外源铅在土壤中的形态分布

1、外源铅在土壤中的形态分布摘要: 通过对加入外源铅的砂姜黑土、黄褐土、红壤进行培养处理, 测定土壤中各形态铅及水溶态 NH K和速效态磷的含量, 研究外源铅在各类土壤中的形态分布特点及对土壤养分的影响。结果表明: 交换态和残渣态的铅为红壤 黄褐土 砂姜黑土, 碳酸盐态铅为砂姜黑土 黄褐土 红壤, 铁锰氧化态铅为红壤 砂姜黑土 黄褐土, 有机结合态铅为黄褐土 砂姜黑土 红壤; 交换态和残渣态所占比例随着外源铅的浓度增大而提高, 有机结合态的比例随着外源铅浓度增大降低, 碳酸盐结合态铅在砂姜黑土、铁锰氧化态铅在红壤上则呈现外源铅小于500 m g/kg 时比例增高, 大于 500 m g/kg 时比

2、例开始下降的状况; 加入外源铅的土壤中, 水溶态的 NH和 K的浓度增大, 使其流失的风险性增加; 水溶态磷和铅离子生成难溶性磷酸铅盐被固结, 使速效磷的浓度减少, 降低了水溶性磷肥的功效。关键词: 外源铅; 土壤; 形态与分布; 交换与固结中图分类号: S153 文献标识码: A 文章编号: 100922242 (2008) 0120074204我国是一个水资源短缺的国家, 由此很多农地的灌溉采用工业和生活污水, 这虽然缓解了我国紧张的水资源供需矛盾, 但同时对环境也带来一定的影响, 尤其是污水中普遍存在着的重金属元素铅对土壤的影响。一方面, 在土壤中通过植物吸收和食物链进入人体而危害人类健

3、康; 另一方面是对土壤的理化性能的改变, 造成土壤质地下降。而污水中铅对于对土壤养分的作用, 目前虽尚无见报道, 但其影响一定存在。而这些都与铅进入土壤后的形态特点及含量有关, 已有研究证明铅在土壤中的迁移、富集和积累及对环境和生物效应与铅在土壤中的存在形态有关。而不同类型的土壤, 因其组成成分、土壤 pH、温度、湿度、阳离子交换量、有机质含量、粘粒含量、氧化物含量及氧化还原电位 (Eh) 等因素各不相同, 又影响着外源铅进入土壤后的存在形态, 所以对不同类型土壤中铅形态及分布特点的研究可以揭示铅进入不同类型土壤中的化学行为, 为其污染预警和治理提供合理依据。本研究以安徽地区内由北向南的 3

4、种主要代表土壤为研究对象, 用T essier法在土壤中重金属的分级方法, 研究外源铅进入土壤后铅的各形态含量及特点, 同时研究其对土壤养分的影响。以 T essier 分级法测定 3 种土壤样品中各形态铅的含量, 根据其测定结果, 分析研究外源铅进入 3 种土壤后各形态铅的含量及分布特点; 同时测定各土壤样中水溶态NH, K和土壤中的速效态磷的含量, 以分析外源铅进入土壤后对土壤速效养分的影响。根据 T essier 分级测定方法, 对土壤中铅的交换态用 1m o l/L M gC l2 的溶液提取; 碳酸盐结合态用 pH = 5 的 1 m o l/L N aOA c 的溶液提取; 铁锰氧

5、化物结合态用 pH = 2, 加热的 0104m o l/L NH 2OH(HC l) + HOA c(25% )的溶液提取; 有机结合态用 30%H 2O 2(pH = 2) + 0102 m o l/L HNO 3+ 312m o l/L NH 4OA c 的溶液提取; 残留态用 x 射线荧光法测定的全量值差减其它相态后计算其结果。加入外源铅的 3 种土壤经培养后, 土壤中各形态的铅含量都有所增加, 但其含量和增量在 3 种土壤中却各有差异: 铅的交换态含量在3 种土壤中都呈现随着外源铅浓度的增加而增加, 按 3 种土壤中的可交换态铅的含量高低比较则是红壤大于黄褐土大于砂姜黑土, 若以外源

6、铅为 1 000 m g/kg 的处理水平与对照相比, 则增幅分别为原土壤铅的 141159,134144, 103197 倍; 碳酸盐态铅的含量, 砂姜黑土含量最高其次为黄褐土、红壤, 以处理中测定的最大浓度与对照浓度相比, 砂姜黑土增加 53131 倍, 其次为黄褐土 39129 倍, 最后是红壤 12199 倍; 铅铁锰氧化态的含量: 红壤高于砂姜黑土和黄褐土, 与本土铅相比增加了 32167, 30169, 15154 倍; 有机结合态的铅, 含量高低的顺序为黄褐土、砂姜和红壤, 与本土相比分别为 21107, 33169, 20121 倍, 因对照中的黄褐土有机态铅含量较高, 所以在

7、处理 5 中的含量虽然高于砂姜因土, 但其增幅低于砂姜黑土; 和有机态含量的变化相近似的是残渣态, 因为砂姜黑土中残渣态铅含量比红壤低, 所以虽然处理 5 中残渣态的含量是红壤大于黄褐土大于砂姜黑土, 但与原土铅对比, 铅的残渣态中增幅最高的却是砂姜黑土达 56199 倍, 次之为黄褐土的 45138 倍, 最后是红壤39135倍。外源铅进入土壤后, 各形态铅的含量与土壤本身的性质密切相关, 石灰性土壤中游离态的碳酸盐含量高,使得碳酸盐结合态铅的含量随着外源铅的量的增多而增大, 如砂姜黑土中的碳酸盐的含量; 红壤中铁锰氧化态的含量高于砂姜黑土和黄褐土, 源于组成红壤的土壤中有较高的铁、锰、铝等

8、氧化物, 易与铅形成闭蓄态的物质; 铅在土壤中有机结合态含量的高低决定于土壤有机质的含量的多少, 通常情况下, 土壤有机质含量高则有机结合态的铅的含量相对要高; 残渣态与土壤的酸碱度和土壤水溶液中的阴离子种类有关, 通常情况下, 土壤的 pH 值高, 土壤盐溶液量高, 有利于铅的难溶物质形成, 残渣态的铅含量增加的比较多,这也是砂姜黑土中残渣态增幅高的原因; 可交换态的量包括二部分, 一是被土壤胶体所吸附的, 另一部分是存在于土壤水溶液中。土壤呈酸性, 铅可以以离子形式存在于土壤水溶液中, 水溶态的铅含量相对高于土壤偏碱性的土壤, 这是红壤中可交换态含量高的因素之一。在铅的各形态中可交换态是给

9、预环境和生物效应影响最大主要形态。因此外源铅在土壤上的影响是酸性土壤大于中性土壤大于石灰性土壤。不同外源铅水平下 3 种土壤中各形态铅分布特点外源铅进入土壤后各形态铅的含量变化除受到土壤性质的影响外, 外源铅的浓度对其在土壤中的形态分布也有一定的影响。由图 1 各形态铅含量比例随外源铅处理水平在 3 种土壤中的下的变化情况可以看出: 和对照相比, 交换态和残渣态铅的比例在砂姜黑土、黄褐土和红壤中皆是随着外源铅浓度的增加而增大, 有机结合态的所占比例则随着外源铅浓度的增加而下降。而砂姜黑土和黄褐土中碳酸盐态铅的比例则在外源铅低于 500 m g/kg 时增加, 高于 500 m g/kg 时下降

10、。红壤中的铁锰氧化态铅也是在外源铅在低于 500 m g/kg 时随着外源铅量的增加而增加, 而高于 500 m g/kg 时, 所占比例开始下降。土壤中各形态铅所占比例, 与形成相应相态的物质的量有关: 土壤阳离子交换量和可溶铅盐在土壤水中的饱和度影响着土壤中可交换态铅的含量, 铅是二价阳离子且有相对较小的水合离子半径, 因此具有相对较强的交换能力, 可以被土壤胶体吸附的量较多; 同时铅的某些化合物溶度积很大, 能以很高的溶液浓度存在于土壤水中, 因此可交换态铅的量, 在一定范围可以一直增加, 三种土壤中可交换态比例含量随外源铅浓度增大而增高, 正是说明了这一点。因为土壤中很多阴离子可以和铅

11、离子形成沉淀, 所以随着外源铅的增加, 铅离子浓度的增加, 达到难溶物质溶度积的铅盐增多, 残渣态的比例增大。而与铅形成碳酸盐态和铁锰氧化态及有机态的物质, 在土壤中的含量是有一定范围的, 铅与其作用达到饱和后, 在土壤中的含量将不再增加, 在其它形态不断增加情况下, 所占比例就会出现下降。因此随着外源铅的浓度增高, 铅离子在与土壤中的游离态碳酸盐、铁锰氧化物和有机质形成其相应形态的铅物质达饱和后, 外源铅在土壤中转化的去向主要为二方面, 一方面是存在于土壤水溶液中, 增加可交换态的含量, 另一方面是当铅离子的浓度达到和土壤水溶液中的某些阴离子形成难溶化合物时, 形成沉淀, 加大残渣态的量。可

12、交换态铅的增大, 使铅迁移流动性增强, 对环境和生物影响加大。3结论与讨论(1)可溶性外源铅进入土壤后, 其形态分布和含量多少依土壤类型不同而发生改变: 可交换态和残渣态在不同性质的土壤中皆呈现随着外源铅浓度的增大, 其所占形态比例增高的趋势。但增加的幅度依土壤的类型不同而不同。碳酸盐结合态、铁锰氧化态和有机结合态其所占形态比例一般会呈现在一定浓度的外源铅范围内所占形态比例增加, 但随着外源铅浓度的增加出现所占比例下降的现象, 这主要缘于不同类型的土壤中碳酸盐物质、铁锰氧化物和有机质的含量多少的关系。 5 鲍士旦 1 土壤农化分析 (第三版) M 1 北京: 中国农业出版社, 1999: 31- 34, 99- 109, 202- 2051 9 包耀贤 1 黄土丘陵沟