上所述，得到土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 基于土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)有的土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 現(xiàn)有的土壤重金屬質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值

重金屬的標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的比較。

根據(jù)周煥新［14］的研究成果，鉛在不同濃度的實(shí)驗(yàn)條件下，土壤動(dòng)物多樣性的抑制率有差異，具體見表4。

表4 不同鉛濃度對(duì)土壤動(dòng)物多樣性的抑制效應(yīng)

比較處理2和處理3，土壤中鉛的濃度增加了，但土壤動(dòng)物多樣性的抑制率沒有相應(yīng)的增加而是下降，說明土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)的評(píng)價(jià)土壤重金屬就充分考慮了土壤重金屬的生物有效性。

利用土壤重金屬對(duì)土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)重金屬的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有的土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)上例土壤重金屬，得到評(píng)價(jià)結(jié)果，見表5。

表5 基于土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)土壤重金屬與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比

對(duì)比結(jié)果顯示，基于土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)的評(píng)價(jià)較之現(xiàn)有的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格，在現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下為2級(jí)土壤，基于動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下為3級(jí)。

4 結(jié)語

通過簡單提取方法表征土壤重金屬生物有效性評(píng)價(jià)土壤重金屬更有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，探討了利用土壤重金屬對(duì)土壤動(dòng)物多樣性抑制效應(yīng)評(píng)價(jià)土壤重金屬，得出以下結(jié)論。

（1）有關(guān)土壤理化性質(zhì)對(duì)污染物的生物可利用濃度的影響廣為人知，不同土壤對(duì)重金屬的生物有效性和敏感性各不相同。而基于土壤動(dòng)物多樣性抑制率評(píng)價(jià)土壤重金屬就充分考慮土壤理化性質(zhì)等其他因素對(duì)土壤重金屬有效性，所以應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)膶?duì)照土壤。

（2）當(dāng)土壤重金屬IC大于IC50的土壤，土壤動(dòng)物多樣性及數(shù)量大量減少，IC50可以作為保護(hù)土壤動(dòng)物臨界值，在土壤重金屬修復(fù)中具有重要指導(dǎo)意義。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在只考慮土壤重金屬污染而不考慮其他污染對(duì)土壤動(dòng)物多樣性的抑制影響的實(shí)驗(yàn)條件下，但是在現(xiàn)實(shí)綜合污染情景下，也有評(píng)價(jià)綜合污染的參考價(jià)值。

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