植煙土壤重金屬的有效性范文

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《農業環境科學學報》2014年第八期

1材料與方法

1.1樣品采集選擇典型植煙區的代表性田塊，于前茬作物收獲后、后茬烤煙起壟前采集0~20cm表層土樣共440個。具體采樣方法為：在每個取樣田塊，根據土塊的形狀按“S”形隨機布設4~6個樣點的土樣構成一個混合樣品，采用四分法保留大約1kg。樣品經自然風干，研磨過篩保存備用。

1.2樣品分析土壤pH值采用電位法，有機質采用重鉻酸鉀-濃硫酸外加熱法測定[13]；有效態重金屬采用不同的提取劑，即Cu、Ni、Zn用DTPA浸提[13]，Cd、Pb用1mol•L-1NH4OAc浸提[14]，用原子吸收光譜法測定；Hg、和Cr用0.1mol•L-1HCl浸提[15]，Hg用冷原子吸收光譜法測定、用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法、Cr用二苯碳酰二肼分光光度法。

1.3數據處理采用Excel2003和SPSS17.0軟件對數據進行分析和處理。

2結果與分析

2.1植煙土壤重金屬有效態含量的分布特征研究區內、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的有效態平均含量分別為0.92、0.075、0.75、1.62、0.004、1.89、1.14、1.94mg•kg-1（表1）。各元素有效態含量樣品間的變異系數為48.97%~95.64%，整體屬于中等變異[16]，其中Hg、Pb變異最為明顯，分別達到95.64%和90.56%，說明有效態含量的影響因素復雜，受人為因素等影響更大[17]；8種元素中Hg和Pb的有效性受人為因素影響也相對較大。

2.2植煙土壤有效態重金屬之間的關系采用相關分析、主成分分析和系統聚類相結合的方法，來探討該植煙區土壤有效態重金屬之間的相關性。研究區域內，大部分重金屬元素的有效含量之間均達到顯著性相關水平（表2）。-Cd、-Pb、Cd-Ni、Cd-Pb、Cr-Zn、Cu-Zn、Hg-Ni、Ni-Pb之間達到極顯著正相關，表明它們可能具有同源性[18-19]或是伴生關系[20]；-Ni、Cr-Cu、Cu-Hg、Hg-Zn間表現出顯著性相關；而Cr-、Cr-Cd、Cr-Hg、Cr-Pb、Cr-Ni、Cu-Cd、Cu-Ni的相關性不顯著。結果表明，有效、Cd、Ni、Pb、Zn與8種元素中大部分元素都呈現較高的相關性，是伴隨污染較多的元素，而有效Cr與其他元素的相關性很弱，說明該元素的累積獨特。Kaiser-Meyer-Olkin檢驗表明，KMO統計量為0.547，大于0.5說明數據適合主成分分析，顯著性水平為0意味著變量之間并不相互獨立[21]。根據特征值>1的原則，運用SPSS軟件對有效態8項指標進行主成分分析，用方差最大法進行正交旋轉，得到主成分的特征值、方差貢獻率及其累計方差貢獻率（表3、表4）。可以看出，前3個主成分累計貢獻率為59.604%，表明已包含樣本的大部分信息。主要因子識別是通過土壤因子對主成分的貢獻率即主成分載荷進行分析（圖1、圖2），載荷大的即可認為是主要影響因子，其正負可以反映出因子的復合性[22]。可以看出，第一主成分在有效態Cu和Zn上具有較大的正向載荷，由表2可以看出其相關系數達到了0.694，呈極顯著水平。冶煉、銅鋅合金、鍍鋅等工業生產以及給排水設施、建筑裝飾材料等生活用料[23]都對Cu、Zn污染有貢獻。第一主成分在一定程度上可以反映工業和生活污染。第二主成分在有效Cd和Pb上均有很大的正向載荷。研究表明[24]，隨著磷肥及復合肥的大量施用，土壤有效Cd含量不斷增加，作物吸收Cd量也相應增加。近年來，農用塑料薄膜大面積推廣使用，由于其生產過程中加入了含有Cd、Pb的熱穩定劑，也增加了土壤重金屬污染[25]。因此，Cd和Pb在一定程度上可以作為反映農業活動水平的因子。第三主成分在有效Hg和Ni上有較大的正向載荷。Hg和Ni均為化石燃料燃燒后的產物，Hg主要來自于燃煤發電，燃燒行業中釋放汞量約占60%[21]，火力電廠和汽車化石燃料產生的飛灰能使大氣中Ni含量高達120~170ng•m-3[26]，因而第三主成分可以在一定程度上解釋為大氣降塵的污染水平。

2.3植煙土壤重金屬生物有效性的影響因素土壤重金屬的形態除了受重金屬元素本身性質和含量影響外，也受到土壤理化性質的直接影響，尤以pH和有機質影響較為顯著[27]。統計表明，研究區域pH值小于7的樣點比例為95%，其中小于6.5的占80%，植煙土壤大部分偏酸性。有效態、Cu、Hg、Zn與pH呈正相關（表5），相關系數的大小順序為Hg>Zn>Cu>，其中Hg元素與pH的相關性顯著。李永華等[28]認為隨著pH值升高，酸提取態汞的含量明顯增加。而有效態Cd、Cr、Ni和Pb與pH呈負相關，相關系數的大小順序為Cd>Pb>Cr>Ni，其中有效態Cd、Pb與pH的相關性極顯著，有效態Cr與pH的相關性顯著。當pH值下降時，土壤中Cd、Pb和Cr的有效態含量增加，容易發生遷移而被煙葉吸收。研究區域土壤有機質含量范圍在12.34~45.86g•kg-1，平均為25.94g•kg-1，處于較豐富的水平[10]。分析發現，除有效態Hg與有機質呈負相關外，其余元素與有機質均為正相關關系，其影響的大小順序為Cd>Pb>>Zn>Ni>Cr>Cu，其中有效態Cd和Pb與有機質的相關性極顯著，、Zn和Ni與有機質的相關性顯著。

3討論

3.1pH對植煙土壤重金屬生物有效性的影響土壤pH直接影響重金屬的活性，從而影響重金屬的遷移和淀積行為。pH升高時，土壤中粘土礦物、水合氧化物和有機質表面的負電荷增加，因而對離子的吸附能力加強，使溶液中重金屬離子的濃度降低[29]。有研究表明，pH是影響土壤組分對Cd吸附解析的重要因素，pH值下降時，交換態Cd含量增加[30]。Chuan等[31]對污染土壤的Cd、Pb研究結果指出，在堿性條件下，其有效態含量很低；李忠義等[32]也指出Cd、Pb與pH呈極顯著負相關，與本研究區域植煙土壤中有效態Cd、Pb與pH的相關性結果一致。因此，有效控制土壤中Cd、Pb元素對煙葉的脅迫，可以通過調控pH值來實現，如施用石灰提高土壤pH值[33]。

3.2有機質對植煙土壤重金屬生物有效性的影響有機質對重金屬形態的影響機制復雜：一是能夠提高土壤pH值，增加土壤固相有機質對重金屬的吸附，形成難溶性沉淀，降低土壤中重金屬的活性；二是有機質中釋放出的H+可與土壤重金屬離子交換[29]，腐殖質中的富里酸與重金屬形成易溶的絡合物，從而增加土壤溶液中重金屬離子濃度[34]。一般情況下有機質與重金屬有效態呈負相關，而研究區域植煙土壤中有效、Cd、Ni、Pb和Zn與有機質均達到顯著性正相關。鐘曉蘭等[34]發現有機質對重金屬有效態含量有較大正向作用；袁波等[17]研究表明有效Pb與有機質極顯著正相關，是由于富里酸與重金屬形成易溶的絡合物；李忠義等[32]研究表明，有效態Cd、Pb、Zn與有機質呈極顯著正相關；劉洋等[35]研究也表明土壤有效、Cd與有機質顯著正相關，并指出研究區土壤施用肥料中含有一定量的重金屬。目前，大量施肥導致土壤重金屬含量增加的報道較多[27，36]，因此，實際煙草生產中，在保證煙葉生產的基礎上，盡量少施肥或施入重金屬含量較低的有機肥，這樣可以有效減少土壤中Cd、Pb、和Zn等元素對煙葉的脅迫。由相關分析可知，pH和有機質對不同重金屬有效態的影響作用大小和方向不同，表明有效態含量并不完全受pH和有機質影響，還受到重金屬全量、粘粒、粉粒、砂粒及CEC、FeOx、MnOx含量及土壤類型共同影響，其中重金屬全量是影響較大的因素[27]。因此，進一步分析植煙土壤中各重金屬的形態與全量以及土壤理化性質的關系具有重要意義。

4結論

（1）植煙土壤中8種重金屬元素有效態含量屬于中等變異，范圍在48.97%~95.64%之間，Hg和Pb變異相對較大，表明重金屬有效態含量受人為因素影響較大。（2）植煙土壤重金屬有效態含量之間大多表現出顯著的相關性。、Cd、Ni、Pb、Zn是伴隨污染較多的元素，而Cr與其他元素的相關性很弱。（3）植煙土壤重金屬有效性的三個主成分分別反映工業與生活污染源、農業污染源、大氣自然污染源。（4）土壤理化性質顯著影響植煙土壤重金屬的有效性，其中pH和有機質主要影響Cd、Pb的有效性，而、Zn和Ni的有效性則主要為有機質所控制。

作者：王春香徐宸許安定陳玉成楊志敏楊超單位：西南大學資源環境學院西南大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室重慶市農業資源與環境研究重點實驗室中國煙草總公司重慶市公司，重慶重慶煙草科學研究所