張慶輝+劉興旺+程莉+朱晉+趙捷+同麗嘎+賀曉慧+烏云塔娜

摘 要：研究包頭市南郊污灌區(qū)農(nóng)田表層土壤輕稀土（Light rare earths，LREE）元素鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、釤（Sm）和銪（Eu）分布特征，旨在為污灌區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及外源LREE污染修復(fù)提供依據(jù)。采集包頭市南郊污灌區(qū)農(nóng)田表層土樣，測(cè)定樣品中LREE含量，將LREE土壤背景值作為污灌區(qū)農(nóng)田土壤外源LREE元素積累的參照基準(zhǔn)值，分析土壤LREE空間分布規(guī)律。南郊污灌區(qū)整個(gè)研究區(qū)土壤LREE含量范圍為131.86～241.41 mg·kg-1，是河套土壤LREE背景值129.54 mg·kg-1的1.02～1.86倍，整個(gè)研究區(qū)土壤LREE含量的平均值為182.77 mg·kg-1，是背景值的1.41倍。依據(jù)研究區(qū)所有取樣點(diǎn)制作的LREE等值線分布圖顯示，人類(lèi)活動(dòng)使污灌區(qū)農(nóng)田土壤LREE超量積累，應(yīng)該重視外源LREE在污灌區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境中的累積性變化，它對(duì)污灌區(qū)農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境具有不可忽視的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：輕稀土；分布特征；平面空間；農(nóng)田表層土壤；污灌區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：S159 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.009

Abstract： This paper studied characteristics of Light rare earths（LREE， include La，Ce，Pr，Nd，Sm and Eu）distribution in farmland surface soil of sewage irrigation in Southern suburbs of Baotou（SSBT）， providing a scientific basis to evaluation of the soil environmental quality of sewage irrigated and repair of LREE pollution in soil. Stream farmland surface soils samples were collected in SSBT， to determine the content of LREE. Taking soil background value of the LREE as reference values for sewage irrigated farmland， spatial distribution of LREE in soil was analyzed. The results showed that the content of LREE in SSBT was 131.86～241.41 mg·kg-1， the average total content of LREE was 182.77 mg·kg-1，it was 1.41 times than background value 129.54 mg·kg-1. According to LREE contour map of all sampling points， LREE has obvious ribbon enrichment distribution in space， it indicates that there are the plane spatial variation of accumulation and enrichment of exogenous LREE in farmland surface soil. There is full enrichment LREE in the sewage irrigation area because human activities lead to excess accumulation of exogenous LREE in the farmland surface soil of sewage irrigation， external LREE has the potential ecological risk to farmland surface soil ecological environment in SSBT and this cannot be ignored.

Key words：Light rare earths（LREE）； distribution； two-dimensional space； farmland surface soil；sewage irrigation area

輕稀土（Light rare earths，LREE）通常指鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）和銪（Eu）等7種稀土元素，這些元素具有較低的原子序數(shù)和較小質(zhì)量，其中钷在地殼中的豐度微乎其微，在農(nóng)田土壤輕稀土元素含量研究中不做探討。

中國(guó)是世界稀土生產(chǎn)第一大國(guó)[1]，主導(dǎo)著全球稀土原料供應(yīng)市場(chǎng)[2]（占稀土供應(yīng)市場(chǎng)份額的95%[3]），其中世界上最大的白云鄂博鐵-輕稀土-鈮共生礦床[4]富含La、Ce、Sm和Eu 等輕稀土元素，占全國(guó)儲(chǔ)量80%、世界儲(chǔ)量38%以上。La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等輕稀土金屬主要用于[5-6]農(nóng)用稀土微肥、治療癌癥特效藥、化學(xué)反應(yīng)催化劑、玻璃拋光粉、精密光學(xué)玻璃、光纖放大器、航空航天和深海載人潛水器特種合金，等等，其中國(guó)際空間站阿爾法磁譜儀中的釹鐵硼磁體就由中國(guó)包頭生產(chǎn)，全球核電站中核反應(yīng)堆控制棒Sm-149需求量的95%由中國(guó)供給。由于輕稀土金屬具有這種特殊用途，使稀土礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)在既為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，也為世界科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出卓越貢獻(xiàn)，無(wú)論是以贛州重稀土還是以包頭輕稀土為代表的金屬生產(chǎn)，其過(guò)程中產(chǎn)生的“三廢”[7]以及隨之?dāng)U散到產(chǎn)區(qū)土壤中的大量外源LREE，均可造成土壤污染，降低土壤質(zhì)量，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

稀土元素的特征電子層結(jié)構(gòu)[Xe]4f0～145d0～16s2趨于形成相對(duì)穩(wěn)定的三價(jià)陽(yáng)離子，故稀土離子化學(xué)性質(zhì)及生物效應(yīng)具有高度的相似性，但同時(shí)由于各稀土元素的氧化還原性能、水解反應(yīng)常數(shù)、配合物穩(wěn)定常數(shù)的差異以及pH值、溫度、濕度、鹽度等環(huán)境因素的影響，使輕重稀土的毒性存在差異[8]。稀土離子RE3+與Ca2+在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面都很相似，因而稀土又稱(chēng) “超級(jí)鈣”[9]，能取代生物體內(nèi)的結(jié)合鈣[10]并導(dǎo)致細(xì)胞損傷甚至凋亡，具有毒性效應(yīng)。毒性效應(yīng)指毒性重金屬、有機(jī)污染物等毒物或藥物對(duì)機(jī)體所致有害的生物學(xué)變化，如痙攣、致畸、致癌或致死等效應(yīng)，例如源于日本的“痛痛病”、“水俁病”，分別是毒性重金屬Cd、Hg產(chǎn)生生態(tài)毒性效應(yīng)的典型案例。由毒性重金屬污染引起的緩變型地球化學(xué)災(zāi)害[11]已經(jīng)成為全球性問(wèn)題，尤其是像中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家[12]更不能忽視。任何一種稀土元素都不是生物生長(zhǎng)必需元素，稀土金屬類(lèi)屬于毒性重金屬，與重金屬污染機(jī)制一樣具有“低促高抑”的毒物興奮效應(yīng)，并通過(guò)食物鏈放大效應(yīng)威脅人體健康[13]。中國(guó)在稀土金屬生產(chǎn)過(guò)程中排入環(huán)境的微量稀土元素對(duì)環(huán)境的污染和重金屬[14]、酸雨[15]一樣，成為全世界重要的環(huán)境問(wèn)題[16]，因而土壤外源稀土元素的環(huán)境問(wèn)題已成為繼重金屬元素[17]和持久性有機(jī)污染物[18]環(huán)境問(wèn)題后又一個(gè)新的研究熱點(diǎn)[19]。

近年來(lái)關(guān)于包頭市外源稀土元素對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境影響的研究已取得不少詳實(shí)可靠的成果，如徐清等[20]證實(shí)，麻池鎮(zhèn)南部城梁一帶表層土壤稀土污染已呈現(xiàn)由點(diǎn)源向面源（條帶狀，屬于四道沙河污灌區(qū)）污染變化的趨勢(shì)，表層土壤LREE含量分布特征的高度一致性與當(dāng)?shù)叵⊥廉a(chǎn)業(yè)和鋼廠尾礦堆積與排放有著密切關(guān)系；張慶輝等[21-22]證實(shí)包頭市南郊四道沙河污灌區(qū)部分農(nóng)田L(fēng)REE總量達(dá)189.48 mg·kg-1，是河套地區(qū)土壤稀土背景值總量135.53mg·kg-1[20]的1.40倍，表現(xiàn)為非常明顯的LREE富集型。但這些研究過(guò)程的取樣密度及研究精度較低，因而本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了密度為5個(gè)·km-2的組合大樣（每10個(gè)小樣組合為1個(gè)大樣）的階段性采樣，詳細(xì)分析、揭示污灌區(qū)農(nóng)田土壤外源LREE元素在水平方向上的分布特征，以期為包頭市農(nóng)田土壤稀土污染預(yù)警和污染水平評(píng)價(jià)等提供更加詳實(shí)的理論參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

包頭市是中國(guó)重要的基礎(chǔ)工業(yè)基地和全球輕稀土產(chǎn)業(yè)中心，被譽(yù)為“草原鋼城，稀土之都”，地處黃河之濱，地理坐標(biāo)范圍為109°15′12″～111°26′25″E，40°14′56″～42°43′49″N，屬于溫帶季風(fēng)半干燥氣候。年平均氣溫為6.5 ℃，12月底至1月初氣溫最低，平均為0.735 ℃，最熱在6月底至7月初，最高溫度34.7 ℃。年平均降水量為300～350 mm，7—8月份降水量約占年降水量的54%，枯水年僅131.5 mm；年平均蒸發(fā)量2 094 mm。

研究區(qū)范圍北起京包—包蘭鐵路線，南至黃河北岸自然界限，西起昆都侖河?xùn)|岸自然界限，東至濱河開(kāi)發(fā)區(qū)的西邊界及小白河濕地。該區(qū)基本上從小白河西進(jìn)水閘到黃河乳牛場(chǎng)之間的連線為界，東部為四道沙河污灌區(qū)，以自流灌溉為主；西南部為昆都侖河污灌區(qū)，以小型水泵提灌為主。海拔高度在1 011～1 003m之間。污灌區(qū)土質(zhì)多為砂壤土、砂土和灌淤土，滲透力強(qiáng)。表層土（0～25 cm） pH值為7.02[23]。研究區(qū)內(nèi)種植農(nóng)作物的灌溉用水都是污水渠的污水；種植的糧食作物主要有玉米、小麥等。

1.2 樣品采集與分析方法

1.2.1 樣品采集 研究區(qū)農(nóng)田地勢(shì)平坦、土壤較均勻，并以當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)為單位劃分成面積較小的田塊，故采樣方法選定采用“梅花形”[22]取樣，取樣區(qū)范圍如圖1所示。每2 000 m2內(nèi)的農(nóng)田田塊內(nèi)按“梅花形”布置并采取10個(gè)土壤小樣（采樣深度0～20 cm），每10個(gè)土壤小樣采用四分之一縮分法組合成1個(gè)土壤大樣，共采集土壤大樣樣品36個(gè)。土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室自然陰干，用尼龍篩截取0.15 mm粒級(jí)的樣品，用于測(cè)定稀土元素（LREE）。

1.2.2 分析方法 對(duì)LREE分析采用等離子質(zhì)譜法，在Perkin-Elmer Elan 6000型等離子質(zhì)譜儀（ ICP-MS）上完成，整個(gè)分析過(guò)程均進(jìn)行了系統(tǒng)的質(zhì)量保證。對(duì)每個(gè)樣品的目標(biāo)元素進(jìn)行7次平行測(cè)定，測(cè)定稀土元素含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD%）范圍均小于5%，分析精度達(dá)到試驗(yàn)要求。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel軟件進(jìn)行分析；用MapGIS 67 軟件制作空間插值樣品含量等值線圖。

2 結(jié)果與分析

在本項(xiàng)目階段性研究過(guò)程中，研究區(qū)（K和S研究區(qū)）共取土壤組合樣品36個(gè)，樣品分析結(jié)果如表1。研究區(qū)細(xì)分為昆都侖河（K）、四道沙河（S）污灌區(qū)，農(nóng)田土壤LREE含量特征如表2、表3。

在表1中，南郊污灌區(qū)整個(gè)研究區(qū)第一階段采集土壤樣品總數(shù)36個(gè)，土壤LREE總量范圍在131.86～241.41 mg·kg-1，是背景值129.54 mg·kg-1的1.02～1.86倍，整個(gè)研究區(qū)土壤LREE含量的平均值為182.77 mg·kg-1，是背景值129.54 mg·kg-1的1.41倍。最大平均值是背景值的1.86倍。

昆都侖河污灌區(qū)（表1中1～9號(hào)樣，圖1中的K研究區(qū)，9個(gè)樣）土壤LREE含量范圍為131.93～218.62 mg·kg-1，最大值是河套土壤LREE背景值129.54 mg·kg-1的1.02～1.69倍；平均含量為176.89 mg·kg-1，是河套土壤LREE背景值的1.37倍。最大值是背景值的1.39倍。

四道沙河污灌區(qū)（圖1中的S研究區(qū)，27個(gè)樣）土壤LREE含量范圍為136.31～241.41 mg·kg-1，是河套土壤LREE背景值129.54 mg·kg-1的1.05～1.86倍；平均含量184.74 mg·kg-1，是河套土壤LREE背景值129.54 mg·kg-1的1.43倍。最大值是背景值的1.86倍。

對(duì)上述兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的污灌區(qū)（圖1中K、S研究區(qū)）農(nóng)田土壤鑭平均值差別較大的原因分析如下：

昆都侖河污灌區(qū)位于該河下游，河槽內(nèi)污灌取水口最高水位海拔高度986.36 m，比污灌區(qū)農(nóng)田平均海拔高度992 m低5.64 m，因而當(dāng)?shù)夭捎盟锰峁喾绞焦喔龋ㄈ∷谔峁帱c(diǎn)揚(yáng)水高程為7.76 m）。昆都侖河流域大部分的排污口都在鐵路線以北，污水中稀土元素主要以懸浮態(tài)和溶解態(tài)形式（懸浮態(tài)>溶解態(tài)）[25]在水中遷移。昆都侖河污灌區(qū)農(nóng)田土壤輕稀土含量低于四道沙河污灌區(qū)農(nóng)田土壤輕稀土含量，原因可能涉及堿性環(huán)境地球化學(xué)障、濕地生態(tài)系統(tǒng)和人為確定提灌時(shí)間三個(gè)因素。

（1）堿性環(huán)境地球化學(xué)障。昆都侖河這種季節(jié)性很強(qiáng)的河槽區(qū)段，經(jīng)常是雨季大水浸漫[26]、旱季排水不良，水動(dòng)力復(fù)雜多變，到夏季炎熱少雨時(shí)當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量（年平均蒸發(fā)量2 094 mm）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨補(bǔ)充量，使河水流量大大降低，在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下形成近似于鹽漠環(huán)境[27]的裸露河槽，鹽堿化程度迅猛提高[28]，使土壤-水系沉積物中含堿量很高，進(jìn)而提高流經(jīng)該段河槽污水的pH 值。隨著pH值的升高，河槽中土壤-水系沉積物對(duì)輕稀土RE3+的吸附量逐漸增大，而且弱堿性或堿性更有利于吸附[29]。通過(guò)河槽土壤-水系沉積環(huán)境pH 值的提高形成的堿性環(huán)境地球化學(xué)障，加強(qiáng)了河槽土壤-水系沉積物對(duì)污水中輕稀土RE3+的吸附，降低了污水中的LREE含量。

（2）河槽濕地生態(tài)系統(tǒng)。昆都侖河污灌區(qū)提灌點(diǎn)以上的河槽寬（300～500 m）、水流流速變緩，該河段生長(zhǎng)大量小葉錦雞兒、蘆葦，形成小型的河漫灘、河心灘小葉錦雞兒-蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)通過(guò)上游污水口排入昆都侖河的污水經(jīng)過(guò)這些濕地生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，植物發(fā)達(dá)的根系等以過(guò)濾、吸收等方式富集RE3+，從而去除污水中一部分輕稀土RE3+，降低了污水中LREE含量。至于地球化學(xué)障和濕地生態(tài)系統(tǒng)作用如何影響該段河槽濕地土壤、水系沉積物中LREE含量及其分布特征，還有待于開(kāi)展專(zhuān)門(mén)研究。

（3）人為確定提灌時(shí)間。昆都侖河污灌區(qū)通過(guò)提灌方式灌溉，提灌時(shí)，農(nóng)民會(huì)詳細(xì)觀察水質(zhì)的清澈度，如果水太混濁，農(nóng)民就不提灌了。污灌區(qū)農(nóng)民多年來(lái)在當(dāng)?shù)睾舆吷畈⒗迷摵游鬯?，他們?duì)河流污水水質(zhì)變化特征有比較明確的認(rèn)識(shí)。

上述3個(gè)方面的可能性因素，造成本研究區(qū)昆都侖河污灌區(qū)（圖1中的K研究區(qū)）農(nóng)田土壤LREE平均含量為176.89 mg·kg-1，低于四道沙河污灌區(qū)土壤LREE平均含量（184.74 mg·kg-1）。

四道沙河污灌區(qū)（圖1中的S研究區(qū)）利用污水的方式為自流灌溉。四道沙河污灌區(qū)屬于四道沙河及其中、上游的支流區(qū)，河槽寬度一般為3～6 m，這兩個(gè)自然因素決定了河內(nèi)灌溉農(nóng)田的污水沒(méi)有自然凈化的過(guò)程，年季污水混濁度沒(méi)有什么區(qū)別。河槽高度或高于灌溉區(qū)農(nóng)田高度、或基本一致、或稍低1～2 m。在河槽稍低于灌溉農(nóng)田的區(qū)段，只加上攔水小堤或小水閘就都能達(dá)到自流灌溉。因此污灌時(shí)污水挾裹懸浮物一起涌入灌溉區(qū)農(nóng)田。這種情況形成了該灌溉區(qū)農(nóng)田土壤LREE平均含量高達(dá)184.74 mg·kg-1。

對(duì)圖1中K、S兩個(gè)研究區(qū)所有取樣點(diǎn)輕稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm和Eu等值線分布圖分析表明，各個(gè)輕稀土元素在空間上具有明顯的帶狀富集特征，反映了研究區(qū)微地形高度的差異引起外源LREE在水平方向上積累富集的平面空間差異性。在上述區(qū)域后續(xù)的研究中，計(jì)劃還要進(jìn)一步加密取樣點(diǎn)并適當(dāng)布置土壤剖面，以提高研究精度，揭示輕稀土在污灌區(qū)的三維空間分布規(guī)律。

3 討 論

3.1 輕稀土元素對(duì)農(nóng)田土壤等生態(tài)環(huán)境的影響

進(jìn)入土壤的稀土絕大部分被土壤吸附和絡(luò)合，植物能吸收利用的可交換態(tài)占稀土總量的9%[30]，積累量增加，可交換態(tài)稀土量也隨之增加，土壤-植物系統(tǒng)中的糧食、蔬菜類(lèi)吸收稀土元素的含量理所當(dāng)然地增加，并通過(guò)生物鏈的放大作用而影響人體健康。

3.2 輕稀土元素對(duì)土壤酶及土壤微生物的影響

La是稀土元素系列中化學(xué)性質(zhì)最活潑的元素，其生態(tài)毒性在稀土元素系列中也比較有代表性。土壤酶能加速土壤中腐殖質(zhì)的合成和分解、各類(lèi)有機(jī)物質(zhì)水解和轉(zhuǎn)化、有機(jī)質(zhì)和某些無(wú)機(jī)質(zhì)的氧化-還原等許多重要的生化過(guò)程。土壤有效態(tài)La在直接破壞土壤結(jié)構(gòu)的同時(shí)[31]還破壞土壤酶的動(dòng)態(tài)平衡性，因?yàn)長(zhǎng)a占據(jù)酶的活性中心，導(dǎo)致土壤酶活性降低[32]，如果高劑量（≥50 mg·kg-1）[33]施加外源稀土RECl3·6H2O （含La、Ce、 Nd、 Sm、Dy、Yb的氯化物），可顯著降低土壤磷酸酶活性，從而影響土壤 P 的吸附特性和供給，使植物缺乏必需營(yíng)養(yǎng)元素而影響正常生長(zhǎng)；當(dāng)La劑量增至 20 mg·kg-1時(shí)，玉米根際有效 P 含量[34]的富集效應(yīng)就顯著減弱。La對(duì)土壤N含量[35]也有類(lèi)似影響。而研究區(qū)土壤La含量的平均值為41.63 mg·kg-1，根據(jù)上述已有研究成果，研究區(qū)外源La對(duì)土壤酶活性必然有明顯的影響。

輕稀土元素在高濃度下能降低土壤生物活性，導(dǎo)致土壤肥力水平降低，當(dāng)土壤La積累至150 mg·kg-1 [36]時(shí)，土壤細(xì)菌、放線菌和自生固氮菌對(duì)La毒性的敏感性均大于真菌，引起土壤中各類(lèi)微生物群落結(jié)構(gòu)和群落多樣性的變化[37]，進(jìn)而降低土壤活力。因而研究區(qū)如何預(yù)防農(nóng)田土壤外源稀土元素的增加，是生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)中應(yīng)該密切關(guān)注的內(nèi)容。

3.3 輕稀土元素對(duì)植物的影響

通過(guò)對(duì)擬南芥[38]、蠶豆[39]、小麥[40]的試驗(yàn)證實(shí)，稀土元素明顯抑制植物毛細(xì)根的發(fā)育和主根生長(zhǎng)，其中小麥根系中富含輕稀土元素，稀土含量與土壤pH值呈現(xiàn)出密切的負(fù)相關(guān)關(guān)系。La3+、Sm3+隨濃度升高（從0.6，4，8，12到16 mmol·L-1）[41]對(duì)蠶豆幼苗生長(zhǎng)的抑制作用增強(qiáng)。對(duì)蘿卜、油菜、番茄、萵苣、小麥、卷心菜和黃瓜施用La2O3（含量為2 000 mg·L-1）納米級(jí)顆粒物混懸劑，這些蔬菜的毛細(xì)根發(fā)育和主根伸長(zhǎng)都受到La元素嚴(yán)重抑制[42]，且對(duì)根尖細(xì)胞具有遺傳毒性[43]。Ce3+、La3+對(duì)竹葉眼子菜的毒性強(qiáng)度為Ce3+> La3+，致死濃度Ce3+為3～5 mg·L-1、La3+為7～10 mg·L-1 [44]。

勞秀榮等[45]在山東省廣泛性棕壤、褐土中種植玉米，玉米成熟時(shí)發(fā)現(xiàn)，根稀土含量是籽粒含量的3.1倍之多，稀土含量平均順序?yàn)楦?葉>莖>籽粒。黃淑峰等[46]證實(shí)Ce3+、Sm3+、Eu3+等混合硝酸鹽稀土化合物對(duì)玉米根尖細(xì)胞表現(xiàn)出一定的聯(lián)合毒性作用。祁俊生[47]證實(shí)玉米和水稻植物體各部位稀土（La，Ce，Nd）含量分布一般規(guī)律為根>葉>莖>果實(shí)；單一稀土在根部的分布特征是La>Ce>Nd，在葉、莖、果實(shí)的分布特征是Ce>La>Nd。水稻植株各器官對(duì)土壤稀土的累積能力[48]依次為根>葉>莖>穗軸、谷殼>籽粒。

稀土元素對(duì)擬南芥、蠶豆、小麥、玉米、水稻等模式植物及常見(jiàn)蔬菜的毒性效應(yīng)都具有普遍意義，因而研究成果對(duì)于本研究區(qū)稀土農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境的稀土預(yù)警具有普遍的借鑒和參考價(jià)值。外源LREE對(duì)研究區(qū)農(nóng)作物及其通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康的影響，是本項(xiàng)目下一步繼續(xù)研究的內(nèi)容。

3.4 輕稀土元素對(duì)動(dòng)物的影響

采用S1上海梨形四膜蟲(chóng)[49]進(jìn)行輕稀土La3+、Sm3+ 24 h和96 h生長(zhǎng)毒性試驗(yàn)表明，隨著濃度升高（從1，10，25，50到100 mg·L-1），稀土子表現(xiàn)出毒性大小順序?yàn)镾m3+> La3+，稀土離子濃度較高時(shí)梨形四膜蟲(chóng)分裂均受到抑制。李遠(yuǎn)偉等[50]還證實(shí)，不同劑量La與200 mg·kg-1 Cu、600 mg·kg-1 Cu 復(fù)合脅迫時(shí)，蚯蚓受到的環(huán)境脅迫作用增強(qiáng)。

何萍等[51]證實(shí)La對(duì)成年Wistar大鼠的肌肉接頭和交感神經(jīng)節(jié)突觸傳遞具有一定的不良影響。細(xì)胞核是細(xì)胞中最重要的細(xì)胞器，它直接關(guān)系到遺傳信息傳遞、基因表達(dá)、生物大分子的合成與代謝等。對(duì)5周齡雄性封閉群（ICR）小鼠灌喂10，20，40 mg·kg-1稀土元素La3+、Ce3+、Nd3+ 6周[52]后，觀測(cè)到其主要累積于生物體肝臟，除大量蓄積在細(xì)胞核中[53]，還存在于線粒體中[54]。用生理鹽水和2.0，5.0，20.0 mg·kg-1的混合農(nóng)用稀土“常樂(lè)”（La2O3=30.48%， CeO2 =54.67%，Pr6O11=6.05%，Nd2O3=8.8%）對(duì)Wistar大鼠連續(xù)灌胃3個(gè)月[55]后證實(shí)，20.0 mg·kg-1組肝細(xì)胞索排列顯著紊亂，膽小管附近有較多電子密度高的致密體及溶酶體，而且濃度升高到5 mg·kg-1[56]以后，稀土對(duì)大鼠腎臟的不良影響還會(huì)逐漸增大。

輕稀土元素對(duì)動(dòng)物的生殖毒性比其它生化指標(biāo)較為敏感，故其對(duì)生殖系統(tǒng)的影響備受關(guān)注。比如環(huán)腺苷酸（cAMP：Cyclic Adenosine Monophosphate）是一種具有細(xì)胞內(nèi)信息傳遞作用的小分子，在劑量為400 mg·kg-1的稀土鑭（LaCl3）[57]的作用下，小鼠睪丸中cAMP含量降低抑制睪酮的分泌，造成睪丸生精障礙和精子質(zhì)量下降；將40只成年雄性小鼠[58]隨機(jī)分成對(duì)照組、低（ 25 mg·kg-1） 、中（50 mg·kg-1） 、高 （100 mg·kg-1） 劑量組，每4 d腹腔注射 1 次，飼養(yǎng) 35 d后證實(shí)，高劑量LaCl3抑制了小鼠精子數(shù)量和質(zhì)量；中劑量LaCl3能使小鼠精子數(shù)量減少、造成損傷。若將200 mg·kg-1·d-1和800 mg·kg-1·d-1兩種劑量Ce（NO3）3以隨飼料攝入染毒與腹腔注射急性染毒兩種方法[59]應(yīng)用于不同雄性小鼠，證實(shí)雄性小鼠精子畸形率均顯著高于對(duì)照組，后期（30 d和45 d）尤為明顯。若以不同劑量的混合稀土（為硝酸鹽，其氧化物總含量≥38%，其中氧化物L(fēng)a、Ce、Pr、Nd分別占氧化物總含量的25%～30%、40%～50%、5%、16%）對(duì)小鼠腹腔注射連續(xù)染毒10 d[60]后證實(shí)，400 mg·kg-1·d-1以上的稀土處理對(duì)超排卵數(shù)、活卵數(shù)、成熟卵數(shù)和孤雌活化率均具有明顯抑制作用，且受精率也降低。

由于四膜蟲(chóng)、蚯蚓和實(shí)驗(yàn)鼠都屬于模式生物，稀土元素在其體內(nèi)表現(xiàn)出的毒性效應(yīng)與人體非常相似，所以研究成果對(duì)于稀土選冶型城市農(nóng)田稀土污水灌溉區(qū)正確認(rèn)識(shí)稀土元素對(duì)人體健康的危害、預(yù)防具有重要的理論借鑒意義。稀土對(duì)動(dòng)物基因和生殖系統(tǒng)等的毒性作用，既影響動(dòng)物種群的質(zhì)量也影響種群結(jié)構(gòu)的數(shù)量。因此，稀土元素對(duì)人類(lèi)的毒性影響，既會(huì)影響稀土工業(yè)產(chǎn)區(qū)當(dāng)代居民的身體健康，更嚴(yán)重的是還會(huì)通過(guò)遺傳而影響后代人的正常發(fā)育及健康等。

有關(guān)外源LREE通過(guò)污灌區(qū)農(nóng)田的土壤-植物（糧食和蔬菜）系統(tǒng)而進(jìn)入人體（當(dāng)?shù)鼐用瘢┑腖REE含量及其累積過(guò)程的等定量分析與詳細(xì)研究，在本項(xiàng)目的后續(xù)研究中將進(jìn)一步深入揭示。

4 結(jié) 論

整個(gè)研究區(qū)土壤LREE總量范圍為131.86～241.41 mg·kg-1，是背景值129.54 mg·kg-1的1.02～1.86倍，整個(gè)研究區(qū)土壤LREE含量的平均值為182.77 mg·kg-1，是背景值129.54 mg·kg-1的1.41倍，最大值是背景值的1.86倍。輕稀土元素在空間上具有明顯的帶狀富集分布特征，這表明外源稀土元素在農(nóng)田表層土壤中積累富集的平面空間差異性。稀土元素對(duì)人類(lèi)健康有毒性作用，更嚴(yán)重的是遺傳毒性會(huì)影響后代人的正常發(fā)育及健康等。人類(lèi)活動(dòng)使污灌區(qū)農(nóng)田土壤輕稀土元素超量積累，應(yīng)重視外源輕稀土元素在污灌區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境中的累積性變化，它對(duì)污灌區(qū)農(nóng)田土壤生態(tài)環(huán)境具有不可忽視的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

致謝：感謝郭殿繁、王銘、楊德彬、皇學(xué)良，穆卓宇、劉媛媛、馮林婷、金慧亮、蘇龍、高文邦、杭韋韋，劉強(qiáng)、呂偉、安呈祥等在野外采樣、室內(nèi)樣品制作及數(shù)據(jù)處理等工作過(guò)程中的積極參與和辛勤勞動(dòng)。感謝審稿專(zhuān)家及編輯提出的寶貴意見(jiàn)。

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