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土壤重金属植物有效性的控制因素研究
2018-05-16   来源:种子科技   

土壤重金属污染已成为全球最为严重的环境问题之一。其不仅会恶化土壤生态环境质量,而且会严重影响农作物的生长发育以及产量品质。重金属植物有效性主要是指重金属对植物产生毒性或被植物吸收的性质,被认为是衡量重金属元素迁移性和植物可利用性的关键参数。在过去的几十年里,许多研究者利用各种分析方法和先进的技术手段来研究土壤重金属植物有效性,并进一步预测植物中的重金属含量。因此,开展重金属植物有效性的关键影响因素研究意义重大,可为重金属污染土壤修复提供部分依据。

土壤重金属植物有效性的控制因素研究

目前,影响土壤重金属植物有效性的控制因素主要有土壤重金属全量、重金属形态、pH值、有机质、氧化还原电位、阳离子交换量、黏土含量、元素间相互作用、植物种类、农业活动、污染时间等。本文围绕上述控制因素进行简要概述,以期明确各因素是如何影响土壤重金属植物有效性的,为全面开展土壤重金属植物有效性研究提供参考。

1重金属全量

土壤中重金属总量的作用非常重要。首先,土壤中重金属总量与其各种赋存形态之间有很好的相关性,Sauve等人发现,Pb总量是决定Pb2+活度和水溶态、可交换态Pb的重要因素之一[1]。其次,在一定情况下,土壤重金属总量可以评估重金属的植物有效性。Davies等人研究发现,土壤中Pb的总量与植物叶片中Pb的含量相关性非常好,完全可以用来评估其植物有效性[2]。

2重金属形态

土壤中重金属形态主要是指其价态、结合态、化合态和结构态。重金属在土壤中的存在形态一般可分为水溶交换态、碳酸盐结合态、有机结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态。大量文献报道表明,重金属的交换态是植物可吸收利用的主要形态。

3土壤pH值

土壤pH值可对土壤重金属植物有效性产生重要影响。研究表明,随着土壤pH值升高,各种重金属在土壤固相上的吸附能力加强,pH值每增加0.5个单位,Cd的吸附力可增加1倍[4,5]。土壤溶液pH值对重金属的植物有效性影响不是单一的递增或递减的关系。廖敏等人[6]发现,当pH值<6时,Cd的植物有效性随着pH值的升高而升高;而当pH值>6时,Cd的植物有效性随着pH值的升高而降低。

4土壤中的有机质(OM)

有机质是土壤非常重要的组成部分之一。土壤中的有机质可通过与土壤中的重金属发生络合作用而产生的络合物来影响土壤中重金属的移动性及其植物有效性[7]。首先,有机质加入到土壤中可改变土壤对重金属的吸附作用。Spark等[8]研究发现,土壤中加入腐殖酸会改变重金属的吸附。其次,土壤中有机质的增加会改变土壤重金属的形态分布。Singh等人[9]发现,往沙质土壤中加入320g/kg有机质后,Fe-Mn氧化物结合态由19%下降到13%。有机质对土壤重金属植物有效性的影响并非简单的效应关系。

5氧化还原电位(Eh)

氧化还原电位(Eh)通过作用于重金属的氧化状态而影响重金属在土壤中的溶解、沉淀、吸附、解吸等土壤过程。在低氧化还原电位(Eh)的情况下,Cd会变为CdS沉淀下来。鲁如坤[10]发现,在低氧化还原电位(Eh)的情况下,植物吸收Cd的量明显降低,籽粒中的降低最为明显。

6阳离子交换量(CEC)

一般情况下,CEC与重金属植物有效性呈负相关,随着氧化还原电位(Eh)的上升,土壤对于重金属离子的吸附固持能力增大,从而降低了其植物有效性[11]。但是CEC对重金属的影响还与重金属的种类和植物种类相关。

7黏土含量

土壤中的黏土矿物有特殊表面,并带有负电,具有很高的阳离子交换量,可以通过离子交换来吸附土壤溶液中的重金属离子。Song等[12]研究发现,Cd的可交换态含量受到黏土含量的显著影响。因此,土壤中的黏土含量是影响植物吸收重金属元素的重要因素之一。

8重金属元素之间的相互作用

土壤溶液中的阴离子和阳离子之间的相互作用都可以使土壤中重金属元素的植物有效性发生改变,具体表现出加和作用、拮抗作用和协同作用。吴燕玉等[13]研究发现,在Cd-As的复合污染条件下,苜蓿会吸收更多的Cu和Pb。李元等[14]研究发现,Cd-Fe之间存在拮抗作用,以影响对方的植物有效性。

9植物种类

植物种类的差异直接决定了植物对重金属吸收能力的差异,土壤中重金属的植物有效性与植物种类密切相关。超富集植物对土壤中重金属的吸收能力可达到普通植物的100倍以上。同时,同一种重金属在不同植物体内的分布差异明显。吴燕玉等研究表明[15],Zn主要积累于玉米的茎和叶、大豆和小麦的籽粒与水稻的根部。

10农业活动

农业活动对土壤中重金属的植物有效性起着非常重要的作用。首先,耕作的强度影响着土壤结构;其次,长期的农业施肥可导致土壤有机质的组成发生变化,磷肥可降低重金属的植物有效性。研究表明,在酸性土壤中施加石灰可降低植物中的重金属含量。

11结语

除了上述影响因素外,温度的升高会促进有机质的分解,合适的温度有利于植物吸收重金属,土壤微生物同样会对重金属的植物有效性产生非常大的影响。总之,土壤是一个复杂的有机整体,上述指标间往往是相互影响的,因此,片面、单纯地分析其中单一因素对重金属植物有效性的影响是不科学的,必须对影响重金属植物有效性的控制因素进行综合全面的分析。

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标签:重金属 土壤 有效性

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