喀斯特林地土壤重金属形态特征及其评价

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　　　　　ｏ．６Ｖｏｌ．２６，Ｎ

，Ｄｅｃ．２０１９　

喀斯特林地土壤重金属形态特征及其评价

张家春１，曾宪平２，张珍明３，文锡梅４，张清海５，林昌虎５

（贵州省植物园，贵阳５遵义市环境保护监测中心站，贵州遵义５１．５０００４；２．６３０００；

）贵州省生物研究所，贵阳５贵州省山地资源研究所，贵阳５贵州医科大学，贵阳５３．５０００９；４．５０００２；５．５００２５摘　要：通过野外调查与室内分析，对喀斯特林地土壤重金属全量及形态构成进行了调查，对土壤重金属污染及其生，，，，，物有效性进行了评价，并探讨分析了土壤重金属与土壤ｐ中性土壤ＡｓＣｄＣｕＮｉＰｂＺｎＨ值的相关性。结果表明：，，，，及Ｃ残渣态土壤重金属比例ｒ全量均大于酸性土壤的全量；Ａｓ以酸溶态为主，ＣｄＣｕＮｉＰｂＺｎ及Ｃｒ以残渣态为主，为中性高于酸性土壤；酸性和中性土壤重金属Ｐ中性土壤的Ａ中性和酸ｂ全量、ｓ和Ｃｕ全量均高于贵州土壤背景值；，性土壤重金属Ａ酸性土壤为轻度污染，中ｓＣｄ和Ｎｉ全量及酸性土壤重金属Ｃｕ全量超过土壤环境质量二级标准值；，性土壤为中度污染；重金属生物有效性表现为Ａ酸性土壤Ａｓｄ＞Ｃｒｉｂ＞Ｚｎ＞Ｃｕｓ生物有效性指数最高，＞Ｃ＞Ｎ＞Ｐ、与中性土壤相比，酸性土壤重金属生物有效性高；可氧化态Ｐ残渣态Ｃ酸溶态Ｈ值呈极显著正相关，Ｃｕ全量、ｂｕ与ｐ酸溶态Ｃ残渣态ＡＺｎ与ｐｒ与ｐｓ与ｐＨ值呈极显著负相关，Ｈ值呈显著负相关，Ｈ值呈显著正相关。喀斯特林地土壤，，，除Ａ其余３种元素属于“高背境，低活性”状态。主要受到ＡｓＣｄＣｕＮｉ这４种重金属的影响，ｓ外，关键词：喀斯特；土壤ｐＨ值；重金属；生物有效性；形态分析

（）中图分类号：Ｘ５３；Ｓ７１４　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００５３４０９２０１９０６０３４７０６－－－DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2019.06.046

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＳｅｃｉａｔｉｏｎｏｆ　　　　　ｐ

ＭｅｔａｌｓｉｎＦｏｒｅｓｔＳｏｉｌｓｏｆＫａｒｓｔＨｅａｖ　　　　　ｙ　

１２３

，ＺＨＡＮＧＪｉａｃｈｕｎＺＥＮＧＸｉａｎｉｎＺＨＡＮＧＺｈｅｎｍｉｎ　　　ｐｇ，ｇ，４５５

ＷＥＮ　ＸｉｍｅｉＺＨＡＮＧ　ＱｉｎｈａｉＬＩＮＣｈａｎｈｕ　，　，　ｇｇ

（１．Ｇｕｉｚｈｏｕ　ＢｏｔａｎｉｃａｌＧａｒｄｅｎ，Ｇｕｉａｎ５０００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｕｎｉＣｅｎｔｅｒＳｔａｔｉｏｎｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎ　　　　　　ｙｇ５ｙｆ　ｇ，，，Ｚｕｎｉ，Ｇｕｉｚｈｏｕ５６３０００Ｃｈｉｎａ；３．ＧｕｉｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＢｉｏｌｏＧｕｉａｎ５０００９Ｃｈｉｎａ；４．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏＭｏｕｎｔａｉｎ　　　　ｙｆ　ｇｙ，ｙｇ５ｆ　

ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎ　Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｇｕｉａｎ５０００２，Ｃｈｉｎａ；５．ＧｕｉａｎＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＧｕｉａｎ５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　　　ｙｇ５ｙｇ　ｙ，ｙｇ５

：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｆｉｅｌｄｓｕｒｖｅａｎｄｉｎｄｏｏｒａｎａｌｓｉｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｏｔａｌｃｏｎ　　　　　　　　　　　　　　－ｙｙｇ　

，ｔｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｓｅｃｉａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｍｅｔａｌｓｉｎｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌｏｆＫａｒｓｔｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｈｅａｖｍｅｔａｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄ　　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｙ　　，ｔｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｏｆｈｅａｖｍｅｔａｌｓｉｎｓｏｉｌａｎｄｔｏｄｉｓｃｕｓｓａｎｄａｎａｌｚｅｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈｅａｖｍｅｔａｌａｎｄ　　　　　　　　　　　　　ｙｙｙｙ　　　，，，ｓｏｉｌＨｖａｌｕｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＡｓＣｄＣｕ，ＮｉＰｂ，ＺｎａｎｄＣｒｉｎｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｐ，，，，ｗｅｒｅｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎａｃｉｄｓｏｉｌＡｓｍａｉｎｌｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎａｃｉｄｓｏｌｕｂｌｅｆｒａｃｔｉｏｎＣｄＣｕ，ＮｉＰｂ，ＺｎａｎｄＣｒ　　　　　　　　　　　　　ｇｙ　

ｍａｉｎｌｒｏｏｒｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｍｅｔａｌｉｎｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌｗａｓ　　　　　　　　　　　　　　ｙｐｐｙ　　；ｔｈａｎｔｈａｔｉｎａｃｉｄｓｏｉｌｔｈｅｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＰｂｉｎａｃｉｄａｎｄｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌｓｗｅｒｅｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｏｉｌｂａｃｋｈｉｈｅｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇ

，ｒｏｕｎｄｖａｌｕｅｉｎＧｕｉｚｈｏｕＰｒｏｖｉｎｃｅａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＡｓａｎｄＣｕｉｎｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌｗｅｒｅｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｇ；，ｓｏｉｌｂａｃｋｒｏｕｎｄｖａｌｕｅｓｉｎＧｕｉｚｈｏｕＰｒｏｖｉｎｃｅｔｈｅｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＡｓＣｄａｎｄＮｉｉｎｎｅｕｔｒａｌａｎｄａｃｉｄｓｏｉｌｗｅｒｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇ

，ｈｉｈｅｒｕａｌｉｔｔｈａｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｓｔａｎｄａｒｄｖａｌｕｅｓｏｆｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｈｅｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆＣｕｉｎａｃｉｄｓｏｉｌ　　　　　　　　　　　　　　　ｇｑｙｙ　ｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｓｔａｎｄａｒｄｖａｌｕｅｓｏｆｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｍｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｗａｓｕａｌｉｔ．Ｔｈｅｏｌｌｕｔｉｏｎ　　　　　　　　　　　　－ｇｙｐｑｙｐ　

，ｏｌｌｕｔｅｄｏｌｌｕｔｅｄ．Ｔｈｅｄｅｘｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｃｉｄｓｏｉｌｗａｓｓｌｉｈｔｌｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｓｏｉｌｗａｓｍｏｄｅｒａｔｅｌｂｉｏａｖａｉｌ　　　　　　　　　　　　－ｐｐｇｙｙ　　：Ａａｂｉｌｉｔｏｆｈｅａｖｍｅｔａｌｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒｓｄｒｉｂ＞Ｚｎ＞Ｃｕ，ｔｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｏｆＡｓｉｎ　　　　　＞Ｃ＞Ｃ＞Ｎ＞Ｐ　　　ｙｙｙ　　　

，ａｃｉｄｓｏｉｌｗａｓｔｈｅｈｉｈｅｓｔａｎｄｔｈｅｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｏｆｈｅａｖｍｅｔａｌｓｉｎａｃｉｄｓｏｉｌｗａｓｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｎｅｕｔｒａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｙｙｇ　　ｔｏｔａｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆＣｕ，ｔｈｅｏｘｉｄｉｚａｂｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＰｂ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＣｕｗｅｒｅｅｘｔｒｅｍｅｌｓｉｎｉｆｉｓｏｉｌ．Ｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　－ｙｇ　

２０１８１１０６２０１９０１２０　　收稿日期：－－　　　　　　　修回日期：－－：（）；；资助项目国家自然科学基金贵州省科学技术资助项目（黔科合基础［贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑４１５６１０７５２０１７］１１７６）　　

［］］］）；黔科合支撑［黔科合支撑［贵州省高层次创新型人才培养项目（黔科合平台人才［２０１６２５９５２号，２０１７２８６０，２０１９２８４０２０１６］－）；（［］）５６６６贵州省科技创新人才团队建设项目黔科合人才团队２０１５４０１２号：（—），，，，，：第一作者张家春男福建三明人硕士助理研究员主要从事土壤化学与环境研究。Ｅ－ｍ１９８８ａｉｌｚｈａｎｉａｃｈｕｎ１９８８０６＠１６３．ｃｏｍ　　ｇｊ

，：林昌虎（男，贵州盘县人，学士，研究员，主要从事土壤学与环境科学方面研究。Ｅ－ｍ１９６１—）ａｉｌｌｉｎｃｈａｎｈｕ７９＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ　　通信作者：ｇ

３４８

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

，ｏｓｉｔｉｖｅｌＨｃａｎｔｌｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌｖａｌｕｅｔｈｅａｃｉｄｓｏｌｕｂｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＺｎｗａｓｅｘｔｒｅｍｅｌｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌ　　　　　　　　　　　ｐｙｐｙｙｇｙ　　　

，ｎｅａｔｉｖｅｌＨｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌｖａｌｕｅｔｈｅａｃｉｄｓｏｌｕｂｌｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＣｒｗａｓｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｎｅａｔｉｖｅｌｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　　　　　　　　　　　ｇｙｐｇｙｇｙ　　　

，ｗｉｔｈＨｏｓｉｔｉｖｅｌＨｓｏｉｌｖａｌｕｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＡｓｗａｓｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｏｉｌｖａｌｕｅ．　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｐｇｙ　　，Ｃ，Ｃ，ｆｏｒｅｓｔｓｏｉｌｉｎｋａｒｓｔｗａｓｍａｉｎｌａｆｆｅｃｔｅｄｂＡｓｄｕａｎｄＮｉ．ＥｘｃｅｔＡｓｔｈｅｏｔｈｅｒｔｈｒｅｅｓｏｉｌｈｅａｖＴｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｙｙｐｙ　　

ｍｅｔａｌｓｂｅｌｏｎｔｏｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｈｉｈｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｂａｃｋｒｏｕｎｄａｎｄｌｏｗａｃｔｉｖｉｔ．　　　　　　　　　　ｇｇｇｙ　

：；；；；ＨＫｅｗｏｒｄｓｋａｒｓｔｓｏｉｌｖａｌｕｅｈｅａｖｍｅｔａｌｓｂｉｏａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｓｅｃｉａｔｉｏｎａｎａｌｓｉｓ　　　ｐｙｙｐｙｙ　　　重金属是对人体有害的微量元素，

由于受人类生产活动的影响，重金属不断被暴露于土壤表层中，导致表层土壤中重金属含量过高，且在土壤中的含量超

过背景值，使土壤受到重金属的污染［

１］

。土壤中重金属含量超标时，会造成现存的或潜在的土壤质量退

化、生态与环境恶化，危害土壤—植物系统［

２－４］。同时土壤重金属的污染具有不可逆性、长期性、隐蔽性与毒性等特点，土壤中重金属含量超标能够通过径流和淋洗作用来污染地表水和地下水，或通过土壤—农作物—食物的途径进入人体，最终进入食物链直接、间接危害人类生命健康，对土壤重金属的研究逐渐成为

国内外学者关注的热点问题之一［

５－６］。土壤重金属在土壤中的迁移、转化规律及和植物毒性不仅与其全量有关，而且还与其在土壤中各形态

的分布特征有相关［７］

。研究表面，重金属进入土壤后

通过溶解、吸附、络合、沉淀、凝聚等反应形成不同形态的重金属，而各形态重金属的活性、迁移特点和植

物毒性以及环境效应都存在差异［

８－９］。以土壤中易被植物吸收利用的有效态重金属作为评价重金属污染程度的指标，能更好地反映土壤的污染状况，特别是其对

植物的毒性危害［１］

。因此，对土壤重金属中形态分析

的研究有利于进一步了解其转化迁移的机理和对生物作用的特征，为土壤重金属污染的修复提供理论。

贵州省是我国乃至世界上最大、最为集中的喀斯特

地貌分布区，岩溶面积占全省国土面积的７０％左右［１

０

］。喀斯特地区由于生态条件脆弱，生态环境易遭受破坏但难于恢复，因此对喀斯特地区土壤重金属的研究对保持喀斯特地区生态环境至关重要。贵州作为一个山地公园省，山地和丘陵面积占国土面积的９２．５％。随着２０１５年绿色贵州建设３年行动计划启动，林业产业已成为贵州经济发展新的增长极。土壤是林业产业安全的基础保障，但目前针对贵州土壤重金属的研究更多的集中

于农业、中药材及茶叶等领域［１１－１３］，而针对喀斯特林

地土壤重金属形态的研究尚缺乏。因此，本研究以喀斯特林地土壤为研究对象，检测不同土壤ｐＨ值下喀斯特林地土壤重金属全量，讨论不同土壤ｐＨ值下喀斯特林地土壤重金属形态构成，评价不同土壤ｐＨ值下喀斯特林地土壤重金属质量及有效性。

１　材料与方法

１．１　研究区概况

贵州省植物园地处贵州省贵阳市北郊鹿冲关，位于东经１０６°４２′，北纬３６°２４′，海拔１　２１０～１　

４１１ｍ；年平均气温１４℃，１月份平均气温４．６℃，极端最低气温－６．４℃，７月份平均气温２３．８℃，极端最高气温３２．１℃；年平均降水量１　

２００ｍｍ，年平均相对湿度８０％。全年日照时数１　１７４ｈ，无霜期２８９ｄ。成土母岩为石灰岩和沙岩，土壤为山地黄壤和棕壤。规划总面积

为２１０ｈｍ２，其中森林植被区面积１２２ｈｍ

２

，为贵州省植物园的背景林区和自然保护区，由马尾松林、华山松林、常绿落叶混交林、藤刺灌丛坡、草灌丛坡和沼泽地组成。森林植被区是以含有落叶成分的亚热带常绿阔叶林地段性植被和次生山地针叶林为主。

１．２　土壤样品采集与制备

于２０１８年８月，根据研究区森林植被区土壤面积、地形地貌、植被类型分布特征等实际情况，在保证取样具有典型性和代表性，兼顾空间分布均匀性等原则的基础上，采用ＧＰＳ对采样点进行定位。采用梅花型采样方式，在２０ｍ×２０ｍ样方的４个顶点和中心共５处各采集１ｋｇ表层土（土层厚度０—２０ｃｍ）组成混合样，充分混合后利用四分法反复取舍，最后保留１ｋｇ土样作为该样方的混合样品，共采集土壤（黄壤）样品２０个，其中马尾松林、常绿落叶混交林各１０个。

土壤样品带回实验室，按对角线四分取土法分取５０ｇ鲜土保存于密封袋中，

并将密封袋放置于冰箱中冷藏。剩余样品在半干状态下把土块压碎，并除去石砾、残根等杂物，均匀铺开，置于阴凉通风处自然晾干。晾干后充分混匀，按对角线四分取土法分取一半样品研磨，另一半作为备用样品保存。样品全部过２ｍｍ尼龙网筛，备用；取过２ｍｍ筛的土样２０ｇ左右经玛瑙研钵研细全部过０．１５ｍｍ尼龙网筛，充分混合均匀供分析测试用。为防止样品制备产生二次污染，样品采集、混合、装袋、粉碎、研磨等处理过程均采用木头、塑料、玛瑙等用具。１．３　土壤重金属测定方法

１．３．１　土壤重金属全量测定　准确称取样品０．５ｇ

，第６期喀斯特林地土壤重金属形态特征及其评价　　　　　　张家春等：

］１６

。法对土壤重金属污染情况进行评价［

３４９

在聚四氟乙烯消解罐中用ＨＮＯ３—ＨＣｌＯ４—ＨＦ混

酸消化，用５％转移至５稀释定０ｍｌ容量瓶中，容后用电感耦合等离子体质谱仪（测定ＩＣＰ—ＭＳ），，，ＡｓＣｄＣｕ，ＮｉＰｂ，Ｚｎ，Ｃｒ共７种重金属。所有测定

１４］

。均由空白样和加标回收样进行质量控制［

１．３．２　土壤重金属形态测定　

（）称取鲜土５ｇ，／加入５１０ｍｌ的０．１１ｍｏｌＬ的醋酸溶液，于２２℃水域恒温振荡１６ｈ，３０００ｇ离心　（收集上清液待测，清洗）加入２２０ｍｉｎ，０ｍｌ超纯水，振荡器振荡１弃上清液，５ｍｉｎ，３０００ｇ离心２０ｍｉｎ，　固体进入下一步。

（）加入５／２０ｍｌ的０．５ｍｏｌＬ盐酸羟胺于２２℃水域恒温振荡１收集上清液６ｈ，３０００ｇ离心２０ｍｉｎ，　待测，清洗步骤同上。

（）加入１，３０ｍｌ双氧水，２２℃消解１ｈ８５℃消解１ｈ

，后，去掉盖子蒸发至体积小于３ｍ重复加入１ｌ０ｍｌ双氧，水，去掉盖子蒸发至体积２２℃消解１ｈ８５℃消解１ｈ后，，／小于１ｍ冷至室温，加入５ｌ０ｍｌ的１ｍｏｌＬ醋酸氨（Ｈｐ），值＝消解、分离和清洗过程同上。２．０

（）蒸干、研磨后称取０．４５ｇ全消解方法处理。

１５］

。前３步分析结果已经含水量校正［

单因子污染指数法能分别反映各个污染物的污染程度，是其他环境质量指数、环境质量分级和综合评价的基础，这种方法仅适用于单一因子污染特定区域的评价。／（）Ｐｉ＝ＣｉＳ１ｉ式中：Ｐｉ为土壤中污染物ｉ的环境质量指数；Ｃｉ为污染物ｉ的实测含量；Ｓｉ种污染物的评价标准。ｉ为

若Ｐｉ≤１．则土壤没有受到人为污染；若Ｐｉ＞０，则土壤已受到人为污染，指数越大则表明农作物１．０，

污染物累积污染程度越高。

当评定区域内农作物质量作为一个整体与外区域农作物质量比较，或土壤同时被多种污染物污染时，需将单因子污染指数按一定方法综合起来应用综合污染指数法进行评价。综合污染评价采用兼顾单元素污染指数平均值和最大值的内梅罗综合污染指数法。内梅罗综合污染指数法计算公式为：

１ｎ２２

（∑Ｐｉ））＋Ｐｉ（ｍａｘ

＝１ｉｎ（）Ｐ综＝２

２

式中：）为土壤中单项Ｐ综为土壤综合污染指数；Ｐｉ（ｍａｘ

槡污染物的最大污染指数。根据内梅罗综合污染指数的大小对土壤环境质量进行分级。土壤污染分级的评价标准见表１。

污染水平

清洁尚清洁

土壤污染超过背景值，视为轻度污染，作物开始污染土壤、作物均受到中度污染土壤、作物受污染已相当严重

表１　土壤污染分级标准

１．４　土壤重金属污染评价方法

采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数

单因子污染指数

综合污染指数

污染等级安全警戒线轻污染中污染重污染

Ｐｉ≤０．７　０．７＜Ｐｉ≤１．０　１．０＜Ｐｉ≤２．０　２．０＜Ｐｉ≤３．０　

Ｐ综≤０．７０．７＜Ｐ综≤１．０１．０＜Ｐ综≤２．０２．０＜Ｐ综≤３．０

Ｐｉ＞３．０　Ｐ综＞３．０

２　结果与分析

２．１　土壤重金属全量

不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属

全量检测结果统计见表２，酸性（土壤ｐ６）Ｈ值为５．和中性（土壤ｐ下土壤重金属全量不同，Ｈ值为７．０），，，中性土壤中土壤重金属ＡｓＣｄＣｕ，ＮｉＰｂ，Ｚｎ及Ｃｒ，全量均大于酸性土壤，且土壤重金属ＣｄＣｕ，Ｐｂ及Ｃｒ全量在中性土壤中高出酸性土壤中４４．１６％，３２．３３％，２１．２５％，２７．８３％。酸性和中性下土壤重金属全量变化规律不同，在酸性土壤中Ｚｎ＞Ｐｂ＞Ａｓ＞，中性土壤中ＺＣｕ＞Ｃｒｉｄｎ＞Ｐｂ＞Ｃｕ＞Ａｓ＞Ｎ＞Ｃ＞

。参照贵州省土壤背景值，土壤重金属Ｃｒｉｄ＞Ｎ＞Ｃ，，ＣｄＮｉＺｎ及Ｃｒ全量在酸性和中性土壤中均没有超

过贵州土壤背景值，土壤重金属Ｐｂ全量在酸性和中

性土壤中都大于贵州土壤背景值；土壤重金属Ａｓ和在酸性土壤中ＡＣｕ全量变化规律相同，ｓ和Ｃｕ全量

均低于贵州土壤背景值，而在中性土壤中Ａｓ和Ｃｕ全量均高于贵州土壤背景值。以土壤环境质量二级标准值为参照，中性和酸性下土壤重金属Ｐｂ，Ｚｎ和中性和酸Ｃｒ全量均低于土壤环境质量二级标准值，

，性下土壤重金属ＡｓＣｄ和Ｎｉ全量均大于土壤环境质量二级标准值；土壤重金属Ｃｕ全量在酸性土壤中超过土壤环境质量二级标准值，而在中性土壤中低于土壤环境质量二级标准值。２．２　土壤重金属构成特征

不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属的化学形态构成见表３，不同土壤重金属其化学形态构成特征不同，土壤重金属Ａｓ其化学形态构成以酸溶，，，，态为主，而土壤重金属ＣｄＣｕＮｉＰｂＺｎ及Ｃｒ化学形态

３５０

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

构成却以残渣态为主。在酸性和中性下土壤重金属化学形态构成也不同，残渣态土壤重金属质量分数所占比例表现为中性土壤高于酸性土壤，以土壤重金属Ａｓ和酸溶态土壤重金属质量分Ｃｄ２种重金属元素差异较大；　

数所占比例，除土壤重金属Ｃ其余土壤重金属酸溶ｕ外，态质量分数所占比例均为酸性土壤大于中性土壤；可还

项目

－１

（·ｋ平均值／ｍｇｇ）

－１

（·ｋ标准差／ｍｇｇ）

原态土壤重金属质量分数所占比例，除土壤重金属Ｃｄ外，其余土壤重金属酸溶态质量分数所占比例均为酸性土壤大于中性土壤；可氧化态土壤重金属质量分数所占比例，除土壤重金属Ｎ其余类型土壤ｉ和Ｐｂ外，重金属酸溶态质量分数所占比例均为酸性土壤大于中性土壤，且以土壤重金属Ｃｄ差异较大。

Ｃｕ　６４．６２　７．２６　１１．２３　７３．１１　４８．７６　８５．５１　２０．４７　２３．９４　１１６．２　５５．３４　６９．６０　５０．００　１００．００　１００．００　

Ｎｉ　４６．２２　１１．８２　２５．５７　６２．７４　３０．７８　５１．７５　６．７０　１２．９５　６１．３２　４２．２４　１０３．００　４０．００　５０．００　６０．００　

Ｐｂ　１４８．３３　１６．７７　１１．３０　１６３．３　１１３．６　１７９．８５　４９．２３　２７．３７　２６４．１０　１０４．５０　７４．５０　２５０．００　３００．００　３５０．００　中性Ｚｎ　１９１．３９　３０．２４　１５．８０　２５０．６　１６２．６　２０１．６９　５４．４６　２７．００　２９７．５　１０１．５　２２３．２０　２００．００　２５０．００　３００．００　

Ｃｒ４８．９１１６．７４３４．２２７８．８２２７．２２６２．５２９．８４１５．７３７３．６５４２．９９１９８．４０１５０．００２００．００２５０．００％残渣态３１．０６７７．４８９８．９２９０．０７９６．１０９７．５１８５．２４

表２　不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属全量统计

Ａｓ　７５．１９　８．９５　１１．９１　

－１

Ｃｄ　０．７７　０．４９　６３．４７　１．７９　０．２８　１．１１　０．８０　７２．０７　２．５８　０．３１　３．００　０．３０　０．３０　０．６０　

酸性变异系数／％（·ｋ最大值／ｍｇｇ）

－１

（·ｋ最小值／ｍｇｇ）

－１（·ｋ平均值／ｍｇｇ）

－１

（·ｋ标准差／ｍｇｇ）变异系数／％－１

（·ｋ最大值／ｍｇｇ）

－１

（·ｋ最小值／ｍｇｇ）

［１７］

９１．２４　６３．６０　８０．７２　１５．３０　１８．９５　９７．３４　４６．８２　７５．５０　４０．００　３０．００　２５．００　

中性

　　　　　　　贵州省土壤背景值

　　　土壤环境质量

　　　二级标准值

５＜６．　６．５～７．５　５＞７．　

表３　不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤不同形态重金属质量分数所占比例

重金属Ａｓ　Ｃｄ　Ｃｕ　Ｎｉ　Ｐｂ　Ｚｎ　Ｃｒ　

酸性

酸溶态６６．１７　２．６０　０．０５　８．３３　２．２２　１．８７　１．９０　

可还原态３．６２　３．９０　０．０３　０．１３　２．５７　１．５１　７．８７　

可氧化态１５．２０　３５．０６　１．８１　１．７５　０．０９　０．８４　８．８９　

残渣态１８．０１　５８．４４　９８．１３　８９．８１　９５．１２　９５．７８　８１．３５　

酸溶态５９．９１　０．９０　０．０８　７．５７　１．５７　０．８１　０．９８　

可还原态５．０５　９．０１　０．００　０．１２　１．１７　０．８５　６．４０　

可氧化态１０．１８　１４．４１　１．０１　２．２４　１．１５　０．８２　７．４１　

２．３　土壤重金属质量与有效性评价

不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属单因子和综合污染指数评价见表４，从单因子污染指，数来看，喀斯特地区森林黄壤土壤重金属ＡｓＣｄ和

其中以中性土壤中土壤重Ｎｉ单因子污染指数大于１；

金属Ｃ属于重度污ｄ单因子污染指数最高为３．７０，染；酸性和中性下喀斯特地区森林黄壤土壤重金属单。喀因子污染指数Ｃｄ＞Ａｓｉｎ＞Ｐｂ＞Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｎ＞Ｚ

斯特地区森林酸性黄壤土壤重金属综合污染指数表

单因子污染指数

Ａｓ　１．８８　２．６９　

Ｃｄ　２．５７　３．７０　

Ｃｕ　０．４３　０．４３　

Ｎｉ　１．１６　１．０４　

Ｐｂ　０．５９　０．６０　

现为，酸性土壤为１．属于轻度污染；中性土壤为９９，属于中度污染。以可提取态（即酸溶态、可还原态２．７９，

和可氧化态）质量分数所占总量比例对不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属的生物有效性进行评价，结果如图１所示。喀斯特地区森林黄壤土壤重金属生，物有效性表现为Ａ其中ｓｄｒｉｂｎｕ＞Ｃ＞Ｃ＞Ｎ＞Ｐ＞Ｚ＞Ｃ酸性土壤Ａ酸性和中性土壤重ｓ生物有效性指数最高；金属生物有效性不同，从土壤重金属生物有效性指数看，酸性土壤重金属生物有效性高。

表４　不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤重金属污染评价指数

重金属酸性中性

Ｚｎ　０．９６　０．８１　

Ｃｒ０．３３　０．３１　

综合污染指数

１．９９２．７９

污染等级轻污染中污染

Ｈ值相关性分析２．４　土壤重金属与土壤ｐ

喀斯特地区森林黄壤土壤重金属与土壤ｐＨ值相

，关性分析结果见表５从相关性系数可知，喀斯特地区森林黄壤土壤重金属ＣＨ值呈极显著正相ｕ全量与土壤ｐ

第６期喀斯特林地土壤重金属形态特征及其评价　　　　　　张家春等：

３５１

。喀斯特地区森林黄壤土壤重金属关，相关系数为０．６１不同形态与土壤ｐ酸溶态ＺＨ值相关性分析显示，ｎ与土壤ｐ酸溶态土壤重金属ＣＨ值呈极显著负相关，ｒ与土壤可还原态土壤重金属与土壤ｐＨ值呈显著负相关；Ｈｐ

值相关性不显著；可氧化态土壤重金属ＰＨｂ与土壤ｐ；值呈极显著正相关，相关性系数为０残渣态Ｃ．６０ｕ与土壤ｐ残渣态土壤重金属ＡＨ值呈极显著正相关，ｓ与土壤ｐＨ值呈显著正相关。土壤重金属除与土壤ｐＨ值之间存在相关性，土壤重金属元素之间也存在相关性。酸溶态土壤重金属Ｃｕ与Ａｓ呈显著负相关，Ｃｕ与Ｃｄ呈显著正相关；可还原态土壤重金属Ｃｒ与Ｐｂ呈显著负相关；可氧化态土壤重金属Ｎｉ与Ｃｄ和Ｃｒ与Ｚｎ呈极显著负相关，Ｚｎ与Ｎｉ和Ｚｎ与Ｐｂ为显著负相关，Ｃｒ与Ｐｂ为

项目

ＡｓＣｄＣｕ　

酸溶态

ＮｉＰｂ　ＺｎＣｒＡｓ　Ｃｄ　Ｃｕ　

可还原态

Ｎｉ　ＰｂＺｎＣｒ　ＡｓＣｄＣｕ

可氧化态

Ｎｉ　Ｐｂ　ＺｎＣｒ　Ａｓ　Ｃｄ　Ｃｕ　

残渣态

Ｎｉ　Ｐｂ　Ｚｎ　Ｃｒ　Ａｓ　Ｃｄ　Ｃｕ　

全量

Ｎｉ　Ｐｂ　Ｚｎ　Ｃｒ　

Ｈ值ｐ－０．２８　－０．２４０．３３－０．０６　０．１２　－０．８２

＊＊

显著正相关；土壤重金属全量之间，土壤重金属Ｐｂ与，Ｃｕ为极显著正相关，Ｃｕ与ＡｓＰｂ与Ｃｄ和Ｃｒ与Ｃｕ为

极显著正相关。

图１　不同土壤ｐＨ值下喀斯特地区森林土壤

重金属生物有效性指数

表５　喀斯特地区森林黄壤土壤重金属与土壤ｐＨ相关性分析

Ａｓ　１．００－０．３１３　－０．４５＊０．２７０．１２０．１５　０．３７　１．０００．１２　－０．２５０．０８－０．０２－０．１３－０．１２１．００－０．２３　－０．２４　－０．０８０．３３－０．３３　０．３６１．０００．１８　０．４８

＊

Ｃｄ　１．０００．４９＊－０．３０　－０．２２０．０５０．１０１．００－０．２４　－０．１０－０．０７　－０．０１　－０．３３１．０００．０９　－０．６２－０．４００．１７－０．２１　１．０００．２５　－０．０９　０．５６＊－０．４２　０．２５　１．０００．２５　－０．１３　０．５３＊－０．５０

＊＊＊

Ｃｕ　Ｎｉ　Ｐｂ　Ｚｎ　Ｃｒ

１．０００．２７　－０．１９　－０．２３　－０．３９

１．０００．１９　０．１０　－０．３３　

１．０００．０３　０．１１　

１．０００．２０　

１．００

－０．４４＊０．０９　０．３５　０．１３０．０４　－０．２４－０．３７０．１６－０．０９　－０．３０－０．４１０．１１０．６０＊＊－０．１７０．２５　０．５７０．６１０．１２０．３５　０．２４　０．４０　０．３５　０．３１　０．６１＊＊０．１２０．３９　０．２０　０．４２　

＊

１．００－０．１１　０．１６０．４１－０．０１

１．００－０．１０　－０．１６　－０．４２

１．０００．０３　

＊

－０．４３

１．００－０．０８　

１．００

１．０００．１２　－０．２６　－０．０２０．０６　

１．０００．３２　－０．５４＊０．３６　

１．００－０．４８＊０．５０＊

１．００－０．６８＊＊

１．００

０．３７　

＊＊

１．０００．２１　０．７４＊＊０．１６　０．４４

＊

－０．２９０．２０　０．３３０．２２　１．０００．２８　０．４４＊－０．２９０．２７　０．３００．３３　

１．０００．２２　０．１２０．３２　

１．００－０．２１　０．２８　

１．０００．０６　

１．００

１．０００．２６　０．７７＊＊０．１４　０．４６

＊

１．０００．３０　０．１００．２８　

１．００－０．２０　０．２８　

１．０００．０８　

１．００

０．３２　

＊为显著性相关（＊＊为极显著性相关（），）。注：显著性水平＜０．显著性水平＜０．０５０１

３５２

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

３　讨论与结论

森林土壤作为林业生产的基础物质，森林土壤环境质量是林业生产的保障。本研究中喀斯特森林土壤重金属Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｒ全量分别为

７７９．６，０．９４，７５．０６，４８．９９，１６４．０９，１９６．５４，５５．７２ｍｇ／ｋｇ。以土壤环境质量标准为参照标准，本研究中喀斯特森林土壤Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ这４种土壤重金属全量超过土壤环境质量二级标准；以《绿色食品产地环境技术条件》为标准，本研究中喀斯特森林土壤重金属Ａｓ，Ｃｄ，Ｐｂ全量超过标准值；以《无公害食品林果类产品产地环境条件》为标准，本研究中喀斯特森林土壤重金属Ａｓ，Ｃｄ全量超过

标准值。田等［１８

］指出，当同时存在２种或２种以上

不同类型不同性质的污染物，或同种污染物的来源不同，或在同一环境中同时含有２种及２种以上的不同种类污染物时所形成的综合污染问题称为复合污染。从土壤重金属全量结果来看，

本研究中喀斯特森林土壤主要受到Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ这４种土壤重金属的影响，其中是属于以Ｃｄ和Ａｓ为主的复合污染。

土壤中的重金属长期停留和积累在土壤环境中，难以彻底清除。为了保持土壤环境质量，必须加强对

土壤重金属进行考查及评价。王铁宇等［１９］

指出内梅

罗综合污染指数法可用于评价多种重金属污染的复合污染，且此方法能够突出高浓度重金属对环境质量的影响。本研究中对喀斯特森林土壤重金属采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法相结合的评价方法进行评价，其中土壤重金属Ｃｄ，Ａｓ，Ｎｉ的单因子污染指数大于１，分别为３．１４，２．２９，１．１０，即土壤Ｃｄ为重度污染，Ａｓ为中度污染，Ｎｉ为轻度污染；结合内梅罗综合污染指数法，本研究中喀斯特森林土壤重金属属于以Ｃｄ和Ａｓ为主的复合中污染。研究表明，复合污染中污染物之间的相互作用方式分为３

种：协同作用、加和作用和拮抗作用［

１

］。本研究中喀斯特森林土壤重金属Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｒ重金属全量相关性分析表明，Ｐｂ与Ｃｕ，Ｃｕ与Ａｓ，Ｐｂ与

Ｃｄ和Ｃｒ与Ｃｕ间相互作用形式为协同作用。

土壤作为重金属最主要来源，当土壤重金属含量过高，还会造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化。土壤中重金属全量并不能表示其对土壤环境质量影响力的大小，土壤中重金属的迁移性和植物毒性主要取决于重金属的形态。本研究中，对喀斯特森林土壤重金属Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｃｒ元素形态构成特征采用ＢＣＲ提取法进行形态研究。从喀斯特森林土壤重金属形态构成中发现，除土壤重金属Ａｓ外，其余６种土壤重金属元素形态构成均以残渣态为主，且Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｂ

，Ｚｎ，Ｃｒ这５种土壤重金属元素残渣态比例较高，

分别为９８．５９％，８９．８４％，９５．６６％，９６．６７％，８３．５２％；

与武永锋等［７］

对贵阳城市土壤重金属元素形态分析研究调查

结果相似，本研究土壤重金属Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ元素残渣态

含量较高；吴迪等［２］研究结果显示贵阳市蓬莱仙界生

态园区土壤重金属Ｐｂ，Ｃｒ，Ｃｄ和Ａｓ以残渣态为主，而本研究中土壤重金属Ａｓ以酸溶态为主。ＢＣＲ提取法把土壤重金属形态分为酸可提取态、氧化物结合态、有机结合态、残渣态４种形态。酸可提取态主要是指可交换的吸附的离子和碳酸盐结合的形态，该形态迁移性强，可以直接被生物利

用［２０］

。残渣态重金属主要存在于硅酸盐、原生和次

生矿物等土壤晶格中，性质稳定，在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中，不易为植物吸收，在整个土壤生态系统中对食物链影响较小。以可提取态（即酸溶态、可还原态和可氧化态）质量分数所占总量比例表示土壤重金属的生物有效性，本研究中土壤重金属Ａｓ其可提取态比例最高为７９．８８％，其次为土壤重金属Ｃｄ和Ｃｒ。本研究中喀斯特森林土壤主要受到Ａｓ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ重金属的影响，其中是属于以Ｃｄ和Ａｓ为主的复合污染。除土壤重金属Ａｓ外，其余３种土壤重金属元素属于“高背境，低活性”状态。

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