污灌区土壤—小麦系统重金属污染, 迁移和积累——以开封市化肥河污灌区为例

生态环境 2004, 13(4): 578-580，591 Ecology and Environment E-mail: editor@作者简介：韩晋仙（1977－），女，硕士，助教，主要从事环境科学研究。

E-mail: hanxianxian@ 收稿日期：2004-05-09污灌区土壤-小麦系统重金属污染、迁移和积累___以开封市化肥河污灌区为例韩晋仙1 马建华21. 山西财经大学环境经济系，山西 太原 030006；2. 河南大学环境与规划学院，河南 开封 475001摘要：以开封市化肥河污灌区为例，研究了土壤-小麦系统重金属（Cd 、Pb 、Cr 、Cu 、Zn 、Ni 和As ）污染、迁移和积累规律。

结果表明，该区土壤重金属污染较为严重，所有样点的综合污染指数均大于1，其中Cd 和As 污染最为严重，其平均质量分数远远超出了土壤环境二级标准值。

在该区土壤上种植的小麦也表现出一定程度的重金属累积，但其茎叶和种子重金属质量分数差别较大；在所有种子样品中，Zn 质量分数都未超标，As 、Cr 和Pb 质量分数部分到达了较高的残留水平，Cd 质量分数则远远超出了国家食品限量卫生标准。

依据重金属迁移累积率（βi ），小麦对As 和Cr 的吸收能力较低，而对Ni 和Cd 的吸收能力较高；在所有小麦样品中，除Cu 外，茎叶对同一重金属的平均富集能力均大于种子。

关键词：污水灌溉；土壤-小麦系统；重金属污染中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2004）04-0578-04近年来，随着经济的发展，水资源缺乏已经成为影响区域经济发展和人们生活的重要限制因素，因此污水灌溉有其存在与发展的必要。

现在，污水已经成为中国城镇近郊灌溉用水的重要水源，尤其是在干旱缺水季节，污水灌溉仍然是解决燃眉之急的途径。

但是，由于大部分污灌区不合理的灌溉，也引发了一系列的环境问题。

重金属污染因其化学行为和生态效应的复杂性，以及对人类健康和社会可持续发展危害的严重性，所以重金属污染物在土壤-作物系统的迁移已成为人们关注的焦点[1~6]。

开封市化肥河污灌区（以下简称污灌区）长期利用污水灌溉，土壤已受到重金属污染[7，8]，但该区土壤-作物系统重金属污染及迁移规律尚不清楚。

本研究在测定污灌区土壤和小麦Cd 、Pb 、As 、Cr 、Cu 、Zn 和Ni 质量分数的基础上，比较深入地探讨了土壤-小麦系统重金属的污染、积累和迁移规律。

1 材料与方法在调查污灌渠系和污水利用方式的基础上，作者于2002年4月下旬采集了污灌区土壤和小麦茎叶样品各13个，2002年6月下旬同点采集小麦种子样品13个。

土壤采样深度为0~20 cm ，土壤和小麦均为混合样品。

每个土壤混合样品由10个分样品组成，每个小麦样品由15~20株组成。

采用HCl-HNO 3-HF-HClO 4消解土壤样品，用于总Cr (GB/T17137－1997)、Cu 、Zn （GB/T17138－1997）、Ni （GB/T17139－1997）和Pb 、Cd （GB/T17141－1997）的测定。

采用HSO 4-HF-HClO 4消解土壤样品，用于总As （GB/T17136－1997）的测定。

采用干灰化消解种子样品，用于Cu （GB/T5009.13－1996）、Zn （GB/T5009.14－1996）和Cr （GB/T14962－94）的测定。

采用HNO 3-HClO 4消解种子样品，用于Pb （GB/T5009.12－1996）、Cd （GB/T5009.15－1996）和Ni （GB/T16343－1996）的测定。

采用HNO 3-HClO 4-HSO 4消解种子样品，用于As （GB/T5009.11－1996）的测定。

茎叶样品的消解采用与种子相应重金属的消解方法。

土壤Cu 、Zn 、Ni 和总Cr 质量分数的测定，以及小麦种子和茎叶Cu 、Zn 质量分数的测定采用火焰原子吸收分光光度法。

土壤Pb 、Cd 质量分数的测定，以及小麦种子和茎叶Ni 、总Cr 、Pb 和Cd 质量分数的测定采用石墨炉原子吸收分光光度法。

土壤总As 质量分数的测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法，小麦种子和茎叶As 质量分数的测定采用银盐法。

2 结果与讨论2.1 土壤重金属污染与评价从表1可知，污灌区土壤重金属质量分数变化很大，最高值约为最低值的2~60倍；其中Cd 质量分数较低，变化于0.43~3.62 mg/kg 之间；Zn 质量分数较高，变化于175.52~236.62 mg/kg 之间。

各采样点土壤重金属质量分数的变化依元素不同而异，其中w (Pb)变化较大，变异系数为项目 Cu Zn Cr Pb Cd NiAs 均值 44.62 200.99 58.83 22.69 1.70 7.01 26.28 范围 27.46~68.53 175.52~236.6246.40~69.294.55~89.46 0.43~3.62 0.21~12.66 13.00~50.70 标准差 11.10 16.46 6.70 17.51 1.84 3.85 14.01韩晋仙等：污灌区土壤-小麦系统重金属污染、迁移和积累 579 77.17；w (Ni)和w (As)变化次之，变异系数分别为55.00和53.31；w (Zn)变化最小，变异系数为8.19。

重金属质量分数在各土样之间存在较大的差异性，反映了污水灌溉已对土壤产生了明显的污染，不同地点的重金属污染有较大的差异。

应用污染指数法，作者探讨了污灌区土壤重金属污染程度（表2）。

重金属污染分指数按下式计算：t i t i t i S w I /=式中，ti I 为土壤第i 种重金属污染分指数；t i w 为土壤第i 种重金属实测质量分数；ti S 为土壤第i 种重金属土壤环境质量标准（GB15618－1995，二级，pH>7.5）。

土壤综合污染指数按下式计算：2/12/max 2/average ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t i S t i w t i S t i w t I 式中，tI 为土壤重金属综合污染指数；()t i t i S w /average 为土壤各重金属污染指数的平均值；()ti t i S w /max 为土壤重金属污染指数中最大污染指数。

从表2可知，污灌区所有样点的综合污染指数均大于1，土壤重金属污染较为严重。

在7种重金属元素中，Cd 污染最为严重，污染指数大于1的样点数占土壤样点总数的100%；As 污染次之，污染指数大于1的样点数占土壤样点总数的76.92%；Cu 、Zn 、Pb 、Cr 和Ni 污染指数均小于1。

这表明，污灌区土壤部分重金属（Cd 和As ）的平均质量分数已经超出了土壤环境质量二级标准值，如不及时采取防治措施，将对农业生产和人体健康产生严重威胁。

土壤各样点重金属污染程度的差异性表明，重金属在土壤中的迁移存在较大的差异，这主要是由于重金属元素化学性质和各采样点土壤理化性质的不同而造成的。

2.2 小麦重金属质量分数与污染分析多年来，对污灌区作物重金属质量分数的监测表明，同一作物对不同重金属的累积不同，而同一重金属在植物体内各器官的分布也不相同[4, 6, 9, 10]。

本研究的结果显示，污灌区各采样点小麦茎叶和种子重金属质量分数有较大的差异，有些到达了较高的残留水平，有的甚至超出了食品限量卫生标准。

表3的数据表明，小麦茎叶Cu 、Zn 、Cr 、Pb 和Ni 质量分数最高值约为最低值的3~5倍，As 质量分数最高值约为最低值的13倍，Cd 达到52倍之多；变异系数在24%~60%之间。

小麦种子Cu 、Zn 、Cr 、Ni 和Cd 质量分数最高值约为最低值的1~5倍，As 质量分数最高值约为最低值的22倍，Pb 达到193倍；变异系数在6%~102%之间。

在所有小麦种子样品中，Zn 质量分数都未超过国家食品限量卫生标准；As 质量分数仅有一个样品超标；Cu 、Cr 、Pb 质量分数仅有部分样品超标，且差别较大；所有样品Cd 质量分数都超标，最高质量分数达0.99 mg/kg ，远远超出了国家限量卫生标准。

这主要是由于各采样点的土壤理化性质、重金属质量分数和形态以及灌溉条件等的差异而造成的。

2.3 土壤-小麦系统重金属迁移与积累用植物迁移累积率（βi ）可较好地反映小麦对土壤重金属的富集能力和重金属从土壤向小麦的迁移累积强度。

重金属迁移累积率的计算公式为：项目I Cu I Zn I Cr I Pb I Cd I Ni I As 综合污染指数(I )So.1 0.374 0.758 0.230 0.080 1.660 0.133 0.551 1.234 So.2 0.302 0.673 0.229 0.044 2.835 0.127 0.694 2.065 So.3 0.359 0.697 0.250 0.035 5.175 0.136 1.076 3.742 So.4 0.413 0.754 0.238 0.256 3.412 0.117 0.520 2.489 So.5 0.452 0.703 0.186 0.102 4.101 0.144 2.028 2.976 So.6 0.290 0.621 0.195 0.076 2.906 0.004 1.194 2.114 So.7 0.432 0.719 0.238 0.083 1.669 0.087 1.446 1.240 So.8 0.565 0.716 0.266 0.086 2.589 0.113 1.481 1.900 So.9 0.382 0.655 0.2140.047 1.863 0.046 1.004 1.371 So.10 0.467 0.608 0.231 0.025 2.046 0.128 1.787 1.505 So.11 0.417 0.585 0.263 0.039 3.100 0.133 1.434 2.256 So.12 0.685 0.673 0.240 0.097 5.232 0.030 1.996 3.790茎叶均值 9.32 41.42 1.93 1.76 0.59 8.48 1.55 分布范围 4.98~14.74 19.92~54.560.88~3.02 0.73~2.66 0.03~1.57 5.19~23.75 0.26~3.29 标准差4.64 9.85 1.13 0.55 0.475.06 0.92 变异系数/% 49.82 23.78 58.33 31.46 79.43 59.70 59.57 种子均值 10.04 26.43 1.13 0.57 0.59 2.84 0.32 分布范围 9.10~12.00 22.97~29.07 0.79~1.69 0.01~1.93 0.21~0.99 2.20~4.07 0.05~1.12 标准差0.72 1.70 0.27 0.59 0.24 0.61 0.30580 生态环境 第13卷第4期（2004年11月）βi =w pi /w si式中，βi 为第i 种重金属元素的植物迁移累积率；w pi为植物中第i 种重金属的质量分数；w si 为土壤中第i 种重金属的质量分数。