尹乃毅，崔巖山，張震南，王姣姣，王振洲，蔡曉琳

中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049

土壤重金屬污染已成為全球最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。其中砷、鉛、鎘、鎳、鉻、錳均被收錄在2011年有害物質(zhì)優(yōu)先處理清單中，砷更是排在第一位（Atsdr，2011）。土壤中金屬元素進(jìn)入人體的途徑包括食物鏈、無意口部攝入、呼吸和皮膚接觸等，其中食物鏈途徑是土壤金屬元素進(jìn)入人體的主要途徑（Abrahams，2002），而無意口部攝入的重金屬污染土壤對(duì)人體，尤其對(duì)兒童體內(nèi)有害金屬的攝入量的貢獻(xiàn)率越來越高，甚至成為主要途徑。目前，在人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，研究者主要通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（in vivo，測(cè)定生物有效性）和體外實(shí)驗(yàn)（in vitro，測(cè)定生物可給性）進(jìn)行評(píng)估。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)存在著費(fèi)用高、試驗(yàn)周期長、動(dòng)物的個(gè)體差異等一些不足。相對(duì)而言，in vitro方法因操作簡單、費(fèi)用低、結(jié)果較為準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注（崔巖山等, 2010）。近些年，in vitro方法已相對(duì)成熟，研究者在生物可給性、影響因素及其在人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的研究。

目前，in vitro方法主要基于生理學(xué)研究結(jié)果將胃和小腸階段的提取時(shí)間分別設(shè)定為1～3 h、2～6 h。胃階段，PBET（Physiologically based extraction test）、UBM（Unified BARGE Method）、SBET（Simple bioaccessibility extraction test）和IVG（In vitro gastrointestinal）方法選用的提取時(shí)間為1 h，DIN（Method E DIN）方法選用了2 h，而SHIME（Simulator of Human Intestinal Microbial Ecosystems of Infants）的提取時(shí)間最長，為3 h；小腸階段，IVG選擇的時(shí)間最短，為1 h，PBET、UBM方法選用了2 h，SHIME選用的提取時(shí)間為5 h，提取時(shí)間最長的是DIN方法的6 h。雖然不同方法之間的對(duì)比已有一些報(bào)道，但提取時(shí)間的不統(tǒng)一不可避免地造成了研究結(jié)果的的差異。

通常，in vitro方法在胃腸階段的提取時(shí)間是某特定值，但食物、土壤在人體胃腸的實(shí)際停留時(shí)間是一個(gè)范圍值，在相應(yīng)的停留時(shí)間內(nèi)，土壤中金屬的溶出量是否一致，國內(nèi)外鮮有報(bào)道。研究表明，食物在國內(nèi)外人體的胃腸階段的停留時(shí)間是不同的。對(duì)于歐美人群，食物在胃、腸階段的停留時(shí)間分別為2～4 h、5～6 h（John和Ma， 2007）；而食物在我國人體胃、腸的停留時(shí)間分別為4～6 h、8～9 h（朱大年等, 2008）。目前已有研究者對(duì)土壤金屬在胃腸階段的生物可給性進(jìn)行了大量的研究，但土壤進(jìn)入胃腸后，土壤中金屬在提取時(shí)間內(nèi)的溶出及吸收動(dòng)態(tài)情況的有關(guān)研究卻很少。本研究將在我國某些已受重金屬污染的地區(qū)采集土壤，利用改進(jìn)的PBET方法分析這些土壤中8種金屬元素（As、Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）在胃腸階段提取時(shí)間內(nèi)的溶出動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，探討造成金屬溶出動(dòng)態(tài)變化的影響因素，對(duì)其溶出機(jī)理進(jìn)行初步探究。研究結(jié)果將對(duì)土壤中金屬在胃腸階段的提取時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化確定，對(duì)不同in vitro方法之間的對(duì)比起到一定的參考作用，并對(duì)土壤中金屬在我國人群胃腸系統(tǒng)中消化吸收的動(dòng)態(tài)行為的研究起到一定的推動(dòng)作用。

1 材料與方法

1.1 土壤

本研究所用的5個(gè)土壤，分別采自我國不同地區(qū)的農(nóng)田和礦區(qū)，詳情見表1。土壤樣品采集后風(fēng)干，過20目、60目及100目篩，分別保存以備用，其中過20目、100目篩土壤用于土壤基本理化性質(zhì)分析，過60目篩土壤用于土壤中金屬含量的分析和in vitro實(shí)驗(yàn)。

1.2 土壤理化性質(zhì)

土壤pH值：采用水提法，土液比為1﹕2.5，pH計(jì)（METTLER TOLEDO SG，CH）測(cè)定（魯如坤，2000）；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法（鮑士旦，2000）；粒度采用激光粒度儀測(cè)定（Mastersizer 2000，Malvern，UK）；土壤金屬總量采用王水、HClO4消解，消煮樣品中包括試劑空白和標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GSS-5中國地質(zhì)樣品分析研究中心），用以證實(shí)消解及分析過程中的準(zhǔn)確性和精度。土壤鐵錳鋁氧化物采用草酸-草酸銨提取法（許祖貽和陳家坊，1980）；土壤金屬（Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）總量、鐵錳鋁氧化物和模擬胃腸液樣品中金屬（As除外）含量的測(cè)定儀器為ICP-OES（OPTIMA5300DV，Perkin-Elmer Co，USA）和土壤As總量和模擬胃腸液樣品中As含量的測(cè)定儀器為HG-AFS（AFS 3000型，海光，中國）。

1.3 in vitro實(shí)驗(yàn)

本研究使用的in vitro實(shí)驗(yàn)方法主要采用PBET方法（Ruby等，1996），并參考IVG方法（Rodriguez等，1999）進(jìn)行了改進(jìn)。它由2個(gè)連續(xù)的階段組成，即胃階段和小腸階段，具體操作步驟如下：

（1）胃階段配制模擬胃液（內(nèi)含NaCl、檸檬酸、蘋果酸、乳酸、冰乙酸、胃蛋白酶等，并用濃鹽酸將pH值調(diào)為1.5），將模擬胃液（mL）及過60目篩的土壤樣品（g）以100﹕1的比例混合于反應(yīng)器內(nèi)，每種土壤2個(gè)平行，置于37 ℃恒溫溶出儀中以模擬人體溫度，以振速100 r·min-1振蕩，同時(shí)通入氬氣1 L·min-1模擬胃腸的厭氧環(huán)境。分別在20、40、60、80 min時(shí)，吸取5 mL反應(yīng)液，過0.45 μm濾膜，4 ℃保存待測(cè)。

（2）小腸階段用NaHCO3粉末將反應(yīng)液pH調(diào)至7.0，加入胰酶、膽鹽，繼續(xù)置于37 ℃恒溫溶出儀中，以100 r·min-1振蕩，通入1 L·min-1氬氣。其間，每隔15 min左右測(cè)定反應(yīng)液pH值，若偏離7.0，則用濃HCl和NaHCO3飽和溶液調(diào)節(jié)使其維持在7.0±0.1。分別在1、2、3、4、5 h時(shí)吸取5 mL反應(yīng)液，過0.45 μm濾膜，4℃保存待測(cè)。

1.4 結(jié)果計(jì)算

(1)金屬的溶解態(tài)量

在胃階段或小腸階段，能從單位質(zhì)量的土壤中溶出的鉛的質(zhì)量，稱為土壤金屬元素在胃階段或小腸階段的溶解態(tài)量，可由下式計(jì)算。

式中，Ds為土壤金屬元素在胃階段或小腸階段的溶解態(tài)量（mg·kg-1）；c為in vitro實(shí)驗(yàn)胃階段或小腸階段反應(yīng)液中金屬的含量（mg·L-1）；v為各反應(yīng)器中反應(yīng)液的體積（L），胃階段為0.6 L，小腸階段為0.59 L；m為反應(yīng)器中的土壤的質(zhì)量（kg），胃階段為0.006kg，小腸階段為0.0059kg。

(2)溶出率

通常，在PBET方法中，土壤在胃階段和小腸階段的停留時(shí)間分別定為1 h和4 h，故這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的溶出率計(jì)為 100%，其他時(shí)間點(diǎn)的溶出率可由下式計(jì)算。

式中，Dr為土壤金屬元素在胃階段或小腸階段各時(shí)間點(diǎn)的溶出率（%）；Dsi為某時(shí)間點(diǎn)土壤金屬元素在胃階段或小腸階段的溶解態(tài)量（mg·kg-1）；Dsx為土壤金屬元素在胃階段1 h或小腸階段4 h時(shí)的溶解態(tài)量（mg·kg-1）。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS18（IBM）和Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤的基本性質(zhì)

5個(gè)土壤的基本理化性質(zhì)和土壤中金屬含量變化范圍較大（表1）。pH值變化范圍為 3.66～7.28，包括了 1種強(qiáng)酸性土壤（pH<5.0），1種酸性土壤（pH5.0～6.5），3 種中性土壤（pH6.5～7.5）（黃昌勇，2000）。有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.88%～4.00%。粘粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為0.77%～31.33%。鐵、錳、鋁氧化物的質(zhì)量濃度變化范圍分別為 0.83～28.20 g·kg-1、0.47～3.61g·kg-1、30.2～539.9 mg·kg-1。

表1 土壤的基本性質(zhì)Table 1 Basic characteristics of the soils

2.2 胃腸階段金屬的生物可給性（Bioaccessibility，BA）

不同土壤中同一金屬的BA在胃腸階段差異很大。如表2，土壤A中Cd、Cr、Ni及Pb的BA在5種土壤中均是最高，且As在胃階段的BA最高；土壤B中Al的BA最高，而Cd、Mn、Pb的BA均是最低；土壤C中Al、As、Fe的BA最低，且Cr在胃階段的BA最低；土壤D中As在小腸階段的BA最高；土壤E中Mn的BA最高。

此外，同種土壤中不同金屬元素的BA也有明顯的差異。5種土壤Al和Fe在胃、腸階段的BA平均值較低，分別為3.3%、3.4%和1.7%、2.3%。而 Cd、為胃階段的最高值，達(dá) 37.6%；Ni為小腸階段的最高值，達(dá)66.1%。小腸階段各金屬元素的BA與胃階段的相比，Cd、Pb質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì)，As、Mn、Cr、Ni均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，As、Mn均上升了3%左右，Cr、Ni分別上升了29.9%、61.4%。Al、Fe的BA平均值在胃腸階段基本沒變。

2.3 胃階段金屬的溶出動(dòng)態(tài)

不同土壤中同一金屬元素的溶出在胃階段有明顯的差異。如圖1所示，假定胃階段1 h時(shí)溶出率為100%，20 min時(shí)，土壤A中As、Al、Cd、Cr、Fe的溶出率都是最高的，分別達(dá)到88.2%、82.6%、93.2%、88.6%、75.0%；土壤B中As溶出率最低，為69.2%，而Mn、Ni的溶出率最高，分別達(dá)到82.9%和86.6%；土壤C中Cd、Ni、Pb、Cr的溶出率均是最低，分別為 56.7%、37.5%、60.2%、63.2%；土壤D中Fe的溶出率最低為45.9%，而土壤E中Pb的溶出率最高，達(dá)到90.7%。同一金屬元素在胃階段溶出率的變化是相似的，80 min時(shí)，Cr的溶出率略有下降，其他金屬的溶出率都在增加，但增幅不盡相同。

此外，土壤中不同金屬元素的溶出在胃階段也有明顯的差異。20 min時(shí)，5種土壤中Fe、Ni的平均溶出率較低，分別為59.3%、56.8%，其他6種金屬元素的平均溶出率在71.2%～79.5%，其中 As的平均溶出率最高，達(dá)到79.5%。在胃階段，As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢，Cr和Ni的溶出速率是先慢后快，而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不變。1 h后，Pb和Cr的溶出率基本保持不變，其他金屬的溶出率還在增加，增幅在 8%左右，Ni、Fe的平均增幅很高，分別達(dá)到了10.6%、13.9%。這表明土壤中 As、Al、Cd、Fe、Mn、Ni在 1 h 后還在不斷溶出。

表2 胃腸階段金屬的BA(%)Table 2 Bioaccessibility of metals in gastric and small intestinal phase

圖1 胃階段金屬的溶出動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamic dissolution of metals in gastric phase

2.4 小腸階段金屬的溶出動(dòng)態(tài)

不同土壤中同一金屬元素的溶出在小腸階段有明顯的差異。如圖2所示，假定小腸階段4 h時(shí)溶出率為100%，5種土壤中Al、As、Cd、Ni、Mn的溶出率變化趨勢(shì)各自相似。1 h時(shí)，土壤C、D中Fe的溶出率較低，分別為 65.9%、70.2%，之后保持上升趨勢(shì)，而其他三種土壤的溶出率基本保持不變，5 h時(shí)，土壤中Fe還在不斷溶出，土壤D的溶出率最低，為101.3%，土壤 C的溶出率最大，達(dá)到了114.8%。1 h時(shí)，土壤A中Cr溶出率最高，達(dá)到81.3%，而土壤C中Cr的溶出率最低，為17.4%；在4 h后，溶出率還在不斷地增加，土壤C中Cr的溶出率最高，達(dá)到119.8%。土壤A和E中Pb的溶出率呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，降幅在20%左右，土壤D中Pb的溶出率基本保持不變，而土壤B和C中Pb在小腸階段的溶出動(dòng)態(tài)無明顯規(guī)律。

此外，土壤中不同金屬元素的溶出在小腸階段也有明顯的差異。5種土壤中Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不變。1 h時(shí)，土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低，分別為 31.5%、32.7%。之后，F(xiàn)e、Cr、Ni的溶出率一直在上升。5 h時(shí)，F(xiàn)e、Cr、Ni的溶出率還在上升，平均增幅分別達(dá)到7.2%、11.3%、16.2%。

圖2 小腸階段金屬的溶出動(dòng)態(tài)Fig.2 Dynamic dissolution of metals in small intestinal phase

3 討論

3.1 胃腸階段的BA對(duì)比

不同土壤中同一金屬的BA在胃腸階段差異很大。土壤中粘粒、鐵氧化物對(duì)砷有很強(qiáng)的吸附能力，降低了 As的溶解度（Yang等，2003；Kumpiene等，2008；Wragg等，2011）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤C、E中粘粒較高，土壤 B中鐵氧化物較高，故導(dǎo)致As的BA較低。土壤pH對(duì)Pb、Cd、Fe、Al的BA有很大的影響。土壤pH較低時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)對(duì)Fe、Al、Pb、Cd的吸附很強(qiáng)（Jansen等，2003；Jalali和Moradi，2013）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤B的pH最低，這可能導(dǎo)致Fe、Al、Pb、Cd4種金屬的BA最低。土壤中土壤 pH越低，土壤對(duì) Cr的吸附能力越強(qiáng)（Stewart，2003；Jardine等，2013），這是導(dǎo)致土壤B、C中 Cr的 BA較低的可能原因。土壤粘粒對(duì)Ni有很強(qiáng)的吸附能力（楊定清，1996；謝忠雷等，2006）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤C、E中粘粒較高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是導(dǎo)致其中Ni的BA較低的可能原因。

研究者對(duì)土壤中金屬的BA進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)，Pb、Cd的BA在胃階段較高，As、Cr的BA在小腸階段較高，而對(duì)于Ni，有的研究發(fā)現(xiàn)胃階段較高，有的認(rèn)為小腸階段較高（Yang等，2003；Wragg等，2011；付瑾和崔巖山，2012）。土壤中不同金屬元素的 BA在胃腸階段的差異主要與in vitropH、粘粒、有機(jī)質(zhì)、鐵錳鋁氧化物等影響因素有關(guān)。從胃階段到小腸階段，添加NaHCO3使in vitropH從1.5升高到7.0，導(dǎo)致土壤對(duì)Cr的吸附能力降低，并且有機(jī)酸可以將殘?jiān)鼞B(tài)中Cr3+移動(dòng)到錳氧化物表面而被氧化成Cr6+，增加了Cr的移動(dòng)性（Guha等，2001；Kim和Dixon，2002）；碳酸根增多，其與Cd2+形成難溶性結(jié)合態(tài)而析出，導(dǎo)致Cd的濃度降低（杜彩艷等，2005；Wragg等，2011）；同時(shí)，OH-增多，可以替代AsO3-離子，與Fe、Al、Mn結(jié)合成氫氧化物沉淀，As的濃度增加并保持了三者濃度的平穩(wěn)或上升（王金翠等，2011）；土壤中有機(jī)質(zhì)逐漸溶出，導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量降低，其對(duì)Fe、Al、Mn、Cr、Ni、As的吸附能力降低（Tyler和Olsson，2001）；土壤中粘粒、鐵錳鋁氧化物表面負(fù)電荷增加，對(duì)Cd2+、Pb2+的專性吸附增強(qiáng)，并增加了As的解吸（Yang等，2003；杜彩艷等，2005；王金翠等，2011）；此外，實(shí)驗(yàn)中通入氬氣，保持厭氧環(huán)境，可能將As5+還原成As（Ⅲ），增加其溶解度，而且Ni會(huì)大量溶出，這可能是與Ni結(jié)合的Fe3+等的還原有關(guān)（Brown等，1989）。本實(shí)驗(yàn)中，與胃階段相比，小腸階段土壤中Pb、Cd的BA明顯降低，而As、Mn、Cr、Ni均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，前兩者上升了 3%左右，后兩者分別上升了 29.9%和55.7%。Al、Fe的BA平均值在胃腸階段較低，基本保持不變。然而，目前有研究者認(rèn)為，可以保守的以胃階段Pb、Cr、Ni的BA以及小腸階段的BA作為其在整個(gè)人體消化系統(tǒng)中的 BA（Rawlins和Wragg，1999；Bradham 等，2014）。

3.2 胃階段

不同土壤中同一金屬元素的溶出的差異可能與土壤理化性質(zhì)、in vitropH有關(guān)。胃階段，in vitropH較低，有利于土壤中金屬的溶出，故20 min時(shí)的溶出率均很高。土壤pH越低，土壤對(duì)Cr的吸附能力越強(qiáng)。本研究中，土壤A、C中Cr在20 min時(shí)的溶出率分別為最高值和最低值，這可能是由于土壤pH導(dǎo)致的。土壤中粘粒對(duì)Ni有很強(qiáng)的吸附能力（楊定清，1996），這可能導(dǎo)致了土壤 C、E中Ni在20 min時(shí)溶出率較低而土壤B的最高。在酸性土壤下，有機(jī)質(zhì)對(duì) Fe、Al有很強(qiáng)的吸附作用（Jansen等，2003）。本實(shí)驗(yàn)中，酸性土壤B中有機(jī)質(zhì)較高，這導(dǎo)致B中Fe、Al在20 min時(shí)的溶出率較低（表 3）。土壤 pH、有機(jī)質(zhì)對(duì) Pb、Cd有很大的影響，有機(jī)質(zhì)對(duì)兩者有很強(qiáng)的吸附能力；而土壤pH越低，水溶態(tài)和可交換態(tài)的Pb、Cd所占比例越低（杜彩艷等，2005）。本研究中，土壤 C中 Pb、Cd的溶出率最低，而土壤A、E中溶出率都很高。土壤中鐵礦物質(zhì)對(duì) As的吸附能力最強(qiáng)，并且在土壤pH較低時(shí)，As（Ⅴ）為主要形式，土壤對(duì)其吸附能力很強(qiáng)（Yamaguchi等，2011；王金翠等，2011）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤B中As在20 min時(shí)溶出率最低。

表3 胃階段金屬的溶出量(n=2)Table 3 Dissolution of metals in gastric phase

此外，土壤中不同金屬元素的溶出差異可能與其賦存形態(tài)、有機(jī)質(zhì)、粘粒、鐵錳鋁氧化物等有關(guān)。土壤中金屬以不同的形態(tài)賦存，in vitropH較低有利于金屬的溶出，最先溶出的為可交換態(tài)，之后碳酸鹽結(jié)合態(tài)會(huì)溶解，釋放出大量的金屬離子，而鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)及有機(jī)物結(jié)合態(tài)可能會(huì)有一定溶出，殘?jiān)鼞B(tài)基本不溶出，同時(shí)，各形態(tài)之間可能會(huì)相互轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響金屬的溶出率（Yang等，2003；Bissen和Frimmel，2003；Scancar和Milacic，2006）。土壤中Fe主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在，占全鐵的90%以上，這將導(dǎo)致Fe在20 min時(shí)溶出率較低。在胃階段，碳酸鹽結(jié)合態(tài)的溶解，可能使溶液中Cd、Pb迅速大量積累（杜彩艷等，2005）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤中Cd、Pb的溶出速率先快后慢，之后溶出率趨于平穩(wěn)。土壤中有機(jī)質(zhì)、粘粒、鐵錳鋁氧化物對(duì) Cr、Ni有很強(qiáng)的吸附能力，低pH時(shí)，三者表面主要帶正電荷，導(dǎo)致了 Ni、Cr的解吸（Stewart，2003；Wragg等，2011；Cox等，2013；Jardine等，2013）。本實(shí)驗(yàn)中，Ni、Cr的溶出速率先慢后快，溶出率不斷增加。對(duì)于As，土壤中主要以As（Ⅴ）的無機(jī)形式存在，低pH時(shí)，土壤中可交換態(tài)As大量溶出，主要以砷酸根形式存在，同時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)、粘粒、鐵錳氧化物表面帶正電荷，會(huì)對(duì)負(fù)離子有很強(qiáng)的吸附能力（Yang等，2003；Kumpiene等，2008；Wragg等，2011；Jardine等，2013），這可能導(dǎo)致了40 min后，As的溶出速率減緩，趨于平穩(wěn)。此外，土壤中Fe、Mn、Al溶出后主要以正離子形式存在，并且鐵錳鋁化合物形態(tài)會(huì)不斷地溶出。本實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)e、Mn、Al的溶出率一直在增加。1 h后，隨著有機(jī)物和鐵錳鋁氧化物的不斷溶出，降低了土壤對(duì)某些金屬的吸附能力，這可能是導(dǎo)致As、Al、Cd、Fe、Mn、Ni1 h后還在不斷溶出的原因。

3.3 小腸階段

土壤中粘粒、鐵鋁氧化物、有機(jī)質(zhì)等對(duì) Cr有很強(qiáng)的吸附能力（Stewart，2003；Kumpiene等，2008；Cox等，2013；Jardine等，2013）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤C中粘粒含量最高，這可能導(dǎo)致了土壤C中Cr在1 h的溶出率最低（表4），同時(shí)土壤B、D、E中Cr的溶出率均很低。而土壤A中3種吸附物質(zhì)的含量均很低，這可能是Cr在1 h時(shí)溶出率較高的原因。在小腸階段，溶液中 CO32-含量增加，會(huì)與 Pb2+等離子結(jié)合為難溶性的碳酸鹽結(jié)合態(tài)析出，降低了模擬液中Pb的含量（Wragg等，2011）。本實(shí)驗(yàn)中，土壤A和E中Pb的溶出率呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，降幅在 20%左右。但是土壤 B、C中 Pb的變化無明顯規(guī)律，這可能是多種影響因素共同作用導(dǎo)致的。而5種土壤中Al、As、Cd、Ni、Mn的溶出率變化趨勢(shì)各自相似，這可能是影響因素共同作用的結(jié)果。

表4 小腸階段金屬的溶出量(n=2)Table 4 Dissolution of metals in small intestinal phase

此外，土壤中不同金屬元素的溶出差異可能是多種影響因素共同作用導(dǎo)致的。in vitropH是影響某些金屬元素溶出的主要因素。當(dāng)土壤溶液pH從3逐漸增加到11，Al主要以無機(jī)形態(tài)轉(zhuǎn)變（Al3+，Al(OH)2+，Al(OH)2+，Al(OH4)?）（Scancar和Milacic，2006）。本研究中，Al在小腸階段溶出率基本保持不變，這可能與 Al不同形態(tài)之間轉(zhuǎn)變有關(guān)而保持Al溶出量基本不變。pH升高，土壤對(duì)As的吸附能力降低，土壤負(fù)電荷增加，亞砷酸鹽、砷酸鹽被解吸，并迅速達(dá)到平衡（王金翠等，2011）。本實(shí)驗(yàn)中，As在1 h時(shí)略有上升，之后溶出率趨于平穩(wěn)。而對(duì)于 Cd、CO32-的大量增加，促進(jìn)了碳酸鹽結(jié)合態(tài)的迅速形成而沉淀析出（杜彩艷等，2005；Wragg等，2011），這可能是導(dǎo)致Cd在小腸階段的溶出率基本保持不變的原因。pH的升高，隨著鐵鋁氧化物和有機(jī)質(zhì)含量的降低，土壤對(duì) Cr的吸附能力降低，并且有機(jī)酸可以將殘?jiān)鼞B(tài)中Cr3+移動(dòng)到錳氧化物表面而氧化成Cr6+，增加了Cr的移動(dòng)性（Guha等，2001；Kim和Dixon，2002）。本實(shí)驗(yàn)中，1 h時(shí)，土壤中Cr（土壤A除外）的平均溶出率最低，為31.5%；之后，溶出率一直在上升。在小腸階段，OH-含量增加，F(xiàn)e與OH-結(jié)合成氫氧化物的離子形式，增加了溶液中Fe含量。本實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)e的溶出率一直在增加，5 h的溶出率平均增幅達(dá)到7.2%。此外，有報(bào)道指出，pH升高，土壤對(duì)Ni的吸附能力增強(qiáng)，Ni的溶解度會(huì)降低，而本實(shí)驗(yàn)中通入氬氣，保持厭氧環(huán)境，這可能營造了還原條件，導(dǎo)致了Fe3+等的還原，而使 Ni大量溶出（Brown等，1989；楊定清，1996）。本實(shí)驗(yàn)中，Ni在小腸階段的溶出率不斷增加，5 h的平均增幅最高，達(dá)到了16.2%。

4 結(jié)論

（1）土壤中不同金屬在胃腸階段的BA有明顯差異。Fe、Al的BA較低，在胃腸階段差異不大。與胃階段相比，Cd、Pb的BA在小腸階段呈下降趨勢(shì)；As、Mn、Cr、Ni的BA在小腸階段均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，前兩者上升了 3%左右，后兩者分別上升了29.9%和61.4%。

（2）土壤中不同金屬在胃腸階段的溶出動(dòng)態(tài)是有明顯差異的。胃階段，假定1 h時(shí)溶出率為100%。20 min時(shí)，土壤中Fe、Ni的平均溶出率較低，分別為59.3%、56.8%，其他6種金屬元素的平均溶出率在 71.2%～79.5%。As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢，Cr和Ni的溶出速率是先慢后快，而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不變。1 h后，Pb和Cr的溶出率基本保持不變，而As、Al、Cd、Fe、Mn、Ni仍在不斷溶出。小腸階段，假定4 h時(shí)溶出率為100%。Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不變。1 h時(shí)，土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低，分別為31.5%、32.7%，而5 h時(shí)，F(xiàn)e、Cr、Ni的溶出率仍在上升。

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