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3 土壤环境质量标准赋值的依存性是土壤作为资源利用的需要
目前,土壤环境质量标准中的重金属赋值,主要采用生物效应法。对于农产品而言,主要依赖于食品中污染物的限量标准,通过试验获得产品可食部分重金属浓度与土壤中相应元素含量的关系,从而推算出土壤重金属的临界值。
土壤重金属的临界值是指在特定目标和特定条件下土壤中某种重金属的最大安全浓度。除了土壤利用目的不同具有不同的质量标准外,重金属临界值受到多种因素的影响亦是依存性的良好体现。
进入土壤的重金属可以溶解于土壤溶液中,吸附于胶体的表面,闭蓄于土壤矿物之内,与土壤中其他化合物产生沉淀,这些都影响到生物效应。
土壤不同组份之间重金属的分配,即重金属形态,是决定重金属生物效应的基础,一种离子由固相形态转移到土壤溶液中,是土壤中增加该离子对生物有效性的前提。
控制土壤固-液相间平衡的因子十分复杂,而且至今尚未完全弄清楚;但研究表明在这样一个复杂体系中的平衡为其pH、温度、有机质含量、氧化还原电位、矿物成分、矿物类型以及其他可溶性成份的浓度等所影响,这些因素同样影响着土壤-植物系统重金属的分配,影响着土壤重金属的临界值。
3.1、 土壤类型和土壤性质对临界值的影响:
3.1.1 土壤类型:不同类型的土壤有着不同的土壤性质,土壤重金属临界值与土壤性质有着十分密切的关系。表3为我国一些不同类型土壤中As、Cd、Cu和Pb的相对临界值(根据文献34计算),以土壤生物效应为基础,选定土壤-植物、土壤-微生物、土壤-水体系为观测指标,在综合各项因素的基础上,经过对比分析,逐级筛选,最后选择其中最低值作为土壤生态系统的临界值。
由表3可见,一些不同类型土壤的临界值有着明显的差异,例如就As而言,孝感黄棕壤的临界值最大,而石灰性紫色土最小,两者相差6倍;普通灰钙土的Cd具有最大临界值,而下蜀黄棕壤最小,两者相差7.7倍。
近期研究表明,潮土(江苏涟水县)和水稻土(江苏无锡市)之间Cd的临界值分别为1.63 mg/kg和0.74 mg/kg ,而Pb为230 mg/kg和110 mg/kg。由于临界值在土壤类型之间差异较大,故农产品产地重金属限量标准应该充分考量土壤类型的差异。
表3 不同类型土壤中As、Cd、Cu和Pb的相对临界含量(以临界值最大值为100%)
Table 3 the relative critical content of As, Cd, Cu andPb in different types of soils (the maximum critical value was set as 100%)
3.1.2 土壤性质:一般说来,pH是影响土壤-植物系统中重金属行为的主要因素,对重金属阳离子来说,pH越低,溶解度越大,活性越大,植物吸收越多,这有可能归因于一些固相盐类溶解度的增加使得重金属的吸附减少,从而增加了土壤溶液中重金属的浓度。
例如随着pH的升高土壤对Cd的固持能力增强,进入土壤溶液中的可溶态Cd较少,从而减少了植物对Cd的吸收。研究表明,应用土壤总Cd和土壤pH可以预测稻米对土壤Cd的吸收。
结合稻米Cd的预测模型,应用基于稻米摄人风险的方法计算了不同pH土壤Cd临界值。在土壤pH为5、6、7、8时,土壤Cd临界值分别为0.42 mg/ kg、0.79 mg/kg、1.49 mg/ kg和2.81 mg/ kg,临界值随土壤pH升高而显著提高。大田重金属空间变异性的研究亦表明,pH对水稻吸收重金属有着明显的影响。
在相同Pb含量而pH不同的土壤中,所栽种的大豆对Pb的吸收表现出随着pH升高而降低的趋势。在控制氧化还原电位(-200、-100、0、+100、+200和+400 mV)和pH(5、6、7和8)情况下的研究结果表明,水稻对Cd 的吸收总量随着氧化还原电位的增加和pH的降低而增加。
在淹水条件下,水稻减产25%时的土壤外源Cd浓度为320 mg/kg,而在非淹水条件下同样减产幅度时的Cd浓度仅为17 mg/kg。水稻不同生育期由于烤田处理所造成的Eh变化及其对糙米重金属含量的影响表明,由于烤田处理使糙米中重金属的含量有一定程度的增加。
在其他条件相似的情况下,阳离子交换容量越高,对重金属的钝化能力越强[48]。试验表明,随着CEC的下降,大豆植株中Pb的含量显著增加。
土壤中离子的交互作用也影响植物对重金属的吸收,Cd、Zn共存对植物吸收Cd和Zn均有影响。野外条件下土壤和小麦含镉量的调查结果表明,土壤中锌和镉的含量变化影响着小麦对镉的吸收,当Zn/Cd比增大时,小麦吸收镉量会随之降低,从而增加了Cd的临界值;土壤Zn/Cd比与小麦吸收镉之间呈负指数关系。
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