薄膜梯度扩散技术揭示农产品的重金属吸收能力

DGT与其他重金属有效态提取方式一样，其主要用途之一是作为建立土壤-植物重金属之间的关联关系的工具。很多研究认为，DGT与其他采用化学方法提取的重金属有效态相比更能表征植物对重金属的吸收。原因在于DGT提取重金属有效态过程基本与植物吸收重金属的过程一致，即为土壤重金属的运移提供了动力支持（Zhang et al.，2001）。下面就此方面的研究进展做综述分析。

一是应用于水稻重金属有效态检测方面。罗军等（2008）采用DGT技术分析了江苏省水稻对Cd、Pb、Cu、Zn等4种重金属的吸收富集规律，并与CaCl2、CH3COOH、土壤溶液等提取的有效态含量相比，发现DGT可以更有效融合土壤环境因子对重金属活性态变化的影响，其检测值与水稻吸收量有更好的相关性，如图7-10所示。作者团队在湖南、四川等省采集了土壤-稻米对应样品160余对，分析了土壤Cd含量与稻米Cd含量的关系，结果如图7-11所示。由此可见，总体而言，CDGT与稻米吸收Cd之间的线性关系显著。但在低浓度时线性关系并不好。这可能是由于在土壤有效态Cd很低时，水稻体内的Cd含量并不是由于土壤供Cd决定的，而是来源于大气降尘等其他因素。刘小莲等（2017）在湖北某地采用3点混合采样法采集了31对土壤-稻米样品，并分别采用DGT、CaCl2、土壤溶液等3种有土壤重金属有效态提取方式，分析了土壤重金属有效态与植物吸收Cd的关系，结果表明，DGT提取的重金属有效态含量与稻米吸收Cd含量相关性最强，结果如图7-12所示。

图7-10　土壤Cd有效态浓度CDGT与水稻Cd含量关系图（Tian et al.，2008）

图7-11　土壤Cd有效态浓度CDGT与水稻Cd含量关系图

二是在小麦应用方面。Soriano-Disla等（2010）对比了不同方法（DGT、空隙水、DTPA及重金属全量）提取土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb及Zn生物有效性含量与栽培的小麦根部重金属含量的相关性，发现DGT通用性最好，可满足Cu、Ni、Pb、Zn等重金属土壤有效态的提取，4种技术对Cd有效态的提取都不尽如人意。陈静等（2014）通过盆栽实验对比了DGT与EDTA、CaCl2、CH3COOH、NaAc土壤溶液等技术在分析小麦、玉米Cd-Pb及Cd-Zn复合污染条件下预测植物吸收Cd的优劣，结果表明DGT技术具有一定的优势。

图7-12　DGT提取土壤Cd含量与谷粒含量的关系（刘小莲等，2017）(www.xing528.com)

三是在蔬菜应用方面。王进进等（2012）使用DGT来评价土壤中As的生物有效性，表明DGT测定土壤As有效浓度（Ce）与小油菜体内As含量达极显著的相关性，DGT优于其他土壤重金属提取方法。项目组采用河南郑州棕壤、广西刁江红壤、重庆北碚紫色土3种土壤。通过添加高（0.6mg/kg）、低浓度（0.3mg/kg）的重金属Cd进行油菜盆栽实验，以验证DGT应用于蔬菜重金属有效态检测的效果，结果如图7-13所示。由此可见，DGT提取的重金属有效态与油菜富集量相关性极显著。

图7-13　油菜体内重金属Cd含量与根际土Cd有效态含量（CDGT）的相关性

四是DGT应用于其他植物有效态检测中。Zhang等（2001）利用DGT法预测了植物对Cu的植物可利用性。研究组在欧洲范围内测定了29种含Cu量不同土壤中Cu的DGT有效态浓度（CDGT）、EDTA萃取态Cu浓度、Cu2＋的活度和土壤溶液Cu的总浓度，并与种植在这些土壤上的植物对Cu的累积浓度进行了比较，研究表明，Cu在植物中累积的浓度与Cu的Ce有高度的相关性。王芳丽等于2012年在广西采集田间甘蔗和甘蔗根际土，分别用CH3COOH、乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、MgCl23种化学提取方法和DGT提取法来提取甘蔗根际土中有效态Cd含量，分析不同提取法提取的有效态重金属含量与甘蔗根、茎、叶中重金属含量的相关性。研究结果表明，DGT提取法测得的相关性要优于试验中所用到的其他三种化学方法，且DGT法与其他方法比起来几乎不受土壤pH、有机质、阳离子交换量及土壤粒径组成等土壤理化指标的影响。同年，宋宁宁等（2012）分别采用固态结合相（如chelex-100）和改进液态结合相（如PAAS）的DGT装置，对广西桑田土壤中有效态Pb进行累积和测定，结果表明两种结合相的DGT装置均能较好地预测桑田土壤中Pb的生物有效性。Walter等（2003）在砷超富集植物—蜈蚣草的根际特征及监测砷的植物迁移效率研究中表明，DGT可被用作评估植物修复效率的监测工具，并且可用于研究在植物提取停止后生物可利用性库的再补给潜力。

农田土壤许多环境因子影响重金属活性进而影响农产品吸收富集重金属，但影响程度有大有小，DGT技术虽然可以融合一些环境因子影响，但由于自然条件下环境因子的多变性及DGT技术自身限制，一项参数很难融合全部影响因子，因此，在构建土壤-作物关系模型时，除监测土壤重金属活性态含量外，还应检测其他一些参数。