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重庆地区紫色土锗的背景含量及分布特征

木志坚  
【摘要】: 近来已有许多研究证实锗是对人体有益的微量元素,但过量的锗对人体和 动植物亦表现出一定的中毒效应。土壤中锗的相对含量虽然很低,但它仍是环 境中最大的锗库,其中的锗将通过食物链源源不断地供给人类。另一方面,锗 作为一种极其重要的半导体材料,广泛应用于电子、超导、航空航天等行业, 这些行业都有可能产生含锗废物;燃煤和某些冶炼厂排放物中锗含量也较高, 从而使土壤存在受锗污染的可能性。因此,研究土壤锗的含量及其分布特征, 对于研究锗在整个生态系统中的迁移、转化、循环和归宿,以及生物和环境效 应都具有十分重要的现实意义。但至今关于土镶锗的研究报道还很少,甚至土 壤锗的测定方法都仍有待探索。20世纪七、八十年代,美、英、日等国进行 了大规模的土壤环境背景调查,但都未把锗作为测试项目。我国于“六·五” 期间对十三个省、市、自治区主要农业土壤和粮食作物中的九种元素的含量进 行了研究;“七,五”期间又进行了“全国土壤环境背景值调查研究”,但也都 未将锗列入必测项目。因此,本研究在对土壤锗的极谱测定方法进行探讨的基 础上,系统测定了八十年代中期所采集的重庆地区261个紫色土壤环境背景样 品中锗的含量,并讨论了锗在土壤中的分布特征,旨在为土壤中锗的环境生态 效应研究提供基础性资料。 结果表明:锗与茜素红在硫酸介质中,当有钒(IV)存在时能产生灵敏度较 高的二阶导数催化极谱波,峰电位在-0.54V(vs.SCE)。最佳底液条件为0.012 mol/L氯化钾,0.01mol/L钒(IV),6×10~(-4)mol/L茜素红,0.24mol/L H_2SO_4酸 度。在1.0×10~(-5)~6.0×10~(-1)μg/mL范围内线性良好,检测限为1.0×10~(-5)μg/mL 锗(IV)。在含0.003、0.03、0.3μg Ge(IV)/mL的纯液体样品中,RSD(%)分 别为 1.8、0.9、1.3%,回收率均保持在 98%以上。在 EDTA个C掩蔽下,经 H3PO厂H占厂HNO。消化的土样中的锗可不经分离而直接测定,回收率为90.9 t 3,4%。 利用上述所建立的极谱法对重庆地区广布的 5种主要紫色土属的 116个背 景土壤剖面,261个土样中的锗含量及分布进行了研究,结果表明:重庆地区 紫色土中的锗含量服从对数正态分布。在自然成土和人为耕作情况下土壤中的 锗没有发生明显的迁移和富巢过程。紫色土中锗的含量范围为0.28~ 2.oms/ks,其中 81%的样品集中在 0.43~1.0 ms/ks范围内,几何平均值为 0.67*/91.4mg/kg,算术均值为0.71土026 mg/kg,略低于 1.0 mg/kg的世界 土壤锗的平均值。 紫色土中锗含量与成土母岩/母质的沉积环境与岩相明显相关。按母质来 源,紫色土中锗的含量从高到低排列为红棕紫泥土属>红紫泥土属>棕紫泥土属 >灰棕紫泥土属)暗紫泥土属。一般说来,岩石中泥岩比例高者,锗含量偏高: 干旱条件下的河湖相沉积岩所形成之紫色土中锗的含量较湿润条件下的河湖 相沉积岩及浅海沉积岩者高。 相关分析表明,紫色土中锗含量与土壤 pH、有机质含量(OM)、粘粒含量/ 质地、碳酸盐含量等基本理化参数和Hg、Cd、Zn、AI0。、Fe林、K刃、Na刃、 Cao、Mgo、Mn、Cr、Ni、TIQ等化学成分间的相关性较弱;与阳离子交换量 CEC)呈显著负相关关系,相关系数为什时;与 CV亦呈显著负相关关系, 相关系数为O.14’,而与比、As呈现显著的正相关关系,相关系数都为0.16。 但对 103个蔬菜作物样中 Ge与作物其它元素的相关分析表明,植株体内的 Ge 含量不仅与Cu、Ph间,而且与Fe、Mn、Zn、Cd、Cr、Hg间都呈显著的正相 关关系,这可能主要是由于植物吸收这些元素的机制相似。 地貌及地形、水文条件、植被不同,土壤的成土过程、发育程度及分布类 型不同,土壤中锗含量的分布亦不同。例如,中山、台地、丘陵等地貌区域的 紫色土中锗的含量高于低山、坝地区;同样是粘性的紫色土,白鳍泥中锗含量 比豆瓣泥和紫黄泥低。 在土壤垂直分布上,背景土样中的锗含量为C层)A层用层;但在燃煤所 致降尘及酸雨污染严重的九龙五队和齐心冶炼厂废渣堆附近的菜地土壤中,表 层土壤锗含量明显高于下层,也明显高于其它被调查地区的同土属(灰棕紫泥) 2 表层上壤锗含量。因此,局部地区土壤可能存在因人类活动影响而使锗含量增 加的趋势,应引起重视。 本研究所获得的重庆地区紫色土中锗的背景含量及其分布信息,可以作为 今后进行土壤锗的环境生态效应研究的基础性资料。


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