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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。
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;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。
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