浅谈我国农用稀土的环境化学与生态毒理

来源：职称驿站所属分类：环境科学论文
发布时间：2012-12-07浏览：42次

　　摘要：我国稀土资源得天独厚，已探明储量为4300万吨，居世界首位。近年来我国稀土的农用给国家的经济带来巨大效益，但环境安全问题也随之产生。本文简要论述了稀土对土壤微生物和植物的正面影响，以及它的负面影响，以供参考。

　　关键词：稀土,环境化学,生态毒理

　　0、前言

　　土壤即是进行农业生产的基础，又是生态环境的重要组成部分。农用稀土在我国已大面积推广使用,但农用稀土在土壤微生物和高等植物中富集并对其产生负面效应, 因此其环境风险已成为当前稀土农用研究中亟待解决的关键问题之一。近年来，国内外在稀土对生物尤其是对微生物和植物的影响有较多的研究，均发现稀土对生物有低促高抑是生态效应。本文简要论述了稀土对土壤微生物和植物的正面影响，以及它的负面影响，旨在为农用稀土的环境生态评价提供客观可靠的参考信息。

　　一、RE对土壤微生物与酶活性的影响

　　1.1 RE对土壤微生物的影响

　　RE对环境中微生物的影响首先表现为影响微生物种群增长。低浓度RE进入土壤的初期对土壤微生物增长有刺激作用，但随时间推移，增长幅度减弱。高浓度RE对土壤微生物增长具有明显抑制作用，且随RE浓度增加而增强，抑制作用在短期内很难消除。其次是影响微生物群落结构。褚海燕等研究了镧[La(m)]对红壤微生物区系的影响，结果表明La(Ⅲ)对细菌、放线菌、真菌均有较强的毒害作用。高浓度下La(Ⅲ)抑制土壤细菌、放线菌、真菌和硝化细菌生长，对反硝化细菌作用不明显，这对作物N素营养无益。黄褐土中高含量铈[Ce(m)]改变了放线菌、真菌和氨化细菌的群落结构。唐欣昀等研究了低剂量混合RE在黄褐壤中积累对土壤微生物种群的生态效应，结果显示，低剂量RE持续积累对土壤细菌、放线菌产生刺激一抑制一再刺激交替作用;对真菌抑制作用不显著，但刺激效应持续明显。RE积累至150mg/kg时，土壤微生物群落结构发生显著改变，耐RE微生物数量大幅度增加，细菌中的G一细菌、链霉菌的白孢类群、真菌中青霉成为优势种群。随着RE含量进一步增加，抑制现象产生。上述研究证明，土壤微生物种群增长和群落结构都会随土壤中RE积累而发生改变，继而影响土壤的生态功能。

　　1.2 RE对土壤酶活性的影响

　　黄建新等研究了RE对耕作土壤中土壤酶活性的影响。结果表明，当RE浓度大于3mg/kg时，土壤中脱氢酶和过氧化氢酶(CAT)活性降低。La(Ⅲ)对水稻土酸性磷酸酶、脲酶及蔗糖酶活性影响实验证明，La(Ⅲ)对水稻土酸性磷酸酶有抑制作用，当La(Ⅲ)浓度大于60mg/kg时，抑制达显著水平，但对脲酶影响不显著;通过模拟试验研究发现，La(Ⅲ)对黄潮土酶活性的动态变化与水稻土近似，即土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、脲酶及蔗糖酶活性均随La(Ⅲ)胁迫时间延长而降低。La(Ⅲ)对不同土壤类型中土壤脱氢酶活性影响具有相似性，抑制阈值约为30mg/kg。由此可见，RE农用对土壤微生态环境的影响是多样的，机理也各不相同。既可以是对土壤生物的直接毒害，也可以是通过改变土壤环境间接作用于土壤生物群落。

　　二、RE对植物的影响

　　当生态系统受到毒物污染后，利用植物对污染的应激反应“信号”，可以判断生态系统被污染和毒害的状况。有关RE对植物毒理学效应的研究，常采用种子发芽、根伸长的急性毒性试验及细胞遗传毒性、陆生植物生长急性毒性试验。研究表明，RE对植物的作用主要体现在剂量一效应上。

　　2.1 对植物生长的影响

　　大量研究表明，喷施RE后，植物生长状况与RE浓度之间呈现“低促高抑”现象，即适宜剂量的稀土可提高作物产量，改善作物品质。但超过一定剂量必造成对作物生长的不良影响，进而产生毒害作用。张自立等采用OECD(重金属对植物的急性毒性效应)方法，分析了混合RE对不同土壤(红壤、黄潮土、黄褐土)水稻、油菜、大豆的影响，发现混合RE影响3种作物的相对出苗率。从半致死浓度(LC )值看，混合RE对水稻与黄褐土毒性较小，对黄潮土上大豆及红壤上油菜的毒性较大。用同样方法研究混合RE(浓度0～5.0/kg)对3种作物生长量影响，根据半效应浓度(EC50)推断，混合RE对红壤上水稻和油菜以及黄潮土上大豆生长量的抑制作用较大，毒性相对较强，提出3种土壤上混合RE施用的安全浓度(REOmg/kg)，黄潮土10.71mg/kg，红壤11.60mg/kg，黄褐土32.95mg/kg。Diatlof等研究La和Ce对玉米和绿豆根伸长的影响，发现随溶液中RE浓度增加，两种植物的根长都减小，随之产生的毒性逐渐增大。钐[Sm(Ⅲ)]、钇[Y(Ⅲ)]对小球藻的影响结果证明，低浓度RE在试验初期对小球藻生长略有刺激，但随处理浓度提高和处理时间延长，小球藻生长繁殖明显受到抑制;当Y(Ⅲ)浓度达25mg/kg、Sm(Ⅲ)浓度达45mg/kg时，小球藻基本停止生长。说明不同生长环境相同植物对胁迫敏感不同，但总体变化规律相似，即高剂量稀土导致植物发芽率降低、生物量减小、生长停滞，从而致毒。

　　2.2 对植物生理生化过程的影响

　　逆境胁迫常诱发植物生理生化指标改变，进而提供逆境伤害植物的线索。孙存等指出，随Eu浓度增加，蚕豆幼苗根呼吸受抑，过氧化物酶(P0D)活性升高，形态异常，根生长减缓，幼苗干重下降。王学等发现，高浓度La(Ⅲ)、Ce(Ⅲ)对沉水植物竹叶眼子菜产生伤害作用，POD、CAT酶活性降低，O2-生成加快，最终产生的毒害效果与重金属相似。曾青等研究了La(Ⅲ)积累对水稻生理指标的影响，La(Ⅲ)75mg/kg时，水稻叶绿素a/b显著降低，POD活性、细胞质膜透性和游离脯氨酸含量增高，生育期明显滞后，表明此时水稻已处于逆境;La(Ⅲ)300mg/kg时水稻生长显著受抑，产量显著降低，水稻生物量的EC50为323.02mg/kg。说明采用生理指标反映红壤中La积累对水稻生长的影响比生物量和产量指标更为敏感。众多研究显示，RE通过影响植物生理生化过程达到影响植物生物量的效果，通过研究生理生化指标变化，可阐述RE对植物的毒害效应。

　　2.3 植物对RE的富集效应

　　植物对RE的累积受植物品种选择性吸收能力、植株生理状态及生长环境制约。不同器官和同一器官不同发育期的植物吸收RE各不相同。徐星凯等研究了施加混合RE的玉米根系和地上器官中RE含量，发现RE在植物体内分别出现10mg/kg和50mg/kg显著性聚集效应。高剂量RE(>50mg/kg)，尤其在La(Ⅲ)作用时，玉米根系吸收的La(Ⅲ)向地上部分运移明显受抑;玉米各器官单一RE含量顺序为根系>叶>茎>籽实。陈照喜等报道了施用RE后不同时间内土壤和茶叶RE含量变化和累积情况，施用RE后较短时间内土壤和茶树中RE含量均比未施用RE时有不同程度增加，表明茶叶对RE有较强的富集作用。陈祖义等证明3种水生蔬菜对钷(147Pm)有较强吸收与富集能力，并随生长时间延长，Pm(Ⅲ)的吸收量增加。可见植物对RE的富集作用存在明显的时间与剂量效应。

　　三、结语

　　RE对微生物和植物的毒害体现了剂量-效应。基于RE对生态环境的影响，对RE农用提出4点建议：一是由于RE本身是植物非必需的重金属元素，存在低促高抑的“hormesis”(毒物在低浓度下对机体的刺激作用)效应，长期施用RE势必对植物生长造成影响，并导致农田生态系统中RE累积，在大规模进行农用推广时应参考RE累积对作物乃至农田生态系统的负面效应，同时考虑环境因子对施加外源RE的影响，以确保农田生态系统可持续利用;二是从目前农残检测角度看，RE的检测手段还不完善，相关部门应重视RE残留检测，并制定相关的RE允许残留标准;三是加强对RE生态毒理学研究，尤其是RE植物毒理研究缺乏系统和完整性，对植物的稀土毒理学缺乏统一标准，亟待规范统一植物毒理学的研究方法。

　　参考文献：

　　1 谢寅峰，沈惠娟，陈颖.稀土在林业生产中的应用.林业科技开发，2000， 14(5)：32～33

　　2 唐欣昀，张自立，程勇，等.Ce积累对黄褐土中土壤微生物区系的影响.应用生态学报，1997，8(6)：585～588

　　3 黄建新，杨一心，唐雪玲.稀土配合物农用对土壤微生物活性的影响.水土保持通报，2003，23(2)：33 ～35

　　4 张自立，常江，汪成胜，等.混合稀土对作物生长量的影响.中国稀土学报，2001，19(1)：85～87

　　5 万强，田际榕，彭海华，等.稀土提高农产品产量、改善品质和降低农药残留量效果的研究.稀土，1998，19(5)：49～55

《浅谈我国农用稀土的环境化学与生态毒理》

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