制革污泥污染土壤中铬对小麦的富集及生化效应研究

农业环境科学学报２００６，２５（４）：８４６—８５　１　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｇｒｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

制革污泥污染土壤中铬对小麦的富集及生化效应研究　马宏瑞　，蔡　勇’，王晓蓉ｚ　（１．陕西科技大学资源与环境学院，陕西咸阳７１２０８１；２．南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏南京　２１００９３）　

摘要：制革污泥农用所引起的铬污染风险性是制革业发达的国家较为关注的课题，而有关污泥中ｃｒ（Ⅲ）对农作物的危害机制尚　有许多不明确的答案，为此利用盆栽培养试验对制革污泥污染土壤中ｃｒ（Ⅲ）在小麦幼苗富集及生化性质方面进行了研究。结果表　明，高浓度ｃｒ（Ⅲ）对根系的抑制作用远大于地上部分，地上部分ｃｒ（Ⅲ）最大富集量低于１５０　ｍｇ・ｋｇ～，幼苗叶片中叶绿素含量和叶绿　素ａ／ｂ比值的降低趋势与生物量变化趋势相对应。土壤ｃｒ（Ⅲ）浓度低于１　０００　ｍｇ・ｋｇ＿一时，小麦幼苗叶片中ＭＤＡ含量与对照无明显　区别，高于１　０００　ｍｇ・ｋ　时，ＭＤＡ含量显著增大，表现出ｃｒ（Ⅲ）对植物膜体系的明显损伤效应。ｃｒ（Ⅲ）的存在对小麦幼苗中ＳＯＤ和　ＡｓＡ—ＰＯＤ活性影响表现截然不同，ｃｒ（Ⅲ）对ＳＯＤ活性具有显著的诱导效应，浓度升高时仍未表现出抑制效应，而Ｃｒ（ｍ）对ＡｓＡ—　ＰＯＤ活性未发现诱导效应．其抑制作用非常显著。　关键词：制革污泥；ｃｒ（Ⅲ）；植物富集；小麦　中图分类号：Ｘ５０３．２３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—２０４３（２００６）０４—０８４６—０６　

ｃｒ（ｍ）Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　Ｗｈｅａｔ　Ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｉｎ　Ｔａｎｎｅｒｙ　Ｓｌｕｄｇｅ　Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ　Ｓｏｉｌｓ　ＭＡ　Ｈｏｎｇ－ｒｕｉ　，ＣＡＩ　Ｙｏｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｒｏｎｓ￣　（１￣Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｙａｎｇ７１２０８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｒｅｕｓｅ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ　９％ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｎｎｅｒｙ　ｓｌｕｄｇｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｂｙ　ｌｏｃａｌ　ｆａｒｍｅｒｓ　ａｓ　ａ　ｓｏｉｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　ａｎｄ　ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ　ｉｎ　ｓｐｉｔｅ　ｏｆ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｅｎ－　ｒｉｃｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ｉｎ　ｓｏｉｌｓ．Ａ　ｐｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｓｓｅｓｓ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｗｈｅａｔ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ，ＭＤＡ（ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ）ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ＳＯＤ（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅ　ｄｉｓｍｕｔａｓｅ）ａｎｄ　ＡｓＡ—ＰＯＤ（ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ）ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｆｒｅｓｈ　ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａ＿　ｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘｐｌａｉｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆＣｒ　ｉｎ　ｔａｎｎｅｒｙ　ｓｌｕｄｇｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　Ｃｒ（ｍ）ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ　ｔｈｅ　ｗｈｅａｔ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆｂｏｔｈ　ｒｏｏｔ　ａｎｄ　ｓｈｏｏｔ　ｗｈｅｎ　ｓｏｉｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｔｈｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｏｔ　ｂｉｏｍａｓｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ａ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ａｃｃｕ—　ｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｒ　ｉｎ　ｓｈｏｏｔ　ｗａｓ　ｂｅｌｏｗ　１５０　ｍｇ・ｋｇ～．Ｗｈｅｎ　Ｃｒ　ｅｎｒｉｃｈｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ，ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ　ａ／ｂ　ｄｅ－　ｃｒｅａｓｅｄ　ｇｒｅａｔｌｙ．ａｎｄ　ＭＤＡ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｌｉｐｉｄ　ｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ　Ｗａｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｎｏｔａｂｌｙ．Ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ＳＯＤ　ａｎｄ　ＡｓＡ—ＰＯＤ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｄｉｆｅｒｅｎｔｌｙ　ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｒ（ｍ）ｌｅｖｅｌｓ　ｉｎ　ｗｈｅａｔ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ．ＳＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ＡｓＡ－ＰＯＤ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｉｎ　ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｏｓｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈａｔ　Ｃｒ（ｍ）ｉｎｄｕｃｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｗｈｅａｔ　ａｎｄ　ｔｈａｔ　ＳＯＤ　ｓｅｒｖｅｄ　ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｉｎ　ｗｈｅａｔ　ａｇａｉｎｓｔ　ｍｅｔａｌ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｏｘｉｄａｔｉｖｅ　ｉｎｊｕｒｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔａｎｎｅｒｙ　ｓｌｕｄｇｅ；Ｃｒ（Ⅲ）；ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ；ｗｈｅａｔ　

制革污泥中含有较高浓度的有机质和Ｎ．但同时　含有高浓度的ｃｒ（ｎＩ）而限制了污泥的农用［１】。有关污　收稿日期：２００５—０９—２５　基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２００４０９１）；污染控制与资源化研　究国家重点实验室开放课题（ＮＪＵ２００４０６）　作者简介：马宏瑞（１９６３一），男，教授，山西太原人，主要从事轻工业废　水和固体废弃物处理及其环境行为研究。　Ｅ　．Ｃｎ　泥施用的条例中．我国只对农用污泥中含铬量提出了　限制，对施用污泥肥料后农田土壤总铬并没有提出最　高浓度限制标准．制革污泥中过多的铬含量对农田作　物的危害尚无准确的数据。　关于铬在环境中的化学行为，大量研究主要关注　于Ｃｒ（ＶＩ）的危害　，对ｃｒ（ｍ）的环境行为和生物毒性　并没有给以足够的关注。已有研究认为，在中性条件　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２５卷第４期　农　业　环　境　科　学　学　报８４７　下，ｃｒ（Ⅲ）极易水解并吸附于土壤中。或容易形成沉　淀，即使在低ｐＨ下也很难穿过细胞膜　。只有通过　与有机物成键才可进人细胞壁，且大多数富集于植物　根部［６１，对作物不表现出明显的毒性。　前期研究结果表明。污泥携带高浓度Ｃｒ（ＩＵ）进人　土壤后的迁移极为显著【７ｌ，针对这种情况。本文采用实　验室土培试验，对土壤高浓度Ｃｒ（ＩＵ）下植物的富集效　应和对植物生长的危害进行了研究。并进一步研究了　严重污染状况下对小麦幼苗生化效应的影响。为制革　污泥污染农田中铬的安全性提供理论依据。　１材料和方法　１．１供试土壤的采集　重污染土壤采自江苏省徐州市殷庄。该地使用状　况及性质见文献［７】。为了解稳定化后土壤中ｃｒ（Ⅲ）的　迁移和生物有效性，本试验采用将污染土壤与参比土　壤依铬含量适当混合进行植物培养试验。参比土壤采　自中科院封丘农业生态实验站。土壤为黄绵土．表１　列出２种土壤的主要理化性质。　表１供试土壤的主要理化性质　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ　１．２植物培养试验及采样、测定方法　根据污染土壤含铬量．按一定比例与参比土壤混　合，设置成土壤ｃｒ含量分别为５２．９（对照）、１５２．５、　２５２．１、５５０．９、１　０４９、３　０４１、５　０３３和１３　５００　ｍｇ・ｋｇ　等　８个处理。每一处理重复３次。将污染土壤与０．４３　ｇ・　ｋｇ　的ＮＨ，ＮＯ３和０．３３　ｇ・ｋｇ　的ＫＨ２ＰＯ４的基肥均匀　混合后，移人高１５　ｃｍ、直径１０　ｃｍ，可盛３００　ｇ干土的　塑料培养盆中，在光照培养室内进行小麦幼苗培养。　小麦品种为宁麦９号。播种４　ｄ后每盆定株２０株。连　续培养２０　ｄ。　将培养２０　ｄ的小麦幼苗小心从土壤中取出．用　去离子水将植物表面吸附土粒洗净．分别对第４～５片　叶迅速采样．对其中的叶绿素含量、丙二醛（ＭＤＡ）含　量、抗坏血酸过氧化物酶（ＡｓＡ—ＰＯＤ）￣性及过氧化物　歧化酶（ＳＯＤ）活性分别进行了测定。测定方法参见文　献［８】。其余样品分为根系和茎叶两部分，于６５℃下烘　干，测其干重；用Ｈ２ＳＯ　一ＨＮＯ　一ＨＣＩＯ　混合酸消化。原　子吸收分光光度法测定Ｃｒ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ含量。　１．３单一提取剂与铬植物有效性试验　将土培试验结束后土壤经风干、过１　ｍｍ筛。以　１：ｌＯ土液比分别加人Ｈ２０、０．１　ｍｇ・Ｌ～ＨＣＩ、１　ｍｇ・Ｌ　ＮＨ　Ｃ和０．５　ｍｇ・Ｌ一柠檬酸等提取剂。于３０℃恒温　摇床上以１８０　ｒ・ｍｉｎ　振荡３０　ｍｉｎ。提取液经膜过滤　后酸化，用原子吸收分光光度计测定含铬量．每一处　理重复３次，土壤中可溶性Ｃｒ（Ｖ１）含量用双蒸水以１：　５的土水比提取、二苯碳酰二肼比色法测定。　

２结果和讨论　２．１污泥污染土壤中铬的植物富集能力　制革污泥中除含有较高浓度的Ｃｒ（１ｌ１）￣ｂ．还含有　１　６３８　ｍｇ・ｋｇ　的Ｚｎ、４　２００　ｍｇ・ｋｇ　的Ｆｅ、２０１　ｍｇ・ｋｇ　的Ｐｂ、６４　ｎ１ｇ・ｋｇ　的Ｃｕｔｇ｝。较高浓度的ｚｎ和Ｐｂ对植　物的生长同样具有危害作用．本试验所用污染土经过　长期堆置，各种重金属含量已趋向于自然条件．惟有　ｃｒ和Ｐｂ与参比土壤相差较大。其中Ｐｂ含量达到国　家二级土壤环境质量标准（ｐＨ＞７．５。９０　ｍｇ・ｋｇ—ｌ＜ｐｂ＜　３５０　ｍｇ・ｋｇ－　，ＧＢ　２５６１８－－１９９５）。为此，将土培２０　ｄ后　所测植物幼苗地上部分和根系中ｃｒ和其他重金属含　量列于表２。　由表２可知，因土壤中ｚｎ、ｃｕ含量变幅不大（Ｚｎ　为３３１～４４８　ｍｇ・ｋｇ～，Ｃｕ为５０～６４　ｍｇ・ｋｇ　），故植物茎　叶中二者含量也变动很小，分别维持在８～１８　ｎ１ｇ・ｋｇ　和３．９～５．２　ｍｇ・ｋｇ～。在所测重金属元素中，ｃｒ（Ⅲ）、Ｐｂ　的植物富集量表现出随土壤含量的升高而增加．其中　Ｐｂ在茎叶中的富集量最高值为１．４３　ｍｇ・ｋｇ～，是对照　样品的１３倍．故在制革污泥污染土壤中需要关注Ｐｂ　在植物体内的富集。　对污泥农用时Ｐｂ在土壤中的最大允许含量【１ｏＩ。　欧洲国家一般为５０～３００　ｍｇ・ｋｇ～，美国为１５０　ｍｇ・ｋｇ－　，　Ｏｎｃｅｌ等…砂培小麦幼苗试验研究认为。在土壤处理　浓度３００　ｍｇ・ｋｇ一以内．Ｐｂ对小麦幼苗生长未有明显　影响。到５００　ｍｇ・ｋｇ　时，才导致幼苗中叶绿素含量略　有降低。本试验采用土壤方式，可溶性Ｐｂ含量较低，　可以断定污染土壤对植物的生物效应主要在于Ｃｒ的　影响。ｃｒ在小麦幼苗中的富集量。茎叶中测得最高值　为１４５　ｍｇ・ｋｇ～，根系为１　１７２　ｍｇ・ｋｇ一，且仍略有增高