基于DGT技術(shù)的土壤鉛生物有效性評(píng)價(jià)研究

代允超 張育林 呂家瓏

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

0 引言

近年來，隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，土壤重金屬污染就是其中之一。土壤鉛(Pb)污染因其長(zhǎng)期持久性和對(duì)生物體的不可逆影響，一直是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一[1]。研究表明，Pb單質(zhì)雖不溶于水，但其化合物溶解性較強(qiáng)，會(huì)隨著食物鏈被植物、動(dòng)物和人體吸收，對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康造成威脅[2]。為了確保農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的安全性，對(duì)土壤中Pb的生物有效性評(píng)估尤為重要。目前關(guān)于評(píng)價(jià)土壤中Pb生物有效性的方法有很多，但還沒有一種方法被普遍接受和應(yīng)用。

相關(guān)學(xué)者在評(píng)估土壤中重金屬的生物有效性方面也做了很多相關(guān)研究，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)重金屬的生物有效性方法包括同位素稀釋交換法、化學(xué)提取法和自由離子活度法等[3-5]。這些傳統(tǒng)方法多是以平衡理論為依據(jù)，沒能完全考慮重金屬離子在植物根-土壤界面處的消耗以及消耗后所誘導(dǎo)的土壤液相-固相間的離子補(bǔ)充[6]，化學(xué)提取過程難以避免重金屬離子的重新分配和再吸收，這可能導(dǎo)致結(jié)果誤差[7]。另外，重金屬在土壤中的生物有效性還與其在土壤中存在的形態(tài)、土壤性質(zhì)及作物種類等有關(guān)。研究表明，土壤基本理化性質(zhì)，如pH值、陽離子交換量(CEC)、粘粒含量和有機(jī)碳(OC)含量等都會(huì)影響植物的重金屬吸收[8-9]，當(dāng)研究重金屬在土壤中的生物有效性時(shí)，要綜合考慮土壤性質(zhì)對(duì)重金屬生物有效性的影響。

近年來，梯度薄膜擴(kuò)散技術(shù)(DGT)被引入作為評(píng)估土壤中重金屬生物有效性的新型技術(shù)[10]。DGT技術(shù)的原理是基于菲克第一擴(kuò)散定律，即在單位時(shí)間內(nèi)通過單位垂直截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量與該截面處的物質(zhì)濃度成正相關(guān)關(guān)系。DGT技術(shù)是一項(xiàng)模擬植物從土壤吸收重金屬的過程，并通過連續(xù)從土壤中吸收化學(xué)物質(zhì)來評(píng)估生物有效性的技術(shù)。該技術(shù)不僅反映了土壤溶液中的重金屬含量，還能反映重金屬離子在從土壤固相向土壤液相間的動(dòng)態(tài)供應(yīng)，從而有效地測(cè)定土壤固相中重金屬向液相的動(dòng)態(tài)補(bǔ)給的化學(xué)過程[11-12]。DGT 技術(shù)已經(jīng)用于評(píng)價(jià)土壤或沉積物中植物對(duì)多種重金屬的生物有效性及吸收特性，如評(píng)價(jià)鎘(Cd)、砷(As)在黑麥草、甘蔗中的生物有效性，并取得了不錯(cuò)的效果[11-16]。但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，DGT在評(píng)價(jià)某些植物對(duì)某些重金屬生物有效性時(shí)效果并不好[17]。小白菜作為我國(guó)大量消費(fèi)的蔬菜，其根系發(fā)達(dá)且莖部較短，對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力較強(qiáng)[18]，小白菜的安全生產(chǎn)關(guān)乎人類健康，但在用DGT技術(shù)對(duì)小白菜中Pb的生物有效性評(píng)價(jià)上還沒有相關(guān)研究。

基于以上分析，本研究在我國(guó)15個(gè)省份采集不同理化性質(zhì)的耕作土壤，外源添加重金屬Pb模擬Pb污染土壤，以小白菜為研究對(duì)象，通過盆栽試驗(yàn)，比較DGT技術(shù)和傳統(tǒng)化學(xué)方法評(píng)價(jià)土壤中Pb的生物有效性。首先使用簡(jiǎn)單回歸分析，得出植物Pb含量和各種評(píng)價(jià)方法測(cè)定的土壤Pb含量之間的線性相關(guān)關(guān)系，但簡(jiǎn)單回歸分析不能反映土壤性質(zhì)對(duì)Pb生物有效性的影響，然后將土壤性質(zhì)納入回歸分析，通過逐步多元線性回歸來探討，得出小白菜Pb含量與土壤Pb含量、土壤性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系，建立融合土壤基本理化性質(zhì)的逐步多元回歸模型方程，比較各方法評(píng)價(jià)土壤中Pb生物的有效性，為評(píng)價(jià)土壤Pb的生物有效性提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

采集我國(guó)15個(gè)省份理化性質(zhì)差異較大的土壤，采樣深度為0～20 cm，土壤樣品風(fēng)干后過20目尼龍篩，供土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定。分析方法參照《土壤農(nóng)化分析》[19]。使用濕酸消解法(HNO3-HF-HClO4)對(duì)供試土壤樣品進(jìn)行消解處理，浸提液使用原子吸收分光光度計(jì)(Hitachiz-2000型，日本)測(cè)量其中的總Pb含量。供試土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)布置和樣品分析

通過盆栽試驗(yàn)，將外源Pb(硝酸鉛PbNO3)加入到15個(gè)省份的土壤樣品中(每盆裝2 kg土壤)。根據(jù)GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[20]二級(jí)土壤標(biāo)準(zhǔn)限定的Pb含量，設(shè)置3個(gè)Pb處理：CK、T1、T2，外源添加Pb的量分別為0、200、400 mg/kg，每個(gè)處理做3次重復(fù)，將所有盆栽進(jìn)行隨機(jī)排列，并置于自然條件下，老化3個(gè)月。在此期間，使用蒸餾水補(bǔ)水，使土壤含水率保持在田間最大持水量的80%。待土壤老化和均一化后，在每盆土壤中加入含有0.30 g N(尿素)、0.10 g P(Ca(H2PO4)2)和0.20 g K(K2SO4)的基肥。待種子萌發(fā)后，根據(jù)長(zhǎng)勢(shì)，每盆將幼苗定苗成2株。整個(gè)生長(zhǎng)期間用去離子水保持土壤含水率在田間最大持水量的80%左右，以保障小白菜的正常生長(zhǎng)。

生長(zhǎng)60 d后收獲小白菜，首先用自來水洗滌植物樣品，然后用去離子水洗滌，擦干，稱鮮質(zhì)量。將洗凈的植物樣品90℃殺青后65℃干燥至恒質(zhì)量，粉粹，在密封高壓系統(tǒng)下用HNO3-H2O2對(duì)植物樣品進(jìn)行消化，然后用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)量植物樣品中的總Pb含量。并將收獲小白菜后的土壤進(jìn)行收集、風(fēng)干，過2 mm尼龍篩，用于測(cè)定土壤各形態(tài)的Pb含量。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic properties of selected soil

注：土壤編號(hào)以pH值為序。

1.3 土壤中有效態(tài)Pb的測(cè)定方法

1.3.1DGT提取法

DGT裝置購(gòu)自維申有限責(zé)任公司(中國(guó)南京)，并按照標(biāo)準(zhǔn)程序操作[21]。先將50 g過2 mm篩的風(fēng)干土壤放入塑料盒中，加水使其保持最大持水量(MWHC)的60%條件下48 h，然后在保持80%MWHC的條件下保持24 h，使土壤呈黏糊狀且表面光滑。然后，將DGT裝置輕緩地壓入土壤表面，確保DGT濾膜與土壤充分接觸。在DGT浸提期間使溫度保持在(20±1)℃。放置24 h后，從土壤樣品中回收所有DGT裝置，用蒸餾水洗滌以除去粘附在裝置上的土壤顆粒，并將裝置拆分。將吸附膠用1 mL 1 mol/L硝酸洗脫24 h，稀釋待測(cè)。使用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)量洗脫液中的Pb含量。

1.3.2土壤溶液法和一步提取法

土壤溶液Pb濃度根據(jù)傳統(tǒng)的離心法測(cè)定，在回收DGT裝置后，將土壤轉(zhuǎn)移到50 mL聚乙烯試管中并離心(5 000 r/min，15 min)以提取土壤溶液[22]，供測(cè)試使用。

3種傳統(tǒng)的一步提取法使用的浸提劑分別為提取物包括0.05 mol/L的EDTA、0.01 mol/L的CaCl2和0.11 mol/L的HAc，操作步驟：①EDTA，稱取土壤2.0 g于50 mL離心管中，加入20 mL 0.05 mol/L的EDTA浸提劑，振蕩2 h，過濾[22]。②HAc，稱取土壤0.5 g于50 mL離心管中，加入20 mL 0.11 mol/L的HAc，振蕩16 h，過濾[23]。③CaCl2，稱取土壤2.0 g于50 mL離心管中，加入20 mL 0.01 mol/L的CaCl2，振蕩3 h，過濾[24]。所有浸提液中Pb含量通過原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

DGT測(cè)量的Pb質(zhì)量比為[12]

CDGT=MΔg/(DAt)

(1)

式中CDGT——DGT法測(cè)定的Pb質(zhì)量比，mg/kg

M——浸提時(shí)間內(nèi)Pb的累積質(zhì)量，μg

Δg——擴(kuò)散層的厚度，cm

D——擴(kuò)散層中Pb的擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s

A——DGT吸附窗口的面積，cm2

t——DGT浸提時(shí)間，s

運(yùn)用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制，采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源Pb對(duì)小白菜生物量的影響

供試土壤性質(zhì)變化差異很大，其中pH值范圍為4.90～8.80，陽離子交換量質(zhì)量摩爾濃度范圍為8.70～31.11 cmol/kg，OC質(zhì)量比范圍為6.78～20.70 g/kg，碳酸鈣質(zhì)量比范圍為0～53.57 g/kg，粘粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為6.66%～42.91%。由圖1(圖中不同土壤各處理間的相同小寫字母表示在0.05水平下差異不顯著，不同小寫字母表示在0.05水平下差異顯著)可以看出，15種土壤上3個(gè)處理的小白菜生物量的平均值為35.66 g，其中CK、T1和T2處理的平均生物量分別為36.37、36.28、34.33 g。與CK相比，添加Pb的處理T1和T2之間的生物量在p<0.05水平下沒有顯著差異，說明在這兩種Pb處理水平下未對(duì)小白菜的生長(zhǎng)造成顯著的促進(jìn)或抑制作用。

圖1 15種不同土壤中小白菜生物量的比較Fig.1 Comparison of plant biomass in 15 different soils

2.2 小白菜對(duì)Pb的富集量

由圖2可以看出，在所有15種土壤中，小白菜中的平均Pb質(zhì)量比為0.291 mg/kg，CK、T1、T2處理的小白菜中的總Pb質(zhì)量比范圍分別為0.025～0.181 mg/kg(平均值0.103 mg/kg)，0.208～0.416 mg/kg(平均值0.304 mg/kg)和0.404～0.571 mg/kg(平均值0.466 mg/kg)，3個(gè)處理間比較，T2處理小白菜Pb質(zhì)量比在p<0.05水平下顯著高于T1，T1處理小白菜Pb質(zhì)量比在p<0.05水平下又顯著高于CK。酸性土壤(A～G)和堿性土壤(H～O)土壤的平均小白菜Pb質(zhì)量比分別為0.326、0.260 mg/kg，這可能是由于堿性土壤中Pb的生物有效性較酸性土壤低。土壤C、F、G的平均小白菜Pb質(zhì)量比分別為0.297、0.265、0.267 mg/kg，顯著低于酸性土壤(A～G)小白菜Pb質(zhì)量比的平均值(0.326 mg/kg)，這可能是由于這3種酸性土壤中的OC質(zhì)量比較高(分別為19.87、20.70、19.05 mg/kg)，增加了土壤對(duì)重金屬的吸收，從而降低了Pb在土壤中的生物有效性。

圖2 15種不同土壤中小白菜對(duì)Pb的吸收量Fig.2 Pb uptake by plants grown in 15 different soil

2.3 小白菜中Pb含量與土壤中Pb含量的相關(guān)性

用DGT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和全量法分別測(cè)量的小白菜中Pb質(zhì)量比和土壤Pb質(zhì)量比之間的關(guān)系如圖3所示。EDTA、HAc、CaCl2方法測(cè)定土壤Pb質(zhì)量比范圍分別為：8.7～87.94 mg/kg (平均值44.61 mg/kg)、0.47～27.05 mg/kg (平均值10.06 mg/kg)、0.50～8.78 mg/kg (平均值4.06 mg/kg)，說明EDTA對(duì)土壤Pb具有最強(qiáng)的浸提能力，其次是HAc，最后是CaCl2。

DGT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和全量法在評(píng)價(jià)小白菜中Pb生物有效性的能力各不相同，線性回歸分析的決定系數(shù)R2分別為：0.97、0.92、0.88、0.80、0.78、0.72，由此可知，各方法評(píng)價(jià)小白菜對(duì)Pb的生物有效性順序由大到小為：DGT法、土壤溶液法、EDTA法、 HAc法、CaCl2法、全量法。

2.4 小白菜富集Pb的預(yù)測(cè)模型

通過逐步多元線性回歸，土壤性質(zhì)(pH值，OC含量、CEC含量、CaCO3含量、粘土含量、氧化鐵含量和氧化鋁含量)和土壤Pb含量作自變量，小白菜中的Pb含量為因變量，對(duì)不同土壤測(cè)定方法(DGT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和全量法)測(cè)量的土壤Pb含量進(jìn)行逐步多元線性回歸，得到的預(yù)測(cè)模型見表2(Cplant為小白菜Pb質(zhì)量比，CDGT、CSol、CEDTA、CHAc、CCaCl2、CTotal分別表示DGT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和全量法測(cè)定的土壤Pb質(zhì)量比，CH+為土壤pH值，COC為土壤有機(jī)碳質(zhì)量比)，可以看出，綜合考慮土壤理化性質(zhì)的影響后，基于6種分析方法提取的土壤有效態(tài)Pb所構(gòu)建的多元回歸模型均呈顯著或極顯著回歸關(guān)系，且Pb在土壤中的生物有效性與土壤中的Pb含量呈正相關(guān)，而與土壤pH值和OC含量呈負(fù)相關(guān)。通過逐步多元線性回歸，將土壤理化性質(zhì)歸入預(yù)測(cè)方程，提高了各方法小白菜Pb含量與土壤Pb含量之間的相關(guān)關(guān)系，通過比較圖3和表2可以看出，除DGT方法的R2與簡(jiǎn)單線性回歸相比保持相同外，土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和總量法在將土壤pH值和OC含量加入后，較簡(jiǎn)單回歸分析的R2分別從0.92、0.88、0.80、0.78、0.72提高到0.94、0.90、0.85、0.83、0.78。

圖3 小白菜Pb質(zhì)量比和不同方法測(cè)得土壤Pb質(zhì)量比之間的關(guān)系Fig.3 Relationships between plant and soil Pb concentrations

預(yù)測(cè)方程R2pCplant=0.156CDGT-0.0660.97<0.01Cplant=0.1617CSol-0.013CH+-0.005COC+0.1140.94<0.01Cplant=0.0865CEDTA-0.013CH+-0.003COC+0.0720.90<0.01Cplant=0.1134CHAc-0.014CH+-0.004COC+0.1360.85<0.01Cplant=0.1361CCaCl2-0.017CH+-0.006COC+0.1490.83<0.01Cplant=0.0026CTotal-0.034CH+-0.005COC+0.3500.78<0.05

注：p<0.05表示差異顯著，p<0.01表示差異極顯著，下同。

表3為不同分析方法提取的土壤有效態(tài)Pb含量、pH值和OC含量在回歸方程中與小白菜Pb含量相關(guān)關(guān)系的顯著性差異分析結(jié)果?？梢钥闯觯寥纏H值和OC含量顯著影響土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法和全量法，但是對(duì)DGT法沒有顯著影響。綜合來看，與簡(jiǎn)單線性回歸結(jié)果類似，逐步多元線性回歸的決定系數(shù)R2由大到小依次為：DGT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法、全量法。DGT法所構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型決定系數(shù)較其他5種傳統(tǒng)分析方法更高，且不受土壤理化性質(zhì)的影響，是一種預(yù)測(cè)小白菜Pb生物有效性的較優(yōu)方法。

表3 回歸方程中各系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)(p)Tab.3 Significant difference tests between factors in linear regression models (p)

3 討論

幾種單一浸提劑中，EDTA的浸出能力最強(qiáng)，其次是HAc，CaCl2浸提能力最弱，其原因可能是EDTA是一種較強(qiáng)的非專性螯合劑，能夠提取的重金屬形態(tài)包括水溶態(tài)、可交換態(tài)、礦物態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)；HAc是一種酸性提取劑，主要提取的重金屬形態(tài)包括水溶態(tài)、可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)；而CaCl2是中性鹽提取劑，只能提取可交換態(tài)金屬[25-26]。簡(jiǎn)單線性回歸和逐步多元線性回歸都表明，與傳統(tǒng)的提取方法相比，DGT技術(shù)提供了一種能更好評(píng)估Pb生物有效性的方法。雖然單一的化學(xué)提取法作為利用率較高的評(píng)價(jià)方法相對(duì)比較成熟，但其存在一定的不科學(xué)性，如EDTA因其強(qiáng)螯能力較強(qiáng)，可將有機(jī)或殘?jiān)鼞B(tài)等對(duì)生物有效性無貢獻(xiàn)的形態(tài)提取出而導(dǎo)致所測(cè)結(jié)果偏大；HAc自身屬弱酸性，可能對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞而使提取值與真實(shí)值存在差異；中性鹽CaCl2利用靜態(tài)離子交換原理，測(cè)定的可交換態(tài)金屬易于被植物吸收利用，但土壤中有部分生物可利用的重金屬(如土壤溶液或顆粒中不穩(wěn)定的礦物態(tài)) 可能未被交換提取出來，導(dǎo)致不能正確評(píng)估土壤中重金屬的生物有效性[21]。

土壤理化性質(zhì)會(huì)影響重金屬在土壤中的生物有效性，研究表明，土壤pH值和OC含量會(huì)影響重金屬在土壤溶液中的生物有效性以及其在液相和固相之間的分布[27-29]。降低土壤pH值通常會(huì)使土壤中Pb的移動(dòng)變強(qiáng)。因此，與酸性土壤相比，堿性土壤對(duì)Pb具有更強(qiáng)的緩沖能力，有研究表明，茶葉、冬小麥Pb含量與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)[30-31]。土壤OC含量也會(huì)影響植物對(duì)Pb的吸收，因?yàn)镺C可以將土壤中的重金屬吸附在土壤膠體中，降低被植物吸收的量[8]。因此，Pb在pH值和OC含量較高的土壤中生物有效性較低。土壤性質(zhì)參數(shù)，如pH值、OC含量、CEC含量和粘土含量可能影響Pb在土壤中的生物有效性[31]。傳統(tǒng)的提取方法沒有完全考慮土壤特性對(duì)重金屬生物有效性的影響，因?yàn)樗鼈儾话ㄖ参镂罩亟饘俚膭?dòng)力學(xué)過程，因此只反映土壤金屬的平衡狀態(tài)[13]。本研究表明，傳統(tǒng)的提取方法評(píng)價(jià)Pb的生物有效性時(shí)受土壤pH值和OC含量的影響最大，在將土壤性質(zhì)納入回歸方程后，植物中重金屬含量和土壤重金屬含量的決定系數(shù)顯著增大，且模型回歸關(guān)系極顯著。因此，當(dāng)這些傳統(tǒng)的測(cè)定技術(shù)用于評(píng)價(jià)重金屬的生物有效性時(shí)，應(yīng)當(dāng)把土壤性質(zhì)的影響考慮進(jìn)來，以前的研究也有類似的結(jié)果[32-33]。多元回歸分析表明，在預(yù)測(cè)Pb生物有效性時(shí)，DGT技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的提取方法，且不受土壤理化性質(zhì)影響。TIAN等[13]通過多元回歸分析，得出DGT技術(shù)包含了一些公認(rèn)的影響重金屬在土壤中生物有效性的因素，如pH值、CEC含量、OC含量等，且DGT技術(shù)幾乎不受土壤基本性質(zhì)的影響。宋寧寧等[14]在研究黑麥草鎘(Cd)生物有效性時(shí)發(fā)現(xiàn)，DGT技術(shù)綜合了土壤性質(zhì)對(duì)土壤有效態(tài)Cd含量的影響，其所構(gòu)建的方程也幾乎不受土壤性質(zhì)的影響。DGT裝置由濾膜、擴(kuò)散膜和吸附膜組成，由DGT的測(cè)定過程和原理可以知道，它先將土壤溶液中的重金屬吸附到擴(kuò)散膜上，然后擴(kuò)散膜上的重金屬再被吸附膜吸附測(cè)定，所以通過吸附膜測(cè)定的重金屬含量是從擴(kuò)散膜上擴(kuò)散得到的，故其不受土壤性質(zhì)的影響。

本研究表明，與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比，DGT在評(píng)價(jià)土壤重金屬上效果較優(yōu)。SONG等[34]采用硝酸銨提取、EDTA提取等多種傳統(tǒng)的形態(tài)分析方法和DGT技術(shù)研究Elsholtziasplendens和Silenevulgaris在30種不同類型土壤中生長(zhǎng)對(duì)銅吸收的有效性，研究表明，DGT提取的有效態(tài)銅含量與植物體內(nèi)的銅含量的相關(guān)性明顯優(yōu)于全量法、EDTA法、土壤溶液法等傳統(tǒng)方法。TIAN等[13]研究水稻及其根際土壤，利用土壤溶液法、HAc提取、CaCl2提取和DGT技術(shù)分析水稻根際中鎘、銅、鉛和鋅的生物有效態(tài)含量，結(jié)果表明，DGT測(cè)定的根際土壤重金屬含量與水稻中重金屬含量的相關(guān)性比其他方法都好。王芳麗等[35]利用DGT方法和傳統(tǒng)的化學(xué)方法對(duì)廣西環(huán)江流域甘蔗根際土中Cd的生物有效性進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，DGT法較傳統(tǒng)化學(xué)方法能更好地預(yù)測(cè)甘蔗對(duì)Cd的生物有效性。ZHAO等[36]在歐洲18種性質(zhì)不同的土壤上研究重金屬銅對(duì)大麥根長(zhǎng)度和西紅柿生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)在評(píng)價(jià)銅生物有效性上，DGT方法效果較土壤溶液法和自由離子活度法更優(yōu)。NOLAN等[12]利用DGT法對(duì)小麥中的 Zn、Cd和Pb的生物可利用性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明DGT法可以很好地預(yù)測(cè)Zn、Cd 和Pb在植物中的累積。前面的研究雖然對(duì)Pb的生物有效性有所關(guān)注，但是土壤重金屬生物有效性受土壤性質(zhì)和作物種類的影響，小白菜作為我國(guó)大量消費(fèi)的蔬菜之一，與其他植物對(duì)Pb的吸收轉(zhuǎn)化特征有所差異，小白菜對(duì)重金屬的富集能力較強(qiáng)[18]，而前面的研究較少關(guān)注，因此本研究選擇小白菜為研究對(duì)象，研究結(jié)果具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

DGT之所以表現(xiàn)出較好的效果，與DGT的測(cè)定原理分不開，DGT技術(shù)基于動(dòng)力學(xué)原理，考慮了元素在環(huán)境中的強(qiáng)度、容量及擴(kuò)散速率，DGT技術(shù)測(cè)定的有效態(tài)濃度不僅包括土壤溶液中的重金屬，還包括測(cè)量期間從土壤固相動(dòng)態(tài)釋放的重金屬含量[11]。植物對(duì)重金屬的吸收導(dǎo)致根部附近土壤溶液中的重金屬濃度下降，并促使土壤顆粒態(tài)重金屬補(bǔ)充給土壤溶液，這個(gè)動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程對(duì)于重金屬的生物有效性評(píng)價(jià)是不可忽略的，DGT可很好地模擬植物根系對(duì)重金屬的吸收過程。Pb從固相到液相的動(dòng)態(tài)交換過程也是影響小白菜Pb吸收的重要因素，隨著浸提時(shí)間的進(jìn)行，DGT裝置表面附近的土壤溶液中的Pb濃度也隨之降低，并在土壤液體和DGT擴(kuò)散凝膠中產(chǎn)生擴(kuò)散梯度，進(jìn)而產(chǎn)生從土壤固相到土壤液相的離子通量，這個(gè)過程與植物根在土壤中吸收重金屬時(shí)發(fā)生的過程相同。

4 結(jié)論

(1)植物對(duì)Pb的吸收量與土壤中Pb含量呈正相關(guān)，與土壤pH值和OC含量呈負(fù)相關(guān)。

(2)傳統(tǒng)技術(shù)在評(píng)價(jià)小白菜Pb含量和土壤Pb含量之間關(guān)系時(shí)，受土壤pH值和OC含量的影響，因此，當(dāng)使用傳統(tǒng)方法評(píng)估小白菜對(duì)Pb的生物有效性時(shí)，應(yīng)考慮土壤pH值和OC含量等土壤因素。

(3)各評(píng)價(jià)方法預(yù)測(cè)Pb生物有效性的相關(guān)性由大到小順序?yàn)椋篋GT法、土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2法、全量法。與傳統(tǒng)的化學(xué)提取技術(shù)相比，DGT技術(shù)能更好地評(píng)價(jià)Pb污染土壤中小白菜對(duì)Pb的生物有效性，且不受土壤理化性質(zhì)的影響，是一種有前途的評(píng)價(jià)方法。