李俊杰　張峻　李宇

摘 要 隨著國家最新頒布的“土十條”，土壤環(huán)境質(zhì)量以及污染情況日益受到人們的廣泛關(guān)注。我國土壤污染多種多樣，存在著大量的無機(jī)有機(jī)復(fù)合污染，其中以重金屬污染尤為嚴(yán)重。為了防治土壤重金屬污染，人們進(jìn)行了許多的嘗試，其中一種方法是添加溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）。DOM能作為配位體與重金屬結(jié)合在環(huán)境中遷移，并通過一系列反應(yīng)抑制或促進(jìn)土壤重金屬的活性，從而進(jìn)一步影響生態(tài)環(huán)境安全和人類健康?？偨Y(jié)了關(guān)于DOM對(duì)土壤重金屬活性的研究現(xiàn)狀，提出今后研究的2個(gè)方向，即：1）借助元素分析、紅外光譜等方法對(duì)DOM的結(jié)構(gòu)和功能團(tuán)進(jìn)行研究。2）進(jìn)一步深入研究DOM與不同土壤、不同重金屬之間的影響關(guān)系。

關(guān)鍵詞 溶解性有機(jī)質(zhì)；DOM；重金屬污染；土壤；影響機(jī)制

中圖分類號(hào)：S153.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.13.019

自工業(yè)革命以來，大量污染物進(jìn)入土壤中，導(dǎo)致我國許多功能區(qū)都存在著土壤重金屬污染的問題。而重金屬污染會(huì)引起土壤環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題，進(jìn)而影響人類的健康和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。

為了防治土壤重金屬污染，人們進(jìn)行了許多的嘗試，其中一種方法是添加溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）。有大量的研究表明，外源有機(jī)物料能顯著影響土壤中重金屬的吸附、解吸[1]。有機(jī)物料施入土壤后，作為有機(jī)質(zhì)里最活躍的DOM進(jìn)入土壤后，土壤理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著的變化，同時(shí)土壤會(huì)對(duì)DOM進(jìn)行吸附等，這些作用均能在一定程度上對(duì)重金屬的活性產(chǎn)生影響。綜述近年來關(guān)于DOM對(duì)土壤重金屬活性影響機(jī)制的研究情況。

1 我國土壤重金屬污染概況

重金屬主要是指密度大于5.0 g·cm-3的金屬元素，其中汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、準(zhǔn)金屬砷（As）是導(dǎo)致土壤產(chǎn)生污染的幾種主要重金屬元素[2]。土壤重金屬是高殘留的物質(zhì)，不容易被微生物降解，而且很可能被植物和其他生物吸收、富集進(jìn)入食物鏈中，進(jìn)而在人、畜體內(nèi)蓄積，影響動(dòng)物以及人類健康。我國土壤污染中無機(jī)污染物主要有鎘、鎳、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅，超標(biāo)率分別為7.0%、4.8%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%。

2 土壤DOM概況

2.1 DOM的定義

由于DOM的來源廣泛且組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此關(guān)于DOM定義還未有準(zhǔn)確的一個(gè)說法[3-4]。劉順國[5]定義DOM是指一類能夠被水、酸或堿溶液浸提有機(jī)物質(zhì)，可以簡(jiǎn)單劃分為天然水中有機(jī)物、土壤溶液有機(jī)物、有機(jī)肥被浸提出的有機(jī)物。其中，土壤DOM是指存在于土壤孔隙或土塊中能被水、酸堿鹽溶液溶解的有機(jī)物質(zhì)，包括溶解性有機(jī)碳、溶解性有機(jī)磷、溶解性有機(jī)氮、溶解性有機(jī)硫等，以溶解性有機(jī)碳為主。由于DOM的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且各組成組分所占比例較小，因此DOM又可以定義為能通過孔徑濾膜，大小和結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)分子的連續(xù)體。

2.2 DOM的來源與組成

DOM的來源主要可分為內(nèi)源和外源兩部分。內(nèi)源部分主要包括根系分泌物、土壤動(dòng)物微生物代謝廢物、動(dòng)植物和微生物殘?bào)w；外源部分主要是指有機(jī)物的添加，例如有機(jī)肥的施用。土壤DOM來源和含量受土壤生物因素和非生物因素（包括土壤pH、溫度、含水量以及土壤吸附和淋溶等物理過程等）共同影響[6]。

不同來源的DOM的相對(duì)分子質(zhì)量差異較大[7]。大量研究發(fā)現(xiàn)，DOM主要以碳水化合物為主，芳香族物質(zhì)較少[8]。Magee[9]和周江敏等[10]研究發(fā)現(xiàn)DOM含有較多多糖，但芳香族不飽和的物質(zhì)含量較少。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有大量研究揭示了DOM的組成，但是關(guān)于DOM結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)解析尚有待進(jìn)一步研究。

2.3 DOM的環(huán)境效應(yīng)

2.3.1 影響土壤肥力

DOM主要通過直接和間接2種方式影響土壤肥力，DOM可以調(diào)節(jié)土壤pH、溫度、含水量等進(jìn)而改善土壤理化性質(zhì)；DOM還可以通過直接被利用，提高土壤肥力。

2.3.2 水體富營(yíng)養(yǎng)化

土壤DOM中的DOP（有機(jī)磷）、DON（有機(jī)氮）通過地下水或地表徑流進(jìn)入水體，使得水中N、P含量增加，加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3 溫室效應(yīng)

隨著DOM含量增加，土壤各類微生物或酶活性增強(qiáng)，加速有機(jī)N、P、S分解，產(chǎn)生的CO2、NOX、SO2散發(fā)到空氣中，影響空氣質(zhì)量。

2.3.4 影響土壤重金屬

近些年的研究發(fā)現(xiàn)，DOM與土壤中重金屬有著密切聯(lián)系。李廷強(qiáng)等[11]研究發(fā)現(xiàn)DOM對(duì)重金屬的影響機(jī)制有絡(luò)合、吸附、酸堿緩沖等，是一系列反應(yīng)的結(jié)果。

3 DOM對(duì)土壤重金屬活性的影響

有機(jī)質(zhì)含有多種功能基，這些功能基對(duì)重金屬離子有較強(qiáng)的絡(luò)合和富集能力。土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬離子的絡(luò)合作用對(duì)土壤和水體中重金屬離子的固定和遷移有極其重要的影響[12]。

3.1 DOM通過改變土壤理化性質(zhì)來間接影響重金屬活性

有機(jī)物表面上具有羧基（-COOH）、羥基（-OH）、醌基（=O）、醛基（-CHO）、甲氧基（-OCH3）和氨基（-NH2）等活性基團(tuán)。因此，DOM進(jìn)入土壤后，在微生物的分解作用下產(chǎn)生了大量氫離子或多價(jià)陽離子，與重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)土壤膠體上的吸附點(diǎn)位，使土壤膠體所帶負(fù)電荷減少，降低對(duì)重金屬的吸附，從而增大土壤重金屬的活性[13]。土壤酸堿性通過影響組分和污染物的電荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和絡(luò)合解絡(luò)平衡來改變污染物的毒性，土壤酸堿性還通過土壤微生物的活性來改變污染物的毒性。土壤溶液中的大多數(shù)金屬元素（包括重金屬）在酸性條件下以游離態(tài)或水化離子態(tài)存在，毒性較大，而在中、堿性條件下易生成難溶性氫氧化物沉淀，毒性大為降低。此外，在高pH環(huán)境中有利于增加土壤的負(fù)電荷，從而增加了對(duì)重金屬的吸附點(diǎn)位。

3.2 DOM的自身性質(zhì)

不同來源的DOM 對(duì)土壤重金屬活性的影響有顯著差異，如陳同斌等[14]對(duì)5種來源不同的DOM對(duì)土壤Cd活性影響的結(jié)果顯示：在低pH的土壤環(huán)境中DOM的進(jìn)入會(huì)使得土壤溶液pH呈現(xiàn)不同程度的上升，從而導(dǎo)致DOM與土壤膠體表面作用產(chǎn)生一種“新的土壤表面”，而這種新的土壤表面能夠改變土壤膠體表面的吸附點(diǎn)位和電荷等性質(zhì)，從而降低土壤重金屬的生物有效性。而在高pH土壤環(huán)境中，外源DOM會(huì)導(dǎo)致土壤溶液pH呈現(xiàn)不同程度的下降。由于土壤溶液中大量氫離子的存在能夠與重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)絡(luò)合點(diǎn)位，從而使土壤膠體對(duì)重金屬的絡(luò)合能力受到影響[15]。此外，有機(jī)質(zhì)的分解，微生物需要大量的氧氣，使得土壤的Eh降低，重金屬離子被還原為低價(jià)金屬離子，而低價(jià)的重金屬離子的生物毒性比較小，從而改善重金屬污染。

3.3 DOM與重金屬的絡(luò)合（螯合）作用

土壤膠體能夠通過陽離子交換的作用來吸附重金屬離子，從而降低重金屬的活性。陽離子交換作用是指在土壤中，被膠體靜電吸附的陽離子，一般都可以被溶液中另一種陽離子交換而從膠體表面解吸。而DOM作為與土壤類似的膠體對(duì)重金屬污染物毒性的影響可通過靜電吸附和絡(luò)合（螯合）作用來實(shí)現(xiàn)。土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬的吸附主要通過其含氧功能基進(jìn)行；胡敏酸和富啡酸可以與金屬離子形成可溶性的和不可溶性的絡(luò)合（螯合）物，主要依賴于飽和度，富啡酸金屬離子絡(luò)合物比胡敏酸金屬絡(luò)合物的溶解度大。若是形成可溶性的配合物，則能夠抑制重金屬的沉淀和吸附，提高重金屬的活性[16]。但是，一些大分子的DOM（尤其是硫類物質(zhì)）可能與金屬形成難溶性的絡(luò)合物，從而降低重金屬的活性。有研究表明，DOM的活性官能團(tuán)可提供電子，與金屬離子生成金屬-有機(jī)絡(luò)合物，螯合基團(tuán)也有2個(gè)以上的電子配位體可與金屬離子形成螯合物。

4 結(jié)語

當(dāng)今在DOM研究這塊領(lǐng)域還算是比較空白，尤其是關(guān)于DOM全部組分一一進(jìn)行分離和測(cè)定無法操作，至少有1/3是現(xiàn)在無法確定的。因此，今后的研究工作應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：1）今后的研究應(yīng)該從加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化入手，借助元素分析、紅外光譜等方法對(duì)DOM的結(jié)構(gòu)和功能團(tuán)進(jìn)行詳細(xì)研究。2）進(jìn)一步深入研究不同來源DOM和不同土壤類型以及不同重金屬之間相互的影響關(guān)系。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）