土壤—蔬菜系统重金属富集规律研究

　
　　随着近代工农业的迅猛发展，工农业现代化、城市化已成为人类文明发展的重要标志。但同时，人类也面临着人口膨胀、资源短缺和环境污染的严重威胁。当前全球的环境问题日益严重，其中环境污染中的重金属污染已成为当今世界备受关注的一类公害。重金属是指比重等于或大于5.0的金属，如Cd、Cr、Zn、Mn、Cu、Hg、Fe、Ni、As等，它们当中有植物生长所必需的元素，如：Fe、Mn、Cu、Zn；有些是植物生长所不需要的元素，如：Hg、Pb、Cd等。过量的重金属是造成环境污染的重要因素之一。
　　
　 　一、我国土壤—植物系统重金属的污染状况
　　
　　据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近20.0×103km2，约占总耕地面积的1/5。其中被工业“三废”污染的耕地为10.0×103km2，污水灌溉的农田面积已达到3.3×103km2。某省曾经对47个县和郊区的2.59×103km2耕地（占全省耕地面积的2/5）进行过调查，其结果表明，75%的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁，而且污染程度仍在加重。污水灌溉等对农田已造成大面积的土壤污染。如沈阳张士灌区用污水灌溉20多年后，污染耕地25.0×103km2，造成了严重的镉污染,稻田含镉5～7mg/kg。天津近郊因污水灌溉导致0.23×103km2农田受到污染。广州近郊因为污水灌溉污染农田27.0km2，因施用含污染物的底泥造成13.3km2的土壤被污染,污染面积占郊区耕地面积的46%。20世纪80年代中期对北京某污灌区进行的抽样调查表明，大约60%的土壤和36%的糙米存在污染问题。
　　
　　二、土壤—蔬菜系统中重金属污染概况
　　
　　（一）土壤中重金属污染形态
　　植物从土壤中吸收的重金属量与土壤中的重金属总量有一定关系，但土壤中的重金属总量并不是植物吸收程度的一个可靠指标。研究表明,石灰性污灌土壤0～20cm土层中,Pb、Cd主要以碳酸盐结合态和硫化物残渣态存在，其次是有机结合态，交换态和吸附态较少；Pb的吸附态大于交换态；而Cd则相反。
　　（二）重金属污染物在土壤中的分布
　　土壤中的重金属污染物由于无机及有机胶体对阳离子的吸附、代换或络合、生物作用的结果，大部分被固定在耕作层中，一般很少迁移至46cm以下的土层，但砷在土壤中的动态行为与铜、铅、镉等有所不同，在含有大量铁、铝组分的酸性（pH5.3～6.8）红壤中，砷酸根可与之生成难溶盐类富集于30～40cm耕作层中。还有研究表明，金属污染物主要累积在土壤耕作层，而且其可给态含量较高，分别占全量的60.1%、30%、38%和2.2%。灌溉污水中的汞呈溶解态和络合态，进入土壤后95%被土壤矿质胶体和有面质迅速吸附或固定。它一般累积在土壤表层，在剖面上分布自上而下递减。
　　（三）重金属污染的特点
　　重金属的污染物的特点可以归纳为以下几点：（1）形态多变；（2）金属有机态的毒性大于金属无机态；（3）价态不同毒性不同；（4）金属羰基化合物常含剧毒；（5）迁移转化形式多；（6）重金属的物理化学行为多具有可逆性，属于缓冲型污染物；（7）产生毒性效应的浓度范围低；（8）微生物不仅不能降解重金属，相反某些重金属可在土壤微生物的作用下转化为金属有机化合物（如甲基汞）产生更大的毒性。同时重金属对土壤微生物也有一定毒性，而且对土壤酶活性有抑制作用；（9）生物摄取重金属是积累性的，各种生物尤其是海洋生物，对重金属都有较大的富集能力；（10）对人体的毒害是积累性的。重金属污染的另一特点就是它们不能被降解而消除。无论现代的何种方法，都不能将重金属从环境中彻底消除。这一点与有机污染物迥然不同。重金属在自然界净化循环中，只能从一种形态转化为另一种形态，从甲地迁移乙地，从浓度高的变成浓度低的等等，由于重金属在土壤和生物体内积累富集，即使某种污染源的浓度合符“排放标准”，仍然会通过污染蔬菜造成对人类的危害。
　　
　　三、土壤—植物系统中重金属污染的危害
　　
　　（一）铬
　　1.土壤环境中铬元素的基本情况和来源
　　铬是耐腐蚀的重金属。土壤中铬含量主要来源于成土母岩。正常土壤含铬5～1000mg/kg,平均含量为20～200mg/kg。土壤全铬含量极少部分可溶，仅占0.01%～0.4%。我国土壤中铬的含量为2.2～1209mg/kg,平均为61.0mg/kg。土壤中铬的污染来源主要是某些工业的“三废”排放。通过大气污染的铬污染主要是铁铬工业、耐火材料工业和煤的燃烧向大气中散发的铬。通过水体污染的铬污染源主要是电渡、金属酸洗、皮革鞣制等工业的废水。此外，城市消费和生活方面，以及施用化肥等，也是排放铬的可能来源。
　　2.铬在土壤中的形态与迁移转化
　　铬的存在形态有金属铬和铬的各种化合物，其化合物主要有三价和六价。金属铬无毒性，但三价铬有毒、六价铬毒性更大，还具有腐蚀性。土壤中的铬主要是三价铬和六价铬，其中以正三价铬最为稳定。六价铬以阴离子的形态存在，一般不易被土壤吸附，具有较高的活性，对植物易产生毒害，已经证明它有致癌作用。含铬废水中的铬进入土壤后，也多转变为难溶性铬，大部分残留积累于土壤表层，因此，土壤中为农作物可吸收的铬一般很少。受铬污染的土壤，其中的铬可借风力而随表层土壤颗粒迁移入大气，也可被植物吸收进而通过食物链进入人体。
　　3.对植物和人体的影响
　　铬是动物和人体的必需元素之一，现已发现胰岛素的许多功能都与铬有密切的关系。但是它在植物生长发育中是否必需还尚未证实。
　　人体缺乏铬可引起粥状动脉硬化，还可使糖、脂肪的代谢受到影响，严重者可导致糖尿病和高血糖症。