土壤碘的环境地球化学迁移研究

严爱兰

摘要 应用同位素（125I）示踪技术，在模拟条件下，通过淋溶试验，研究土壤碘的环境地球化学迁移特征及其影响因素。研究表明：土壤碘（125I）的迁移、挥发和被淋溶的数量与土壤质地有关，淋溶液的酸碱度对土壤碘的流失产生明显的影响。这些研究结果为提高作物吸收碘的效率，进而开辟生产化防治IDD的新途径提供重要的科学依据。

关键词 IDD；125I；土壤；地球化学迁移

中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05056-02

碘是目前人们最重视且研究最广泛的微量元素之一，是合成甲状腺激素不可缺少的元素。如果人体碘摄入不足，那么会导致一系列疾病的发生，包括甲状腺肿大、甲状腺功能衰退、以神经系统损伤为特征的地方性克汀病等。这些疾病通称为碘缺乏病（IDD，Iodine deficiency disease）[1]。根据流行病学的调查，目前全球有118个国家流行碘缺乏病，41个国家由于证据不足而无法确定，只有20个国家可以肯定不存在IDD，其中有65 500万人患有甲状腺肿大症状，约占世界总人口14%。由于碘缺乏严重影响人类健康和社会发展[2]，人们对碘的环境与生物地球化学循环过程给予高度的关注[3-4]，并在探索有效的人体补碘途径方面进行了不懈的努力。防治碘缺乏病的方法有几种，其中国际上认为最经济、最有效和最容易普及的防治IDD措施为食盐加碘，简称为碘盐。然而，碘盐中的碘主要为氯化钾和硝酸钾，在储运和烹调过程中不稳定，易挥发，约90%的碘会损耗；另外，若摄碘量过高，则会导致一些高碘性疾病[5]，如高碘会诱发慢性淋巴甲状腺炎，引起甲状腺机能亢进（甲亢）、甲状腺机能减退等疾病[6]。刘桂仪[7]研究认为，甲状腺癌也与过多摄入碘有关。

在正常情况下，人体中碘的75%～85%来自植物性食品[2]，人体对植物食物中的生物有机碘的利用率高达90%以上。由此可见，提高植物食品中碘的含量水平将是一种从根本上防治IDD的有效生产化措施[8]。植物对碘的必需性至今未得到普遍的证明。因此，人们对土壤中碘的环境与生物地球化学迁移特征还不甚了解，而这正是如何培育出含碘作物最关键的问题。

在模拟条件下，笔者运用同位素（125I）示踪技术，通过土壤碘的淋溶试验，研究土壤中碘的环境地球化学迁移及其影响因素，从而为提高作物含碘水平，实现人体自然补碘提供理论科学依据。

1 材料与方法

试验土壤为当地青紫泥。供试土壤的理化性质为：青紫泥，pH 5.81，有机质42.9 g/kg，阳离子交换量16.28 mol/kg，黏粒36.86%，粉粒45.46%，砂粒17.68%。試验设3个处理：①按土壤的原有天然发育层由上而下采取土样，装土时加去离子水，使土柱保持润湿，加入10 ml Na125I，塑料柱下端用3层纱布包裹，防止土壤外漏。3次重复，静置20 d后取样、测定。 ②按土壤的原有天然发育层由上而下采取土样，装进塑料柱，塑料柱下端用3层纱布包裹，防止土壤外漏，装土的同时加去离子水，以便使得土柱保持润湿。土柱常温下静置3 d，加入15 ml Na125I水溶液，用总量1 000 ml去离子水少量、不间断灌淋，使土柱下端持续有水滴，用容器接土柱下端的去离子水。一个样品50 ml，其中吸取1 ml用于测定放射性活度。3次重复，取平均值。③取青紫泥土耕作层0～20 cm，风干，剔除杂物，过10目筛，按土壤的原有天然发育层由上而下放入直径为8 cm、高为10 cm的塑料柱中，在土壤中层加入18 mg KI水溶，每天用去离子水淋溶，使得土壤保持湿润，持水量约为田间含水量的70%左右。静置20 d，样品风干磨碎，过20目筛，用pH 1～8的去离子水按土液比1∶10进行淋溶。在淋溶结束，在超声清洗器中振荡2 h，中速滤纸过滤淋溶液，采取紫外分光光度法测定淋溶液中碘离子（I-）和总碘含量，总碘与I-的含量之差为碘酸根离子（IO3-）的含量。用BH1224型微机—多道一体化能谱仪，测定125I放射性活度。

2 结果与分析

由图1可知，土柱经过20 d的静置，125I确实向土壤下层发生了迁移，但是大部分125I仍然集中于土壤上层，随着土壤深度的加深，碘累积越来越少。在土壤0～10 cm范围内，青紫泥的125I累积总量为26 566 Bq，占125I原始引入量的68.68%，而在10～20 cm范围内，滞留累计的125I只占125I原始引入量的4.73%，其余的125I量为自然衰变和自然挥发，其中自然衰变丢失占原始引入量的百分比为20.0%，约4.40%的125I自然挥发丢失。由此可知，碘在土壤中存在扩散和迁移，但只有小部分碘向下层迁移，绝大部分碘吸附在土壤表层。

由图2可知，加入青紫泥中的125I量只有少量被淋溶水带走。淋溶水中的125I含量在前5次取样，表现出随着取样次数的增加，淋溶水中125I量也有增加的趋势。这说明在这个时间段，引入土壤表面的125I还没有完全被土壤吸附固定，随着淋溶水量的增加，从土壤中被解析下来的125I量越来越多。淋溶水中125I量达到最大值后逐渐降低，至取样12次后，淋溶水中的125I就微乎其微了。由此可知，125I一旦被土壤吸附后不易被水淋溶带走，从而可以推测125I被土壤吸附后，由于自然降雨被淋溶带走的125I量不多，更有利于土壤中作物对外源碘的吸收。

由图3可知，淋滤水的pH会影响土壤中碘的淋溶迁移。总的来说，表现出淋溶水pH越高，则淋溶下来的碘含量有增加的趋势。当水溶液pH小于4.6时，土壤中淋滤出碘量随水溶液pH的增加而先增大后减少。当淋溶水pH约为4.6时， 被淋滤的碘含量降到最小，此时碘在土壤中有较明显的吸附。被淋滤的碘离子含量与pH之间有一定的关系。当pH在1～8之间变化，被淋溶的碘含量略有增加，但幅度不大。碘酸根受pH的影响较明显，试验时淋溶水pH在1～8变化。当pH为4.6时被淋溶出的碘含量减少，淋溶水的pH大于4.6后，随着pH的增大，淋溶出的碘含量明显增加。这说明相对于碘离子，土壤中的碘酸根离子对淋滤水的酸碱度具有较大的敏感性。研究还表明，当淋溶水的pH小于4.6时，土壤中被淋滤处的碘离子含量大于碘酸根离子含量；当pH大于4.6时，被淋滤出的碘酸根离子含量大于碘离子含量。

3 结论

研究表明，引入土壤的125I随深度呈指数衰减，绝大部分125I集中在土壤0～10 cm表层内，表明125I向土壤下层扩散和迁移的量较小。在125I被土壤吸附之后，則不易被淋溶水淋溶迁移，淋滤水pH会影响土壤中碘的淋溶迁移。当淋溶水的pH小于4.6时，土壤中被淋滤处的碘离子含量大于碘酸根离子含量；当pH大于4.6时，被淋滤出的碘酸根离子含量大于碘离子含量。该研究结果为保持土壤中的碘不流失，提高作物的含碘水平，进而开辟生产化防治IDD的新途径，提供理论上和技术上的重要科学依据。

参考文献

[1] 迟锡增.微量元素与身体健康[M].北京：化学工业出版社，1993：205-206.

[2] HETZEL B S，STANBURY J B.World Health Organization.Endemic goiter and endemic cretinism ：iodine nutrition in health and disease[M].New York： Wiley，1980：606.

[3] BAKER A R，THOMPSON D，CAMPOS M L A M ，et al.Iodine concentration and availability in atmospheric aerosol [J].Atmospheric Environment，2001，34：4331-4336.

[4] FARRENKOPF A M，DOLLHOPF M E，CHADHAIN S N，et al.Reduction of iodate in seawater during Arabian Sea shipboard incubations and in laboratory cultures of the marine bacterium Shewanella putrefaciens strain MR.4[J].Marine Chemistry，1997，57（3/4）：347-354.

[5] 王东升.地下淡水演变与水致疾病[J].地球学报，1998，19（4）：443-448.

[6] 彭永梅.碘与甲状腺疾病[J].现代医药卫生，2002，18（10）：864-865.

[7] 刘桂仪.鲁北平原深层地下水开发与环境问题[J].水文地质工程地质，2001（3）：43-45.

[8] PETERSON S.Improved cassava.processing can help reduce iodine deficiency disorders in the Central African Republic [J].Nutrition Research，1995，15（6）：803-812.安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci.2014，42（16）：5058-5059，5070

责任编辑 刘月娟 责任校对 李岩