土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬遷移轉(zhuǎn)化關(guān)系文獻(xiàn)綜述

摘 要 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成成分，因其含有大量含氧官能團(tuán)及其他官能團(tuán)而對(duì)重金屬有很強(qiáng)的吸附作用。近年來，關(guān)于土壤中可溶解性有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)與顆粒有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化作用有大量研究，但由于土壤有機(jī)質(zhì)組成復(fù)雜，其作用機(jī)制及其作用效果很難完全研究清楚。

關(guān)鍵詞 土壤有機(jī)質(zhì)；重金屬；可溶解性有機(jī)質(zhì)；腐殖質(zhì)；顆粒有機(jī)質(zhì)

中圖分類號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.17.053

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成成分，是植物和微生物生命活動(dòng)所需要的營養(yǎng)元素和能量的來源，是土壤肥力的重要指標(biāo)，被認(rèn)為是土壤質(zhì)量和功能的核心[1]，也是影響土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和植物對(duì)重金屬吸收的最重要的土壤性質(zhì)之一。關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬間相互作用及其機(jī)制的研究是受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性的影響進(jìn)行大量研究，本文通過對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的組成分類及其對(duì)重金屬的作用的研究進(jìn)行綜述，旨在為今后土壤重金屬污染治理的研究提供參考。

1 關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬遷移轉(zhuǎn)化影響機(jī)制與效果的研究

1.1 土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬遷移轉(zhuǎn)化影響機(jī)制的研究

土壤是一個(gè)由礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、空氣及水組成的復(fù)雜的非均質(zhì)體，土壤原有的或外源進(jìn)入土壤的重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化過程十分復(fù)雜：有酸堿反應(yīng)、溶解-沉淀、吸附-解吸、絡(luò)合-離解以及氧化-還原等多種反應(yīng)過程。通過上述過程，重金屬在土壤中與各種組成成分結(jié)合，以不同形態(tài)存在，土壤有機(jī)質(zhì)可通過直接或間接影響上述過程而影響重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。土壤有機(jī)質(zhì)含大量的羧基（-RCOOH）、羥基和酚基（-ROH）等含氧基團(tuán)及少量的巰基（-RSH）和氨基（-RNH2），具有大量吸附位點(diǎn)，可以有效吸附土壤中的重金屬。一般情況下，有機(jī)質(zhì)含量高的土壤對(duì)某些重金屬的吸附能也強(qiáng)，去除土壤有機(jī)質(zhì)使土壤重金屬的吸附量明顯下降，而解吸量提高，有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的吸附提高了土壤對(duì)其固定和累積的能力。此外，土壤有機(jī)質(zhì)還可通過其含氧基團(tuán)、巰基和氨基等官能團(tuán)與土壤中的重金屬通過螯合或絡(luò)合反應(yīng)形成溶解度不同的復(fù)合物，從而改變其有效性。由于土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的各種類型的作用，使重金屬能夠被有機(jī)質(zhì)吸收下來，減少土壤溶液中重金屬的含量，降低其生物有效性。所以，可以采用向土壤中施加有機(jī)物料的方式來減少植物對(duì)重金屬的吸收。另外，土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和生物有效性受其他土壤性質(zhì)如pH、陽離子交換量（CEC）、氧化還原狀態(tài)（Eh）及黏土礦物和鐵錳氧化物含量等因素的影響，土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤微生物碳源，在土壤中總是處于合成和分解的動(dòng)態(tài)變化過程中[2]。所以可通過改變土壤的pH、CEC和Eh等條件或鐵離子的有效性間接影響土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化和植物對(duì)其吸收。

1.2 土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化過程的影響效果研究

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化過程的影響導(dǎo)致其在土壤中的結(jié)合狀態(tài)、有效性和植物對(duì)重金屬的吸收量發(fā)生變化，但對(duì)有機(jī)質(zhì)及有機(jī)物料對(duì)土壤重金屬有效性作用效果研究的結(jié)果卻相互矛盾。有研究表明，有機(jī)質(zhì)含量高的土壤重金屬（鉛、鎘等）的有效性低[3]，因而施用各種肥料提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，使污染土壤中的重金屬從活性高的交換態(tài)向活性低的鐵錳氧化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，以可用來有效修復(fù)重金屬污染土壤。另有研究發(fā)現(xiàn)，長期施用有機(jī)物料，雖然其提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，卻對(duì)重金屬表現(xiàn)出明顯的“激活效應(yīng)”，增加其活化率[4，5]，使植物的重金屬吸收有所增加。所以用有機(jī)物料修復(fù)重金屬污染土壤需慎重的建議。由此看來，有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化過程及有效性的影響十分復(fù)雜，除去作物的區(qū)別和土壤性質(zhì)種類的不同外，土壤有機(jī)質(zhì)組成的不同可能是產(chǎn)生這些結(jié)果差異的重要因素。

2 關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)不同組成對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性影響研究

2.1 土壤溶解性有機(jī)質(zhì)與腐殖質(zhì)對(duì)重金屬的影響研究

土壤有機(jī)質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的、非均質(zhì)的混合體，不同有機(jī)質(zhì)組分間的性質(zhì)差異很大，其在土壤物質(zhì)循環(huán)、養(yǎng)分供應(yīng)和土壤團(tuán)聚體形成中的作用不僅取決于其含量即數(shù)量的多少，更重要的是取決于其組成。土壤有機(jī)質(zhì)的組成成分較有機(jī)質(zhì)總量能更好闡明有機(jī)質(zhì)與重金屬間的相互作用關(guān)系。目前，關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)組分還沒有統(tǒng)一的區(qū)分方法。大多數(shù)采用不同溶劑，從土壤中提取分離出溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）、腐殖質(zhì)（包括富里酸、胡敏酸和胡敏素）等成分。以目前來說，關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)組分對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化行為及生物有效性的影響集中在溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）和腐殖質(zhì)上。溶解性有機(jī)質(zhì)在土壤中的數(shù)量很少，卻是最常見、很活躍的一種組分；而腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要成分，占總有機(jī)質(zhì)的50%～90%[6，7]。大多數(shù)研究表明，DOM可以充當(dāng)重金屬元素的“配位體”或結(jié)合“載體”，使土壤或水環(huán)境中重金屬的活性和遷移性大幅度提高[9]，但提高的程度因DOM結(jié)構(gòu)和分子量的不同差異很大[7，8]，而腐殖質(zhì)對(duì)重金屬活性及遷移性的影響與其腐殖化程度有關(guān)（HA/FA），土壤中重金屬的活性伴隨腐殖化程度的增高而降低，可以推測(cè)，正是由于有機(jī)物料在土壤中的分解和腐殖化過程形成DOM和腐殖質(zhì)成分的差異，致使不同有機(jī)物料可使土壤重金屬的活性降低或升高。由此可見，研究不同有機(jī)質(zhì)組分與土壤重金屬間的相互作用對(duì)科學(xué)預(yù)測(cè)和評(píng)估土壤重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)十分重要。

2.2 關(guān)于土壤顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響研究

采用不同溶劑提取的化學(xué)方法來研究土壤有機(jī)質(zhì)組分對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響對(duì)揭示土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬間的相互作用機(jī)制很大作用，但由于化學(xué)方法對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)原狀結(jié)構(gòu)可能具有的破壞作用，所以分離的有機(jī)質(zhì)組分可能不能充分的反映土壤有機(jī)碳庫的真正數(shù)量、形態(tài)和作用。土壤有機(jī)質(zhì)近90%以上是與土壤顆粒結(jié)合的，而有機(jī)質(zhì)在土壤中的作用與其結(jié)合的顆粒大小有關(guān)[10]。近年來，愈來愈多的研究采用顆粒分組的方法來研究土壤有機(jī)質(zhì)的作用。一般情況下，根據(jù)土壤顆粒的大小將土壤有機(jī)質(zhì)分為顆粒有機(jī)質(zhì)和結(jié)合態(tài)有機(jī)質(zhì)[11]，其中顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）為與粒徑大于0.05 mm的與土壤顆粒結(jié)合的有機(jī)質(zhì)，是動(dòng)植物殘?bào)w向土壤腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的活性中間產(chǎn)物。由于POM還未與土壤顆粒形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體，可以用漂洗的方法將其與砂粒分開。土壤顆粒有機(jī)質(zhì)（POM），與微生物生長、營養(yǎng)的供給及密切的相關(guān)性，能夠有效的反映有機(jī)質(zhì)的一些特性，所以其在土壤循環(huán)中卻起著十分關(guān)鍵的作用，是土壤中高的有機(jī)碳庫[10]。

近年來關(guān)于POM對(duì)土壤團(tuán)聚體形成、碳素、氮素循環(huán)中的作用成為土壤有機(jī)質(zhì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，對(duì)POM與土壤污染物間相互作用的研究逐漸受到關(guān)注。已有研究發(fā)現(xiàn)，POM與<0.002 mm的粘粒在土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的積累中均起著十分重要的作用，在不同類型的土壤中，POM中的Cd含量大概是原土的5～11倍，在浙江23個(gè)非污染土壤對(duì)Cd的富集系數(shù)為3.8～12.3[13]。

上述結(jié)果表明了土壤POM對(duì)重金屬有十分明顯的富集作用。但是，POM是一個(gè)非均質(zhì)體，其組成、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)與重金屬富集有什么影響，又受哪些土壤性質(zhì)的影響目前還不清楚。關(guān)于POM對(duì)土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化影響研究有一些報(bào)道，Guo et al[14]發(fā)現(xiàn)，POM可通過其-RCOOH和-ROH等基團(tuán)內(nèi)層吸附Cu和Pb，而對(duì)Cd的吸附則是通過這些基團(tuán)外層絡(luò)合實(shí)現(xiàn)的，章明奎[12]等研究表明，POM對(duì)土壤重金屬的吸附作用與粘粒相當(dāng)，移去POM后土壤重金屬的吸附量顯著下降，淋失的風(fēng)險(xiǎn)增加。這些研究從吸附-解吸的角度探討了POM對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化行為的影響，但缺乏POM對(duì)土壤重金屬賦存狀態(tài)的影響研究。而且POM在土壤中易被微生物礦化分解，其中的重金屬容易被釋放，活性較高[15]。由此看來，關(guān)于土壤POM對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化及有效性影響的效果和作用機(jī)制還不清楚。

3 小結(jié)

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律及機(jī)制，雖然已有大量研究，但因?yàn)槠涠x不明確，在土壤中處在時(shí)刻變化的狀態(tài)中，并且其分類與分離各研究者有不同方法[16，17]。所以，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)重金屬的作用需要更加深入與系統(tǒng)的探討，也為全面了解土壤重金屬的生物地球化學(xué)循環(huán)提供科學(xué)依據(jù)，正確選擇農(nóng)藝措施，防治我國土壤重金屬污染的危害提供技術(shù)支撐。

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（責(zé)任編輯：趙中正）