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物探与化探, 2024, 48(3): 858-867 doi: 10.11720/wtyht.2024.3686

生态地质调查

广西荔浦市土壤—农作物中重金属迁移转化及生态效应

蒋羽雄,1,2, 文美兰1, 潘启明,2, 蒋柏昌2, 王忠伟2

1.桂林理工大学 地球科学学院,广西 桂林 541006

2.广西壮族自治区区域地质调查研究院,广西 桂林 541003

The migration,transformation and ecological effects of heavy metals in soil-cropsystem in Lipu, Guangxi

JIANG Yu-Xiong,1,2, WEN Mei-Lan1, PAN Qi-Ming,2, JIANG Bo-Chang2, WANG Zhong-Wei2

1. College of Earth Sciences,Guilin University of Technology, Guilin 541006, China

2. Regional Geological Survey Research Institute of Guangxi, Guilin541003, China

通讯作者: 潘启明(1992-),男,工程师,主要从事勘查地球化学和矿产地质工作。Email:651208474@qq.com

第一作者: 蒋羽雄(1998-),男,硕士,主要研究方向为环境地球化学。Email: 1804485346@qq.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2021-12-17   修回日期: 2022-04-25  

基金资助: 广西科技计划项目(2021JJA150037)
广西壮族自治区财政专项资金项目(桂地矿办[2017]33号)

Received: 2021-12-17   Revised: 2022-04-25  

摘要

为了解荔浦市土壤和农作物中重金属含量及其分布特征,采集荔浦市土壤及农作物(水稻、荔浦芋、柑橘、马蹄)样品,测定土壤样品pH值、As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn全量以及As、Cd、Cr、Hg、Pb的形态含量,农作物样品测定了As、Cd、Cr、Hg、Pb含量,计算出重金属元素的生物富集系数(BCF),探讨了土壤—农作物系统中重金属元素迁移转化和生态效应。结果表明:①区内表层土壤以酸性土壤为主,As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn平均含量分别为13.57×10-6、0.33×10-6、87.06×10-6、0.153×10-6、27.49×10-6、30.46×10-6、27.94×10-6、82.53×10-6,均高于全国土壤背景值。②农作物中水稻样品中的重金属含量较荔浦芋、柑橘、马蹄中高,且水稻根、茎、籽实中重金属含量也不同。③重金属元素的生物富集系数在水稻中普遍偏高,水稻根部生物富集系数最大,籽实最小。重金属在土壤—水稻系统的迁移能力显著高于荔浦芋、柑橘和马蹄。④Cd是研究区最活跃的土壤重金属元素,其可交换态占全量比例显著高于As、Cr、Hg、Pb,应重点关注Cd的生态风险情况,防止农作物Cd超标对人类产生危害。

关键词： 荔浦市; 土壤; 农作物; 重金属; 迁移转化; 生态效应

Abstract

In order to understand the content and distribution characteristics of heavy metals in soil and crops in Lipu,soil and crops (rice, Lipu taro, citrus, water chestnut) were collected. Todetermine the pH value of soil samples and the total amount of As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, Cu, Zn and the form content of As, Cd, Cr, Hg, and Pb.The content of As, Cd, Cr, Hg, Pb in crop samples was measured.The bioconcentration factor (BCF) of heavy metal elements was calculated. The migration and transformation and ecological effects of heavy metal in the soil-crop system are analyzed. The results showed that:① The topsoil in the study area is predominantly acidic in the study area. The average contents of As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb, Cu, and Zn in the surface soil in the area were 13.57×10-6, 0.33×10-6, 87.06×10-6, 0.153×10-6, 27.49×10-6, 30.46×10-6, 27.94×10-6, 82.53×10-6.Respectively, all of which were higher than the national soil background values.②The heavy metal content in rice crops is higher than that in Lipu taro, citrus, and horseshoe.The heavy metal content is also different in rice roots, stems, and seeds.③ The bioaccumulation coefficient of heavy metal was generally high in rice. When comparing different parts of rice, the bioconcentration coefficients of heavy metals were greatest in the roots and least in the seeds. And when comparing different crops, the migration capacity of heavy metals in the soil-rice system was significantly higher than that of Lipu taro, citrus and water chestnut.④ The exchangeable state of Cd in the study area is significantly higher than As, Cr, Hg, and Pb. Cd is the most active soil heavy metal in the study area, it should be paid more attention to prevent excessive Cd in crops from causing harm to people.

Keywords： Lipu city; heavy metals; soil; crops; migration and transformation; ecological effects

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本文引用格式

蒋羽雄, 文美兰, 潘启明, 蒋柏昌, 王忠伟. 广西荔浦市土壤—农作物中重金属迁移转化及生态效应[J]. 物探与化探, 2024, 48(3): 858-867 doi:10.11720/wtyht.2024.3686

JIANG Yu-Xiong, WEN Mei-Lan, PAN Qi-Ming, JIANG Bo-Chang, WANG Zhong-Wei. The migration,transformation and ecological effects of heavy metals in soil-cropsystem in Lipu, Guangxi[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(3): 858-867 doi:10.11720/wtyht.2024.3686

0 引言

土壤不仅是自然环境的一部分,同时也是粮食生产中重要的物质保障,对于人类和生物的生存至关重要。随着现代工农业的发展,越来越多的重金属污染物进入土壤,农作物会吸收土壤中的重金属并且在体内富集,人食用被重金属污染的农作物会对人体产生巨大的危害[1]。研究发现,食用镉污染的大米会使人体肾脏、肝脏和骨骼组织受到破坏,食用砷污染的大米或铬污染的蔬菜会增加癌症发病率,铅和汞是神经毒素并可通过食用海鲜、蔬菜和大米等途径进入人体[2]。同时,土壤中重金属超标会影响当地农业生产,限制当地经济发展。因此,研究土壤与农作物中的重金属对于保证人体健康和实现农业安全生产有着重要的意义。

本文基于荔浦市土地质量地球化学评价工作,以研究区内土壤和农作物(水稻、荔浦芋、柑橘、马蹄等)为研究对象,对土壤和农作物中重金属元素含量及其分布特征进行分析,探讨了重金属元素在土壤—农作物系统中的迁移富集特征及规律,旨在为研究区农作物种植结构调整、发展特色农业、生产安全健康农产品提供参考。

1 研究区概况

研究区位于广西壮族自治区东北部,桂林市南部,地跨东经110°06'~110°41',北纬24°18'~24°46',扼桂中要津,是桂东北的交通枢纽。全区面积为595 km2,地处北回归线北侧,属中亚热带湿润气候地区,四季分明,夏长冬短,春、秋为过渡季节。区内主要出露地层和岩性为泥盆系、石炭系、二叠系的碎屑岩和碳酸盐岩,第四系的砂砾石层和黏土层,地表未见岩浆岩出露(图1)。研究区矿产资源丰富,有泥炭、铁、锰、铜、铅、锌、银、金、铝土矿、磷、重晶石、建筑用砂、石灰岩等矿种,其中堆积型锰矿分布较广。研究区四面环山,山体自西向东倾斜,四周较高,中部是起伏的低中丘台地,一部分是石山峰林,将市境切割成数块小盆地。区内土地利用类型以林地、耕地为主,林地和耕地分别占总面积的38.09%和47.41%。

图1

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图1   研究区地质图(根据文献[3]修改)

1—桂平组;2—望高组;3—孤峰组;4—栖霞组;5—大埔组;6—黄金组;7—英塘组;8—鹿寨组;9—融县组;10—五指山组;11—榴江组;12—东村组;13—桂林组;14—巴漆组;15—唐家湾组;16—东岗岭组;17—信都组;18—信都组上段;19—信都组下段;20—四排组;21—大乐组;22—贺县组;23—莲花山组;24—整合岩层界线;25—岩层产状;26—实测正断层;27—实测逆断层;28—区域性断层;29—工作区;30—河流;31—石灰岩矿(床)点;32—黏土矿(床)点;33—铅矿(床)点;34—铁矿(床)点;35—锰矿(床)点;36—多金属矿(床)点;37—金矿(床)点;38—硅化

Fig.1   Geological map of the study area (modified according to the reference[3])

1—Guiping Formation;2—Wanggao Formation;3—Gufeng Formation;4—Qixia Formation;5—Dapu Formation;6—Huangjin Formation;7—Yingtang Formation;8—Luzhai Formation;9—Rongxian Formation;10—Wuzhishan Formation;11—Liujiang Formation;12—Dongcun Formation;13—Guilin Formation;14—Baqi Formation;15—Tangjiawan Formation;16—Donggangling Formation;17—Xindu Formation;18—upper section of the Xindu Formation;19—lower section of the Xindu Formation;20—Sipai Formation;21—Dale Formation;22—Hexian Formation;23—Lianhuashan Formation; 24—consolidated rock boundaries;25—rock production;26—measured positive faults;27—measured reverse faults; 28—regional faults;29—working area;30—rivers;31—limestone ore (bed) points;32—clay ore (bed) points;33—lead ore (bed) points;34—iron ore (bed) points;35—manganese ore (bed) points (beds) points;36—polymetallic ore (beds) points;37—gold ore (beds) points;38—silicification


区内主要的土壤类型为红壤土、水稻土和紫色土,红壤土在各乡(镇)的低山、丘陵盆地、谷地均有分布;水稻土集中分布于冲积小平原及小河流沿岸;紫色土则在紫色砂页岩丘陵区均有分布。研究区农产品丰富,粮食作物以水稻、玉米为主,园艺作物主要有柑橘、沙田柚等,其中沙糖橘、夏橙、荔浦芋、马蹄、沙田柚、西瓜为特色农产品,无公害蔬菜、芋头(荔浦芋)、马蹄、生姜等是当地主要经济作物。

2 样品采集与分析测试

2.1 样品采集与加工

根据土地质量地球化学调查采样密度及样点布设要求,共采集了表层土壤样品3 967件,每件样品质量1.0~1.5 kg,采样深度0~20 cm。野外采样时以预布点为中心样点,以不跨图斑为原则在其四周20~50 m范围确定2~5个分样点,等份组合成一个混合样。土壤样品悬挂在阴凉处自然风干,用木棒敲碎碾压,全部通过2 mm尼龙筛。

共采集农作物样品132件,其中水稻样50件(籽实30件,根、茎叶各10件)、柑橘46件、荔浦芋18件、马蹄18件,同时配套采集根系土样品(图2)。采样方法为:按照均匀化原则布设采集水稻样,在连片种植区内确定采样点,根据水田的形状采用蛇形法、梅花点法等布设分样点,采集成熟、颗粒饱满、无病虫害的稻穗,等量混匀组成一个样品,每个样品由20个以上的植株组成。柑橘样以所采样品具有代表性为原则,以0.1~0.2 hm2为采样单元,在采样单元内选取5~10株果树,每株果树纵向四分,从其中一份的上、中、下、内、外各侧均匀采摘,混合成样。荔浦芋、马蹄随机采集可食用部分,样品质量1 000 g。柑橘属于果树,其根系土采集0~60 cm的毛根区连续土柱,不设分样点,在其余农作物采样位置采集对应根系土,采样深度为0~20 cm,保证上下均匀采集,样品质量大于1 000 g,由3~5个子样等量混合组成一件样品。采集的水稻茎叶和水稻根样品用去离子水洗净,晾干后送至实验室,水稻籽实样品经脱壳后制成精米,粉碎至不低于20目,过筛后转移至塑料瓶中密封保存,待分析测试;柑橘样品用去离子水洗净,自然晾干后取可食用部分进行分解和粉碎,搅拌均匀后转移至磨口玻璃瓶中,置冰箱中于4 ℃冷藏保存待分析;荔浦芋和马蹄样品用自来水冲净泥沙,去皮、去节后用去离子水洗净,晾干后分解成若干小块,将样品破碎均匀至合适粒度,过筛后转移至塑料瓶中密封保存,待分析测试。

图2

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图2   农作物采样点位

Fig.2   Bitmap of crop sampling points


2.2 分析测试

本次测试工作由四川省成都综合岩矿测试中心和广西壮族自治区地质矿产测试研究中心共同承担。按照土壤和农作物样品的分析测试要求[4],土壤样品采用XRF测定Cr,采用ICP-MS测定Cu、Pb、Zn、Ni、Cd,采用AFS测定As、Hg,采用pH计测定pH值。农作物样品采用微波消解后,参照规范[5]采用ICP-MS分析测定As、Cd、Cr、Pb,采用AFS测定Hg。采用七步提取法[6]测定了40件土壤样品中重金属形态含量,配套分析方案见表1。

表1   土壤重金属形态分析方法配套方案

Table 1  Matching scheme of soil heavy metal speciation analysis method

序号提取方法相态测试方法
12.5000 g样品25 mL水提取水溶态ICP-MS测定Pb、
Cd、Cr,
AFS测定As、Hg
2残渣用25 mL MgCl2溶液提取离子交换态
3残渣用25 mL NaAc溶液提取碳酸盐结合态
4残渣用50 mL Na4P2O7溶液提取腐殖酸结合态
5残渣用25 mL HONH3Cl溶液提取铁锰氧化态
6残渣用8 mL H2O2-HNO3溶液恒温水浴提取强有机结合态
70.2000 g残渣,HNO3-HClO4溶解残渣态

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经统计,土壤和农作物样品准确度和精密度合格率均为100%,农作物样品进行重复性分析,基本数据与检查数据间的相对双差均在规定[7]的范围之内,合格率为100%,数据质量可靠。

3 结果与讨论

3.1 土壤重金属元素含量特征

研究区土壤pH值在3.69~8.3,平均值为5.66,78.95%的土壤样品呈酸性(pH<6.5)。研究区土壤元素含量统计特征值显示(表2),As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn重金属元素平均值均高于全国土壤元素背景值[8],Cd、As平均值分别是全国土壤背景值的3.4、1.2倍,除As外,其他7种重金属的平均值都大于广西土壤背景值[7],推断是由于研究区属于碳酸盐岩地区,基岩风化成壤过程中碳酸盐母质组分大量流失而造成了土壤中重金属元素的显著富集。全国第一次土壤污染调查显示[9],广西表层土壤中 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn分别是全国表层土壤的2.0、4.5、1.6、1.1、2.6、1.3、1.4和1.4倍,是我国典型的碳酸盐岩地质高背景区。罗慧等[10]、唐世琪等[11]、孙子媛等[12]研究认为,碳酸盐岩风化和成土过程是造成华南喀斯特地区土壤重金属地球化学异常的重要原因之一。研究区各重金属元素的变异系数大小排序为:Cd>As>Ni>Hg>Cr>Zn>Cu>Pb,Cd和As的变异系数分别达到了1.10和1.46,其高变异系数说明土壤可能受到了人类活动的影响。

表2   土壤重金属元素含量特征值统计(n=3967)

Table 2  Statistical characteristic values of heavy metal elements in soil(n=3967)

元素均值/10-6变异系数极小值/10-6极大值/10-6全国土壤背景值[8] /10-6广西土壤背景值[8] /10-6
As13.571.101.22278.0011.220.50
Cd0.331.460.039.240.100.27
Cr87.060.5712.60785.0061.0082.10
Hg0.150.650.021.610.070.15
Ni27.490.885.45513.0026.9026.60
Pb30.460.4510.30354.0026.0024.00
Cu27.940.476.20182.0022.6027.80
Zn82.530.5518.70414.0074.2075.60

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3.2 农作物重金属元素含量特征

由荔浦市水稻根、茎叶、籽实以及荔浦芋、柑橘、马蹄中As、Cd、Cr、Hg、Pb含量统计分析(表3、图3)可知,水稻籽实中As、Cd、Cr、Hg、Pb的含量分别为0.183×10-6、0.138×10-6、0.099×10-6、0.006×10-6、0.057×10-6,明显高于荔浦芋、柑橘、马蹄中各重金属元素的含量。水稻籽实中含量较高的As、Cd是荔浦芋中As、Cd的20.3、1.45倍,是柑橘中As、Cd的24.08、125.45倍,是马蹄中As、Cd的6.54、69倍。

表3   农作物样品重金属元素含量特征值

Table 3  Characteristic values of heavy metal contents in crop samples

元素均值/10-6标准差/10-6变异系数极小值/10-6极大值/10-6中值/10-6
水稻籽实
(n=30)		As0.1830.1530.8370.1100.9500.150
Cd0.1380.2782.0160.0061.1900.030
Cr0.0990.0130.1270.0820.1200.095
Hg0.0060.0081.3510.0020.0430.003
Pb0.0570.0040.0730.0500.0690.057
水稻茎叶
(n=10)		As2.6551.0750.4050.5904.8002.565
Cd0.6390.7821.2240.0142.2100.209
Cr4.2690.5980.143.4705.0404.405
Hg0.0090.0010.1660.0070.0110.008
Pb0.3860.1240.3220.2607.0000.350
水稻根
(n=10)		As62.2940.210.64613.900140.00057.650
Cd1.3071.4131.0810.0683.4100.550
Cr22.187.2420.32614.30035.6020.750
Hg0.0210.0070.3360.0120.0340.023
Pb5.3321.8460.3462.3108.1905.485
荔浦芋
(n=18)		As0.0090.0020.1760.0060.0120.008
Cd0.0950.0610.6470.0080.1850.097
Cr0.0300.0050.1710.0170.0410.030
Hg0.0020.0010.4230.0000.0030.002
Pb0.0320.0150.4560.0120.0620.030
柑橘
(n=46)		As0.00760.00130.1660.00590.01100.0076
Cd0.00110.00020.1830.00000.00160.0011
Cr0.02390.00280.1190.02000.03300.0230
Hg0.00020.00000.2190.00010.00020.0002
Pb0.01210.00230.1860.01000.02300.0120
马蹄
(n=18)		As0.0280.0120.4260.0110.0620.028
Cd0.0020.0020.6500.0010.0060.002
Cr0.0170.0030.1520.0140.0230.017
Hg0.0020.0010.3390.0010.0030.002
Pb0.0080.0030.4080.0040.0130.007

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图3

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图3   水稻不同部位重金属平均含量对比

Fig.3   Column of the comparison of the average content of heavy metals in different parts of rice


水稻不同部位重金属元素含量呈现出根>茎叶>籽实特征,说明重金属主要富集在距离土壤耕作层最近的根部,从根部向籽实的迁移能力逐渐减弱,水稻根—茎叶—籽实含量逐渐降低可能与这些元素不是水稻所需要的营养元素相关。值得注意的是,水稻根中As含量远高于茎叶和籽实,其平均值分别是二者的320.4倍和23.5倍,As含量相差巨大可能是因为水稻根系中两种不同类型的细胞质膜转运体吸收运输As的过程中,由于砷酸根与硅酸根较为相似,因此水稻根部吸收富集有大量的As,水稻会合成植物螯合素络合As,从而会降低As在水稻体内的移动性,减少了As向地上部分的富集[13]。荔浦芋中Cd和Pb的含量分别为0.095×10-6、0.032×10-6;柑橘中Cr和Cd的含量最高,分别为0.023 9×10-6、0.001 1×10-6,但Cd含量显著低于水稻和荔浦芋;马蹄中As和Cr的平均含量最高。上述结果表明,不同农作物在吸收和富集重金属方面有着明显不同。

可见,造成研究区内相似地质背景下的水稻籽实中重金属元素含量高于其他农作物的原因可能与农作物自身的转运能力以及植物体内相关螯合态等多重因素有关[14],并且可能由于水稻根、茎叶和籽实的组织结构差异导致重金属元素在其中迁移能力有所不同,从而使得不同部位重金属含量有所差异。

3.3 土壤—农作物重金属元素迁移特征

人类通过食物链所吸收的重金属与土壤—农作物系统密不可分,生物富集系数(BCF)反映了生态系统中的生物要素和非生物要素对生物富集作用的影响[15],可以展现出农作物从土壤中富集重金属元素的能力。BCF的计算公式为[16]:

BCF=C农作物/C根系土,

式中:C农作物表示元素在农作物中的含量(10-6);C根系土表示元素在对应根系土中的含量(10-6)。表4为不同农作物中重金属的BCF变化范围,由表可知,水稻不同部位重金属元素的BCF表现为:水稻根>水稻茎叶>水稻籽实,说明重金属被水稻吸收后,更多的被根部截留,少量向上迁移。重金属在植物体内有着一定的分布规律,在根部和茎部等代谢较强的器官中含量较大,而在果实和籽粒等储存营养的器官中含量则相对较少[17],马宏宏等[18]、王晓娟等[19]对农作物的研究结果也表现出与本次研究结果相似的特征。但是水稻中Cd的高富集系数说明水稻易富集Cd,在Cd污染的地区不宜种植水稻。

表4   不同农作物的生物富集系数变化范围

Table 4  Variation range of bioconcentration coefficient of different crops

农作物种类AsCdCrHgPb
水稻籽实0.003~0.0400.007~6.8790~0.0020.003~0.2230~0.003
水稻茎叶0.063~0.4200.040~4.0100.010~0.0800.008~0.0300.006~0.020
水稻根0.310~7.5000.420~4.4800.320~0.4100.060~0.2100.130~0.290
马蹄0.0025~0.08310.0102~0.12420.0030~0.00190.0224~0.15170.0008~0.0027
荔浦芋0.0009~0.00130.0373~2.63470.0005~0.00160.0071~0.06980.0015~0.0074
柑橘0.0001~0.00230~0.01140~0.00400.0002~0.00270.0001~0.0013

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马蹄中重金属的富集程度显著小于水稻。研究区马蹄中Hg的BCF值较As、Cr、Pb高,与谢丽萍等[20]认为的马蹄更倾向于吸收Hg的结果一致,但是马蹄样品中未检测出Hg超标,一方面是因为土壤Hg含量较低,另一方面是土壤—马蹄系统中Hg的活性不强,马蹄对Hg的吸收较少。荔浦芋中As、Cr、Hg、Pb的BCF值较低,总体小于水稻和马蹄的BCF值,但荔浦芋Cd的BCF值位于0.037 3~2.634 7,高于As、Cr、Hg、Pb。柑橘中重金属的BCF值低于其他3种农作物,说明柑橘对重金属的富集能力较弱。

由上可知,不同农作物对重金属元素的吸收有着不同的表现,重金属在同种农作物的不同部位,其吸收表现也不一样。水稻对As和Cd表现出很强的吸收能力;荔浦芋对Cd的吸收高于其他重金属,这与邹日[21]对芋头中重金属的研究相一致;本次研究结论与宋波等[22]对桂北某铅锌矿影响区柑橘的研究认识一致,柑橘对重金属的吸收能力较其他农作物弱,柑橘可能具有Baker[23]认为的金属排斥性,所以在研究区内近年成片种植的柑橘均未出现重金属超标,可以为农作物结构调整作为参考依据;马蹄对不同重金属吸收特征各异,对Pb、Cd耐受性强,而对Hg吸收性强,在Hg有污染风险的地区应减少马蹄的种植。

3.4 土壤中重金属元素赋存形态特征

土壤中元素经过长期的物理、化学、生物等作用,可转化为植物可利用的有效成分,元素的活性态迁移是决定生物生态环境效应的重要因素[24]。土壤中重金属的赋存形态与其生物可利用性密切相关[25],水溶态、离子交换态为可交换态,是生物有效组分,易被植物吸收;碳酸盐结合态、腐殖酸结合态、铁锰结合态、强有机结合态在酸化条件下易被植物吸收,为潜在生物有效组分;残渣态比较稳定,不易被植物吸收,生态风险较低[26]。研究区Cd、Pb、As、Hg、Cr重金属元素赋存形态百分比如表5和图4所示。结果表明,Pb、Hg的残渣态占比分别为41.84%、60.85%,可交换态占比较低,为2.04%、0.22%,二者潜在有效组分占比较高,分别为56.12%、38.93%,但是Pb和Hg的全量较低,生物可利用风险较低。As、Cr主要以残渣态形式存在,分别占全量的92.04%、91.45%。研究区Cd的残渣态占比最低,占全量的13.27%,Cd的可交换态和潜在有效组分远远高于其他重金属,已有研究表明,不同地区土壤中重金属Cd赋存形态具有一定的相似性,大多表现出低残渣态和高活性态的特征[27-28]。研究区土壤整体为酸性,酸性条件下易于Cd的活化和迁移,导致Cd的化学活性和生物可利用潜力增强,这可能是造成研究区水稻Cd易于超标的主要原因。

表5   土壤重金属各组分赋存形态比例

Table 5  The percentage of different chemical forms of heavy metals%

形态CdPbAsHgCr
可交换态(水溶态+
离子交换态)		23.692.040.820.220.24
碳酸盐结合态+腐殖酸
结合态+铁锰结合
态+强有机结合态		63.0256.127.1438.938.31
残渣态13.2741.8492.0460.8591.45

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图4

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图4   土壤重金属赋存形态分布特征

Fig.4   Chemical fractions of heavy metals in soil samples


图5、图6、图7、图8为Cd、Pb、Hg的同一采样点位测试的可交换态含量与农作物含量的对比。由图可知水稻对Cd较敏感,基本不受Pb、Hg可交换态的影响;柑橘中重金属的含量基本不受可交换态的影响;马蹄的Cd含量与可交换态含量呈正相关,Hg虽是马蹄的富集元素,但研究区Hg的可交换态占比较少,马蹄与Hg的关系不明显;荔浦芋中Cd、Pb含量与其可交换态含量呈正相关。这些特征说明了农作物对重金属的吸收不仅受重金属赋存形态、生物富集系数等的影响,更与Baker[29]认为的植物对不同重金属的耐性有关。

图5

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图5   Cd、Hg、Pb可交换态含量与水稻Cd、Hg、Pb含量对数对比

Fig.5   Logarithmic comparison of Cd, Hg, Pb exchangeable content and Cd, Hg, Pb content in rice


图6

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图6   Cd、Hg、Pb可交换态含量与柑橘Cd、Hg、Pb含量对数对比

Fig.6   Logarithmic comparison of Cd, Hg, Pb exchangeable content and Cd, Hg, Pb content in citrus


图7

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图7   Cd、Hg、Pb可交换态含量与马蹄Cd、Hg、Pb含量对数对比

Fig.7   Logarithmic comparison of Cd, Hg, Pb exchangeable content and Cd, Hg, Pb content in horseshoe


图8

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图8   Cd、Hg、Pb可交换态含量与荔浦芋Cd、Hg、Pb含量对数对比

Fig.8   Logarithmic comparison of Cd, Hg, Pb exchangeable content and Cd, Hg, Pb content in Lipu taro


4 结论

1)研究区表层土壤pH平均值为5.66,以酸性土壤为主。区内重金属呈现不同程度富集,As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cu、Zn平均值高于全国土壤元素背景值,除As外的重金属的平均值超过了广西土壤背景值。农作物中水稻的重金属含量较荔浦芋、柑橘、马蹄中高,且水稻不同部位的重金属元素平均富集系数表现为根>茎叶>籽实。

2)不同土壤—农作物系统中,重金属元素的迁移累积特征存在差异。Cd迁移能力最强,Cd在土壤—水稻、土壤—荔浦芋系统中表现出较强的迁移能力,明显强于其他两种土壤—农作物系统;马蹄虽对Hg敏感,但总体而言马蹄对重金属元素吸收累积能力较弱;柑橘中重金属元素的生物富集系数均较低,土壤—柑橘系统中重金属的迁移能力弱。

3)Cd、As、Pb、Hg、Cr可交换态占全量比分别为23.69%、2.04%、0.82%、0.22%、0.24%,Cd的化学活性和生物可利用潜力相对最大。水稻和荔浦芋中Cd的含量与可交换态含量成正相关,可以对研究区农产品种植进行调整,在高Cd地区改种马蹄和柑橘。

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