王林江 劉廷吉 林則鑫 曹戈 趙迎新

摘 要：隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。土壤重金屬可以在農(nóng)作物中富集，從而影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量或?qū)е聹p產(chǎn)，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體造成巨大危害，因此重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化已成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。該文對(duì)土壤重金屬的來(lái)源、土壤重金屬遷移至作物系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化方式、影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的因素以及土壤重金屬在作物中的分布和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了綜述，并對(duì)未來(lái)土壤重金屬的研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬;作物;遷移轉(zhuǎn)化;影響因素

中圖分類號(hào) S154.4;X132文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）22-0147-08

Research Progress on the Migration and Transformation of Heavy Metals in Soil-crop System

WANG Linjiang1，2 et al.

（1Lianyungang Comprehensive Inspection and Testing Center of Quality and Technology， Lianyungang 222000， China; 2Petrochemical Products Quality Supervision and Inspection Center of Jiangsu Province， Lianyungang 222000， China）

Abstract： With the rapid development of industry and agriculture， the problem of soil heavy metal pollution is becoming more and more serious in China， which has aroused widespread social concern. Soil heavy metals can be enriched in crops， affecting the quality of agricultural products or leading to reduced production， and entering human body through the food chain， which can cause great harm. Therefore， the migration and transformation of heavy metals in soil crop system has become a hot research topic at present. In this paper， the sources of soil heavy metals， the transformation modes of soil heavy metals to crop systems， the factors affecting the migration and transformation of heavy metals， the distribution and potential risks of soil heavy metals in crops were reviewed， and the future research of heavy metals in soil was put forward.

Key words： Soil heavy metal; Crop; Migration and transformation; Influence factor

據(jù)資料顯示，我國(guó)耕地受土壤重金屬污染嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響人們正常的生產(chǎn)生活[1]，約19.4%的耕地重金屬超標(biāo)，重金屬污染對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了不利影響[2]。Cd為土壤污染的主要重金屬元素，水稻對(duì)Cd有較強(qiáng)的富集能力，生產(chǎn)出影響身體健康的“鎘大米”，另外土壤也受Cu、Pb、Hg、Cr等重金屬的污染[3-4]。土壤重金屬來(lái)源廣泛，可通過(guò)大氣沉降、污水灌溉、農(nóng)藥和化肥施用、污泥土地施用等途徑進(jìn)入土壤，并累積造成污染。土壤中的重金屬具有隱蔽性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大、難降解、難治理等特點(diǎn)[5]，重金屬污染物直接影響到土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)，可以通過(guò)植物的蒸騰作用拉力以及重金屬的擴(kuò)散到達(dá)植物根部，富集、積累、轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物中。在土壤重金屬的7種存在形態(tài)中可交換態(tài)的生物利用性最強(qiáng)，容易轉(zhuǎn)移至農(nóng)作物中，其他形態(tài)的重金屬可以在一定條件下釋放，被農(nóng)作物利用，既可以導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降以及質(zhì)量降低，同時(shí)又通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康造成危害[6-7]。土壤重金屬遷移至農(nóng)作物系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜，影響因素包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原電位、土壤微生物等多個(gè)方面，同時(shí)又與農(nóng)作物的種類有關(guān)。目前的研究成果主要是土壤重金屬的來(lái)源、遷移過(guò)程影響因素、重金屬在某種作物中的遷移轉(zhuǎn)化其中的一方面，但還缺少對(duì)土壤-作物系統(tǒng)重金屬遷移分布的系統(tǒng)總結(jié)，因此有必要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行梳理，為今后的研究提供一定的參考依據(jù)。

1 土壤重金屬來(lái)源

土壤重金屬的來(lái)源有內(nèi)源和外源2個(gè)途徑。內(nèi)源是指成土母質(zhì)中包含的重金屬，在不同的自然條件下，重金屬的種類和含量相差較大，主要受地形地貌、水文氣候等因素的影響[8]。外源是指由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的土壤重金屬污染。工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、交通運(yùn)輸?shù)纫呀?jīng)成為土壤重金屬的重要來(lái)源[9-10]。礦山開(kāi)采、大氣沉降、生活廢棄物、污水灌溉、農(nóng)藥化肥施用、污泥土地施用等都可以導(dǎo)致土壤重金屬污染。外源污染主要從以下幾個(gè)方面介紹：

1.1 大氣沉降 大氣中的污染物沉降到地面的過(guò)程為大氣沉降，汽車(chē)尾氣的排放、燃料的燃燒等會(huì)向環(huán)境中釋放大量廢氣和粉塵，并通過(guò)干沉降和濕沉降兩種方式降落到地面，是土壤重金屬的重要來(lái)源之一[11-12]。表1為不同地區(qū)大氣沉降中重金屬的濃度，1995—2015年我國(guó)大氣降塵中重金屬含量均值均超過(guò)我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中Cd、Pb超標(biāo)最為嚴(yán)重[13]。大氣沉降占農(nóng)田重金屬的25%～85%，主要的重金屬有Cd、Pd、Cu、Zn等[19-20]。河北農(nóng)田區(qū)域大氣沉降中多數(shù)重金屬都有不同程度的富集，主要來(lái)源是人類活動(dòng)，道路揚(yáng)塵、工業(yè)礦塵、燃煤和機(jī)動(dòng)車(chē)排放為該農(nóng)業(yè)區(qū)大氣金屬元素的主要來(lái)源，其中As、Se和Sb等富集程度較高，具有一定的危險(xiǎn)性[21]。在南京市土壤中，Cu、Zn和Pb等重金屬元素通過(guò)大氣沉降的方式強(qiáng)烈富集，具有潛在危害[22]。大氣沉降對(duì)作物系統(tǒng)中重金屬的含量有顯著影響，程珂等[23]研究發(fā)現(xiàn)，大氣沉降對(duì)天津郊區(qū)蔬菜中Cd、As、Pb、Cr的貢獻(xiàn)率分別為33.7%、83.7%、72.8%和71.0%，是As、Pb、Cr主要來(lái)源。

1.2 污水灌溉 由于水資源短缺，我國(guó)使用污水進(jìn)行灌溉的現(xiàn)象較為普遍，在北方比較常見(jiàn)，在一定程度上可以節(jié)約水資源[24]。重金屬通過(guò)灌溉進(jìn)入土壤，不斷累積造成重金屬污染，在嚴(yán)重影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)的同時(shí)也會(huì)對(duì)人體造成傷害[26]。農(nóng)業(yè)部調(diào)查顯示，我國(guó)農(nóng)田土壤在140萬(wàn)hm2污水灌溉區(qū)，64.8%的土地遭受重金屬污染，被重金屬污染的糧食每年達(dá)到1200萬(wàn)t，損失高達(dá)200億元[27]。污灌區(qū)的灌水負(fù)荷、污水類型、土壤質(zhì)地等因素影響土壤污染程度。Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、Ni、As、Hg等8種重金屬元素在我國(guó)北方污灌區(qū)農(nóng)田土壤中有明顯積累[28]。李春芳等[29]研究表明，龍口市污水灌溉區(qū)農(nóng)田受到重金屬污染，其中Cd鎘的含量富集最為明顯，遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)乇尘爸?。曹春等[30]在大寶山污灌區(qū)土壤-蔬菜體系選取的8種蔬菜中，蕹菜、小白菜、茄子重金屬超標(biāo)量最多，蔬菜的地下部分對(duì)Cr和Cd有較強(qiáng)的富集能力，污水灌溉影響土壤重金屬的分布和轉(zhuǎn)移。表2為不同灌溉水中重金屬含量[25]。

1.3 農(nóng)藥、肥料施用 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，農(nóng)藥、肥料的大量使用，在提高作物產(chǎn)量的同時(shí)也會(huì)給土壤帶來(lái)重金屬污染。農(nóng)藥中含有Cr、Cd、Pb、Hg、Cu、Zn、As等重金屬，使用過(guò)程中土壤中會(huì)有殘留，土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化至農(nóng)作物系統(tǒng)中，造成危害。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用多種磷肥、氮肥等肥料。磷肥施用面積大、使用范圍廣，但由于它的生產(chǎn)原料為磷礦石，其中天然含有重金屬鎘，在使用的過(guò)程中可以造成金屬累積[31]。磷肥還可以顯著提高有效Fe含量，降低有效Mn含量，影響重金屬形態(tài)。硫酸銨（NH4）2SO4和尿素CO（NH2）2兩種常用氮素肥料中也含有Cr、Pb等重金屬[32]。NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、CO（NH2）2對(duì)鉛離子在土壤中解吸的影響較大，能促進(jìn)鉛離子從土壤中解吸，影響土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化[33]。長(zhǎng)期施用化肥處理，對(duì)土壤中Cd、Cr、Hg、Cu、Zn的含量均存在一定的富集效果，施肥處理后土壤重金屬含量隨種植年限增加而增加。除了化肥以外，有機(jī)肥也得到廣泛的使用，有機(jī)肥的成分和來(lái)歷復(fù)雜，含有多種重金屬元素，施用過(guò)程中導(dǎo)致土壤重金屬的累積[34]。姚佳璇等[35]研究了施肥對(duì)重金屬含量的影響，結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用菌渣和雞糞較常規(guī)施化肥顯著增加土壤銅含量，而污泥、菌渣和雞糞處理較常規(guī)施化肥顯著增加土壤的鋅含量，其他重金屬含量無(wú)顯著改變。從表3可以看出，肥料中普遍存在重金屬元素，Pb、Cr、As這3種元素在肥料中含量較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)Cd、Hg的含量較低，有機(jī)肥中重金屬含量相對(duì)無(wú)機(jī)肥較高。為了減少因肥料施用而對(duì)土壤增加的重金屬風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)家于2019年頒布了《肥料中有毒有害物質(zhì)的限量要求》GB 38400-2019，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種肥料中的Cd、Pb等重金屬含量進(jìn)行了限制[41]。文獻(xiàn)研究也表明，尿素、氯化鉀等肥料中的重金屬含量也都符合要求，但考慮到肥料年年施用，重金屬累積風(fēng)險(xiǎn)仍值得關(guān)注。

1.4 污泥土地施用 污泥中富含植物所需的氮磷等元素，具有良好的利用價(jià)值，很多地區(qū)出現(xiàn)了污泥土地施用的情況[42]。污泥土地施用可以減少化肥的使用，為農(nóng)作物增加必要的營(yíng)養(yǎng)元素，是污泥資源化利用的一條途徑。但是由于污泥成分復(fù)雜，使用前處理不徹底，在使用的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的積累，造成重金屬污染[43]。陳堯[44]對(duì)河北省112座污水處理廠污泥進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其中Cu、Zn、Cr、Pb重金屬含量偏低，Cd含量較高。吳榮等[45]施用污泥堆肥后，顯著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量。承書(shū)振[46]研究了陜西省32家城鎮(zhèn)污水處理廠污泥Zn、Cu、Cr、Pb、Ni、As等6種元素含量，結(jié)果表明，Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>As，在不同污泥施用量下，6種重金屬在小麥各部位的富集情況基本與污泥施用量成正相關(guān)。占婷婷等[47]研究了污泥施用對(duì)玉米的影響，結(jié)果表明，土壤中的Cu、Zn、Pb含量及玉米籽粒中的Cu、Zn含量均隨污泥施用量的增加而增加。表4為不同地區(qū)污水處理廠污泥重金屬含量，其值的差異與污水的類型有關(guān)。

2 土壤重金屬至作物系統(tǒng)的遷移途徑

土壤重金屬轉(zhuǎn)移至作物系統(tǒng)中主要經(jīng)歷土壤重金屬進(jìn)入植物根系、根系重金屬轉(zhuǎn)移至植物莖部、莖部重金屬轉(zhuǎn)移至葉片3個(gè)過(guò)程，遷移過(guò)程見(jiàn)圖1。重金屬?gòu)母饺~的運(yùn)輸主要是通過(guò)金屬進(jìn)入木質(zhì)部導(dǎo)管進(jìn)行的，木質(zhì)部導(dǎo)管參與水和溶解鹽的運(yùn)輸。土壤中的重金屬進(jìn)入植物根系的第一種方式為重金屬受到植物蒸騰作用產(chǎn)生的拉力，在植物吸收水分的同時(shí)到達(dá)植物根部。另一種方式是重金屬的擴(kuò)散作用[53]。重金屬通過(guò)植物根部細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)到植物體內(nèi)，例如土壤中Cd可以通過(guò)Fe2+、Ca2+、Zn2+、Cu2+和Mg2+等非特異的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入植物細(xì)胞[54-55]。

共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑都可以使重金屬到達(dá)植物的莖中。質(zhì)外體途徑允許可溶性金屬部分在不進(jìn)入細(xì)胞和通過(guò)細(xì)胞內(nèi)空間的情況下移動(dòng)。共質(zhì)體途徑通過(guò)消耗能量使Ni、Cd和Pd等金屬在細(xì)胞質(zhì)中移動(dòng)。不同的植物利用多種機(jī)制吸收重金屬，所以重金屬的運(yùn)輸途徑不同[56]。Cd離子或Cd的多種螯合物可以通過(guò)共質(zhì)體途徑和質(zhì)外體途徑完成木質(zhì)部裝載，重金屬Cd在蒸騰作用的拉力作用下通過(guò)木質(zhì)部的裝載向上運(yùn)輸。木質(zhì)部裝載是指養(yǎng)分從中柱薄壁細(xì)胞向木質(zhì)部導(dǎo)管的轉(zhuǎn)移過(guò)程，實(shí)際上是離子自共質(zhì)體向質(zhì)外體的過(guò)渡過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)重金屬的運(yùn)輸[57]。

莖部向上的運(yùn)輸使重金屬進(jìn)入植物的葉片和籽粒，同時(shí)也會(huì)從大氣中吸收部分重金屬積累下來(lái)。在這些過(guò)程中，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與了重金屬的吸收和儲(chǔ)存，并且有時(shí)會(huì)有能量的消耗。

3 影響重金屬遷移的因素

土壤環(huán)境的性質(zhì)可以通過(guò)改變重金屬的存在形態(tài)影響重金屬的遷移。土壤重金屬的形態(tài)是指在環(huán)境中實(shí)際的存在形式，如離子態(tài)、化合態(tài)，不同的形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化能力不同。根據(jù)資料顯示，土壤中的重金屬有水溶態(tài)（F1）、離子交換態(tài)（F2）、碳酸鹽結(jié)合態(tài)（F3）、腐殖酸結(jié)合態(tài)（F4）、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)（F5）、有機(jī)結(jié)合態(tài)（F6）、殘?jiān)鼞B(tài)（F7）7種存在形態(tài)，最易被作物吸收的為水溶態(tài)和離子交換態(tài)，具有較高的遷移性能。F1、F2、F3是生物可利用的部分，碳酸鹽結(jié)合態(tài)的重金屬可經(jīng)過(guò)水解被植物利用，受pH影響明顯。F4、F5、F6是潛在的生物有效組分，F(xiàn)5在氧化還原電位降低時(shí)才有可能釋放，F(xiàn)6在氧化的條件下，可能導(dǎo)致金屬元素的釋放，F(xiàn)7比較穩(wěn)定，幾乎不會(huì)被作物利用[58]。葉脈等[59]研究發(fā)現(xiàn)，廣東鼻咽癌高發(fā)區(qū)農(nóng)田土壤中Cd和Mn主要以生物可利用態(tài)存在。

一般來(lái)說(shuō)，重金屬的流動(dòng)性和有效性受土壤吸附和解吸特性的控制，重金屬的吸附和解吸已被證明與土壤性質(zhì)有關(guān)。土壤重金屬向作物遷移的過(guò)程中會(huì)受到pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換容量、氧化還原電位、微生物、粘土礦物、碳酸鈣、鐵和錳氧化物的含量等因素的影響[60-61]。

3.1 pH pH在確定重金屬形態(tài)、遷移和最終生物利用方面起著重要的作用，同時(shí)對(duì)重金屬在土壤溶液中的溶解度和形態(tài)有著很大的影響[62]。pH與重金屬的生物有效態(tài)呈負(fù)相關(guān)，隨著pH值的降低，土壤中吸附的正電荷增加，氫離子在土壤中的競(jìng)爭(zhēng)吸附能力增加，使得重金屬在土壤中游離，增加生物有效態(tài)的含量[63]。pH值降低時(shí)，可以觀察到Cd、Pb和Zn從土壤成分中解吸，土壤溶液中溶解的重金屬急劇增加，將潛在生物可利用態(tài)的重金屬?gòu)耐寥乐嗅尫懦鰜?lái)，從而增強(qiáng)重金屬的活性[64]。

一般隨著pH值的下降，土壤膠體上吸附Cd的溶出率增加，Cd的溶解度增大，從而加速了Cd在土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化，pH值增大時(shí)，土壤膠體上吸附Cd 的溶出率下降，Cd的溶解度降低，導(dǎo)致土壤中的Cd不易發(fā)生遷移而在原地淀積[65]。余濤等[66]對(duì)180份土壤樣品進(jìn)行了分析測(cè)試，當(dāng)pH值<6.0時(shí)，Cd有60%左右的離子交換態(tài)。當(dāng)土壤pH升高，即pH值>6.0時(shí)，Cd離子交換態(tài)下降至20%～40%。楊忠芳[67]的研究結(jié)果與之相似，pH較高時(shí)，水溶態(tài)Cd的比例較低，但pH為弱酸性時(shí)，水溶態(tài)Cd含量隨著pH值減小迅速增加。喻鳳蓮等[68]發(fā)現(xiàn)酸性土壤區(qū)域，水稻籽粒中的Cd與土壤中的Cd具有較強(qiáng)相關(guān)性，而堿性土壤區(qū)域相關(guān)系數(shù)低，是由于堿性土壤中Cd生物有效性低。pH降低時(shí)，Pb的離子交換態(tài)也會(huì)出現(xiàn)上升，當(dāng)pH值為5時(shí)，Pb離子交換態(tài)值可以達(dá)到20%[66]。pH值降低還為Fe、Mn等元素提供了良好的溶解基，提高了Fe、Mn等元素的溶解度，增強(qiáng)其遷移轉(zhuǎn)化性能[68]。因此，防止土壤酸化可以在一定程度上減輕重金屬污染程度[69]。

3.2 土壤有機(jī)質(zhì) 除pH之外，有機(jī)質(zhì)的含量也是影響重金屬有效性的重要方面。土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)源廣泛，組成復(fù)雜，主要包括生物分子、腐殖質(zhì)和人工添加的有機(jī)物，是潛在生物可利用態(tài)重金屬的主要貢獻(xiàn)者[70]。有機(jī)質(zhì)中的官能團(tuán)會(huì)產(chǎn)生很高的反應(yīng)活性，通過(guò)吸附、離子交換、螯合等作用與土壤重金屬發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)[71]。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤重金屬的影響具有雙重性，一方面可以作為螯合物與重金屬形成有機(jī)配合物，提高植物對(duì)重金屬的利用率。陳浩等[72]對(duì)博爾塔拉河沿岸土壤重金屬含量特征與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量與不同重金屬含量呈正相關(guān)，與As、Cd含量在0.01水平上達(dá)到顯著相關(guān)，與Cr、Pb含量在0.05水平上達(dá)到顯著相關(guān)，表明土壤中Cd、Cr、Pb含量隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加。另一方面，有機(jī)質(zhì)還可以與一些重金屬離子形成難以遷移的絡(luò)合物，從而降低重金屬離子的生物有效性[73]。如Cr6+在土壤有機(jī)質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)化為Cr3+，以難溶的形態(tài)存在，遷移轉(zhuǎn)化困難[74]。王興佳等[75]研究表明，隨著土壤有機(jī)質(zhì)的增加，Pb的離子態(tài)和可交換態(tài)含量明顯降低，與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)橥寥牢胶徒j(luò)合重金屬離子的能力增強(qiáng)，使有機(jī)束縛態(tài)重金屬含量增多，生物利用性降低[76]。因此，關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤重金屬遷移的影響需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。

3.3 氧化還原電位 氧化還原電位（Eh）代表土壤氧化性和還原性的相對(duì)程度，通過(guò)電位反映土壤所處氧化還原狀態(tài)的指標(biāo)。Eh改變時(shí)，重金屬可以發(fā)生吸附、絡(luò)合、沉淀等化學(xué)反應(yīng)，因此Eh的變化會(huì)直接或間接影響重金屬形態(tài)從而影響其生物有效性[77]。

當(dāng)土壤環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，重金屬會(huì)發(fā)生一系列氧化還原反應(yīng)，可以改變重金屬的存在形式以及價(jià)態(tài)，影響土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化。Eh的變化直接體現(xiàn)了復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)過(guò)程，因此能夠反映土壤中重金屬的遷移、轉(zhuǎn)化等環(huán)境行為，這個(gè)過(guò)程與土壤中氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)的含量有關(guān)[78]。土壤中具有Fe、Mn等存在普遍的變價(jià)金屬，在環(huán)境改變時(shí)可以部分活化，改變土壤重金屬的吸附、解吸、沉淀能力。在一定條件下，F(xiàn)e3+與Fe2+可以相互轉(zhuǎn)化，吸附固定土壤中的重金屬[79]。GUO等[80]通過(guò)對(duì)潮灘沉積物干濕交替處理試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在Eh為-216～-50mV時(shí)，沉積物中出現(xiàn)了大量游離Fe（Ⅱ）。唐羅忠等[81]發(fā)現(xiàn)，Eh高于200mV時(shí)，土壤淋溶液中幾乎不會(huì)出現(xiàn)Fe（Ⅱ），而Eh降至200mV以下時(shí)，c（Fe2+）明顯提高，且隨著Eh的降低，c（Fe2+）不斷提高。在氧化條件下，重金屬硫化物可被氧化，釋放出重金屬離子。Eh會(huì)影響硫細(xì)菌的生物作用，如Eh為-75～150mV時(shí)，專性厭氧菌如脫磷弧菌屬使硫酸根發(fā)生還原，生成H2S，促使高價(jià)硫酸鹽化合物向低價(jià)硫化物轉(zhuǎn)變，從而進(jìn)一步降低重金屬活性[82]。Cd在氧化條件下比在還原條件下更容易由無(wú)效態(tài)轉(zhuǎn)化為生物有效態(tài)。趙澤陽(yáng)[83]研究表明，土壤氧化還原電位與Cu、Pb和Zn的可交換態(tài)呈正相關(guān)關(guān)系，改變土壤的氧化還原電位可以通過(guò)加入氧化劑或還原劑，也可以通過(guò)電極進(jìn)行干預(yù)。

3.4 土壤微生物 土壤微生物是土壤中的活性膠體，具有代謝旺盛、比表面積大等特點(diǎn)，重金屬元素形態(tài)以及遷移轉(zhuǎn)化也受土壤微生物影響。在一些細(xì)菌菌株中發(fā)現(xiàn)了鉻酸鹽還原酶活性，可將Cr6+轉(zhuǎn)化為無(wú)毒、可溶的Cr3+，如假單胞菌、大腸桿菌、惡臭假單胞菌和腐敗希瓦氏菌[84]。Liu等[85]盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，種植大杯蕈可使土壤中可提取的Cd和Cu分別增加2.70%～8.07%、0.54%～6.85%，大杯蕈能有效地促進(jìn)植物對(duì)Cu、Cd的吸收，對(duì)重金屬含量較低的土壤效果更加明顯。杜愛(ài)雪等[86]分離得到的高抗重金屬鹽的青霉菌株，能夠顯著吸附Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+等重金屬離子。Sheng等[87]從南京重金屬污染土壤中分離出耐鎘性細(xì)菌，這些細(xì)菌可以分泌吲哚乙酸，促進(jìn)土壤中碳酸鎘轉(zhuǎn)化為水溶態(tài)，能夠釋放24～117mg·L-1水溶態(tài)鎘。

4 作物系統(tǒng)重金屬遷移分布及潛在風(fēng)險(xiǎn)

土壤重金屬含量、存在形態(tài)、土壤的理化性質(zhì)都會(huì)對(duì)重金屬在作物中的含量造成一定影響。重金屬向作物系統(tǒng)的遷移十分復(fù)雜，不同作物對(duì)重金屬的富集能力不同，同一作物對(duì)不同重金屬的富集能力也有較大差異。Chen等[88]研究表明，農(nóng)作物中重金屬的平均生物富集系數(shù)為Cd>Zn>Cu>Ni>Hg>Cr>Pb，Cd的平均危險(xiǎn)性最高，水稻、小麥Cd含量與土壤Cd含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，易于向地上部遷移，并在籽實(shí)中積累。陳曉鴻等[89]研究表明，在玉米中5種重金屬富集能力依次為Pb>Cu>Cd>Cr>Zn，在水稻中的富集能力依次為Pb>Cu>Cd>Cd>Zn。長(zhǎng)春市城郊蔬菜地蔬菜-土壤系統(tǒng)中Pb、Cr、Cd、Hg和As5種重金屬的含量達(dá)到中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，蔬菜中根莖類對(duì)As的富集能力強(qiáng)，葉菜類對(duì)其他重金屬富集明顯[90]。葉類蔬菜和莖類蔬菜中，各元素生物富集系數(shù)顯著高于其他農(nóng)作物，Pb、Cr、Hg和Cd的生物富集系數(shù)在葉類蔬菜中最高，而Ni、Cu和Zn在莖類蔬菜中最高，玉米和水稻中各元素生物富集系數(shù)較低[91]。徐笠等[92]研究表明，As、Cd、Pb和Cr 4種重金屬的遷移系數(shù)均表現(xiàn)為葉菜類>根類>果實(shí)類。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)重金屬的富集能力最強(qiáng)的為葉菜類蔬菜，具體原因是重金屬?gòu)耐寥老蛉~菜類蔬菜遷移的距離比其他類蔬菜遷移的距離低。趙云青等[93]選擇某鉛鋅礦區(qū)周邊的蔬菜地，發(fā)現(xiàn)不同的葉類蔬菜對(duì)重金屬有不同的反應(yīng)，葉用芥菜的Zn含量最高，其次是茼蒿、香芹和水芹，小白菜的Zn含量最低。作物不同的部位，重金屬的含量不同，重金屬在作物中的分布具有一定的規(guī)律，一般是在作物中根、莖、葉含量依次遞減。這是由于重金屬元素主要由根部吸收，向上運(yùn)輸至莖、葉等部分，導(dǎo)致重金屬含量逐漸降低，少數(shù)作物葉片中的重金屬含量較高，是由于葉片從空氣中吸收富集一部分重金屬積累下來(lái)。

土壤重金屬的積累存在生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)，了解重金屬的污染情況，才能更好地保障人類健康。表5為我國(guó)部分地區(qū)土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)情況[94-100]。由表5可知，大部分地區(qū)Cd和Hg污染較為嚴(yán)重，是主要風(fēng)險(xiǎn)元素。

在健康風(fēng)險(xiǎn)方面，南京某蔬菜基地中，葉菜類蔬菜對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響的可能性很大，蔬菜對(duì)兒童造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)要大于對(duì)成人造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)[101]。研究顯示，銅仁市玉米地土壤重金屬超標(biāo)率較高，污染比較嚴(yán)重，但人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，居民通過(guò)食用玉米籽粒的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)THQ值均小于1，可能是由于玉米的食用量占整個(gè)膳食的比例較低，食用當(dāng)?shù)赜衩讓?duì)人體健康不會(huì)有太大影響[102]。廣東鼻咽癌高發(fā)區(qū)成人和兒童攝入稻米的HI（非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)）均大于1，食用當(dāng)?shù)氐久讓?duì)人群具有一定的健康風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)成人的健康威脅更大[60]。某河流域典型地區(qū)農(nóng)田土壤Cd、Cr、Pb 3種重金屬的污染程度，依次為Cd>Cr>Pb，Pb、Cd、Cr產(chǎn)生的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均低于1，整體上來(lái)看，該河流域典型地區(qū)農(nóng)田土壤較為安全，健康風(fēng)險(xiǎn)可以接受[103]。總體而言，人體健康風(fēng)險(xiǎn)受很多因素的影響，重金屬污染嚴(yán)重的地區(qū)，人體健康風(fēng)險(xiǎn)不一定高，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研究。

5 展望

綜上所述，土壤重金屬來(lái)源廣泛，大氣、污水、化肥、污泥等都可以造成土壤重金屬累積。重金屬在土壤中的7種存在形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化能力不同，改變土壤的理化性質(zhì)，可以影響重金屬的生物有效性，使其在作物系統(tǒng)中富集程度有所差異。影響重金屬遷移分布的因素復(fù)雜，同一作物對(duì)重金屬的富集能力可能因?yàn)橥寥蕾|(zhì)地、pH、有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原電位的不同而結(jié)果不同，所以要按照實(shí)際情況對(duì)作物系統(tǒng)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究。重金屬在作物中的分布具有一定的規(guī)律，一般是根>莖>葉，葉菜類富集重金屬的能力最強(qiáng)。由于作物中重金屬的積累，可能存在健康風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)超標(biāo)作物進(jìn)行深入研究，以防造成危害。

土壤-作物系統(tǒng)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的作用機(jī)制對(duì)于保障土壤環(huán)境質(zhì)量及作物生態(tài)安全具有重要意義，未來(lái)工作中還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：

（1）重金屬來(lái)源方面，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行溯源調(diào)查，確定不同來(lái)源途徑所占比例，從而進(jìn)行針對(duì)性治理。

（2）不同的重金屬遷移至作物系統(tǒng)的機(jī)制并不完全相同，還需要根據(jù)重金屬和作物的性質(zhì)進(jìn)一步研究，并且關(guān)注多種重金屬?gòu)?fù)合作用及對(duì)遷移過(guò)程的影響。

（3）開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的土壤重金屬污染治理技術(shù)，關(guān)注多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用的處理效果。

（4）減少源頭排放，嚴(yán)格監(jiān)控各種污染物排放含量，加強(qiáng)預(yù)防保護(hù)工作，切實(shí)減輕土壤重金屬污染。

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（責(zé)編：張宏民）