土壤中重金属测

1、土壤中重金属的测定及植物指示制作人：许可专业：环境工程土壤中重金属污染的来源土壤重金属污染来源的解析方法植物的各个部位对重金属的吸收土壤重金属污染的植物效应土壤重金属的指示植物检测 一、土壤中重金属污染的来源1.11.1不同工矿企业对重金属积累的影响 工工业过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处业过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处理的废水直接排放，使得它们周围土壤容易富集高含量的有理的废水直接排放，使得它们周围土壤容易富集高含量的有毒重金毒重金属。属。企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终通过自然沉降和雨淋沉降进人土通过自然沉降

2、和雨淋沉降进人土壤。壤。 矿业和工业固体废弃矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射极易移动，以辐射状漏状漏斗状向周围土壤扩散，固体废弃物也斗状向周围土壤扩散，固体废弃物也可以通过风的传播使污染范围扩大。可以通过风的传播使污染范围扩大。 一、土壤中重金属污染的来源2、农业生产活动影响下的土壤重金属污染 农农业生产，尤其是近代农业生产过程中含重金属的化肥、业生产，尤其是近代农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥、有机肥、 城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉等，城市废弃物和农药的不合理施用以及污水

3、灌溉等，都可以导致土都可以导致土壤中壤中重金属的污染重金属的污染22。重金属元素是肥料中报。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，化肥中品位较差的过磷酸钙和磷矿粉中道最多的污染物质，化肥中品位较差的过磷酸钙和磷矿粉中含有微量的含有微量的AsAs、CdCd重金属元重金属元u u引。与传统的有机肥肥源相比，引。与传统的有机肥肥源相比，当前有机肥肥源大多来源于集约化的养殖场，大多使用饲料当前有机肥肥源大多来源于集约化的养殖场，大多使用饲料添加剂添加剂。 农农业生产中的畜禽养殖业也是一个不可忽视的重要方面。业生产中的畜禽养殖业也是一个不可忽视的重要方面。 随着规模养殖业的发展，其对周围土壤的污染也越来

4、越严随着规模养殖业的发展，其对周围土壤的污染也越来越严重重。一、土壤中重金属污染的来源3、交通运输对土壤重金属污染的影响 道道路两侧土壤中的污染物主要来自汽车尾气排放及汽车轮路两侧土壤中的污染物主要来自汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产胎磨损产 生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降，而生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降，而污染元素则主要为污染元素则主要为 Pb Pb、 Cu Cu、ZnZn等元等元素。素。它它们一们一般以道路为般以道路为中心成条带状分布，强度中心成条带状分布，强度 因距离公路、铁路、城市以及交因距离公路、铁路、城市以及交通量的大小有明显的差异。通量的大小有明显的差异。二、土壤重

5、金属污染来源的解析方法重金属的形态分布元素剖面分布同位素示踪研究空间分析多元分析二、土壤重金属污染来源的解析方法重金属的形态分布通过元素的形态分布研究来判别土壤中污染物来源是基于自然或人通过元素的形态分布研究来判别土壤中污染物来源是基于自然或人为来源的重金属其各形态的组成不一样。为来源的重金属其各形态的组成不一样。目前，国内外学者根据目前，国内外学者根据TESSIERTESSIER的方法把土壤中重金属的形态分为：的方法把土壤中重金属的形态分为：总量、可交换态、总量、可交换态、 碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和残渣态残渣态 。如卢瑛等采取如卢瑛

6、等采取TESSIERTESSIER连续提取法，研究了南京市不同城区表层土壤连续提取法，研究了南京市不同城区表层土壤中中FeFe、 Mo Mo、CrCr、NiNi、CoCo、V V、CuCu、ZnZn、PbPb的化学形态分析，结果表的化学形态分析，结果表明，人明，人 为输入的重金属不但增加了城市土壤中重金属的含量，同时为输入的重金属不但增加了城市土壤中重金属的含量，同时也改变也改变 了其化学形态分布。人为输入城市土壤中了其化学形态分布。人为输入城市土壤中Pb Pb 残渣态所占比残渣态所占比例大大例大大 降低，导致南京城区土壤与非城区土壤相比较，非残渣态比降低，导致南京城区土壤与非城区土壤相比较，

7、非残渣态比例增加，例增加， Pb Pb的活性增大，对环境的危险性增大的活性增大，对环境的危险性增大。二、土壤重金属污染来源的解析方法元素剖面分布在土壤剖面中，外源重金属大都富集在土壤表层而比较在土壤剖面中，外源重金属大都富集在土壤表层而比较难向下迁移。难向下迁移。如张民等对我国菜地土壤中某些重金属元素的分布进行如张民等对我国菜地土壤中某些重金属元素的分布进行了研究，结果表明，重金属元素了研究，结果表明，重金属元素(Cu(Cu、PbPb、Zn)Zn)在菜地土在菜地土壤剖面中的分布以表层含量最高。壤剖面中的分布以表层含量最高。邵学新等对苏南张家港市土壤的研究发现，由于土壤对邵学新等对苏南张家港市土

8、壤的研究发现，由于土壤对重金属的固定，使得它们不易向下迁移，多集中分布在重金属的固定，使得它们不易向下迁移，多集中分布在表层。因而，利用浅、深两层土壤元素含量关系，可以表层。因而，利用浅、深两层土壤元素含量关系，可以为土壤元素异常成因判别提供重要的证据。为土壤元素异常成因判别提供重要的证据。二、土壤重金属污染来源的解析方法同位素示踪研究同位素示踪研究是地球化学领域经典的研究方法。地球化学领同位素示踪研究是地球化学领域经典的研究方法。地球化学领域根据稳定同位素的分馏原理，常用各种元素的同位素成分来域根据稳定同位素的分馏原理，常用各种元素的同位素成分来区分各种地质体的物质来源。区分各种地质体的物质

9、来源。其中铅同位素的研究较多，它在环境检测中的应用始于其中铅同位素的研究较多，它在环境检测中的应用始于2020世纪世纪60 60 年代，而从年代，而从9090年代以来被广泛用于环境样品，以监测和示年代以来被广泛用于环境样品，以监测和示踪铅的来源变化，在国外这种方法已越来越多被应用于土壤地踪铅的来源变化，在国外这种方法已越来越多被应用于土壤地球化学领域研究污染物的来源，并能有效的区分出自然来源还球化学领域研究污染物的来源，并能有效的区分出自然来源还是人为来源。是人为来源。近年来，我国的一些学者对有关工作也进行了一近年来，我国的一些学者对有关工作也进行了一 些尝试，但些尝试，但相对应用较少，如路远

10、发等。对杭州市土壤相对应用较少，如路远发等。对杭州市土壤PbPb污染进行了污染进行了PbPb同同位素示踪研究，将土壤与杭州市的汽车尾气、大气等环境样品位素示踪研究，将土壤与杭州市的汽车尾气、大气等环境样品进行对比发现，随着土壤受污染程度的增加，进行对比发现，随着土壤受污染程度的增加，PbPb同位素组成逐同位素组成逐渐向汽车尾气渐向汽车尾气PbPb漂移，表明汽车尾气排放的漂移，表明汽车尾气排放的PbPb为其主要污染为其主要污染源源 。二、土壤重金属污染来源的解析方法空间分析应用应用GISGIS技术分析异常空间分布与污染源的关系有可能直技术分析异常空间分布与污染源的关系有可能直观地判断出异常的成因

11、。观地判断出异常的成因。如如LMPERATO LMPERATO 等口副对意大利那不勒斯市土壤等口副对意大利那不勒斯市土壤CuCu、CrCr、PbPb和和ZnZn的空间分布研究表明，这些元素高含量的点主要分的空间分布研究表明，这些元素高含量的点主要分布于该市的东部，与重工业和石油精炼厂的分布位置一布于该市的东部，与重工业和石油精炼厂的分布位置一致，致，CuCu则明显地在铁路和电轨线附近区域积累。则明显地在铁路和电轨线附近区域积累。二、土壤重金属污染来源的解析方法多元分析运用多元分析方法研究元素的组合特征及分布规律，有运用多元分析方法研究元素的组合特征及分布规律，有助于异常成因的解释推断，区分人为

12、污染和自污染源。助于异常成因的解释推断，区分人为污染和自污染源。如王学松等利用基于因子分析和聚类分析的多元统计方如王学松等利用基于因子分析和聚类分析的多元统计方法将徐州城市表层法将徐州城市表层 3O 3O 种元素分成种元素分成“自然因子自然因子”、“燃燃煤因子煤因子”、“交通因子交通因子 ” ”和混合源四类和混合源四类。三、植物的各个部位对重金属的吸收树木年轮WatmoughWatmough等等(1999)(1999)研究了墨西哥城郊高海拔森林公园的研究了墨西哥城郊高海拔森林公园的圣圣(Abies religiosa )(Abies religiosa )的年轮化学变化的年轮化学变化( (自自

13、18971897年始，每年始，每5 5年为年为1 1段段) )与环境污染的关系。结果表明，采样地点表层与环境污染的关系。结果表明，采样地点表层土壤中土壤中PbPb、CdCd、ZnZn的浓度明显提高的浓度明显提高,pH ,pH 有所降低。自有所降低。自19601960年来，年轮中年来，年轮中 Pb Pb、Cd Cd 的增加反映了墨西哥城城市的增加反映了墨西哥城城市化进程的加快以及交通车辆的增加化进程的加快以及交通车辆的增加。三、植物的各个部位对重金属的吸收树皮Odukoya Odukoya 等等(2000) (2000) 在尼日利亚在尼日利亚AbeokutaAbeokuta市不同污染水平市不同污

14、染水平的地点，集了印度楝的地点，集了印度楝(Azadirachta.indica)(Azadirachta.indica)、榕、榕(Ficus (Ficus sppspp) )和猴面包树等和猴面包树等7 7种树木的树皮样品，用原子吸收光种树木的树皮样品，用原子吸收光谱法测定了谱法测定了PbPb、ZnZn、CuCu的含量。的含量。PbPb、ZnZn浓度浓度( (分别分别1.91.9159.8159.8、16.5 16.5 659.1gg659.1ggg g一干重一干重) )和交通车辆的数量成和交通车辆的数量成正相关，表明人为因素是造成正相关，表明人为因素是造成 空气严重污染的主要原因；空气严重污

15、染的主要原因；CuCu含量较低含量较低(4.220.7gg(4.220.7ggg g一干重一干重 ), ),和交通车辆的数量无和交通车辆的数量无关。关。研究也证实印度楝是适合监测重金属空间分布格局的重要研究也证实印度楝是适合监测重金属空间分布格局的重要生物指示物生物指示物。三、植物的各个部位对重金属的吸收树木小枝条针叶树种蜡质角质层和小枝条是可溶性重金属的吸收者以针叶树种蜡质角质层和小枝条是可溶性重金属的吸收者以及空气粉尘的及空气粉尘的“陷阱陷阱”，可溶性重金属还通过针叶的气孔，可溶性重金属还通过针叶的气孔或者树木的皮孔进人树木组织而导致树木的或者树木的皮孔进人树木组织而导致树木的“失绿失绿

16、” ”现现象。象。因此，采集包括小侧枝、针叶、芽、小球果等在内的小枝因此，采集包括小侧枝、针叶、芽、小球果等在内的小枝条是监测重金属污染的重要指示物条是监测重金属污染的重要指示物。三、植物的各个部位对重金属的吸收植物叶片19891989和和19961996年，年，AlfaniAlfani等等(2000)(2000)在那不勒斯城区不同地点，在那不勒斯城区不同地点，对常绿栎叶子中对常绿栎叶子中C C、N N、S S 和一些微量元素和一些微量元素FeFe、MnMn、ZnZn、CuCu、V V 、PbPb、NiNi、CrCr、CdCd、N a N a 进行了比较分析。结果表明，进行了比较分析。结果表明

17、，和和19891989年相比年相比，1996 1996 年叶片中的年叶片中的S S、FeFe、PbPb、CrCr、Na Na 含含量显著下降而量显著下降而C C 、N N 、Cd Cd 含量显著提高含量显著提高。在城市近海区域和公园，叶片中在城市近海区域和公园，叶片中 Cu Cu、N iN i显著增加；显著增加；MnMn、ZnZn、V V 浓度没有明显的年代变化。在浓度没有明显的年代变化。在19891989、1996 1996 年，城年，城区叶子中区叶子中N N 、S S、FeFe、CuCu、V V 、PbPb、Ni CrNi Cr、NaNa、Cd Cd 等的等的浓浓 度显著高于对照区，说明城

18、区环境污染相对严重。度显著高于对照区，说明城区环境污染相对严重。三、植物的各个部位对重金属的吸收苔藓、地衣DobbenDobben等等(2001) (2001) 通过鉴定地衣的种类、收集附生的树皮、通过鉴定地衣的种类、收集附生的树皮、检测树皮和空气中重金属等微量元素的含量，研究了大气检测树皮和空气中重金属等微量元素的含量，研究了大气污染物和微量元素对附生地衣的共同影响。污染物和微量元素对附生地衣的共同影响。多因素方差分析结果表明，大气中二氧化硫和二氧化氮浓多因素方差分析结果表明，大气中二氧化硫和二氧化氮浓度是决定地衣生物多样性最重要因素，几乎所有的地衣种度是决定地衣生物多样性最重要因素，几乎所

19、有的地衣种类对这些化合物敏感，而其它微量元素影响较小。地衣叶类对这些化合物敏感，而其它微量元素影响较小。地衣叶状体中重金属的浓度确实能够反映大气中的浓度，地衣作状体中重金属的浓度确实能够反映大气中的浓度，地衣作为富集生物组织可以用来评价环境重金属污染的状况。为富集生物组织可以用来评价环境重金属污染的状况。重金属对植物的毒害效应重金属对植物产生毒害的典型症状很少，比较普遍的重金属对植物产生毒害的典型症状很少，比较普遍的症状为：失绿、症状为：失绿、 叶片上棕色斑块、叶缘变色，根颜叶片上棕色斑块、叶缘变色，根颜色变深、发育不良及形成珊瑚壮根。色变深、发育不良及形成珊瑚壮根。对植物产生毒害的重金属浓度

20、及毒害效应非常难以评对植物产生毒害的重金属浓度及毒害效应非常难以评价，因为它取决于很多因素，一些非常重要的因素包价，因为它取决于很多因素，一些非常重要的因素包括相关离子的比例，与重金属结合形成的化合物，与括相关离子的比例，与重金属结合形成的化合物，与氧结合形成的阴离子等。这些结合物可能比简单的重氧结合形成的阴离子等。这些结合物可能比简单的重金属离子更高毒或低毒。金属离子更高毒或低毒。四、土壤重金属污染的植物效应四、土壤重金属污染的植物效应植物对重金属的耐性外部因素 根际重金属的可溶性和移动性。金属离子间的拮抗。根际重金属的可溶性和移动性。金属离子间的拮抗。菌根及氧化菌根及氧化 胶膜的形成。胶膜

21、的形成。内部因素 对离子的选择性吸收。根内离子转移性低。将重金对离子的选择性吸收。根内离子转移性低。将重金属离子固定于某些器官或细胞，形成非活动形态，属离子固定于某些器官或细胞，形成非活动形态， 因而不干扰正常代谢活动。因而不干扰正常代谢活动。五、土壤重金属的指示植物检测植物的受害症状主要是通过肉眼观察植物体受污染影响后发生的形态变主要是通过肉眼观察植物体受污染影响后发生的形态变化。生长在污染土壤中的敏感植物受污染物的影响，会化。生长在污染土壤中的敏感植物受污染物的影响，会引起根、茎、叶在色泽、形状等方面的症状引起根、茎、叶在色泽、形状等方面的症状 。锰过剩引起植株中毒，会使老叶边缘和叶尖出现

22、许多焦锰过剩引起植株中毒，会使老叶边缘和叶尖出现许多焦枯褐色的小斑并逐渐枯褐色的小斑并逐渐 扩大。扩大。铜、铅、锌复合污染使水稻的植株高度减小、分蘖数减铜、铅、锌复合污染使水稻的植株高度减小、分蘖数减少、茎叶及稻谷产量降低。少、茎叶及稻谷产量降低。五、土壤重金属的指示植物检测植物体内污染物含量生活在重金属污染土壤中的植物都能够不同程度地吸收一些重金属。生活在重金属污染土壤中的植物都能够不同程度地吸收一些重金属。通过分析这些植物体内重金属的含量，可以判断污染土壤中重金属通过分析这些植物体内重金属的含量，可以判断污染土壤中重金属的生物可利用性，从而判断土壤受重金属污染的程度。的生物可利用性，从而判

23、断土壤受重金属污染的程度。目前最常用的分析方法是：分析植物种植前后土壤中重金属含量的目前最常用的分析方法是：分析植物种植前后土壤中重金属含量的变化与植物吸收重金属的量的相关性，寻找相关较好的植物作为指变化与植物吸收重金属的量的相关性，寻找相关较好的植物作为指示植物。示植物。 用黑麦幼苗法指示重金属污染程度是在用黑麦幼苗法指示重金属污染程度是在Neubauer Neubauer 等首先提出用黑麦等首先提出用黑麦幼苗法测定土壤中营养元素的有效性后发展起来的，由于该法是一幼苗法测定土壤中营养元素的有效性后发展起来的，由于该法是一种十分有效、简便而且快速的生物实验技术，近十年来已经广泛应种十分有效、简

24、便而且快速的生物实验技术，近十年来已经广泛应用到环境科学实验中来研究一些痕量元素的生物有效性。并通过试用到环境科学实验中来研究一些痕量元素的生物有效性。并通过试验找到了可以替代黑麦的最佳植物验找到了可以替代黑麦的最佳植物小麦。用可食用植物如萝卜小麦。用可食用植物如萝卜的含量和生理生化反应指示土壤中镉、铅的浓度胡卜吸收镉的量表的含量和生理生化反应指示土壤中镉、铅的浓度胡卜吸收镉的量表征土壤受重金属镉的污染程征土壤受重金属镉的污染程 度度1 1 以及各种豆科植物的变色病监测以及各种豆科植物的变色病监测除草剂的大气沉降量。等等也已经被广泛应用于重金属污染评价。除草剂的大气沉降量。等等也已经被广泛应用

25、于重金属污染评价。五、土壤重金属的指示植物检测植物体内污染物含量用黑麦幼苗法指示重金属污染程度是在用黑麦幼苗法指示重金属污染程度是在Neubauer Neubauer 等首先等首先提出用黑麦幼苗法测定土壤中营养元素的有效性后发展提出用黑麦幼苗法测定土壤中营养元素的有效性后发展起来的，由于该法是一种十分有效、简便而且快速的生起来的，由于该法是一种十分有效、简便而且快速的生物实验技术，近十年来已经广泛应用到环境科学实验中物实验技术，近十年来已经广泛应用到环境科学实验中来研究一些痕量元素的生物有效性。并通过试验找到了来研究一些痕量元素的生物有效性。并通过试验找到了可以替代黑麦的最佳植物可以替代黑麦的

26、最佳植物小麦。小麦。用可食用植物如萝卜的含量和生理生化反应指示土壤中用可食用植物如萝卜的含量和生理生化反应指示土壤中镉、铅的浓度胡卜吸收镉的量表征土壤受重金属镉的污镉、铅的浓度胡卜吸收镉的量表征土壤受重金属镉的污染程染程度度以及各种豆科植物的变色病监测除草剂的大气沉以及各种豆科植物的变色病监测除草剂的大气沉降量。等等也已经被广泛应用于重金属污染评价。降量。等等也已经被广泛应用于重金属污染评价。五、土壤重金属的指示植物检测植物根际微生物数量的变化土壤中微生物种类繁多、土壤中微生物种类繁多、 数量庞大，有的微生物不仅参数量庞大，有的微生物不仅参与土壤中与土壤中 污染物的循环过程，还可以作为环境载体吸收污染物的循环过程，还可以作为环境载体吸收重金属等污染物，因而对污染土壤中重金属的迁移和释重金属等污染物，因而对污染土壤中重金属的迁移和释放产生影响，从而左右重金属的生物有效性。放产生影响，从而左右重金属的生物有效性。五、土壤重金属的指示植