不 同 比 例 钾 锌 共 存 对 土 壤 镉 有 效 性 的 影 响

宋 正 国 等 : 不 同 比 例 钾 锌 共 存 对 土 壤 镉 有 效 性 的 影 响 907水 溶 性 钾 、 锌 的 含 量 将 增 加 , 与 镉 离 子 竞 争 土 壤 的吸 附 位 点 , 降 低 土 壤 对 镉 的 吸 附 。 我 们 先 前 的 吸 附试 验 也 证 实 了 这 一 点 , 即 与 钠 离 子 相 比 , 钾 、 锌 明显 降 低 土 壤 对 镉 的 吸 附 , 降 低 镉 的 分 配 系 数 [2] 。 在本 试 验 中 , 钾 、 锌 以 不 同 比 例 施 入 土 壤 , 能 够 提 高土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 ; 但 连 续 施 用 钾 锌 , 却 降低 了 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 。 这 可 能 是 种 植 作 物后 , 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 不 仅 受 离 子 交 换 吸 附的 影 响 ; 同 时 , 由 于 土 壤 溶 液 中 离 子 是 最 易 被 植 物吸 收 的 形 态 , 植 物 对 镉 的 吸 收 也 是 一 个 重 要 的 影 响[13]因 素 。Lorenz 等 指 出 , 一 般 情 况 下 土 壤 溶 液 中 镉的 质 量 浓 度 在 植 物 生 长 期 间 降 低 , 可 能 的 原 因 : 一是 植 物 对 镉 吸 收 ; 二 是 镉 、 锌 在 低 离 子 强 度 下 对 土壤 吸 附 位 点 的 再 次 分 配 。钾 离 子 是 土 壤 主 要 的 盐 基 饱 和 离 子 之 一 。 钾 通过 与 镉 离 子 竞 争 土 壤 的 吸 附 点 位 影 响 土 壤 对 镉 的吸 附 。 施 入 钾 肥 , 会 增 加 土 壤 中 水 溶 性 钾 的 含 量 ,[14]提 高 土 壤 溶 液 中 钾 的 质 量 浓 度 。Appel 等 发 现 在母 质 为 高 岭 石 的 土 壤 上 , 土 壤 对 钾 选 择 性 吸 附 能 力增 强 , 其 机 制 是 由 于 土 壤 粘 粒 的 电 荷 密 度 不 能 有 效的 消 除 被 吸 附 阳 离 子 的 水 合 作 用 。 另 一 方 面 钾 的 质量 浓 度 升 高 , 土 壤 溶 液 的 离 子 强 度 增 加 , 促 进 镉 的解 吸 , 增 加 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 [15] 。 而 锌 作为 镉 的 同 族 元 素 , 是 土 壤 中 镉 吸 附 位 点 的 主 要 竞 争者 [4] ; 且 土 壤 对 锌 具 有 很 强 的 专 性 吸 附 , 结 果 是 增加 土 壤 表 面 正 电 荷 的 数 量 , 土 壤 对 镉 的 排 斥 力 增大 , 镉 吸 附 量 减 少 。 随 着 溶 液 中 锌 的 质 量 浓 度 的 增加 , 镉 的 解 吸 量 明 显 升 高 [10] 。 与 钾 相 比 , 锌 对 土 壤吸 附 镉 的 影 响 更 大 , 我 们 先 前 的 吸 附 试 验 证 实 了 这一 点 , 即 与 钾 离 子 相 比 , 锌 明 显 降 低 土 壤 对 镉 的 吸附 [2,13] 。 在 本 实 验 中 , 锌 的 用 量 与 土 壤 溶 液 中 镉 的质 量 浓 度 呈 显 著 正 相 关 ; 钾 锌 共 存 时 , 锌 的 用 量 是控 制 土 壤 溶 液 中 镉 质 量 浓 度 的 主 要 因 素 。植 物 对 镉 的 吸 收 包 括 非 代 谢 吸 收 与 代 谢 吸 收两 种 机 制 , 非 代 谢 吸 收 包 括 阳 离 子 交 换 和 扩 散 两 种类 型 。 其 中 阳 离 子 交 换 为 可 逆 过 程 , 其 它 阳 离 子 可以 将 部 分 镉 从 根 系 的 细 胞 壁 上 解 吸 下 来 。 钾 、 锌 同时 施 入 土 壤 后 , 其 共 同 的 作 用 使 一 部 分 镉 从 土 壤 颗粒 表 面 被 解 吸 下 来 , 以 镉 离 子 的 形 式 进 入 土 壤 溶液 , 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 升 高 。 本 实 验 的 结 果证 实 了 这 一 点 ( 图 1)。 土 壤 溶 液 中 的 钾 、 锌 与 镉 等离 子 扩 散 至 小 油 菜 根 系 表 面 , 锌 阳 离 子 将 与 镉 竞 争根 系 表 面 吸 收 位 点 , 降 低 小 油 菜 根 系 对 镉 的 吸 收 。由 于 植 物 根 系 对 钾 、 镉 的 吸 收 方 式 不 同 , 且 钾 离 子与 二 价 离 子 竞 争 植 物 根 系 的 吸 收 位 点 的 能 力 很 弱[16] , 因 此 , 钾 对 小 油 菜 镉 的 竞 争 吸 收 效 应 较 弱 。 而锌 与 镉 具 有 相 同 的 核 外 电 子 构 型 , 化 学 性 质 极 为 相似 [13] , 二 者 可 以 竞 争 根 细 胞 膜 表 面 的 吸 收 位 点 , 能够 以 相 同 方 式 被 植 物 吸 收 、 转 运 [17] ; 与 钾 相 比 , 锌影 响 植 物 吸 收 镉 的 作 用 更 强 。 在 本 实 验 中 , 同 时 施用 钾 、 锌 , 增 加 了 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 , 增 加了 锌 钾 的 吸 收 , 却 降 低 了 小 油 菜 对 镉 的 吸 收 。 这 是由 于 在 相 同 镉 污 染 水 平 下 , 钾 、 锌 一 方 面 与 镉 竞 争土 壤 表 面 的 吸 附 位 点 ; 另 一 方 面 锌 与 镉 竞 争 根 系 表面 吸 收 位 点 ; 而 钾 的 施 用 可 提 高 植 物 抗 逆 性 , 促 进植 物 生 长 , 形 成 稀 释 效 应 。 提 高 锌 、 钾 肥 用 量 , 增加 小 油 菜 生 物 量 , 促 进 锌 对 镉 在 根 系 上 的 竞 争 吸收 , 增 加 小 油 菜 对 锌 、 钾 的 吸 收 , 导 致 小 油 菜 吸 收镉 的 数 量 降 低 。 在 本 试 验 中 , 根 系 竞 争 吸 收 作 用 是影 响 镉 有 效 性 高 低 的 主 要 因 子 。 大 量 的 研 究 证 实 ,[15]提 高 锌 肥 用 量 , 会 明 显 抑 制 镉 在 植 物 根 系 的 吸 收及 植 物 体 内 运 输 、 转 运 , 减 少 植 物 对 镉 吸 收 [17-22] 。在 本 实 验 中 , 锌 的 用 量 与 小 油 菜 吸 收 镉 的 数 量 呈 显著 正 相 关 , 钾 锌 共 存 时 , 锌 的 用 量 是 控 制 土 壤 镉 有效 性 的 主 要 因 素 。 综 合 本 试 验 中 的 小 油 菜 产 量 , 小油 菜 钾 、 锌 与 镉 吸 收 量 等 数 据 , 从 不 影 响 小 油 菜 正常 生 长 , 显 著 提 高 小 油 菜 钾 、 锌 利 用 率 及 明 显 降 低土 壤 镉 的 有 效 性 等 角 度 考 虑 , 在 中 轻 度 镉 污 染 土 壤上 , 钾 、 锌 肥 料 施 用 的 最 佳 配 比 为 4∶1。4 结 论(1) 以 不 同 比 例 施 用 钾 、 锌 肥 并 不 会 明 显 改 善镉 对 小 油 菜 的 毒 害 作 用 。 增 加 共 存 体 系 中 锌 肥 的 用量 , 明 显 增 加 土 壤 溶 液 中 镉 的 质 量 浓 度 ; 钾 、 锌 共存 摩 尔 比 例 为 4∶1 时 , 明 显 降 低 小 油 菜 植 株 内 镉含 量 。 钾 、 锌 以 不 同 比 例 施 入 土 壤 , 锌 肥 施 用 量 多少 是 控 制 土 壤 镉 有 效 性 高 低 的 主 要 因 素 。(2) 从 小 油 菜 生 长 情 况 , 提 高 钾 、 锌 肥 利 用 率及 明 显 降 低 土 壤 镉 的 有 效 性 等 角 度 综 合 考 虑 , 在 中轻 度 镉 污 染 土 壤 上 种 植 小 油 菜 , 最 佳 钾 、 锌 肥 料 配施 比 例 为 4∶1( 摩 尔 比 )。参 考 文 献 :[1] 陈 怀 满 . 土 壤 植 物 系 统 中 的 重 金 属 污 染 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社 ,1996: 71-125.CHEN Huaiman. Heavy Metal Pollution in the Soil-Plant System [M].Beijing: Science Press, 1996: 71-125.[2] 宋 正 国 , 徐 明 岗 , 刘 平 , 等 . 钙 锌 钾 共 存 对 赤 红 壤 镉 吸 附 的 影 响 [J].生 态 环 境 , 2006, 15(5): 993-996.SONG Zhengguo, XU Minggang, LIU Ping, et al. Effects ofco-existing cations, Ca, K, and Zn on adsorption of cadmium inlateritic red soil[J]. Ecology and Environment, 2006, 15(5): 993-996.[3] TREMMINGHOFF E J M, VAN DER ZEE S E A T M, DE HAAN FA M. Speciation and calcium competition effects on cadmium sorptionby sandy soil at various pHs[J]. European Journal of Soil Science,1995, 46: 649-655.[4] MUSTAFA G, SING B, KOOKANA R S. Cadmium adsorption anddesorption behavior on goethite at low equilibrium concentrations:effect of pH and index cations[J]. Chemosphere, 2004, 57: 1325-1333.