土壤重金属有效态含量检测与监测现状 问题及展望

随着经济和社会的发展，土壤重金属污染对粮食安全及人类的身体健康构成了巨大的威胁，而目前广泛采用的全量检测法并不能准确地反映土壤重金属的生物毒性。为了更好地了解土壤重金属的污染情况及其生物毒性，需快速有效检测土壤重金属的赋存形态及有效态含量。

本文介绍了土壤有效态重金属的定义及其在土壤-有机体系统中的转移;并结合国内外相关研究领域的文献资料，按检测对象将土壤重金属有效态的检测方法分为直接检测方法(化学检测方法和物理检测方法)和间接检测方法(生物指示法)，  系统阐述了化学检测方法中的浸提法，物理检测方法中的梯度扩散薄膜技术和光谱分析法，及生物指示法中的指示植物检测法、微生物检测法和动物检测法的研究进展、适用范围及优缺点，概括了目前检测方法存在的主要问题是不能同时满足大面积监测和精确检测两个方面。并指出快速、大面积、原位测定污染物种类和含量，采取相应措施保障粮食安全及人类身体健康是目前迫切需要解决的问题。

本文将土壤-植物-人作为一个整体，了解重金属有效态在该系统中的迁移富集机理，认为在此基础上选择合适的数据处理方法及建模参数，结合遥感、地理信息系统和全球定位系统对土壤重金属污染进行原位立体监测，是未来土壤重金属有效态含量检测与监测研究的主要发展方向。

背 景

随着人口的增加，城镇化、工业化速度的加快，工业“三废”的排放、城市生活污水、农药和化肥的不合理施用等，  使得大量重金属污染物通过各种途径进入土壤。重金属不能被生物降解，且具有隐蔽性强、毒性大等特点，进入土壤，特别是进入农田后不仅影响作物的产量和品质，更会对人体健康造成极大危害，因此一直被世界各国环境科学工作者视为研究重点。

过去对重金属有效性的研究主要集中在其全量的有效性。然而，由于土壤环境成分复杂且不均一，化学反应机理复杂，重金属在土壤中存在多种形态，而不同形态重金属其生物有效性不同，  所以重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程度上由形态分布所决定。因此，对重金属有效态含量进行检测与监测，是确切了解重金属污染程度、预测重金属对生态系统造成的影响以及对人类健康危害的有效途径，也是重金属污染修复、治理的理论基础。然而，土壤重金属有效性的精确定义在土壤学、生物学、毒理学等学科领域间还存在较大争议，目前并没有可靠的用于风险评估的标准测量方法。

在此基本上，本文介绍了土壤有效态重金属在不同学科领域的定义及其在土壤-有机体系统中的转移，并结合国内外相关研究领域的文献资料，按检测对象将检测方法分为直接检测方法和间接检测方法，并系统阐述了不同检测方法的研究进展、优缺点及今后研究的主要发展趋势，为开展土壤重金属有效态含量检测与监测研究提供借鉴，尤其为大面积耕地安全方面的研究提供参考。

1 重金属有效态的定义

特定化学形态的重金属强烈影响其化学行为，重金属可以因形态中某一个或几个方面不同而表现出不同的毒性和环境行为，重金属在环境中的移动性、被有机体吸收、产生的毒害作用，无论在环境中还是在生物体内，都是表征和了解重金属形态的依据。然而关于重金属的有效态(availability)至今没有一个统一的定义，  在不同的学科领域，对重金属有效态的定义略有不同：环境学者认为土壤重金属的有效态为其环境生物有效态(environmental  biavailability)及环境有效态(environmental  availability)，即土壤重金属能被生物吸收利用或产生毒害效应的重金属形态;生物毒理学者则侧重于土壤中重金属的毒性生物有效态(toxicological  bioavailability)，即土壤重金属直接进入生物体消化系统并可以被生物体消化道溶解吸收的部分。其中，环境生物有效态及环境有效态主要是依据重金属的赋存形态来区分的。国际标准化组织(International  Standards Organization，  ISO)将重金属的生物有效性描述成一个动态的过程(图1)，包括3个步骤：(1)土壤中的重金属有效态(环境有效态性);(2)被有机体吸收的重金属(环境生物有效性);(3)在有机体内的富集并对有机体产生毒害影响的重金属(毒性生物有效性)。这3类重金属有效态在特定的条件下可以相互转化。

延伸阅读：

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