土壤与环境
SOIL AND ENVIRONMENTAL SCIENCES
1999年 第8卷 第1期 Vol.8 No.1 1999



有机物质添加量对污染土壤铜形态及活性的影响
陈世俭
摘要 分析了泥炭和堆肥两种有机物质的添加量水平对冶炼厂附近污染土壤中铜形态及其活性的影响。结果表明，添加土重2.5％有机物质就对土壤铜化学形态与活性产生显著的影响，使氧化锰结合态和松结合有机态铜等向紧结合有机态铜转化，使土壤化学活性铜（2.5％醋酸提取）降低约20％；添加量增加到5.0％，控制作用有明显加强的趋势；添加量再增至10.0％，单位添加量有机物质的控制作用明显减弱。
关键词 土壤铜污染；有机物质添加量；化学形态；化学活性
Effects of the Amount of Organic Matter Added on Fractionation and Availability of Copper in Contaminated Soil.
Chen Shijian (Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077). Soil & Environ Sci, 1999, 8(1): 22～25
After peat or compost are added in copper contaminated soil, fractionation and availability of copper are obviously affected during the nine months’ incubation. Compared with no organic treatment, the fractions of soil copper changes with the sharp decrease of WBO-Cu and OXMn-Cu, and increase of SBO-Cu and AmorFe-Cu. The chemical available copper extracted by 2.5% acetic acid solution decreases by 20%～55% in all three level of organic treatments. When the amounts of organic materials added in soil increase, the effects increase. But the range of the effect with the organic amount increases from 2.5% to 5.0% is larger than that from 5% to 10%. There are the same trend of the effects with the two organic materials used in the experiment.
Key Words fractionation; heavy metal pollution; amount of organic matter added
　　由于重金属在土壤中的难移动性和污染危害的长期性，有关重金属在土壤中化学行为的研究受到重视[4]。重金属铜在土壤环境中既有植物营养问题，又有土壤污染问题。研究土壤铜的形态区分与转化、作物吸收积累与反应规律，有利于确定土壤铜的环境容量和铜污染土壤的改良方法[3, 4]。由于铜与土壤有机质之间存在着特殊的亲和力，研究添加外源有机物质对土壤铜形态与活性的影响作用[3, 4, 6]，有利于揭示有机物质对污染土壤铜作用的规律，为指导铜污染土壤的改良提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
　　供试铜污染土壤取自湖北大冶有色金属公司冶炼厂以南，为水稻土，全铜含量309.6 mg/kg，所用的泥炭和堆肥的化学性状同前[6]。
1.2 试验方法
　　培养试验：按风干土重0%、2.5%、5%和10%添加有机物质，与1000 g原状污染土壤充分混匀，装在800 ml塑料烧杯中，加去离子水使之保持湿润状态；烧杯外壁，包以遮光纸，烧杯口盖上表面皿，培养于温室。定期补充去离子水和采集土壤样品，样重50～100 g，风干磨细过筛备测。重复三次。
　　土壤铜形态区分同前[1, 2, 6]，用火焰原子吸收分光光度法测定铜含量。
2 结果与讨论
2.1 有机物质添加量对污染土壤铜形态分配的影响
　　从有机物质添加量对土壤铜形态影响的总趋势看（表1），添加量从2.5%增至5.0%，有机物质的作用效果较大；但从5.0%增至10.0%，增效就不那么明显。随添加量增加而作用增强的铜形态主要有两种：Exch-Cu较大，AmorFe-Cu次之；Min-Cu本身的变化就不大；而SBO-Cu的增加却变弱。
表1 有机物质各添加水平土壤铜形态分配系数*平均值与对照的相对值

处理Exch-WBO-OXMn-SBO-AmorFe-COXFe-Min-
对照　　均值(mg/kg)0.1921.961.6626.288.3613.4228.13
2.5%　　相对值1.400.910.421.071.140.961.01
5.0%1.660.870.241.101.150.951.02
10.0%1.790.860.241.061.210.951.05

*分配系数是各形态铜含量占土壤全铜的百分数
　　不同种类有机物质添加量的大小对土壤铜形态的影响有差异（表2）。在未种植作物的情况下，这种影响受两方面因子的制约，即有机物质本身以及添加量的多少共同影响土壤铜的分配。往往前者的作用大于后者，比如，泥炭和堆肥两种有机物质都使Exch-Cu增加，然而由于堆肥对该形态的影响强于泥炭，故随添加量增加，堆肥提高Exch-Cu的效果也更显著。
　　　　表2 不同有机物质添加量对土壤铜形态分配的影响（与对照的相对值比较）

处理添加量(%)Exch-WBO-OXMn-SBO-AmorFe-COXFe-Min-
对照00111111
泥炭2.51.211.050.330.991.060.961.01
　5.01.370.950.171.041.140.921.04
　10.01.371.000.261.001.110.891.06
堆肥2.51.580.780.531.131.240.931.02
　5.01.950.780.321.171.170.981.01
　10.02.210.730.221.111.240.991.05

　　在OXMn-Cu下降幅度上，泥炭和堆肥的作用差异不大，与总趋势相类似。
　　施用量对两种有机结合态的影响并没有因添加量增加而有规律地加大，其他形态亦是增减无规律性，原因有待于今后再研究。但总的说来，为治理污染土壤，施用有机物质对铜形态的作用效果并不随施用量的增大而有规律地加大。
　　表3为泥炭与堆肥的三个添加水平对土壤铜形态分配影响的比较结果，从所获这些动态变化数值看，两种有机物质施用量增大对铜形态影响的最大效果出现在施用前期，约两个月左右。随着培养时间继续延长，添加量加大的影响逐步削弱，但堆肥的作用效果延续得比泥炭长，这可能是两者组分的分解稳定性的差异所致。
　　　　表3 不同培养时间有机物质三个添加量水平之间铜形态分配系数的比例（2.5%:5.0%:10%）

处理时间
(月)Exch-WBO-OXMn-SBO-AmorFe-COXFe-Min-
泥炭0.51:1.47:1.471:0.73:0.731:0.69:1.471:1.22:1.181:1.20:1.111:0.83:0.941:1.01:1.04
21:1.08:1.041:0.96:0.931:0.34:0.521:1.00:1.041:1.12:1.661:0.98:0.831:1.03:1.07
41:0.85:1.001:0.92:1.181:0.34:0.341:1.00:0.981:1.07:0.851:0.94:0.781:1.09:1.06
61:1.18:1.001:0.92:0.941:0.87:0.541:0.97:0.791:1.17:1.071:1.04:1.311:1.02:1.15
91:1.08:1.151:1.01:1.051:0.57:0.291:1.04:1.081:0.90:0.881:0.97:0.861:1.02:1.04
堆肥0.51:1.28:1.891:0.98:0.881:0.55:0.411:1.02:0.961:0.94:1.121:0.95:0.911:1.04:1.13
21:1.39:1.641:0.96:0.891:0.86:0.511:1.04:1.021:0.85:0.861:1.10:1.091:0.98:1.04
41:1.37:1.221:1.01:0.891:0.64:0.371:1.08:0.991:0.89:1.141:0.90:1.011:0.99:1.03
61:1.14:1.281:1.06:1.001:0.96:1.041:0.94:0.811:1.04:1.251:1.15:1.291:0.95:1.00
91:1.03:1.031:1.00:0.971:0.44:0.281:1.08:1.171:0.97:0.921:1.03:1.021:0.95:0.93

2.2 不同种类有机物质对污染土壤铜化学活性的影响
　　2.5％醋酸提取的化学活性铜与植物吸取铜有良好的相关性[3]。测定结果（表4）表明，施用有机物质皆有明显控制土壤化学活性铜的效果，且活性铜减少的幅度随有机物质添加量的增加而增大。
　　　　表4 不同培养时间下，各有机物质添加量水平的土壤化学活性铜含量（mg/kg）

培养时间（月）　00.51.03.06.09.0平均值相对值
对照0%21.2721.2117.2316.2815.7416.7417.341
2.5%　15.6812.4212.3312.6812.9813.21**0.762
泥炭5.0%　12.9510.1810.5310.3610.2810.86**0.626
10.0%　9.626.836.927.887.467.74**0.446
2.5%　16.6614.1413.1112.6812.8413.89**0.801
堆肥5.0%　13.6310.6110.4410.6110.5311.13**0.642
10.0%　9.627.617.867.557.808.08**0.466

*据方差分析，1％L.S.D=1.31 mg/kg。
　　在9个月培养期间内，化学活性铜平均值较对照减少的百分数可以反映有机物质不同添加水平作用的差异。泥炭降低活性铜的百分数随添加量由低到高分别为：23.8%、37.4%和55.9%，而堆肥则为19.9%、35.8%和53.4%。方差分析表明，两种有机物质四个添加量水平（对照、2.5％、5.0％、10.0％）相互间的差异皆达极显著水平。虽然从平均值看，同一添加量的泥炭控制化学活性铜的效果略高于堆肥，但检验结果差异不显著。
　　从化学活性铜动态变化来看，三个添加量的有机物质对活性铜的控制效果在一个月内已明显出现，以后趋于平缓[6]，并一直维持到本实验末（9个月培养期），不同添加量的这种效果差异能维持多久，有待于继续研究。
　　实验的计算结果（表5）还表明，随有机物质添加量的增加，每单位（1%添加量）的有机物质使化学活性铜减少的数量明显降低。
表5 两种有机物质添加量降低化学活性铜的效果比较

有机物质
种类添加量
(%)化学活性铜均值
(mg/kg)平均1%添加量对活性
铜的减少值(mg/kg)减少值的相对
百分数(％)
泥炭2.513.211.65100
　5.010.861.3079
　10.07.790.9658
　2.513.891.38100
堆肥5.011.131.2490
　10.08.090.9367

　　按2.5%醋酸提取的化学活性铜来衡量，针对本实验的铜污染土壤，2.5%添加量的泥炭和堆肥就能获得较好的效果（降低活性铜20％左右），既用量少又可效。若在此基础上考虑再增加添加量，堆肥用量可略提高。
2.3 结论与分析
　　由于铜离子与有机物质具有特殊的亲合力，有机铜络合物的稳定性很高。在营养水平上，有机质含量高常常降低土壤铜的有效性而导致作物缺铜，高有机质土壤（泥炭土和沼泽土）就是如此。因而在制定土壤污染环境容量时，土壤有机质含量起着决定性的作用，我国从南到北，土壤有机质含量递增，土壤铜的环境容量也明显增大。那么在治理铜等重金属污染时，施用有机物质亦是一种有效的方法[3]。
　　有机物质改良铜污染土壤的作用在于降低土壤铜的生物活性，使土壤铜难以被植物吸收而免受过多铜离子的毒害。这种作用在土壤铜形态分配上的特点是使松结合有机态和氧化锰结合态铜向紧结合有机态转化[6]，也表现为2.5％醋酸所提取的化学活性铜的明显减少，且这种影响在实验的9个月内没有明显减弱的趋势。但同时，培养实验中两种有机物质各个添加量水平都使土壤交换态铜有所增加，因而有关在种植作物情况下的反应和有机物质作用的持续时间有待于进一步研究。
作者单位：中国科学院测量与地球物理研究所，武汉 430077
参考文献
1 蒋廷惠. 土壤中锌、铜、铁、锰的形态区分方法选择. 环境科学学报，1990, 10(3): 280～286
2 韩凤祥，胡霭堂. 土壤痕迹元素形态分级提取方法的研究. 农业环境保护，1989, 8( 5): 26～29
3 Chen Shijian, Hu Aitong. Effects of peat on amelioration of copper contaminated soils. Wetland Environment and Peatland Utilization. Shenyang: Jilin People's Publishing House, 1994. 487～492
4 陈世俭，胡霭堂. 土壤铜形态及有机物质的影响. 长江流域资源与环境, 1995, 4(4): 367～371
5 陈世俭，胡霭堂. 污染土壤中铜的分配特征. 迈向二十一世纪的土壤和植物营养科学. 北京：农业出版社，1997. 127～129
6 Chen Shijian, Hu Aitong. Effects of organic type on fractionation and availability of copper in contaminated soil. Soil, Environment and Human Interactions. Beijing: Chinese Science and Technology Press, 1998. 298～305
收稿日期：1998-10-09
