土體中外源重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化驅(qū)動(dòng)因子研究進(jìn)展

盧楠

摘 ? 要 ? 外源重金屬進(jìn)入土體會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的變化，土體環(huán)境對(duì)重金屬元素的賦存形態(tài)產(chǎn)生直接影響。總結(jié)土體pH、重金屬進(jìn)入土體時(shí)間長(zhǎng)短、氧化還原電位、含水量條件及其他因素對(duì)重金屬形態(tài)、生物毒性和植物可利用性的影響研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞 ?外源重金屬;賦存特性;形態(tài);驅(qū)動(dòng)因子

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.13.009

土體是一個(gè)復(fù)雜的多介質(zhì)多界面生態(tài)環(huán)境體系，當(dāng)外源重金屬進(jìn)入土體后，會(huì)發(fā)生各種形態(tài)的變化[1-2]。重金屬與土體中的有機(jī)物、微生物和礦物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的生物物理化學(xué)反應(yīng)，由于大多數(shù)重金屬屬于過(guò)渡元素，其特有的電子層結(jié)構(gòu)，使其在土體環(huán)境中的化學(xué)行為具有一系列特點(diǎn)[3]。重金屬與土體中其他物質(zhì)結(jié)合以一定的形態(tài)存在，這是重金屬發(fā)生遷移的基礎(chǔ)[4-7]。對(duì)重金屬化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化條件與機(jī)理研究有助于了解重金屬在土體中的分散與富集過(guò)程、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其對(duì)土體環(huán)境質(zhì)量的影響[8]。重金屬在土體中的賦存形態(tài)及其相互間的比例關(guān)系，不僅與物質(zhì)來(lái)源有關(guān)，還與土體質(zhì)地、理化性質(zhì)（pH、Eh、CEC等）、膠體類(lèi)別、有機(jī)質(zhì)含量、礦物特征、環(huán)境生物等因素有關(guān)[9-10]。

重金屬在土體中不同的存在形態(tài)決定了重金屬的遷移率和生物利用率，從而表現(xiàn)出不同的生物活性與毒性。土體系統(tǒng)中重金屬的存在形態(tài)，對(duì)于充分了解其遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理、闡明其生理作用特征等都具有重要意義。因此，對(duì)重金屬的活性形態(tài)及其影響因素研究已成為行業(yè)及學(xué)術(shù)熱點(diǎn)和重點(diǎn)[11]。

1 土體pH對(duì)重金屬存在形態(tài)的影響

國(guó)內(nèi)近年來(lái)關(guān)于pH對(duì)重金屬形態(tài)影響的研究很多集中在Pb或Cd上，如楊秀敏等[12]通過(guò)向重金屬污染土體中添加海泡石調(diào)節(jié)土體pH值時(shí)發(fā)現(xiàn)，土體中可交換態(tài)重金屬Cd、Zn、Pb濃度與土體的pH值均呈顯著負(fù)相關(guān)。Cd、Zn、Pb的碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)濃度均與土體的pH值呈顯著正相關(guān)。方月梅等[13]對(duì)工業(yè)園區(qū)農(nóng)用土體中重金屬Cu和Pb的形態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，土體pH值與Pb弱酸提取態(tài)含量、Cu可還原態(tài)含量之間相關(guān)性顯著。高瑞麗等[14]在提高黃棕壤pH后發(fā)現(xiàn)，殘?jiān)鼞B(tài)Pb含量極顯著增加，弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)及可氧化態(tài)Pb含量降低，Pb活性降低;而殘?jiān)鼞B(tài)Cd含量變化不顯著，促進(jìn)了弱酸提取態(tài)Cd含量向可氧化態(tài)Cd的轉(zhuǎn)化。

2 老化時(shí)間對(duì)重金屬存在形態(tài)的影響

田園等[15]在研究土體中鎘鉛鋅單一和復(fù)合老化效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，重金屬的形態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化，在交互作用下重金屬的穩(wěn)態(tài)濃度高于單一重金屬，且達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。鄭順安等[16]在對(duì)外源Cr（III）在我國(guó)22種典型土體中的老化特征及關(guān)鍵影響因子研究中發(fā)現(xiàn)，重金屬的老化過(guò)程直接決定土體重金屬的有效性和毒性。土體性質(zhì)中對(duì)老化速率影響最大的是有機(jī)質(zhì)，其次是pH和活性氧化鐵。

3 ?土體的氧化還原性（Eh）和水分對(duì)重金屬存在形態(tài)的影響

土體Eh和水分也是影響重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。土體中重金屬的形態(tài)、化合價(jià)和離子濃度都會(huì)隨土體Eh的變化而變化，進(jìn)而影響重金屬在土體中的形態(tài)分布[17]。土體水分也會(huì)通過(guò)影響土體的物理、化學(xué)與生物性質(zhì)，從而影響重金屬在土體中形態(tài)的轉(zhuǎn)化和分配，進(jìn)而改變植物的可利用性及其對(duì)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[18]。楊維等[19]研究了大孤山礦區(qū)土體理化性質(zhì)對(duì)重金屬形態(tài)分布的影響時(shí)，得到Eh是影響Zn各形態(tài)和Ni殘?jiān)鼞B(tài)主要因素的結(jié)論。孫延琛等[20]通過(guò)降低土體的Eh，活化了土體中的重金屬Cd、Cu、Pb和Zn，使植物積累重金屬的風(fēng)險(xiǎn)有所提高。

Laing等[21]在溫室試驗(yàn)和田間條件下，研究了潮間帶濕地中金屬積累、遷移率和有效性的因素，結(jié)果顯示水淹Fe、Mn、Ni、Cr在鈣質(zhì)基體中的遷移率有所提高，而Cd、Cu、Zn的遷移率有所降低。陳森等[22]在恒干、干濕交替和恒濕三種條件下向高嶺土和石英砂中添加的外援可溶性Pb和Zn，并監(jiān)測(cè)其形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，可交換態(tài)和可氧化態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化速率是恒干>干濕循環(huán)>恒濕。崔曉熒等[23]對(duì)淹水和干濕交替兩種模式下對(duì)水稻中重金屬的富集效應(yīng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明干濕交替能顯著提高生物有效性，增強(qiáng)重金屬的遷移能力。

4 其他因素對(duì)重金屬存在形態(tài)的影響

其他因素如有機(jī)質(zhì)或有機(jī)物料、土體中碳酸鹽含量、土體顆粒組成等也會(huì)對(duì)重金屬形態(tài)分布產(chǎn)生影響。土體中有機(jī)質(zhì)（富里酸、胡敏酸等）表現(xiàn)出很強(qiáng)的表面絡(luò)合能力，有機(jī)膠體與重金屬結(jié)合，無(wú)機(jī)膠體表面大量吸附重金屬元素，均能直接改變土體中重金屬形態(tài)分布，從而影響土體中重金屬的移動(dòng)性及其生物有效性。P Xu等[24]在對(duì)Cd、Pb重金屬污染土體的生物有效性和植物富集的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，改善土體pH和有機(jī)碳，可降低Cd、Pb的生物有效性及Cd在植物體內(nèi)的累積。Meng J等[25]發(fā)現(xiàn)通過(guò)向存在4種重金屬污染的土體中加入改良劑，增大土體pH和溶解性有機(jī)碳的濃度，能顯著降低可交換態(tài)重金屬含量，將其轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的形態(tài)。Bandara T等[26]通過(guò)向富含重金屬的蛇紋巖土體中添加比表面積較大的生物炭，能夠降低金屬毒性并改善植物的生長(zhǎng)。

5 小結(jié)

不同的土體和環(huán)境條件直接或間接影響土體重金屬元素的遷移、賦存特性以及生物有效性，通過(guò)研究土體中的重金屬形態(tài)，以了解土體中重金屬的轉(zhuǎn)化和遷移，預(yù)測(cè)其生物可利用性，間接評(píng)價(jià)重金屬的環(huán)境效應(yīng)，對(duì)于預(yù)測(cè)重金屬在土體環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和形態(tài)分布趨勢(shì)和評(píng)價(jià)其潛在風(fēng)險(xiǎn)均具有重要的理論和實(shí)踐意義。

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（助理編輯：易 ?婧;責(zé)任編輯：丁志祥）