土壤中重金屬的生物有效性分析方法及其影響因素綜述*

楊 潔 瞿 攀 王金生 滕彥國(guó) 左 銳

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875；2.地下水污染控制與修復(fù)教育部工程研究中心，北京 100875)

土壤中重金屬的生物有效性分析方法及其影響因素綜述*

楊 潔1,2瞿 攀1#王金生1,2滕彥國(guó)1,2左 銳1,2

(1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875；2.地下水污染控制與修復(fù)教育部工程研究中心，北京 100875)

土壤環(huán)境質(zhì)量關(guān)系著糧食安全和生態(tài)安全。對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)尤為重要，而重金屬的生物有效性對(duì)于揭示環(huán)境污染程度和評(píng)價(jià)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，因此探尋土壤中重金屬生物有效性的分析方法是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。主要介紹了化學(xué)試劑提取法、薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)(DGT)、道南膜技術(shù)(DMT)和同位素稀釋法在重金屬生物有效性分析方面的應(yīng)用，并歸納了影響重金屬生物有效性的主要因素，為重金屬生物有效性分析方法的統(tǒng)一提供參考。

土壤 重金屬 生物有效性 分析方法

土壤是重要的自然資源，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，土壤重金屬污染帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題引起了人們的廣泛關(guān)注[1-2]。重金屬進(jìn)入土壤后，一般積累在土壤表層，不易遷移，但仍有少部分重金屬能通過(guò)植物吸收、地表徑流和淋溶等途徑最終危害人體健康。土壤中重金屬含量不太高時(shí)，對(duì)作物的生長(zhǎng)基本無(wú)影響，但當(dāng)其含量超過(guò)一定值之后，就會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至死亡，或者造成作物體內(nèi)的重金屬含量超過(guò)食品衛(wèi)生相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)甚至危害人體健康[3]。雖然重金屬總量能在一定程度上反映土壤受污染的情況，但并不能表征其污染特征及危害程度。土壤中重金屬的危害程度是由其活動(dòng)性決定的，因此有學(xué)者提出重金屬生物有效性的概念，認(rèn)為該部分重金屬可被生物直接吸收利用或?qū)ι镌斐啥拘?，土壤中重金屬的生物有效性不僅與重金屬的總量有關(guān)，更大程度上取決于重金屬的形態(tài)，不同形態(tài)的重金屬會(huì)產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng)[4]。因此，借助生物有效性分析闡明重金屬的毒性和生物可利用性，揭示重金屬在土壤中的污染特征，對(duì)于研究重金屬的環(huán)境效應(yīng)及污染土壤的治理和修復(fù)具有重要意義。

目前，許多學(xué)者采用各種方法對(duì)土壤中重金屬的生物有效性進(jìn)行了研究，由于土壤中重金屬生物有效性的影響因素較多，如重金屬總量、土壤理化性質(zhì)、根系分泌物、施肥等，因此對(duì)于不同的土壤，其分析方法有所不同。本研究介紹了國(guó)內(nèi)外常用的重金屬生物有效性的分析方法，以及土壤環(huán)境對(duì)重金屬生物有效性的影響，為重金屬生物有效性分析方法的統(tǒng)一提供參考。

1 土壤重金屬生物有效性的分析方法

目前，主要依據(jù)重金屬的總量進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，但實(shí)際對(duì)人體健康造成危害的是具有生物有效性的重金屬，因此采用重金屬總量來(lái)評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量并不合理。只有了解重金屬的生物有效性，才能對(duì)重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及危害程度進(jìn)行更為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。土壤中重金屬生物有效性常用的分析方法有化學(xué)試劑提取法、道南膜技術(shù)(DMT)、薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)(DGT)和同位素稀釋法等。

表1 指示不同酸堿性土壤中重金屬生物有效性的提取劑

注：1)酸性(pH<6.5)、中性(6.5≤pH≤7.5)、堿性(pH>7.5)；2)Cu、Fe、Mn、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb參照《土壤質(zhì)量通過(guò)緩沖的DPTA溶解作用提取痕量元素》(ISO 14870—2001)，Zn、Mn、Fe、Cu和Pb、Cd也可分別參照《土壤有效態(tài)鋅、錳、鐵、銅含量的測(cè)定二乙三胺五乙酸(DPTA)浸提法》(NY/T 890—2004)和《土壤質(zhì)量有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定原子吸收法》(GB/T 23739—2009)。

1.1 化學(xué)試劑提取法

化學(xué)試劑提取法根據(jù)提取次數(shù)分為單級(jí)提取法和連續(xù)提取法，是研究重金屬生物有效性最常用的方法。

1.1.1 單級(jí)提取法

單級(jí)提取法是將一種或幾種混合的化學(xué)試劑與土壤按一定的土液比和提取方法，提取一次，然后測(cè)定溶液中重金屬含量的方法。

其中常用的提取劑有絡(luò)合劑(二乙三胺五乙酸(DPTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)等)、稀酸溶液(CH3COOH、HCl、HNO3等)、無(wú)機(jī)鹽溶液(CaCl2、NaNO3等)等。絡(luò)合劑通過(guò)與土壤中金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用而使重金屬穩(wěn)定存在于提取液中，能模擬植物根系分泌物對(duì)重金屬的活化作用，DPTA、EDTA常被用于研究重金屬的生物有效性，絡(luò)合劑與無(wú)機(jī)鹽、稀酸組成混合溶液可以提高提取效率。稀酸溶液主要用于酸性土壤中，其中HCl是最常用的試劑，張傳琦[5]研究指出，HCl提取的酸性土壤中的As、Cd、Hg、Pb與茶葉、禾本科草類(lèi)植物的吸收量具有很好的相關(guān)性。無(wú)機(jī)鹽溶液可通過(guò)離子交換作用提取水溶態(tài)和可交換態(tài)重金屬，其中CaCl2在許多研究中被認(rèn)為是很好的研究重金屬生物有效性的提取劑[6-8]。

由于提取劑的提取機(jī)制不同，不同提取劑的測(cè)定結(jié)果有較大差異。比較不同提取劑對(duì)重金屬的提取量與植物對(duì)重金屬的吸收量之間的相關(guān)性，可以反映重金屬的生物有效性，其中相關(guān)性較好的提取劑可以預(yù)測(cè)植物對(duì)重金屬的吸收量，從而指示重金屬的生物有效性。

土壤pH對(duì)重金屬生物有效性有較大影響，對(duì)不同pH的土壤選用不同的提取劑，可提高提取效率。根據(jù)各文獻(xiàn)中的研究結(jié)果，將不同酸堿性土壤中能較好指示各重金屬生物有效性的提取劑列于表1。其中DPTA、NaNO3、CH3COONa等能指示堿性或中性土壤中重金屬生物有效性，EDTA、HCl、CaCl2、CH3COONH4、Ca(NO3)2、NaH2PO4等能指示酸性或中性土壤中重金屬生物有效性。

陶文靖等[25]以pH為7.5作為界限，建立了As、Cd、Cr、Cu、Hg和Tl在不同土壤pH條件下提取重金屬有效態(tài)的方法，并用該方法測(cè)定了3個(gè)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW7412、GBW7413和GBW7416中重金屬元素的有效態(tài)含量，其精密度為6.01%～19.30%。但土壤pH并不是影響重金屬生物有效性的唯一因素，因此需要更深入地研究不同土壤環(huán)境下適用的提取劑及提取方法，真實(shí)評(píng)價(jià)土壤中重金屬的污染狀況。

常規(guī)的單一提取劑通常只對(duì)一種或兩種重金屬具有較好的效果，在分析多種重金屬的生物有效性時(shí)，需要花費(fèi)較多的時(shí)間及成本。而聯(lián)合提取劑將多種試劑混合，一步提取土壤中重金屬，具有操作簡(jiǎn)單、提取時(shí)間短、可提取多種元素等優(yōu)點(diǎn)，并與傳統(tǒng)提取劑提取的結(jié)果有較好的相關(guān)性。土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究法(ASI法)和Mehlich-3通用浸提劑(M3法)所用的聯(lián)合提取劑是目前比較常用的。ASI法采用0.25 mol/L的NaHCO3、0.01 mol/L的EDTA和0.01 mol/L的NH4F 3種提取劑混合用于提取并測(cè)定土壤中重金屬有效態(tài)的含量。M3法的成分為0.2 mol/L的CH3COOH、0.25 mol/L的NH4NO3、0.015 mol/L的NH4F、0.013 mol/L的HNO3、0.001 mol/L的EDTA，pH為2.5±0.1。ASI法和M3法的提取劑均含有無(wú)機(jī)鹽組成的緩沖溶液和絡(luò)合劑，可以將土壤中可交換態(tài)、部分碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)的重金屬提取出來(lái)，而這些形態(tài)的重金屬和植物吸收的重金屬具有較好的相關(guān)性，因此也得到了廣泛應(yīng)用。

喻華等[26]研究發(fā)現(xiàn)，ASI法和常規(guī)方法提取的Cu、Mn、Zn含量以及小麥吸收量呈極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系，而ASI法和常規(guī)方法提取的Fe含量以及小麥吸收量無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。劉肅等[27]、靳霞等[28]、陸文利等[29]發(fā)現(xiàn)M3法與常規(guī)方法提取的重金屬之間的相關(guān)性較好，且M3法提取的重金屬含量高于常規(guī)方法，而且M3法適用于酸性、中性、堿性及石灰性等各類(lèi)土壤。說(shuō)明聯(lián)合提取劑可作為重金屬生物有效態(tài)的提取劑，并且在一些土壤中的效果優(yōu)于常規(guī)的單一提取劑。但聯(lián)合提取劑并不是在所有研究中都有很好的效果，如顧國(guó)平等[30]和褚卓棟等[31]的研究均表明采用常規(guī)方法能更好地反映重金屬的生物有效性。因此，針對(duì)不同的土壤環(huán)境和重金屬，需要采用不同的提取劑來(lái)指示重金屬在土壤中的生物有效性，從而反映出土壤環(huán)境的污染特征和危害程度。

1.1.2 連續(xù)提取法

為了提高提取劑的選擇性，可利用連續(xù)提取法來(lái)代替單級(jí)提取法。連續(xù)提取法根據(jù)重金屬在土壤中賦存形態(tài)的差異，采用不同的提取劑逐級(jí)分離這些形態(tài)。如Tessier法將土壤中重金屬的形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)及硫化物結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)5種形態(tài)[32]；歐洲共同體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局提出的BCR法分為弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)4種形態(tài)[33]。重金屬的化學(xué)形態(tài)是影響重金屬生物有效性、溶解性和遷移性最重要的因素之一[34]。其中，Tessier法的前兩種或BCR法的第一種形態(tài)一般被認(rèn)為具有生物有效性，而除殘?jiān)鼞B(tài)之外的形態(tài)可能會(huì)在環(huán)境發(fā)生改變后轉(zhuǎn)化為易被生物利用的形態(tài)，因此是具有潛在生物有效性的形態(tài)。有學(xué)者通過(guò)研究重金屬的化學(xué)形態(tài)分析重金屬的生物有效性，評(píng)價(jià)其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，一般用生物活性系數(shù)(MF)來(lái)表示[35]，計(jì)算公式為：

(1)

式中：F1為弱酸提取態(tài)(可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài))；F2為可還原態(tài)(鐵錳氧化物結(jié)合態(tài))；F3為可氧化態(tài)(有機(jī)及硫化物結(jié)合態(tài))；F4為殘?jiān)鼞B(tài)。

林躍勝等[36]通過(guò)上述兩種方法研究均發(fā)現(xiàn)，土壤中Zn的活性最大，因此Zn的生物有效性最強(qiáng)，具有較高的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。滕彥國(guó)等[37]采用BCR法測(cè)定了攀枝花礦區(qū)土壤中V的形態(tài)，其中弱酸提取態(tài)所占的比例最小，為0.37%～1.85%，生物有效性較低，因此對(duì)環(huán)境的危害小。這說(shuō)明連續(xù)提取法也可作為表征重金屬生物有效性和評(píng)價(jià)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的方法。但采用連續(xù)提取法研究重金屬的生物有效性過(guò)于繁瑣，且其形態(tài)的分類(lèi)與生物有效性的定義也有所差異，因此一些學(xué)者還是選擇采用快速有效的單級(jí)提取法來(lái)分析重金屬的生物有效性。YANG等[21]研究發(fā)現(xiàn)，單級(jí)提取法和BCR法提取的V含量與紫花苜蓿(Medicagosativa)吸收量的相關(guān)性差別不大，說(shuō)明單級(jí)提取法可以作為快速鑒別V生物有效性的有效方法，但連續(xù)提取法對(duì)于研究重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律有一定的重要性。

1.2 DMT

大多數(shù)情況下，自由態(tài)重金屬離子濃度是決定重金屬生物有效性和毒性的關(guān)鍵因素[38]。DMT采用陽(yáng)離子交換膜將給體池和受體池隔開(kāi)，給體池中的自由態(tài)重金屬離子透過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入受體池，最后達(dá)到平衡。通過(guò)測(cè)定受體池中重金屬離子濃度，從而計(jì)算出給體池中自由態(tài)重金屬離子濃度。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)定多種重金屬元素且對(duì)待測(cè)體系干擾小，應(yīng)用范圍較廣[39-40]。該方法測(cè)定值與模型的計(jì)算值吻合度較好，可以通過(guò)模型計(jì)算預(yù)測(cè)土壤中重金屬的生物有效性。王瑜等[41]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，自由態(tài)Cd離子濃度與重金屬結(jié)合(WinHumicV)模型計(jì)算的結(jié)果具有較高的一致性，且番茄的生物量及對(duì)Cd的吸收量均與自由態(tài)Cd離子濃度有較好的相關(guān)性，因此自由態(tài)Cd離子是土壤溶液中具有生物有效性的主要Cd形態(tài)。趙磊等[42]等發(fā)現(xiàn)，土壤中溶解態(tài)和自由態(tài)重金屬離子濃度主要受重金屬總量、土壤pH及溶解態(tài)有機(jī)碳(DOC)控制。但也有研究認(rèn)為自由態(tài)重金屬離子濃度并不能較好預(yù)測(cè)重金屬的生物有效性[43]。

1.3 DGT

DGT采用可滲入離子的水凝膠將離子交換樹(shù)脂和溶液分隔開(kāi)，通過(guò)水凝膠控制離子交換，模擬植物吸收重金屬的過(guò)程來(lái)分析重金屬的生物有效性[44]。DGT裝置主要由擴(kuò)散相和結(jié)合相兩部分組成，待測(cè)物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散相，在結(jié)合相中被積累，確定了結(jié)合相中反應(yīng)物的質(zhì)量，就可以計(jì)算待測(cè)物質(zhì)中重金屬離子的濃度。因此擴(kuò)散相和結(jié)合相的性能是DGT測(cè)定重金屬生物有效態(tài)的主要影響因素。該方法還能原位測(cè)定土壤中重金屬的有效組分，避免采樣、前處理及提取過(guò)程中重金屬形態(tài)的變化，且?guī)缀醪皇芡寥阑拘再|(zhì)的影響[45]。ZHANG等[46]和宋寧寧等[47]研究表明，DGT測(cè)定的Cu和Cd含量與植物吸收具有很好的相關(guān)性，DGT能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)重金屬的生物有效性。但DGT并不能完全模擬植物生長(zhǎng)的環(huán)境，植物根系分泌物、微生物等均是植物吸收重金屬不容忽視的影響因素。

1.4 同位素稀釋法

同位素稀釋法可以直接測(cè)定土壤中元素的可交換態(tài)含量。由于同位素的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)基本相同，同位素將與土壤固相中具有遷移性和生物有效性的元素進(jìn)行交換，通過(guò)測(cè)定該元素同位素豐度的變化即L值，可得到可交換態(tài)離子濃度即E值，或通過(guò)培養(yǎng)植物，測(cè)定L值[48]。若忽略植物根際效應(yīng)等影響重金屬生物有效性的因素，E值和L值應(yīng)該一致。近年來(lái)，使用穩(wěn)定同位素作為示蹤劑聯(lián)合使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)定的技術(shù)日趨成熟，在測(cè)定重金屬生物有效態(tài)方面有較多的應(yīng)用[49-51]。同位素稀釋法不會(huì)干擾離子在土壤多相組分之間的平衡，且測(cè)定污染土壤中重金屬的可交換態(tài)含量時(shí)具有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度；在研究土壤/植物系統(tǒng)中重金屬的生物有效性時(shí)，較其他方法能提供更精確和更直接的信息[52]。但是此方法的前提假設(shè)是放射性同位素或穩(wěn)定同位素可以100%用于交換，而不被土壤固定，且有足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到平衡[53]。

DMT、DGT、同位素稀釋法這3種方法雖然在不同的土壤環(huán)境下對(duì)重金屬生物有效性的研究具有較好的效果，但這些方法對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求較高，在我國(guó)應(yīng)用并不廣泛。單級(jí)提取法是目前研究重金屬生物有效性合適且常用的方法，但受土壤環(huán)境的影響，提取劑在不同土壤中的提取效果不同，因此需要了解重金屬生物有效性的主要影響因素，從而為不同土壤環(huán)境中重金屬生物有效性的研究提供更好的分析方法。

2 土壤中重金屬生物有效性的影響因素

土壤中重金屬的生物有效性受多種因素的影響，主要有重金屬總量、土壤理化性質(zhì)、施肥、根際環(huán)境等。這些因素的改變可能會(huì)將具有潛在生物有效性的重金屬轉(zhuǎn)化為生物有效態(tài)，也可能使重金屬固定或穩(wěn)定于土壤中。因此，研究土壤中重金屬生物有效性的影響因素，對(duì)于控制、治理和修復(fù)重金屬對(duì)土壤環(huán)境的污染也具有重要意義。

2.1 重金屬總量

土壤中重金屬總量可以反映土壤受污染的情況，但重金屬的形態(tài)決定著潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。研究有效態(tài)與總量的相關(guān)性，可以了解重金屬總量對(duì)生物有效性的影響。崔邢濤等[54]研究發(fā)現(xiàn)，重金屬總量對(duì)生物有效態(tài)有較大的影響，但不同的重金屬的生物有效態(tài)與總量的關(guān)系有較大差別，因此總量并不是影響重金屬生物有效性的唯一因素。

2.2 土壤理化性質(zhì)

重金屬形態(tài)受土壤理化性質(zhì)的影響比較敏感，主要包括pH、氧化還原電位(Eh)、有機(jī)質(zhì)含量、黏粒含量等。

2.2.1 pH

土壤pH影響著重金屬的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)，因此是影響重金屬生物有效性的重要因素之一。對(duì)于大多數(shù)重金屬，隨著pH的降低，重金屬在土壤溶液中的溶解性會(huì)增大，土壤對(duì)其吸附能力減弱，因此重金屬的生物有效性隨pH的降低而增強(qiáng)。于君寶等[55]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH降低0.5左右，有效態(tài)Cu含量約增加0.5～1.0倍，有效態(tài)Mn約增加3.0～5.0倍，有效態(tài)Zn約增加9.0～15.0倍。1982—1997年，太湖地區(qū)水稻土pH下降，土壤有效態(tài)重金屬含量明顯升高，水稻土pH與有效態(tài)Cu、Mn和Zn含量顯著負(fù)相關(guān)[56]。因此，土壤pH是影響重金屬生物有效性的重要因素。而以陰離子存在的As、Cr和V在酸性環(huán)境中的生物有效性變低，原因是pH降低使土壤顆粒所帶電荷由負(fù)變?yōu)檎?，增?qiáng)了對(duì)陰離子的吸附能力。

2.2.2 Eh

通常情況下，Eh的升高會(huì)導(dǎo)致pH的降低[57]，從而增加重金屬的生物有效性。KELDERMAN等[58]研究發(fā)現(xiàn)，在沉積物Eh升高的過(guò)程中，Cu、Pb、Zn的可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)逐漸增加，因此其生物有效性也逐漸增強(qiáng)。由于變價(jià)陽(yáng)離子金屬(Fe、Mn等)在低價(jià)時(shí)溶解性較高，因此隨著Eh的降低，其生物有效性增強(qiáng)；但當(dāng)還原環(huán)境中有硫化氫時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不溶解的金屬硫化物，從而降低其生物有效性。Cr(Ⅵ)的溶解性高于Cr(Ⅲ)，而As(Ⅲ)的溶解性卻高于As(Ⅴ)，因此Eh對(duì)變價(jià)陰離子金屬As和Cr的生物有效性有不同的影響。對(duì)于V生物有效性的研究，一些學(xué)者認(rèn)為，在還原條件下，其他形態(tài)的V可轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)V，增加了V的生物有效性[59]；但也有學(xué)者認(rèn)為，在厭氧環(huán)境中，VO2+與土壤有機(jī)質(zhì)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物固定在土壤中，降低了其生物有效性，在氧化環(huán)境中，V(Ⅲ)和V(Ⅳ)被氧化成V(Ⅴ)，其溶解性和遷移性增大[60-61]。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)含量

2.2.4 黏粒含量

在影響重金屬生物有效性的因素中，其影響順序依次為黏粒含量>pH>有機(jī)質(zhì)含量>重金屬總量[65]。在重金屬污染的土壤中，重金屬容易受到比表面積較大，且對(duì)重金屬吸附能力較強(qiáng)的土壤黏粒吸附和固定。因此，黏粒較多的土壤，重金屬的生物有效性較低。SERRANO等[66]研究發(fā)現(xiàn)，提高土壤pH和黏粒含量，能有效地提高土壤對(duì)Cd和Pb的吸附量。此外，德國(guó)在規(guī)定有毒元素最高容許量時(shí)，根據(jù)黏粒含量的不同，規(guī)定了不同的容許量，土壤黏粒較多的情況下，有毒元素的容許量一般也較高[67]。

2.3 施 肥

已有研究表明，長(zhǎng)期施用肥料會(huì)增加土壤中重金屬的含量[68-70]。由于重金屬的有效態(tài)含量與植物的吸收量呈顯著或極顯著正相關(guān)，因此一些學(xué)者研究了施肥對(duì)土壤中重金屬生物有效性的影響，其中化肥種類(lèi)、施用量等均有重要影響[71]。由于一些化肥(尤其是磷肥)中重金屬含量較高，且化肥中重金屬的溶解性也較強(qiáng)，因此長(zhǎng)期大量施肥不僅會(huì)增加土壤中重金屬的含量，其生物有效性也會(huì)增強(qiáng)。在長(zhǎng)期不施用任何肥料或單施化肥的情況下，土壤中重金屬有效態(tài)的含量基本保持不變或降低[72]107,[73-74]。這可能是因?yàn)閱问┗蚀龠M(jìn)了植物的生長(zhǎng)，增加植物對(duì)重金屬的吸收量，也有可能是磷肥中的磷酸根促進(jìn)了可溶態(tài)重金屬離子的沉淀，從而使土壤中有效態(tài)重金屬含量減少，而單施有機(jī)肥或化肥配施有機(jī)肥卻能顯著增加土壤中重金屬的生物有效態(tài)含量[72]107,[75]。有機(jī)肥施入土壤之后，發(fā)生分解產(chǎn)生的有機(jī)酸使土壤pH降低、還原性增強(qiáng)，從而促進(jìn)重金屬的活化。

2.4 根際環(huán)境

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)分泌出一些物質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為根系分泌物，這些物質(zhì)對(duì)重金屬形態(tài)的影響主要包括：酸化土壤，促進(jìn)重金屬的溶解；與重金屬發(fā)生絡(luò)合作用；還原土壤中的重金屬。杜兵兵等[76]發(fā)現(xiàn)，從非根際土壤到根際土壤，總體上，具有生物有效性的Pb含量降低，而Pb的殘?jiān)鼞B(tài)含量增加，證明冬青科苦丁茶樹(shù)(IlexkudingchaC.J.Tseng)的根系分泌物將Pb活化之后，被植物吸收，降低了土壤中Pb的生物有效性。紫花苜蓿對(duì)重金屬具有耐受性，在污染土壤修復(fù)和治理方面應(yīng)用較多，也有學(xué)者采用紫花苜蓿研究根際土壤和非根際土壤中V的生物有效性[77]，其中根際土壤中V的生物有效性更強(qiáng)，且隨著外源V的增加，根際土壤和非根際土壤中弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)V含量顯著增加，而殘?jiān)鼞B(tài)V沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明外源V進(jìn)入土壤后并沒(méi)有轉(zhuǎn)化為殘?jiān)鼞B(tài)，而是向具有潛在生物有效性的形態(tài)轉(zhuǎn)化。

3 研究展望

目前，我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—2008)采用不同土壤pH條件下重金屬的總量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，而沒(méi)有提出重金屬生物有效性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且沒(méi)有考慮其他環(huán)境條件。由于土壤環(huán)境的復(fù)雜性，重金屬通常以多種形態(tài)存在于土壤中，實(shí)際對(duì)環(huán)境造成危害或能被植物吸收的是具有生物有效性的重金屬。對(duì)于土壤中以生物有效態(tài)存在的重金屬，用總量作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有一定的代表性，但總量并不能反映重金屬生物有效性不強(qiáng)時(shí)土壤的真實(shí)情況，且生物有效態(tài)重金屬比總量更能預(yù)測(cè)土壤與植物間重金屬的遷移累積。因此，一些學(xué)者建議，土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的修訂應(yīng)增加重金屬生物有效性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定統(tǒng)一的重金屬生物有效性分析方法[78-79]。就目前的分析方法而言，單級(jí)提取法有操作簡(jiǎn)單，提取時(shí)間短，提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，選擇合適的提取劑能較好指示土壤中重金屬生物有效性，是最常用的分析方法。同時(shí)建議深入研究不同土壤環(huán)境中各種重金屬適用的提取劑和提取方法，為方法的統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。

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Reviewonanalysismethodsofbioavailabilityofheavymetalsinsoilanditsinfluencefactors

YANGJie1,2,QUPan1,WANGJinsheng1,2,TENGYanguo1,2,ZUORui1,2.

(1.CollegeofWaterSciences,BeijingNormalUniversity,Beijing100875;2.EngineeringResearchCenterofGroundwaterPollutionandRemediation,MinistryofEducation,Beijing100875)

Soil environmental quality is related to food security and ecological security. Correct evaluation of soil environmental quality is particularly important and bioavailability of heavy metals is important for revealing the level of environmental pollution and evaluating ecological risk. The analysis methods of bioavailability of heavy metals in soil are the focus of research at home and abroad. The application of chemical extraction method,diffusive gradient in thin films technique(DGT),Donnan membrane technique(DMT) and isotope dilution method on bioavailability of heavy metals were introduced,and the main factors affecting bioavailability of heavy metals in soil were summarized,which would provide reference for the unity of analysis methods of heavy metal bioavailability.

soil; heavy metal; bioavailability; analysis method

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.02.021

2016-12-15)

楊 潔，女，1984年生，博士，講師，主要從事環(huán)境污染與防治方面的研究。#

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*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.41403085、No.41372233)。