何 俊，王學(xué)東，陳世寶，劉 彬，李 寧，鄭 涵（.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 00048；.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 0008）

典型污灌區(qū)土壤中Cd的形態(tài)、有效性及其影響因子

何 俊1，王學(xué)東1，陳世寶2*，劉 彬2，李 寧2，鄭 涵2（1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

采集了北京、山東、天津、河北及遼寧5個(gè)典型污灌區(qū)土壤，外源添加1.20mg/kg 的Cd，經(jīng)過30d老化后，研究了不同污灌區(qū)土壤中小麥Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，同時(shí)利用離子色譜及WHAM6.0模型對(duì)污灌區(qū)土壤溶液性質(zhì)及自由Cd2+形態(tài)等進(jìn)行了測(cè)定.結(jié)果表明，不同污灌區(qū)土壤中，小麥根、莖葉對(duì)Cd的富集系數(shù)（BCF）與植株體內(nèi)Cd的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）有顯著差異；二種不同Cd敏感性小麥莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.064～0.465，最大相差626.5%，不同污灌區(qū)土壤Cd的富集系數(shù)大小表現(xiàn)為遼寧棕壤最大，山東棕壤最??；植株根-莖葉Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）表現(xiàn)為河北褐土＞遼寧棕壤～北京潮土＞天津潮土＞山東棕壤.不同污灌區(qū)土壤中，自由Cd2+形態(tài)含量與Cd植物有效性呈顯著正相關(guān)；植株根、莖葉中Cd含量與土壤中自由Cd離子含量的負(fù)對(duì)數(shù)［p（Cd2+）］呈顯著（P＜0.001）的負(fù)相關(guān)關(guān)系，方程分別為:y=-3.3106x+17.681（R2=0.929）；y= -0.3389x+1.7743 （R2=0.916）.外源添加1.20mg/kg Cd土壤中，溶液自由Cd2+形態(tài)的變化值［△p（Cd2+）］與pH值、EC含量呈正相關(guān)，而與溶液中Cl-、Na+、Ca2+含量呈負(fù)相關(guān).由此可以推斷，由污灌引起的土壤中Cl-、Na+、Ca2+等離子含量的增加將導(dǎo)致土壤中Cd環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增大.

污灌土壤；鎘；形態(tài)；生物有效性；影響因子

在農(nóng)田重金屬污染源（大氣降塵、污水灌溉、化肥、農(nóng)藥、有機(jī)肥及污泥農(nóng)用等）中，污水灌溉是農(nóng)田重金屬主要污染源之一［1-3］.目前，我國(guó)每年大約有大約520多億t廢水排放到環(huán)境中，其中工業(yè)污水達(dá)240億t［4-5］.由于水資源匱乏，特別是在我國(guó)北方農(nóng)田，污水常用來(lái)農(nóng)業(yè)灌溉，而污灌引起的農(nóng)田重金屬污染已成為北方農(nóng)田重金屬主要污染源之一.

目前我國(guó)140億m2污灌農(nóng)田中，有30%的土壤受不同程度的重金屬污染，尤其是遼寧、河北、黑龍江及北京等北方旱作地區(qū)［6-8］.污染土壤中，重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)除了受總量影響外，重金屬的賦存形態(tài)也是關(guān)鍵影響因素［9-11］.在我國(guó)北方，由于資源性缺水，污灌區(qū)土壤一般具有鹽基飽和度較高帶來(lái)的鹽漬化、土壤呈堿性等特點(diǎn).目前，針對(duì)我國(guó)北方污灌區(qū)土壤中重金屬的賦存形態(tài)、生物有效性及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究報(bào)道較少［8,11］.本研究在文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，選取了我國(guó)北方5個(gè)典型污灌區(qū)農(nóng)田土壤，研究了小麥對(duì)不同土壤中Cd的吸收、轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，同時(shí)利用離子色譜和WHAM6.0模型對(duì)土壤溶液的主要離子含量特征及自由Cd2+進(jìn)行了測(cè)定，對(duì)不同污灌區(qū)土壤溶液性質(zhì)及其陰離子組成與土壤Cd的有效性間的相互關(guān)系進(jìn)行了研究，以期為污灌區(qū)土壤中Cd的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 污灌區(qū)土壤

在資料調(diào)研基礎(chǔ)上，分別于2015年3～4月采集了我國(guó)北方5種不同典型污灌區(qū)農(nóng)田（0～20cm）土壤進(jìn)行測(cè)試.具體包括：1）北京市大興區(qū)青云店鎮(zhèn)北野場(chǎng)灌區(qū)：該灌區(qū)始建于1960年，灌區(qū)面積耕地面積約1.4×107m2，1969年改為污水灌溉，污水灌溉歷史近30年，主要為城市再生水污灌；2）山東省濟(jì)南五柳閘污灌區(qū)：灌溉區(qū)土壤屬于棕壤，主要受工業(yè)與城市再生廢水污灌污染，農(nóng)田基本種植作物為玉米-小麥，灌溉年限超過15年；3）天津北（塘）排污河灌區(qū)：主要受城市污水與污泥污染，灌溉面積達(dá)1.2×108m2，占全區(qū)總耕地面積的76.7%）；4）河北省保定清苑縣污灌區(qū)：污水類型為歷史型的城市混合污水與工業(yè)污水灌溉.輪作作物為小麥-玉米為主；5）遼寧省沈陽(yáng)市張士污灌區(qū)：遼寧省8個(gè)典型污灌區(qū)之一，屬于復(fù)合型污染特點(diǎn)，污染物以Cd為主.所有土樣經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后，剔除植物殘?bào)w、根系、石塊等雜物，然后過2mm尼龍篩后進(jìn)行理化性質(zhì)測(cè)定［12］，土壤基本理化性質(zhì)見表1.

表1 不同污灌區(qū)土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Selected soil properties of the sewage irrigation soils

土壤性質(zhì)具體測(cè)定方法［12］：1）土壤pH值為土：水比=1：5的條件下振蕩2h，靜置后用奧立龍pH計(jì)（Model420）測(cè)定；2） 陽(yáng)離子交換量（CEC）通過非緩沖的硫脲銀（AgTU）對(duì)土壤膠體表面負(fù)電荷吸附進(jìn)行測(cè)定：稱1g風(fēng)干土放入搖瓶中，加入0.01mol/L AgTU 溶液50mL，振蕩4h后過濾、離心，測(cè)量上清液中剩余銀離子便可換算得到CEC；3）有機(jī)碳含量（OC）為總碳與無(wú)機(jī)碳含量的差值：用高溫燃燒法測(cè)定總碳 （Leco CNS-2000），無(wú)機(jī)碳通過加入HCl后釋放CO2計(jì)算；4）土壤粘粒含量用吸管法進(jìn)行測(cè)定.

Cd污染土壤制備：配置CdCl2（分析純） 溶液，分別向每種土壤中添加不同體積CdCl2溶液，使鎘添加濃度為0（CK）和1.2mg/kg（T1），將不同土壤充分?jǐn)嚢杈鶆颍３置糠N土壤的70%最大田間持水量（MWHC）平衡30d后，風(fēng)干，過2mm尼龍篩備用.

1.2 盆栽實(shí)驗(yàn)

在前期相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，選取了我國(guó)北方地區(qū)2種主栽小麥品種，分別為Cd-敏感性小麥品種輪選-987和耐-Cd性品種白麥-126作為測(cè)試材料.選取大小均勻的小麥種子在5%的次氯酸鈉溶液中浸泡 10min.先用自來(lái)水沖洗數(shù)次，后用蒸餾水清洗，將已消毒的小麥種子用蒸餾水浸泡，待有白色小芽露頭時(shí)，移入鋪有滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中，并用蒸餾水沒過種子，在32℃無(wú)光照下放置36～48h，待胚根長(zhǎng)至小于2mm，于2015年5月28日移至已備好的種植盆中，離土表1cm以下，根向下，每個(gè)培養(yǎng)杯20粒種子，每個(gè)處理重復(fù)3次.生長(zhǎng)7d后定植10株.實(shí)驗(yàn)49d后收獲，沖洗干凈，將植株分為根、莖葉，烘干至恒重待測(cè).

1.3 污灌土壤溶液提取與性質(zhì)測(cè)定

不同污灌區(qū)土壤及Cd處理土壤（外源添加Cd后平衡一個(gè)月）溶液的提取按照以下方法進(jìn)行［13］：稱取不同污灌區(qū)土壤20g于墊有玻璃棉的過濾針筒中，添加100%的土壤田間最大持水量后，將裝有不同處理土壤的針筒，放入底部有PVC圓圈的50mL離心管中，平衡24h后于4500rpm離心15min，將濾液通過0.22μm的濾膜后，放置冰箱中待測(cè).

土壤溶液中離子測(cè)定方法［13-15］：使用850離子色譜儀，用英藍(lán)超濾前處理技術(shù)，用Metrosep A Supp 5～250色譜柱，淋洗液采用Na2CO33.2mmol/L+1.0mmol/L NaHCO3，定量杯20L，流速0.7mL/min，采用919自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣進(jìn)行溶液陰離子測(cè)定.本實(shí)驗(yàn)土壤溶液的離子測(cè)定是先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后在上述色譜條件下進(jìn)行測(cè)定，以不同吸收峰面積對(duì)離子濃度做回歸后，得到F-， Cl-，B-，NO3-， PO43-，SO42-等6種陰離子和Li+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+5種陽(yáng)離子的線性范圍和相關(guān)系數(shù)和含量.

1.4 溶液中自由Cd2+含量測(cè)定

目前，測(cè)定溶液中自由離子方法較多，而穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型仍然是測(cè)定離子形態(tài)分布最常用的手段［16-18］.在進(jìn)行溶液中金屬離子濃度測(cè)定時(shí)，WHAM （Windermere Humic Aqueous Model） 是計(jì)算金屬離子與可溶性有機(jī)碳（DOC）絡(luò)合的最常用模型軟件［19］.本實(shí)驗(yàn)中，土壤溶液自由Cd2+含量測(cè)定采用WHAM 6.0模型進(jìn)行計(jì)算.在利用WHAM模型進(jìn)行自由Cd2+濃度計(jì)算中，由于實(shí)驗(yàn)屬于開放系統(tǒng)，溶液CO2濃度采用3.5×10-4標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行計(jì)算.在溶液中自由Cd2+含量測(cè)定時(shí)，輸入溶液pH值、OC及其它離子濃度包括Na+， K+， Ca2+， Mg2+， F-， Cl-， B-， NO3-， PO43-， SO42-等進(jìn)行模型計(jì)算，得出土壤溶液中自由Cd2+離子濃度（以Cd2+離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)p（Cd2+）表示）.

1.5 數(shù)據(jù)的處理

論文其它數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SPSS16.0進(jìn)行方差分析，采用新復(fù)極差分析法P＜0.05.

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)小麥生物量的影響

不同污灌區(qū)土壤中，2種不同小麥生物量見表1.從測(cè)定結(jié)果可以看出，白麥-126的生物量高于輪選-987.對(duì)于2種不同濃度Cd污染土壤而言，隨著土壤中Cd濃度增加（外源添加1.20mg/kg），植株的生長(zhǎng)并沒有受到抑制，甚至出現(xiàn)了在T1處理土壤中，生物量增加的結(jié)果.就Cd對(duì)植物生長(zhǎng)毒性而言，在低濃度條件下，外源Cd的添加在不同性質(zhì)土壤中，可能對(duì)植株生長(zhǎng)具有一定低劑量刺激（hormesis）作用［20-21］.在5種不同的典型污灌區(qū)土壤中，植株的生長(zhǎng)具有一定差異，這可能與不同土壤的肥力性質(zhì)差異不同有關(guān).

表2 不同地區(qū)污灌土壤小麥生物量（g/盆，DW）變化Table 2 The biomass of the wheat in different sewage irrigation soils

2.2 小麥植株Cd含量變化

2種不同小麥對(duì)5種不同污灌區(qū)土壤中Cd的吸收與含量結(jié)果見圖1.就2種不同小麥品種而言，在5種不同污灌區(qū)土壤中，輪選-987植株根、莖葉中Cd含量均高于耐Cd品種.在對(duì)照土壤中，輪選-987植株莖葉中Cd含量為0.033～0.213mg/kg，白麥-126的植株莖葉中Cd含量為0.017～0.159mg/kg；外源Cd的添加顯著增加了植株不同部位Cd的含量.在Cd處理（T1）土壤中，輪選-987植株莖葉中Cd含量為0.376～0.750mg/kg，最大相差99.5%，白麥-126的植株莖葉中Cd含量為0.272～0.683mg/kg，最大相差151.1%；2種植株根在不同Cd污染濃度土壤中的含量趨勢(shì)與莖葉類似.

圖1 不同污灌區(qū)土壤中小麥不同部位Cd含量變化（相同品種間的不同字母表示差異顯著，P＜0.05）Fig.1 Accumulation of Cd in roots and shoots of wheat in the sewage irrigation soils

2.3 小麥植株對(duì)土壤Cd富集與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

植株對(duì)土壤中重金屬的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小與重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)直接相關(guān).本實(shí)驗(yàn)中，小麥對(duì)土壤中Cd的生物富集系數(shù)（BCF）定義為：BCF=植株不同部位（根、莖葉）中Cd含量（mg/kg）/土壤中Cd的濃度（mg/kg）；小麥植株內(nèi)Cd的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）定義為：TF=植株莖葉中Cd含量（mg/kg）/植株根中Cd含量（mg/kg）.不同污灌區(qū)土壤中，2種不同敏感性小麥對(duì)Cd的富集系數(shù)（BCF）差異見圖2.在對(duì)照土壤中，輪選-987植株莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.122～0.465，最大相差281.1%，白麥-126植株莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.064～0.375，最大相差485.9%.隨著土壤中Cd含量的增加， 2種小麥莖葉對(duì)土壤Cd富集系數(shù)在不同污灌區(qū)土壤中有不同變化，其中在北京潮土與山東棕壤中，小麥莖葉對(duì)Cd富集系數(shù)顯著增加，在天津潮土、河北褐土及遼寧棕壤中變化不明顯.在T1處理土壤中，輪選-987植株莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.280～0.458，最大相差63.6%，白麥-126植株莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.192～0.418，最大相差117.7%；總體而言，在5種不同污灌區(qū)土壤中，Cd的富集系數(shù)大小表現(xiàn)為遼寧棕壤最大，山東棕壤最小.

圖2 不同污灌區(qū)土壤中小麥對(duì)Cd的富集系數(shù)（BCF）差異（相同品種間的不同字母表示差異顯著，p＜0.05）Fig.2 Bioconcentration factors （BCF） of Cd by the wheat in sewage irrigation soils

2.4 影響小麥植株對(duì)Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響因子

植株內(nèi)不同元素的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）大小取決于不同類型植物對(duì)重金屬毒性的忍耐機(jī)制及脅迫反應(yīng)機(jī)制，TF值大小除了與植物本身對(duì)毒物長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制差異外，還與土壤環(huán)境介質(zhì)條件有關(guān).本實(shí)驗(yàn)中，二種不同Cd敏感性小麥植株內(nèi)Cd的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）見表3.從表3可以看出，就相同植物而言，隨著土壤中Cd濃度的增加，小麥植物內(nèi)根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)也有明顯增加.在不同小麥中，Cd-敏感性品種（輪選-987）植物內(nèi)的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均高于耐-Cd品種（白麥-126）；而就不同污灌區(qū)土壤而言，供試作物的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小總體表現(xiàn)為河北褐土＞遼寧棕壤～北京潮土＞天津潮土＞山東棕壤.

表3 小麥對(duì)不同污灌區(qū)土壤Cd根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）Table 3 Root to shoot transfer factors of Cd by the wheat in sewage irrigation soils

圖3 植株Cd含量與土壤溶液Cd自由離子（pCd2+）相互關(guān)系Fig.3 Relationships between Cd contents in roots/shoots of wheat and free Cd2+in soil solution

采用WHAM 6.0模型對(duì)土壤溶液中自由Cd2+離子含量進(jìn)行計(jì)算，將p（Cd2+）與2種不同小麥植株不同部位（根、莖葉）中Cd含量間作相關(guān)分析結(jié)果表明，根、莖葉中Cd含量與土壤溶液自由Cd離子含量的負(fù)對(duì)數(shù)（p（Cd2+））呈顯著（P＜0.001）的負(fù)相關(guān)關(guān)系.莖葉中Cd含量與土壤溶液自由Cd離子含量的負(fù)對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系：y= -0.3389x+1.7743， R2=0.9158； 植株根中Cd含量與p（Cd2+）含量呈負(fù)線性關(guān)系：y=-3.3106x+ 17.681， R2=0.9297（圖3），這說明植株對(duì)Cd的吸收與土壤中自由Cd2+濃度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系.

為了探明不同污灌區(qū)土壤性質(zhì)對(duì)植株Cd轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，提取土壤溶液，同時(shí)對(duì)不同典型污灌區(qū)土壤溶液的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定與分析，試圖探明土壤中Cd的生物有效性與Cd污染來(lái)源及其環(huán)境介質(zhì)間的相互關(guān)系，以期為典型污灌區(qū)土壤重金屬污染防治提供依據(jù).對(duì)5種不同性質(zhì)土壤的溶液進(jìn)行測(cè)定結(jié)果見表4. 從表4可以看出，不同歷史污灌區(qū)土壤溶液成分在陰、陽(yáng)離子含量及電導(dǎo)值差異明顯.不同土壤中，EC值變化為75～332μS/cm，最大相差342.7%；Cl-離子含量范圍為32.4～67.5mg/L，最大相差108.3%； Na+含量范圍為5.18～7.33mg/L，最大相差41.5%.

通過對(duì)不同小麥Cd富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與土壤溶液相關(guān)性質(zhì)間的相互關(guān)系分析表明，土壤性質(zhì)及溶液離子組成對(duì)Cd植物有效性具有顯著影響.偏相關(guān)分析表明，土壤pH值、CEC、OC及EC含量與土壤中Cd的有效性及溶液中p（Cd2+）呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系（表5），在土壤溶液所測(cè)定的不同陰離子中，Cl-含量與土壤中Cd的有效性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而NO3-， SO42-與Cd有效性及溶液p（Cd2+）呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系.從表5可以看出，影響土壤中Cd的有效性及溶液p（Cd2+）的不同變量中，最重要的因子為土壤pH值，偏相關(guān)系數(shù)均達(dá)到顯著水平（P＜0.01），尤其在p（Cd2+）～pH關(guān)系中最突出，其次依次為OC～CEC～EC＞Ca2+＞Mg2+；土壤溶液中Na含量雖然與Cd有效性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著.土壤溶液中可交換態(tài)Cd濃度還與溶液中有機(jī)、無(wú)機(jī)配位體濃度相關(guān)，與其競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)離子（Ca2+， Mg2+， Na+等）成正相關(guān).外源添加1.20mg/kg Cd土壤中，溶液自由Cd2+濃度變化（△p（Cd2+））雖然受pH值影響較大，但溶液中Cl-，EC及Na+的含量影響也分別達(dá)到顯著（P＜0.05），其中，△p（Cd2+）隨著土壤中pH值的升高及EC值得增大而增加，而隨著溶液中Cl-、Na+及Ca2+含量的增加而降低，就影響程度而言，總體表現(xiàn)為pH＞ Cl-＞EC～Na+＞Ca2+.進(jìn)入土壤中的金屬陽(yáng)離子（包括Cd）由于受到土壤不同膠體的吸附與平衡及老化作用，呈現(xiàn)出不同結(jié)合形態(tài).溶液中可溶態(tài)的Cd包括自由Cd2+、CdHCO3-，CdCl+、Cd（OH）+、低分子有機(jī)（無(wú)機(jī)）配位體結(jié)合態(tài)等多種形態(tài).而土壤膠體中吸附的Cd與吸附點(diǎn)位數(shù)、溶液競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)離子濃度及配位體陰離子數(shù)量有關(guān).溶液中Cl-將增加土壤膠體Cd的解吸作用而增加溶液中自由Cd2+的含量.除了絡(luò)合離子的解吸作用增加可交換Cd外，溶液中Na+、Ca2+等競(jìng)爭(zhēng)陽(yáng)離子由于對(duì)土壤膠體吸附點(diǎn)位的競(jìng)爭(zhēng)，從而降低了土壤膠體對(duì)Cd的吸附作用［22］.

表4 不同污灌區(qū)土壤溶液理化性質(zhì)及離子含量（mg/L）Table 4 Basic properties and anions/cations contents of the soil solutions （mg/L）

表5 基于不同毒性終點(diǎn)的Cd濃度值與土壤性質(zhì)及溶液離子濃度間pearson相關(guān)性分析Table 5 Pearson correlation between Cd bioavailabilities and soil properties， soil solution ions

3 結(jié)論

3.1 不同污灌區(qū)土壤中，植株根、莖葉對(duì)Cd的富集系數(shù)（BCF）與植株體內(nèi)Cd的根-莖葉轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）有顯著差異. 2種不同Cd敏感性小麥莖葉對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.064～0.465，最大相差626.5%.不同污灌區(qū)土壤Cd的富集系數(shù)大小表現(xiàn)為遼寧棕壤最大，山東棕壤最小；植株根-莖葉Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）表現(xiàn)為河北褐土＞遼寧棕壤～北京潮土＞天津潮土＞山東棕壤.

3.2 土壤中自由Cd2+形態(tài)含量與Cd生物有效性有顯著正相關(guān).植株根、莖葉中Cd含量與土壤溶液自由Cd離子含量的負(fù)對(duì)數(shù)（p（Cd2+））呈顯著（P＜0.001）的負(fù)相關(guān)關(guān)系，方程分別為：y= -3.3106x+17.681 （R2=0.929）；y= -0.3389x+1.7743（R2=0.916）.

3.3 外源添加1.20mg/kg Cd土壤中，溶液自由Cd2+濃度變化（△p（Cd2+））值受土壤溶液性質(zhì)影響較大，表現(xiàn)為pH＞Cl-＞EC～Na+＞Ca2+，由此可以推斷，污灌區(qū)土壤中Cl-、Na+、Ca2+等離子含量增加可能導(dǎo)致土壤中Cd的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增大.

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The forms， bioavailability of Cd in soils of typical sewage irrigation fields in northern China and its control factors.

HE Jun1， WANG Xue-dong1，CHEN Shi-bao2*， LIU Bin2， LI Ning2， ZHENG Han2（1.College of Resource Environment and Tourism， Capital Normal University， Beijing 100048， China；2.Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer，Ministry of Agriculture， Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）. China Environmental Science， 2016，36（10）：3056～3063

Five typical sewage irrigated soils （i.e. from the sewage irrigated soil sites of Beijing， Shandong， Tianjin， Hebei and Liaoning） were collected. The soils were added with 1.20mg/kg Cd with CdCl2solution and incubated for 30d aging period. A pot experiment was conducted to study the bioconcentration factors （BCF）， root to shoot translocation coefficient （TF） of Cd by wheat in different sewage irrigation field soils. The soil solution properties of sewage irrigation soil and the forms of Cd in solution （free Cd2+） were determined using ion chromatography and WHAM6.0 model. The results showed that significant differences （P＜0.05） were observed for the bioconcentration factors （BCF） and root to shoot translocation coefficient （TF） of Cd by wheat in different sewage irrigation soils， the BCFs of Cd in plant shoots ranged from 0.064～0.465， with a maximum variation of 626.5%. Among the tested sewage irrigation soils， the largest BCF of Cd was observed with the brown soil from Liaoning site and the smallest with the brown soil from Shandong site；the variation of root to shoot transfer coefficient （TF） of Cd followed the order of cinnamon soil from Hebei＞ brown soil from Liaoning＞ alluvial soil from Beijing＞ alluvial soil from Tianjin＞ brown soil from Shandong. Significant （P＜0.05）positive correlation were observed between the free Cd2+in soil solutions and the phyto-availability of Cd in different sewage irrigation soils， a significant negative correlation （P＜0.001） was observed between the Cd concentrations of plant roots/shoots and the negative logarithm of free Cd2+［p（Cd2+）］ in soil solutions， with the equations of y = -3.3106x+ 17.681（R2=0.929） and y = -0.3389x+1.7743（R2=0.916） for roots and shoots respectively. The changes of free Cd2+in soil solutions ［△p（Cd2+）］ varied significantly among the soils and were affected by soil properties greatly， in general， positivecorrelations were observed between the △p（Cd2+） and pH and EC of the soils， while negative correlation were found between the △p（Cd2+） and Cl-， Na+， Ca2+concentration in soil solutions， it can be inferred that the increment of Cl-， Na+，Ca2+content in field soils induced by sewage irrigation will lead to increased environmental risk of Cd in the field soils.

sewage irrigation fields；cadmium；speciation；bioavailability；control factors

X53

A

1000-6923（2016）10-3056-08

何 俊（1988-），男，安徽陸安人，碩士研究生，主要從事土壤中重金屬的環(huán)境化學(xué)過程與污染控制研究.

2016-02-01

國(guó)家支撐計(jì)劃課題（2015BAD05B03）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41271490）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2016YFD0800707）

* 責(zé)任作者， 研究員， chenshibao@caas.cn