土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

第23卷第2期2005年5月

贵州师范大学学报(自然科学版)

Journa l of Guizhou Nor m al University(Natural Sciences)

Vo.l23.No.2

M ay2005

文章编号:1004)5570(2005)02-0113-08

土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

王济1,王世杰2

(1.贵州师范大学地理与生物科学学院,中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,中科院研究生院贵州贵阳550002;

2.中科院地化所环境地球化学国家重点实验室,贵州贵阳550002)

摘要:主要介绍我国5土壤环境质量标准6中规定含量的8种重金属环境污染元素(汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍)的污染来源及作物效应。土壤中重金属的主要来源是成土母质,矿山开采的三废污染,大气中重金属的沉降,农药、化肥、塑料薄膜等的使用等。重金属在作物中的分布规律一般是根>茎>叶>籽实。

关键词:土壤;重金属;环境;污染;来源;作物效应

中图分类号:X53文献标识码:A

The sources and crops effect of heavy m eta l ele m en ts of con ta m i na ti on i n soil

WANG Ji1,WANG S h i2ji e2

(1.Gu iz hou Nor ma lUn i ve rs i ty,The State Key Laboratory of Enviro nmenta lGeochem istry,Institute of Geochem i stry,Graduate

School of Ch i nese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na;

2.The S tate Key Laboratory of Environ m en tal Geoche m istry,Instit ute of Geoche m istry,

Chinese A cade m y of Sc i ences,Guiyang,Gu i zho u550002,Ch i na)

Abstr act:Th is paper has intr oduced t h e source and crops eff ect of heavymetal e le ments of conta m i n a2 ti o n(H g,Cd,Pb,Cr,A s,Z n,Cu,N i)li m ited by Environmental Qua lity Standar d f or Soils (GB1561821995).The ma i n source is f ro m mother2materi a l of soi.l The heavy meta ls polluti o n also can be related w ith the produce ofm iner,sedi m en tation of heavy me tals in at m osphere,use of agro2 che m icals etc.The distri b uti o na l or der in crops i s root>ste m>leaf>f rui.t

K ey w ord s:soi;l heavy meta;l environmen;t pollution;source,crop e f fect

土壤中重金属污染元素主要包括汞、镉、铅、铬及类金属元素砷等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等[1]。因此我们将汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍合称为重金属环境污染元素。人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量,并造成生态环境质量恶化的现象称为土壤重金属污染[2]。重金属污染物在土壤中移动性很小,不易随水淋滤,不被微生物降解[3,4]。它们一方面对农作物、农产品和地下水等许多方面产生重大影响,并通过食物链危害人体健康;另一方面因大多数重金属在土壤中相对稳定且难以迁出土体,对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落结构产生明显不良影响,从而影响土壤生态结构和功能的稳定性[2,5]。

113

收稿日期:2005-01-04

基金项目:贵州省高校发展专项资金(黔教科2004111),贵州师范大学校科研启动费资助项目。作者简介:王济(1975-)男,博士,研究方向:土壤与环境。

1砷(As)

土壤环境中的砷来源可分为自然源和人为源,前者主要是地质岩石中的砷,它决定了土体的含砷量;后者主要来自农药和化肥和矿山冶炼。曾经用过的含砷农药有:砷酸钙、砷酸铅、稻脚青、稻宁、亚砷酸钠和巴黎绿等。随着化肥用量的不断增加,磷肥中的砷进入土壤并可能产生潜在污染,加大施用含砷量高的磷肥会使土壤中砷不断积累,以至达到有害程度[6,7]。矿山开采及矿石冶炼也是砷的主要污染原因之一[8,9,10]。

砷是影响植物生长发育的有害元素之一。其危害程度与砷在土壤中的积累量及其形态分布密切相关。土壤中的砷以一定的形态分布着,而土壤砷的吸附行为对砷的形态分布、有效性、迁移性和缓冲性影响很大。砷的吸附行为受土壤类型、p H 值、砷价态、有机质、离子交换、共沉淀、化学沉淀、络合和氧化还原状况等多种因素影响[11,12]。土壤中砷污染对植物和人体都有明显的影响。砷主要由植物根部通过共质体途径进入体内的[13]。过量的砷可降低伤流和蒸腾速率、抑制根系的活性、阻碍对水分、氮、磷、钾、镁、钙等养分的吸收和运输。植物表现为叶片脱落,根部伸长受阻,直至植物枯死[9]。土壤中砷含量水平与作物中砷的含量呈显著正相关。同时作物种类的不同对砷的抗性也不同,旱生作物>水生作物,禾谷类作物>豆类、蔬菜,作物不同部位对砷的累积能力也有很大差异,一般根>茎、叶>子粒、果实,呈现自下而上的递减规律,因此砷含量高的土壤不适合种植蔬菜[6,9,14]。例如生长在冶炼厂附近的植物中,花椰菜叶片含砷量仅为515mg/kg,而草本植物叶片含砷量竟高达396 mg/kg,两者相差70多倍[15]。在北方,砷含量高达100mg/kg的土壤中,小麦籽粒的含砷量仍未超过食品卫生标准;而水稻只要生长在砷含量为12mg/kg 的土壤中,糙米的含砷量就超过食品卫生标准。

2镉(Cd)

在自然界中没有单独的镉矿藏,镉是铅-锌矿、铜-铅-锌矿的伴生元素;人类对含镉矿物的开采、冶炼是引起土壤镉污染的重要原因之一;各种铅锌矿的开采、冶炼等过程所排放的废水废气中均含有镉;此外煤、原油中均含有微量的镉,在燃烧过程中可以释放到大气,最终沉入土壤[16]。农业施肥所利用的过磷酸钙、混合磷肥和污泥也含有程度不等的镉,因此人类的活动也影响土壤中镉的变化[17]。自然界中原有的镉的化学循环处于生态平衡中,不会造成公害,但在人类活动参与下,将地下岩石圈中含镉的矿物开发利用,又将大量废弃物以渣、烟和废水的形式向环境中排放,从而引起环境有害的变化,甚至威胁到人类健康。据统计世界上每年由冶炼和镉处理而释放到大气中的镉大约为1000,t约占散发到大气中镉的45%。燃煤、石油燃烧和垃圾废弃物的焚烧也能造成镉对大气的污染,最终通过沉降污染水体和土壤。镉在自然界中平均含量如表1所示[18]。

表1镉在自然界中的平均含量Tab.1The average contents of Cd i n nature

单元大气圈

水圈岩石圈生物圈

海水淡水地下水沉积岩石灰岩土壤海洋生物陆地生物人体

浓度0.030.060.050.101.00.080.202.0-4.00.3050单位L g/m3L g/kg L g/kg L g/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg m g/kg L g/L

常用肥料氮肥和钾肥中重金属含量很少,混杂有重金属的主要是磷肥、含磷复合肥以及以城市垃圾、污泥为原料的肥料。磷肥的生产原料磷矿中,除富含P2O5外,还含有其它无机营养元素钾、钙、锰、硼、锌等,同时也含有毒物质如砷、镉、铬、氟、钯等,含量因矿源有很大差异。磷矿石中镉的含量以美国为高,尤其是西部磷矿石高达60~340mg/kg,摩洛哥和澳大利亚居中,较低的是中国和原苏联。磷矿石的镉不会因为加工成肥料而清除,还是有相当一部分保留在肥料中,美国西部磷矿石生产的重钙其中镉含量还高达50~250mg/kg,东部稍低为10~20mg/kg,澳大利亚生产的过磷酸钙镉含量也较高,为38~48mg/kg,我国过磷酸钙中镉含量较低仅0.61mg/kg。但是无论含量大小,镉均会随磷肥一起施入到土壤中,长期积累就会导致土壤镉含量超标[19]。

114

贵州师范大学学报(自然科学版)第23卷

镉是毒性最强的重金属元素之一。同时镉还

是易于被植物吸收并向地上部运输的元素,各器官(尤其根)与土壤含镉量呈显著正相关[20]。镉在植物体内的分布量通常是根>茎>叶>籽实[21,22,23],但胡萝卜则是叶中的浓度高于其根[24]。有些植物的根对镉有很强的富集能力,可使富集的镉量是环境中镉量的几倍至几十倍,且根系中的镉往往很难往地上部迁移,例如北美乔松等5种乔木幼苗在土壤镉含量为100mg/kg时其根系所吸收的镉只有213%~1316%迁移到地上部[25]。镉在水稻体内的分布,根系:茎叶:糙米约为80B5B1。豆科植物吸收的镉绝大部分滞留在根部,仅有2%被运送到茎叶,结实期间也只有8%迁移到种子中[26]。菠菜的茎叶与根中的镉含量之比只有1B171[27,28]。

土壤镉污染直接影响作物的生长发育[29]。镉污染使糙米中粗蛋白、粗淀粉、直链淀粉、赖氨酸等含量显著降低,从而降低营养品质[30]。在相近栽培条件下,叶菜类作物镉吸收量高于其它类作物;禾谷类作物叶片镉含量高于籽粒[31]。镉在玉米体内的积累和分配规律为根>茎>叶[20]。镉污染含量达到50mg/kg,使水稻减产5%;在5mg/kg时,使白菜、莴苣产量稍有下降,而萝卜产量下降10%左右;在小麦、水稻、菜豆和番茄中镉含量:根>茎叶>果实(种子),而白菜、萝卜、莴苣和茄子则茎叶>根>果实[32,33]。镉使水稻叶片逐渐褪绿,破坏叶绿素结构[34]。水稻受镉危害后,表现为叶片失绿,出现褐色条纹,严重时根系少且短,根毛发育不良[22]。花生受镉毒害后,叶片发黄、植株矮小、结荚数量明显减少,严重时,可使植株死亡;当土壤镉含量低于1mg/kg时,减产不明显,5mg/kg处理水稻减产10%以上[35]。小麦受镉危害,叶片发黄,出现灼烧枯斑,叶脉发白,分蘖减少,严重者不开花结实[28]。镉污染可降低玉米幼苗叶绿素的含量,提高过氧化物酶的活性[36]。50mg/kg镉处理使小麦幼苗光合强度降低[37]。土壤中的镉超过一定质量比时,能抑制水稻的生长发育,植株变矮,产量降低。水稻抗镉比其它作物强。镉在水稻体内的积累规律:根>茎叶>籽粒。水稻各器官含镉与土壤含镉均呈显著水平正相关。各个器官之间镉含量也表现出密切相关性[20]。镉超过一定含量,对小白菜叶绿素起破坏作用,并促进抗坏血酸分解,使游离脯氨酸累积,抑制硝酸还原酶活性[38]。重金属镉对植物体内多种酶活性起抑制作用,包括根系的脱氢酶、过氧化物同工酶和核酸酶等[39,40]。3铬(Cr)

铬是广泛存在于环境中的元素,在一般自然土壤中含一定量的铬,对植物生长是有利的[15]。但是,土壤环境中铬的含量过高,就会对植物及其他生物造成危害[41]。一般土壤中全铬平均含量为100~300mg/kg[42],本底值一般在100mg/kg以下[43],对于决定土壤铬含量来说,母岩的作用最为重要[44]。铬主要是通过电镀、染料、制药、皮革、颜料等铬化合物制造企业所排放的/三废0而污染环境[45]。铬元素在土壤剖面中的分布有均匀型、表层聚积和底层富集型[46]。

铬对作物种子萌发有影响,可使植物生长时对营养元素的吸收和蓄积产生不良作用,造成植物顶部严重枯萎。铬还影响根尖细胞的有丝分裂,对根系的影响非常大,根系对铬的富集作用极强,导致根腐朽、脱落而最终植株萎蔫枯死[43]。

4铜(Cu)

铜是生物必需的营养元素,适量的铜对人和动植物都是有益的,但过量的铜对生物的生长发育造成危害。铜矿开发过程中产生的尾沙、矿石等不仅占用大量的土地,而且对其所堆积地及其周边环境产生严重破坏。此外,随着工农业生产的快速发展,铜的用途越来越广泛,用量不断增加,含铜污染物排放越来越多,对土壤环境的污染也逐渐显现出来[47]。含铜矿的开采和冶炼厂三废的排放、含铜农业化学物质(含铜杀真菌剂和化肥)和有机肥(污泥、猪粪、厩肥和堆肥)的施用可使农田土壤含铜量达到原始土壤的几倍乃至几十倍[48,49,50],对植物和土壤微生物产生毒害。

当土壤中的铜浓度提高至某一阀值时,植物的生长发育受阻,严重的可造成植物死亡[47]。过量铜会对植物产生严重的毒害作用。植物铜中毒的主要症状为:根系伸长严重受阻,褐变畸形,出现/鸡爪根0,叶片黄化并有褐斑;抑制种子的萌发和籽粒的发育等[51,52]。麦类作物叶片前端扭曲,下位叶枯死;果树植物叶柄和叶片背面有时会呈现紫红色;柑桔会发生大量的异常落叶[52,53]。植物铜中毒时,叶片上会出现失绿黄化症状,叶绿素a/叶绿素b比值减小,光合系统?和光合系统ò传递电子的能力降低[54],光合作用速率下降[55];过量铜

115

第2期王济,王世杰:土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

能显著提高过氧化氢酶和愈创木酚过氧化物酶活性,促进含氧自由基的产生,同时还能降低谷胱甘肽S-转移酶、谷胱甘肽还原酶、抗坏血酸过氧化物酶等抗性酶的活性,使叶绿体膜脂过氧化,叶绿体内膜结构遭破坏,叶绿素的氧化分解加快,从而呈现出失绿黄化症状[56]。铜污染对植物的生理效应:绝大多数植物从土壤中吸收的铜主要分布在根部。铜污染对植物根系具有直接的毒害作用,导致根系新陈代谢过程紊乱[57]。过量铜能引起植物根系细胞质膜损伤,膜脂过氧化作用增强,透性增大,钾离子的渗出明显增加[51,58];过量铜还能抑制氨基酸的合成[59]。

5汞(H g)

汞在自然环境中是稀有的分散元素,它以微量广泛地分布在岩石、土壤、大气、水体和生物中。一般认为:地壳中汞的平均含量为0108mg/kg,土壤中的背景值为0101~0105mg/kg,我国南方土壤汞含量较低,为01032~0105mg/kg,北方土壤较高,为0117~0124mg/kg[60]。水体中汞的浓度更低,例如河水中浓度约为110L g/L,海水中约为013L g/L,雨水中约为012L g/L,某些泉水中可达80L g/L以上;大气中汞的本底值为015-0105L g/ m3[61]。土壤中汞的主要来源[62]是(1)土壤母质:土壤母质中的汞是土壤中汞最基本的来源。原生岩石中汞元素的含量,直接决定着土壤中的汞含量(不考虑人为引入的部分)。正常发育的自然土壤中会含有一定数量的汞,但不同母质、母岩形成的土壤其含汞量存在很大的差异,再加上人类生产活动的影响,从各种条件下得到的土壤汞含量往往有很大的差异,而且不易确定其来源。(2)大气沉降:近些年的研究表明,大气沉降是土壤汞的一个重要来源。在北纬30b~70b地区,汞沉降量为1518(L g#m-2)/a;北纬10b~30b地区,汞沉降量为1918(L g#m-2)/a。贵州省遵义地区的汞沉降量最大可达195(L g#m-2)/month[63]。土壤汞含量与大气汞浓度的相关系数为01741,相关显著[64],可见大气汞含量对土壤汞污染的贡献较大。大气汞进入土壤后,因土壤中粘土矿物和有机物的吸附作用,绝大部分迅速被土壤吸持或固定,富集于土壤表层,造成土壤汞浓度的升高。(3)直接污染源。汞直接输入土壤的途径主要包括工业生产废料和城市生活垃圾的堆放,农田耕作中不合理地施用含汞的肥料和农药,以及污水灌溉等。据调查,这几项汞源对土壤汞的贡献较大,如欧美各国垃圾中汞含量高达2~5g/t[65];西安郊区污灌区的土壤汞含量均处于0152~0190mg/kg之间[66];另外一些化学肥料的含汞量也很高,如磷肥的平均汞含量为0125mg/kg,这些都是重要的直接污染源。

我国市一个能源消费大国,在我国能源结构中,煤炭比例高达73%,而其中相当一部分高是硫煤,根据元素地球化学亲和性原理,高硫煤也很可能是高汞煤[67]。据研究燃煤释放的汞已占全球人为排放总量的60%[68]。由于我国燃煤技术普遍落后,燃煤污染非常严重。再加上西南地区本来就是世界级的汞富集带,在其寒武系分布区内存在着大型汞矿群,汞的区域丰度明显高于其它地区[69]。

植物具有吸收、积累汞的能力,尤其是当土壤中含汞量增加时植物会吸收积累更多的汞。不同植物种类,同种植物不同器官,不同生长阶段以及同一植物在不同含汞量的土壤上,植物对汞的吸收积累和分布,都具有一定的变化规律[70]。例如汉沽地区主要作物种子中的汞含量,以小麦最低,平均含量为01015mg/kg,糙米最高约为小麦种子汞含量的2倍多。高粱、玉米种子的汞含量近似,介于前二者之间。水稻和小麦茎叶的汞含量相近,但高出高粱,玉米茎叶约2倍。从汉沽地区的试验中可以看出,植物的根含有较多的汞,其次是茎叶(为根的汞含量的1/2-1/3),种子含汞量最少,汉沽区小麦成熟期种子、茎叶、根各5个样品的汞含量平均值比例为110B1214B2310。植物不同生长阶段,植株各部分含汞量是不同的。汉沽崔庄小麦茎叶含汞量从拔节期的01136mg/kg,增加到成熟期的01698mg/kg[70]。有关试验证明,土壤p H在615以上,重金属在土体中的活性会大大降低,可通过施用石灰来调节,也可考虑先种几茬耐汞植物,纸皮桦中可富集达1000mg/kg的汞,伞花硬骨草(H olosteum umbellatum)在富含汞的土壤上生长时,可观察到体细胞内部的小汞珠,这些植物的种植可对减轻菜地的汞污染有一定效果。在被汞污染的土壤上种植苎麻,利用该植物具有一定吸附汞的能力来降解土壤中汞浓度,并且避开了食物链的影响。经过研究,在土壤总汞浓度小于130mg/kg 时,苎麻的产量和产品质量不受影响[71]。

6镍(N i)

镍是土壤重金属研究的对象之一。镍是某些

116

贵州师范大学学报(自然科学版)第23卷

高等植物的必须营养元素,但是在过量的情况下,镍也是一种有毒的化学物质。土壤中镍的浓度及其空间变化主要是受成土母质的影响[72,73,74]。土壤中的镍含量一般为5~500mg/kg。土壤中的镍污染来源于工业污染和矿山开采[75]。

植物镍吸收过程[75]:植物对镍的吸收取决于土壤的特性、镍在土壤中的形态和植物本身的特性。同一植物在不同的土壤中,由于p H值、有机质和水分含量的不同,其吸收的镍含量是不同的。植物对镍的吸收是一个选择性的过程,镍的富集主要取决于植物根部细胞膜中的选择性迁移配位体,这种选择性受到细胞膜的限制,在这个过程中,柠檬酸和苹果酸可能充当了迁移配位体的角色[76]。

7铅(Pb)

铅是一种有毒重金属元素,能引起各种生理异常,导致人体贫血、肝炎、肾炎、高血压、神经错乱等病症[77]。铅在地壳中的平均丰度为1215mg/kg。土壤铅含量一般在2~200mg/kg,平均变化幅度为13~42mg/kg。全国土壤背景值统计的结果表明,我国土壤铅含量最高可达到1143mg/kg,最低为0168mg/kg,平均可达到26mg/kg[2]。根据来源不同,环境中的铅可分为/原生0和/外源0两种。土壤成土过程中保留在土壤母质中的铅称为原生铅,主要来源于岩石矿物。岩石在风化成土过程中,大部分铅仍保留在土壤中。无污染土壤铅含量大都仅略高于母岩铅含量。除母岩风化保留在土壤中的天然原生铅以外,由于人类活动也可造成污染,引起土壤中铅含量升高。通过尘埃沉降及各种污染途径进入土壤的铅称为外源铅。土壤外源铅主要来源于大气传输和沉降。铅的密度较大,空气中的含铅颗粒容易沉降下来,不断积累在土壤里[78]。人类对铅的开采和使用,打破了铅在生物地球化学循环中的平衡,造成严重的污染。1923年开始在汽油中加入铅用作抗爆剂以后,更加速了全球性铅的污染。因此可以说如今世界上已难找到土壤铅含量不受人类活动影响的一片/净土0[79,80,81,82]。影响作物对铅吸收的主要原因包括土壤有机质含量、阳离子交换量、p H、土壤中三氧化二物含量等[83,84]。

铅是有害的重金属元素之一。土壤铅含量达到1000mg/kg时,小麦叶色灰绿,植株矮小、不分蘖、根系短小、成熟延迟、结实减少,小麦籽粒铅含量可达115mg/kg[85]。铅污染浓度达到500~1500 mg/kg时,水稻有效分蘖将减少15%左右,糙米产量下降15%,含铅量由01054mg/kg可增加到0126mg/kg,提高5倍左右;土壤铅含量在2000 mg/kg范围内,对小麦产量无明显影响,但小麦籽粒中铅含量可提高1~315倍;土壤中铅对蔬菜的生长影响较大,当土壤铅含量\300mg/kg时,可使萝卜减产20%左右,且其铅的含量与土壤含铅量呈正相关;白菜在土壤铅含量50~2000mg/kg 时,可减产10%,且土壤铅含量超过300mg/kg时,白菜叶含铅量可提高30%;土壤铅含量低于400 mg/kg,对烟草产量无明显影响。植物对铅的吸收主要累积在根部,其次为茎、叶,因此植物一般蓄积铅的含量顺序是:根>茎>叶>果[86]。铅在植物体内活性较低,到达根部的铅大部分被固定,向地上部运输的比例较低,说明铅除质体运输途径外,大部分通过自由铅空间被根吸收[20]。

8锌(Zn)

锌是植物必需的营养元素,也是人体所必需的生命元素,同时,作为重金属元素,锌又是世界公认的有害物质之一。随着经济的迅猛发展,工业/三废0的大量排放,造成农田生态环境的污染(其中包括锌的污染),致使作物减产,并在食物链中富集,进入人体,导致一些疾病的发生。岩石圈中锌的含量约为80mg/kg,土壤中一般锌的含量在10 ~300mg/kg之间,平均50mg/kg。我国土壤的全锌含量在3~709mg/kg之间,平均值为100mg/ kg,比世界土壤的平均含锌量高出一倍。土壤中锌含量主要受成土母质的影响。我国土壤中的全锌含量以南方的石灰(岩)土最高,平均在200mg/kg 以上;其次是华南的砖红壤、褐红壤,红壤和黄壤,东北的棕色针叶林土,平均在150mg/kg以上;再次是南方的赤草甸土、水稻土、黄棕壤,东北的暗棕壤、灰色森林土、白浆土、草甸土、黑钙土等,平均在100mg/kg左右;东北的风砂土、盐碱土和四川的紫色土及华中丘陵区的红壤等含量最低[87]。在某些地区,如污灌区、铅锌矿区及有色金属冶炼厂周围地区,由于受锌污染严重,土壤中锌含量会显著增高,高者可达1300mg/kg。土壤母质决定了土壤中全锌的含量[88]。含锌量较高的土壤母质是基性岩,较低的是酸性岩[89]。

土壤锌污染的植物效应:锌是植物的微量营养

117

第2期王济,王世杰:土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

元素之一。但土壤锌含量过高,一般超过200mg/ kg时便可造成污染[90]。解剖学研究表明,锌营养过剩时细胞结构破坏,叶肉细胞严重收缩,叶绿体明显减少。从形态上来看,锌过量时植株矮小,叶片黄化[91]。锌在作物中的累积主要在根部,而地上部则相对较少,籽实中的含量更低。锌在籽实中的积累随土壤中投加梯度的增加而升高,皆呈直线关系。当土壤中锌投加量为700mg/kg时,籽实产量比对照减产5712%,但籽实中含锌仅为29175 mg/kg,未超过食品卫生标准50mg/kg(GB13106-91)[92]。可见锌对植物的危害,首先是抑制作物的生长,降低产量,而累积次之。近年来,有人发现过量施锌对植物光合作用中电子传递与光合磷酸化有抑制作用[89]。过量的锌可致使植物锌中毒,也可间接影响植物对铁的吸收,造成缺铁失绿和生长障碍,甚至导致死亡。锌处理超过200mg/kg,可使水稻叶片绿色变淡,分蘖减少,物候期延迟,产量下降,200mg/kg处理有效分蘖减少8%左右,糙米产量下降13%;300~2000mg/kg处理,水稻减产18%~25%;达到3000mg/kg的处理,使水稻大部分植株死亡。土壤锌含量达400mg/kg对烟草生长仍无不良影响[32]。锌处理300mg/kg对大麦幼苗可产生毒害作用,400mg/kg对燕麦产生危害[2]。低含量锌(100mg/kg)可提高小麦幼苗叶绿素含量,但高含量(\500mg/kg)Zn处理对小麦叶绿素的代谢有毒害作用[37]。

与其它重金属元素相比,锌的毒性较小,作物的耐锌能力较强。水稻、小麦、玉米等禾谷类作物比甜菜、豌豆及许多蔬菜作物对过量锌的适应性强,尤其是玉米,对过量锌既有拒吸作用,同时又具有耐高锌的能力。研究表明,在锌过量时,玉米根系能分泌一些不溶性的低分子量的金属结合蛋白,可以螯合重金属,使其不易被根吸收[89,93]。

参考文献:

[1]郑喜王申,鲁安怀,高翔,等.土壤中重金属污染现状及

防治方法[J].土壤与环境,2002,11(1):79284.

[2]陈怀满.土壤2植物系统中的重金属污染[M].北京:科

学出版社,1996.

[3]李永涛,吴启堂.土壤重金属污染治理措施综述[J].

热带亚热带土壤科学.1997,6(2):1342139.

[4]李继明,叶学春,张全智,等.农产品的肥料污染与对策

[J].河南农业科学,2002,9:29230.

[5]龚平,孙铁珩,李培军.重金属对土壤微生物的生态效

应[J].应用生态学报,1997,8(2):59264.[6]谢正苗,廖敏,黄昌勇.砷污染对植物和人体健康的影

响及防治对策[J].广东微量元素科学,1997,4(7):172

21.

[7]周淑芹,丁勇,周勤.土壤砷污染对农作物生长的影响

[J].现代化农业,1996,(12):6271.

[8]廖自基.环境中微量金属元素的污染危害与迁移转化

[M].北京:科学出版社,1989.1252136.

[9]张国祥,杨居荣,华珞.土壤环境中的砷及其生态效应

[J].土壤,1996.2:64268.

[10]闭向阳,马振东,任利民.鄂东南矿集区土壤砷环境地

球化学特征[J].物探与化探,2003,27(6):20224. [11]王春旭,李生志,许荣玉.环境中砷的存在形态研究

[J].环境科学,1993,14(4):53257.

[12]魏显有,王秀敏,刘云惠,等.土壤中砷的吸附行为及

其形态分布研究[J].河北农业大学学报,1999,22

(3):28230.

[13]张素芹,杨居莱.农作物对镉、铅、砷的吸收与运输

[J].农业环境保护,1992,11(4):1712175.

[14]张虎成,田卫,俞穆清,等.长春市城郊无公害农业土

壤环境中As含量状况调查研究[J].农业系统科学

与综合研究,2004,20(1):40242.

[15]廖自基.微量元素的环境化学及生物效应[M].北京:

中国环境科学出版社,1992.

[16]刘玉机,房聚燕,刘绮,等.辽宁省环境重金属研究

[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

[17]刘翠华,依艳丽,张大庚,等.葫芦岛锌厂周围土壤镉

污染现状研究[J].土壤通报,2003,34(4):3262329. [18]段玉梅,傅式洲.镉的污染及防治方法[J].陕西环

境,2003,10(6):54255.

[19]中国农业科学院土壤肥料研究所.中国肥料[M].上

海科学技术出版社,1994.

[20]刘云惠,魏显有,王秀敏,等.土壤中铅镉的作物效应

研究[J].河北农业大学学报,1999,22(1):24228. [21]王新,吴燕玉.改性措施对复合污染上壤重金属行为

影响的研究[J].应用生态学报,1995,6(4):4402444.

[22]夏增禄.土壤环境容量及其应用[M].北京:气象出版

社,1988.

[22]周启垦,吴燕玉,熊先哲.重金属Cd2Zn对水稻的复台

污染和生态效应[J].应用主态学报,1994,5(4):4382 441.

[24]Gutt or m sen G,S i ngh B R,Jeng B R.Cadm i um concentra2

ti on i n vegetab le crops gro wn i n a sandy soil as aff ec ted by Cd l eve ls i n fertili zer and soil p H[J].F ertilizer R es.

1995,41(1):27232.

[25]Ke lly JM,Parke r G R,M cfee W W.H eavy m etal accu2

mu l atio n and gro w t h of seedlings of fi ve f orest spec i es i n2 fluenced by soil cad m iu m l eve l[J].J Environ Qua.l

1979,8:3612364.

118

贵州师范大学学报(自然科学版)第23卷

[26]Ca taldo D A,Ga rland T R,W il dung R E.Cad m i um d i s2

tri buti on and che m ica l fate in soybean plant[J].P lan t P hysio,l1981,68:8352839.

[27]杨居荣,鲍子平,张素芹.镉、铅在植物细胞内的分布

及其可溶性结合形态[J].中国环境科学,1993,13

(4):2632268.

[28]夏汉平.土壤)植物系统中的镉研究进展[J].应用与

环境生物学报,1997,3(3):2892298.

[29]H agh iri F.Cad m i u m uptake by p lant[J].J Environ

Qua,l1973,2(1):93296.

[30]郑文娟,邓波儿.铬和镉对作物品质的影响[J].土壤,

1993,25(6):3242326.

[31]John M K.Cad m iu m uptake by e i ght food crops as i n flu2

enced by vario us soil leve ls of cad m i u m[J].Enviro n Pol2 l ut,1973,(4):7215.

[32]任继凯,陈清朗,陈灵芝,等.土壤镉污染与作物[J].

植物生态学与地植物学丛刊,1982b,6(2):1312134.

[33]任继凯,陈清朗,陈灵芝,等.土壤中镉、铅、锌及其相

互作用对作物的影响[J].植物生态学与地植物学丛刊,1982a,6(4):3202329.

[34]林舜华,陈章龙,陈清朗,等.汞隔对水稻叶片光合作

用的影响[J].环境科学学报,1981,1(4):3242330. [35]阎雨平,蔡士悦,史艇.广东赤红壤、红壤含镉的农作

物污染效应及其临界含量研究[J].环境科学研究,

1992,5(2):49252.

[36]Lagriffo u lA,M ocquot B,M enchM,et al.Cad m iu m

toxicity eff ec ts on gro wth,m i nera l and chlorophyll con2 tents,and acti viti es of stress related enzy m es i n young m a ize(Zea m ays L.)[J].P lant Soi,l1998,200(2):

2412250.

[37]余国莹,吴玉树,王焕校.不同化学形态镉、锌及其复

合污染对小麦生理的影响[J].生态学报,1992,12

(1):93296.

[38]秦天才,吴玉树,王焕校.镉、铅及其相应作用对小白

菜生理生化特性的影响[J].生态学报,1994,14(1):

46250.

[39]刘海亮,崔世民,李强,等.Cd对作物种子萌发、幼苗

生长及氧化酶同工酶的影响[J].环境科学,1991,12

(6):29231.

[40]殷钟意.铬盐生产区土壤和农作物中铬含量状况调查

分析[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2003,20

(4)33235.

[41]段昌群,王焕校.重金属对蚕豆(V icia faba)根尖的

核酸含量及核酸酶活性影响的研究[J].环境科学,

1992,13(5):31235.

[42]H.奥贝尔,M.潘塔.土壤中的微量元素[M].刘铮等

译.北京:科学出版社,1982.82288.

[43]乌宁,额尔登陶格斯,斯琴巴特尔.呼和浩特地区土壤

铬含量的调查[J].内蒙古教育学院学报(自然科学版)。1999,12(4):42244.

[44]樊文华,陈政民.五台山草地自然保护区上壤中铬含

量分布及影晌因素的研究[J].土壤,1999,(4):2172 219.

[45]敦顺勒编.铬锰的性质及其应用[M].北京:高等教育

出版社,1992:1082112.

[46]樊文华,张敏庄,王镔.五台山区土壤中铬元素的背景

值及其影响因素[J].中国环境检测,1997,13(4):57.

[47]倪才英,陈英旭,骆永明.土壤2植物系统铜污染与修复

的研究进展[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),

2003,29(3):2372243.

[48]B es nard E,Chenu C,R obe rM t1Infl uence of organ ic a2

mend m ents on copper distributi on a m o ng partic l e2s i ze and density frac ti ons i n Cha m pagne vi neyard soils[J].Envi2 ron m enta l Poll uti on,2001,112:3292337.

[49]B run L A,M a illet J,H i nsinger P,et a.l Eva l uati on of

copper avail ability to plants i n copper2contam ina ted vi ne2 yard soil s[J].Envi ron m enta l Polluti on,2001,111:2932 302.

[50]Schra m e lO,M ichalke B,K ettrup A.S t udy of t he copper

distr i butio n i n conta m i nated soils of hop fi e l ds by si ngle and sequenti a l extracti on p rocedures[J].The Sc i ence of t he Tota l Environ m ent,2000,263:11222.

[51]Sr i vastava P C,Gupta U C.T race E l em ents i n Crop P ro2

duc tio n[J].Lebano n:Sc ience Pub lishers Inc,USA,

2000.

[52]倪吾钟.主要农作物铜素失调症[A]1见:马国瑞,石

伟勇主编.农作物营养失调症原色图谱[C].北京:中国农业出版社,2002.

[53]石伟勇.果树铜素失调症[A]1见:马国瑞,石伟勇主

编,果树营养失调症原色图谱[C].北京:中国农业出版社,2002.

[54]R ousos P A,H orr i so n H C,Steffen KL.Physi olo gica l re2

sponses of cabbage to inc i p i ent copper toxicity[J].Jour2 nal of Am erica Soc iety of H orti cultural Sc i ence,1989,

114:1492152.

[55]V init2Dunand F,Epro n D,A lao u i2Sosse B,Badot P M.

E ffects of copper on gro w t h and on photosynt hesis of m a2

ture and expand i ng leaves in cucu m be r plants[J].P l ant Sc i nce,2002,163:53258.

[56]Te isse ire H,GuyV.Copper2i nduced changes i n anti oxi2

dant enzy m es activities i n fronds of duck weed(Lemna m i nor)[J].P lan t Sc i ence,2000,153:65272.

[57]倪吾钟,马海燕,余慎,等.土壤2植物系统的铜污染及

其生态健康效应[J].广东微量元素科学,2003,10

(1):125.

[58]B aryla A,Laborde C,M o n tillet J L,Trian taphylides C,

119

第2期王济,王世杰:土壤中重金属环境污染元素的来源及作物效应

Chagvardieff P.Eva l uatio n of li p i d peroxi dati on as a t ox2

i c ity b i oassay for p l ants exposed to co ppe r[J].Environ2

m ental Polluti on,2000,109:1312135.

[59]W ebber M B,Schat H,Ten2Bo oku m2V an De r M aare l

WM.The effect of copper toxi c ity on t he contents of n i2

trogen co m pounds i n S ill ene vulgaris(M oench)Gorcke [J].P l ant Science,1991,133:1012109.

[60]牟树森,青长乐.环境土壤学[M].北京:中国农业出

版社,1993.

[61]戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,1996.

[62]戴前进,冯新斌,唐桂萍.土壤汞的地球化学行为及其

污染的防治对策[J].地质地球化学,2002,30(4):752

79.

[63]许嘉琳,杨居荣.陆地生态系统中的重金属[M].北

京:中国环境科学出版社,1995.

[64]王定勇,石孝洪,杨学春.大气汞在土壤中转化及其与

土壤汞富集的相关性[J].重庆环境科学,1998,20(5) :22225.

[65]R e i m ann D O,et a.l Depositi on of a irborne m ercury near

poi nt sources[J].W ater A i r Soil Poll ut,1974,13:1792 193.

[66]萧蕴英,李青,张瑞娟,等.污灌对农作物含汞量的影

响[J].甘肃环境研究与监测,1997,10(4):18220. [67]刘英俊,曹励明,李兆麟,等.元素地球化学[M].北

京:科学出版社,1984.

[68]L i ndpvist,O.et a.l A t m ospher i c m ercury a re vie w[J].

Tell ugs,1985,(37):1362159.

[69]刘广深,曾毅强,朴河春,等.陆地生态系统中汞的迁

移与富集研究的重要意义[J].四川环境,1996,4

(15):8.

[70]刘公棣.汞污染对农业的影响[J].农业环境保护,

1994,13(2):89290.

[71]瞿丽雅.贵州省汞污染防治与生态恢复[J].贵州师范

大学学报(自然科学版),2002,20(3):56259.

[72]Zupan M,E i nax JW,K ra ft J et a.l Che m o me tric charac2

terizatio n of soil and plant polluti on.P art?:mu lti var i2 ate data ana l ysis and geostatistical de ter m i na ti on of re la2 tio nsh i p and spa tia l struct ure of i norgan i c conta m i nants i n soil[J].Environ m enta l Sc i ence and Polluti on R esearch Internatio na,l2000,7(2):89296.

[73]Ba ize D.Total leve ls of/heavy me tals0i n F rench soils:

general resu lts of the ASP I TET progra mm e[J].Courrier2 de2I.Environ m ent2de2I I'NRA,2000,39:39254.

[74]Suthe rland R A.Bed sedi m ent2associated trace me tals i n

an urban strea m,Oahu,H awa ii[J].Envi ro nm enta lGeol2 o gy,2000,39(6):6112627.[75]方晓航,仇荣亮.有机螯合剂在镍污染土壤植物修复

中的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2002,3

(10):10214.

[76]Stil,l E.R.,W illa m s,R.J.P.Potential me t hods for

selecti ve accu m ulati on of n i ckleòi on i n plants[J].

Journa l of Inorganic B i oche m i stry,1980,13:35240. [77]Bol ger R,W i ese T E,E rvi n K,et a.l R apid screen i ng of

envi ro nm enta l chem icals fo r estrogen receptor b i ndi ng capacity[J].Environ m enta l H ea lt h P rospecti ves,1998,

106:5512556.

[78]何冰,杨肖娥,魏幼璋.铅污染土壤的修复技术[J].广

东微量元素科学,2001,8(9):12217.

[79]Kaba ta R endias A,R end i as H.Trace ele m ents i n t he

soil and p l ant[J].F l or i da CRC P ress,1994.

[80]潘如圭,宋佩扬.汽车尾气中铅对蔬菜污染的研究

[J].江苏环境科技,1998,11(3):9211,28. [81]管建国,潘如圭.蔬菜铅污染状况及其防治对策[J].

南京农专学报,1998,14(3):22227.

[82]彭珊珊,石燕.茶叶中的铅[J].广东微量元素科学,

1998,5(6):32233.

[83]Tere l ak H,Stuczynsk iT,P i otro wska M.H eavym e tals i n

agr i cultural soils i n poland[J].P olish Jo urna l of Soil Sci2 ence,1997,30(2):35242.

[84]Boekhol d A E,M eeussen J C L.R e l evance of soil2p H i n

vie w of r i sk assess m ent of soil poll utio n[J].Soil&Envi2 ron m en t,1993,(1):55258.

[85]何念祖.铅对小麦生长和土壤酶活性的影响[J].浙江

农业大学学报,1990,16(2):1952198.

[86]王夔.生命科学中的微量元素[M].北京:中国计量出

版社,1996.

[87]袁可能.植物营养元素的土壤化学[M].北京:科学出

版社,1983.

[88]张民,龚子同.我国菜园土中某些重金属元素的含量

与分布[J].土壤学报,1996,33(1):85293.

[89]刘福来.土壤)植物系统中锌的研究概况[J].土壤肥

料,1998,(5):10214.

[90]项长兴,董雅文,钱君龙,等.南京栖霞山铅锌矿区土

壤环境质量评价[J].土壤,1993,25(6):3192323. [91]褚天铎,刘新保,李春花,等.锌素营养对作物叶片解

剖结构的影响[J].植物营养与肥料学报,1995,1(1) :24229.

[92]李惠英,陈素英,王豁.铜、锌对土壤2植物系统的生态

效应及临界含量[J].农村生态环境,1994,10(2):

22224.

[93]R auser,W.E,G lo ver,J.Cad m i u m2bind i ng protein i n

roots ofm aize[J].Can.J.Bo t.1984,62:164521650.

120

贵州师范大学学报(自然科学版)第23卷