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3.2 指示物对临界值的影响
重金属临界值确定总是从某一特定的目的出发,选择特定参照物、即需要保护的对象作为指示物。由于指示物之间的差异,则所得的临界值可能产生较大的变化。
3.2.1 不同农作物之间的差异。
以江苏潮土和水稻土为例,当以小白菜、小萝卜和水稻为指示作物时,潮土Pb临界值分别为 110 mg/kg、220 mg/kg和230 mg/kg;而水稻土分别为36.5 mg/kg、140 mg/kg和110 mg/kg。对于Cd,潮土分别为1.09 mg/kg,6.11 mg/kg和1.63 mg/kg;水稻土分别为0.30 mg/kg、3.43 mg/kg和0.74 mg/kg。
表明以水稻为指示物时,潮土Pb临界值较高,而以小萝卜为指示物时,潮土Cd的临界值较高。水稻土以小萝卜为指示物时,Cd和Pb均具有较大的临界值。不同种类的蔬菜对Pb的临界值亦不相同[52,54,55];木薯亦有其安全临界值。
3.2.2微生物类型和酶之间的差异。
土壤微生物是土壤生态结构的组成部分,在土壤生态环境质量研究中是必要的考察项目。Pb对不同类型微生物影响的浓度范围有着明显的差异,在一定浓度范围内Pb对红壤中细菌群体有显著刺激作用,而对放线菌和硝化菌却有显著的抑制作用,因此以不同类型的微生物作指示物时,其临界值的范围将不一样。
研究表明,重金属胁迫会影响土壤酶活性。对土壤中3种酶的研究发现,与土壤碳循环有关的酶受到的胁迫较小,与土壤氮、磷和硫等循环有关的酶受重金属胁迫作用显著。
在重金属复合污染的情况下(Zn、Cu、Ni、V和Cd分别为300、100、50、50和3 mg/kg)芳基硫酸酯酶、碱性磷酸酶和脱氢酶分别只有对照的56%~80%、46%~64%和54%~69%。
Cu对土壤b-半乳糖苷酶和脱氢酶的EC50值(指使生物数量或活性下降50%的重金属浓度)分别为78.4 和24.8 mg/kg。
3.3 试验场地和环境条件对临界值的影响。
对同一成土母质所进行的土壤大田调查、小区、和盆栽试验表明,糙米Pb浓度和土壤含Pb量之间有着良好的相关性[,如以糙米Pb限量0.2mg/kg为参比值,则大田、小区和晚稻盆栽试验所得的临界含量分别为462 mg/kg、90 mg/kg和82 mg/kg,表明小区和温室盆栽与大田所获得的结果之间有着较大差异。此外,温室与大田土壤在重金属的空间变异性方面亦值得关注。
环境温度对重金属的吸收有着明显的影响。机理研究表明,植物对一些重金属的吸收为被动吸收,因而当温度变化时,势必影响水分蒸腾作用,从而影响了植物对重金属的吸收。
1987和1988年盆栽小麦的比较表明,1987年抽穗成熟期温度较低,4月中旬收割;而1988年5月中旬收割,抽穗成熟期温度相对较高,结果麦粒Pb含量比1987年要高2-4倍,其中温度的影响可能是一个主要原因。
相同品种的水稻分别作为早稻和晚稻种植时,晚稻对Cd的吸收明显高于早稻。当进入土壤的外源As浓度为40 mg/kg时,早稻(成熟期月均温27.8℃~28℃)、中稻(成熟期月均温16.9℃~ 22.7℃)和晚稻(成熟期月均温10.5℃~ 16.9℃)糙米中As含量分别为0.67、0.43和0.33 mg/kg。
3.4 污染历程对临界值的影响
3.4.1 平衡时间与浓度。小区平衡试验表明,排水中Pb浓度随着时间的推移而浓度降低。在土壤外源Pb为240 mg/kg时,40d的追踪测试表明,田间排水Pb从1752 μg/L降至1.6 μg/L。
3.4.2 形态的变化。黄棕壤和红壤中添加Pb的培育提取表明, 1 mol/L NH4OAc可提取态Pb随时间推移而降低(2-16w),其下降幅度黄棕壤约为38 - 66%,红壤为32 - 42%。下蜀黄棕壤在稻作(前茬)和小麦(后茬)轮作后,1 mol/L NH4OAc 可提取Pb浓度下降了10 - 30%,这种趋势与植物吸收随时间变化相一致,因而可以认为吸收量随时间的变化而减少可能主要是由于可提取态的减少所致。
另一方面,植物对重金属的吸收并不总是随着时间的推移而下降,连续3年盆栽试验表明,水稻对Cd的吸收是一种起伏不定的状况,因而临界值的确定应该是一个长期试验的结果[2]。
3.4.3 污染发生过程。植物对Pb的吸收在一定浓度范围内有随浓度增加而上升的趋势,超过一定的浓度时,由于根系受害而降低元素吸收的能力,从而使得吸收量下降,因而单纯从籽实含量来判断土壤污染状况时,有可能造成失误。
对影响大豆植株中Pb含量因素的研究表明, 在Pb浓度为500和1000 mg/kg处理中( pH4.5,CEC 6.8 cmol+/kg),其地上部分Pb含量分别为127.8和83.9 mg/kg,表明添加1000 mg/kg Pb反而比500 mg/kg时植株吸收的 Pb要少, 因而污染发生过程的影响使得植株Pb含量与土壤Pb含量之间并不总是有良好的对应关系,如对污染历程缺乏了解,就有可能造成误判。
另一方面,这一现象亦说明在农产品产地土壤重金属污染防治的研究中,必须进行土壤和植物点对点的采样,才有可能对土壤环境质量做出客观的评估。
3.5 不同品种之间临界值的差异
由于生理、生化和遗传特性等不同,即使同一种植物的不同品种之间对重金属的胁迫亦可能有不同的反映,因而临界值亦可能不同。
对不同品种大白菜的研究表明,地上部Pb和Cd含量存在显著品种差异。不同基因型番茄对Cd有不同的胁迫反应。水稻亦是如此,7种类型水稻糙米含镉量从高到低依次为特种稻、常规早籼稻、三系杂交晚稻、两系杂交晚稻、常规晚籼稻、常规粳稻、爪洼稻。
Cd在不同类型品种和不同器官中的含量均存在显著差异,在常规籼稻精米、稻谷中的含量最高,在杂交稻精米和稻谷中的含量居中,常规粳稻中的含量最低,而Pb在常规籼稻稻米和稻谷中的含量显著高于在粳稻和杂交稻中的含量[70]。32个不同品种水稻的研究表明,糙米Cd含量为0.06–0.59mg/kg,Pb 含量为0.25–3.15mg/kg,品种之间存在显著差异,从而不难发现,根据农产品中污染物限量和糙米重金属含量计算的土壤重金属临界值亦有显著不同。
上述例证虽然不是影响临界值的全部因素,但可足以说明土壤重金属临界值(基准)或标准受制于多种因素,因而具有依存性和相对性,很难给出一个全国的统一标准、使之适用于不同利用条件和不同地区。
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