农产品产地环境安全评估：土壤有机质对重金属活性的影响

土壤有机质是影响重金属形态及活性的另一重要因子，土壤有机质组成复杂，包括三类物质：①分解很少，仍保持原来形态学特征的动植物残体；②动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物；③有机质的分解和合成形成的较稳定的高分子化合物——腐殖酸类物质。腐殖酸又可分为富里酸（FA，既溶于碱也溶于酸）、胡敏酸（HA，溶于碱溶液而不溶于酸）及胡敏素（HM，是与矿物质紧密结合的腐殖物质）3个组成部分。分析测定土壤有机质含量，实际包括上述②、③两类及第①类的一部分。但严格而言，第一部分是不包括在内的（鲍士旦，2000）。

土壤腐殖酸的3个组分活性是不同的，具有与重金属不同的结合性能。FA分子量相对较低，易于与重金属结合同时也易于解离。而HA分子量较大，与重金属结合慢但解离速率也低，可使重金属由易被植物吸收的离子态转化为大分子有机结合态而失活。

土壤腐殖酸三组分分离方法也较多，较为经典的方法为：称取过60目筛的土壤样品5.00g，置于100mL塑料离心管中，加入30mL蒸馏水，用玻璃棒搅匀，在恒温振荡水浴锅上于70℃提取1h，取下后以3 500r/min离心15min，将上清液用中速定量滤纸过滤到50mL常量瓶中，再用蒸馏水洗残渣2次（每次10mL），上清液合并，并用蒸馏水定容。此溶液即为水溶性物质。而滤纸上的有机物即为水浮物。

向上述提取残渣中加入30mL 0.1mol/L NaOH和0.1mol/L Na4P2O7混合液（pH＝13），加盖后恒温振荡水浴上于70℃提取1 h，取下后以3 500r/min离心15min。将上清液过滤到50mL常量瓶中，再用上述20mL混合液洗残渣2次（每次10mL），将2次离心液合并过滤到50mL容量瓶中定容。此溶液即可提取腐殖物质（HE），离心管中残渣用蒸馏水洗净盐分后于55℃烘干，过60目筛，即为HM。

吸取上述碱提溶液30mL，加入0.5mol/L H2SO4调节pH至1。将此溶液于70℃下保温1.5 h，静置过夜，次日将溶液过滤定容于50mL容量瓶中，即为FA；滤纸上的沉淀用0.025mol/L H2SO4洗涤3次，弃去洗涤液，然后将沉淀用温热的60℃0.05mol/L NaOH溶解到50mL容量瓶中，用蒸馏水定容，即为HA（窦森，2010）。(www.xing528.com)

腐殖酸（FA、HA）与重金属结合过程复杂，相关研究也较为丰富，理论成果颇丰，并已形成了某些专业性评估软件。应用较为普遍的是WHAM、Visual MINTEQ、ECOSAT、GEOCHEM、SOILCHEM等（滕崴等，2010）。其中WHAM是商业软件，主要机制模型ModelⅦ及SCAMP（Stockdale et al.，2015）；ECOSAT软件采用的道南模型（NICA-Donnan），其运行环境为DOS系统；Visual MINTEQ是免费共享软件（网址：https：//vminteq.lwr.kth.se/），采用SHM及NICA-Donnan模型。WHAM软件的界面如图8-6所示，它将溶液或称土壤溶液分为3个组成部分，即溶质部分、颗粒相、胶体相。溶质包括50余种阴阳离子，颗粒和胶体相包括HA、FA、铁/锰/铝氧化物、硅/石英及黏粒等8种组分，同时系统还可以根据用户需要进行添加。

图8-6　WHAM软件界面

为了评估长株潭地区土壤有机质对重金属活性的影响，选取了152个土壤样品中pH小于7的70个样品进行了SOM、溶解态有机碳（DOC）、土壤Cd含量（T_Cd）与土壤有效态含量（CDGT）及pH等因子进行相关性分析，结果如图8-7所示。由此可见，SOM调控pH的能力并不非常突出，DOC与pH的相关性要强于SOM，虽然相关方向相反，但说明土壤酸性超强，SOM的酸溶解性越高。SOM与重金属的活性关系也不显著，不如DOC的作用明显。由此可见，SOM对重金属活性的影响与其组成构成有明显的关系。不能笼统地说SOM会对重金属活性产生或不产生影响，还需要明确重金属活性与SOM组分的关系。