土壤有機質與重金屬遷移轉化關系文獻綜述

摘 要 土壤有機質是土壤的重要組成成分，因其含有大量含氧官能團及其他官能團而對重金屬有很強的吸附作用。近年來，關于土壤中可溶解性有機質、腐殖質與顆粒有機質對重金屬的遷移轉化作用有大量研究，但由于土壤有機質組成復雜，其作用機制及其作用效果很難完全研究清楚。

關鍵詞 土壤有機質；重金屬；可溶解性有機質；腐殖質；顆粒有機質

中圖分類號：S153 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.17.053

土壤有機質是土壤的重要組成成分，是植物和微生物生命活動所需要的營養元素和能量的來源，是土壤肥力的重要指標，被認為是土壤質量和功能的核心[1]，也是影響土壤重金屬的遷移轉化和植物對重金屬吸收的最重要的土壤性質之一。關于土壤有機質與重金屬間相互作用及其機制的研究是受到國內外廣泛關注，對于土壤有機質對重金屬的遷移轉化及生物有效性的影響進行大量研究，本文通過對土壤有機質的組成分類及其對重金屬的作用的研究進行綜述，旨在為今后土壤重金屬污染治理的研究提供參考。

1 關于土壤有機質與重金屬遷移轉化影響機制與效果的研究

1.1 土壤有機質與重金屬遷移轉化影響機制的研究

土壤是一個由礦物質、有機質、空氣及水組成的復雜的非均質體，土壤原有的或外源進入土壤的重金屬在土壤中的遷移轉化過程十分復雜：有酸堿反應、溶解-沉淀、吸附-解吸、絡合-離解以及氧化-還原等多種反應過程。通過上述過程，重金屬在土壤中與各種組成成分結合，以不同形態存在，土壤有機質可通過直接或間接影響上述過程而影響重金屬的遷移轉化。土壤有機質含大量的羧基（-RCOOH）、羥基和酚基（-ROH）等含氧基團及少量的巰基（-RSH）和氨基（-RNH2），具有大量吸附位點，可以有效吸附土壤中的重金屬。一般情況下，有機質含量高的土壤對某些重金屬的吸附能也強，去除土壤有機質使土壤重金屬的吸附量明顯下降，而解吸量提高，有機質對重金屬的吸附提高了土壤對其固定和累積的能力。此外，土壤有機質還可通過其含氧基團、巰基和氨基等官能團與土壤中的重金屬通過螯合或絡合反應形成溶解度不同的復合物，從而改變其有效性。由于土壤有機質對重金屬的各種類型的作用，使重金屬能夠被有機質吸收下來，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物料的方式來減少植物對重金屬的吸收。另外，土壤重金屬的遷移轉化和生物有效性受其他土壤性質如pH、陽離子交換量（CEC）、氧化還原狀態（Eh）及黏土礦物和鐵錳氧化物含量等因素的影響，土壤有機質作為土壤微生物碳源，在土壤中總是處于合成和分解的動態變化過程中[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化和植物對其吸收。

1.2 土壤有機質對重金屬的遷移轉化過程的影響效果研究

土壤有機質對重金屬的遷移轉化過程的影響導致其在土壤中的結合狀態、有效性和植物對重金屬的吸收量發生變化，但對有機質及有機物料對土壤重金屬有效性作用效果研究的結果卻相互矛盾。有研究表明，有機質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質含量，使污染土壤中的重金屬從活性高的交換態向活性低的鐵錳氧化物及有機結合態轉化，以可用來有效修復重金屬污染土壤。另有研究發現，長期施用有機物料，雖然其提高了土壤有機質含量，卻對重金屬表現出明顯的“激活效應”，增加其活化率[4，5]，使植物的重金屬吸收有所增加。所以用有機物料修復重金屬污染土壤需慎重的建議。由此看來，有機質對土壤重金屬遷移轉化過程及有效性的影響十分復雜，除去作物的區別和土壤性質種類的不同外，土壤有機質組成的不同可能是產生這些結果差異的重要因素。

2 關于土壤有機質不同組成對重金屬的遷移轉化及生物有效性影響研究

2.1 土壤溶解性有機質與腐殖質對重金屬的影響研究

土壤有機質是一個復雜的、非均質的混合體，不同有機質組分間的性質差異很大，其在土壤物質循環、養分供應和土壤團聚體形成中的作用不僅取決于其含量即數量的多少，更重要的是取決于其組成。土壤有機質的組成成分較有機質總量能更好闡明有機質與重金屬間的相互作用關系。目前，關于土壤有機質組分還沒有統一的區分方法。大多數采用不同溶劑，從土壤中提取分離出溶解性有機質（DOM）、腐殖質（包括富里酸、胡敏酸和胡敏素）等成分。以目前來說，關于土壤有機質組分對重金屬遷移轉化行為及生物有效性的影響集中在溶解性有機質（DOM）和腐殖質上。溶解性有機質在土壤中的數量很少，卻是最常見、很活躍的一種組分；而腐殖質是土壤有機質的主要成分，占總有機質的50%～90%[6，7]。大多數研究表明，DOM可以充當重金屬元素的“配位體”或結合“載體”，使土壤或水環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結構和分子量的不同差異很大[7，8]，而腐殖質對重金屬活性及遷移性的影響與其腐殖化程度有關（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，正是由于有機物料在土壤中的分解和腐殖化過程形成DOM和腐殖質成分的差異，致使不同有機物料可使土壤重金屬的活性降低或升高。由此可見，研究不同有機質組分與土壤重金屬間的相互作用對科學預測和評估土壤重金屬環境風險十分重要。

2.2 關于土壤顆粒有機質（POM）對重金屬遷移轉化的影響研究

采用不同溶劑提取的化學方法來研究土壤有機質組分對重金屬遷移轉化的影響對揭示土壤有機質與重金屬間的相互作用機制很大作用，但由于化學方法對土壤有機質原狀結構可能具有的破壞作用，所以分離的有機質組分可能不能充分的反映土壤有機碳庫的真正數量、形態和作用。土壤有機質近90%以上是與土壤顆粒結合的，而有機質在土壤中的作用與其結合的顆粒大小有關[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質的作用。一般情況下，根據土壤顆粒的大小將土壤有機質分為顆粒有機質和結合態有機質[11]，其中顆粒有機質（POM）為與粒徑大于0.05 mm的與土壤顆粒結合的有機質，是動植物殘體向土壤腐殖質轉化的活性中間產物。由于POM還未與土壤顆粒形成有機-無機復合體，可以用漂洗的方法將其與砂粒分開。土壤顆粒有機質（POM），與微生物生長、營養的供給及密切的相關性，能夠有效的反映有機質的一些特性，所以其在土壤循環中卻起著十分關鍵的作用，是土壤中高的有機碳庫[10]。

近年來關于POM對土壤團聚體形成、碳素、氮素循環中的作用成為土壤有機質領域研究的熱點，對POM與土壤污染物間相互作用的研究逐漸受到關注。已有研究發現，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個非污染土壤對Cd的富集系數為3.8～12.3[13]。

上述結果表明了土壤POM對重金屬有十分明顯的富集作用。但是，POM是一個非均質體，其組成、結構等性質與重金屬富集有什么影響，又受哪些土壤性質的影響目前還不清楚。關于POM對土壤重金屬遷移轉化影響研究有一些報道，Guo et al[14]發現，POM可通過其-RCOOH和-ROH等基團內層吸附Cu和Pb，而對Cd的吸附則是通過這些基團外層絡合實現的，章明奎[12]等研究表明，POM對土壤重金屬的吸附作用與粘粒相當，移去POM后土壤重金屬的吸附量顯著下降，淋失的風險增加。這些研究從吸附-解吸的角度探討了POM對重金屬遷移轉化行為的影響，但缺乏POM對土壤重金屬賦存狀態的影響研究。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，關于土壤POM對重金屬遷移轉化及有效性影響的效果和作用機制還不清楚。

3 小結

土壤有機質對重金屬遷移轉化的影響規律及機制，雖然已有大量研究，但因為其定義不明確，在土壤中處在時刻變化的狀態中，并且其分類與分離各研究者有不同方法[16，17]。所以，土壤有機質對重金屬的作用需要更加深入與系統的探討，也為全面了解土壤重金屬的生物地球化學循環提供科學依據，正確選擇農藝措施，防治我國土壤重金屬污染的危害提供技術支撐。

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（責任編輯：趙中正）