土壤重金属形态提取分析方法和影响因素研究

土壤重金属形态提取分析方法和影响因素研究

周燕1,2,3,4,,,杨颖欢1,2,3,4

1. 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司, 陕西 西安 710075；2. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司, 陕西 西安 710075；3. 陕西省土地整治重点实验室, 陕西 西安 710061；4. 陕西省土地整治工程技术研究中心,陕西 西安 710075

摘要：土壤重金属对环境的危害程度与其在环境介质中的赋存形态息息相关，研究土壤中重金属形态的提取方法和影响因素对于了解重金属的变化形式、迁移规律和对生物毒害作用等具有重要意义。本文对土壤中重金属形态的提取分析方法和影响因素等进行研究，旨在为环境介质中重金属形态污染提供理论支撑。

关键词：土壤；重金属形态；提取分析方法；影响因素

随着社会经济的迅速发展，特别是工业化和城市化进程的加快，人类活动造成的环境质量下降问题日趋凸显。重金属是环境中一类具有潜在危害的污染物，进入环境后会对生态环境造成极大危害，并很难被微生物降解，能够通过食物链循环最终在生物体内富集，破坏生物体正常生理代谢[1]。

1 重金属形态提取分析方法

重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子、分子或其他结合方式存在的物理—化学形式。目前，针对土壤中不同形态进行提取的方法可分为单级提取法和连续提取法[2]。

1.1单级提取法

单级提取法是利用一种或多种化学试剂一次性的提取污染介质中的可利用形态的重金属，主要适用于某一单独的重金属含量远超此类重金属的平均含量。该法特点是分析速度快、分析结果准确，但是由于不同土壤类型、不同提取剂，元素的测定结果差异很大，难以形成通用的有效态提取方法。

1.2连续提取法

连续提取法是通过使用一系列溶解性能不同的试剂分步由弱到强对重金属进行提取。使用连续多级提取法可以有效地模拟出环境介质中重金属经过自然条件形成的溶解过程，将复杂的重金属溶液提取过程变为综合性的提取方式，简化了环境中重金属含量的测定。常用的连续提取方法包括Tessier法和BCR法等[3]。

1.2.1 Tessier连续提取法

Tessier等将沉积物和土壤中重金属元素的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5种形态。Tessier法每一形态提取完后，均以4000 r／min的速度离心10 min，上清液过0.45μm滤膜。酸化后于4℃保存待测。每一步提取完成后，将洗涤后的残余物用于下一步的形态分析。具体的Tessier连续提取方法见表1所示。

表1 Tessier五步连续提取法操作步骤

Tessier法提取方法应用范围广、时间久，但提取步骤多、提取试剂选择性不够强、提取过程可能存在重吸附和再分配现象，导致实验结果的重复性不够理想。

1.2.2 BCR连续提取法

欧盟标准测量局对Tessier的五步提取法加以改进，提出弱酸可提取态、可还原态、可氧化态和残留态的四步提取法。弱酸可提取态、可还原态和可氧化态重金属通常被认为是环境活性的，以残渣态存在的重金属被认为是环境惰性的。BCR提取步骤简单、分析结果精密度较好。具体的提取方法见表2。

表2 BCR四步连续提取法操作步骤

2.重金属形态的影响因素

重金属对环境生态影响力大小与其迁移性强弱息息相关，迁移性越强环境危害性和生物利用率越大。不同形态重金属的迁移能力不相同，表现为：可交换态＞碳酸盐结合态＞铁锰氧化态＞有机物结合态，残渣态几乎不迁移。重金属在土壤中的迁移对自然环境生态的影响很大，一般来说，迁移性越强对自然环境生态的危害性越大，且其在土壤中的存在形态会随着土壤环境的变化而改变。因此，研究影响重金属在土壤中形态变化的因素十分重要。

2.1 土壤pH

土壤pH对重金属形态转化影响机理与其存在的化学形态有关，化学形态不同机理也不同。pH会引起土壤电荷特性的改变、吸附解吸、沉淀溶解等多种因素的变化，进而对重金属在土壤中的形态产生一定影响[4]。土壤中交换态重金属随pH升高而减少，呈极显著负相关，碳酸盐结合态重金属与pH呈显著正相关，铁锰氧化物结合态重金属与pH呈正相关。

2.2 土壤有机质

土壤有机质是指存在于土壤中的各种含碳的有机物，它包括各种动植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。有机质中含有大量氨基、羧基、环形氮化物等官能团，能与Zn2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+等金属离子反应生成难溶的螯合物从而使金属离子固定在土壤中，使重金属的活动态浓度降低，从而降低生物对重金属的吸收。

2.3 氧化还原电位

土壤氧化还原电位(Eh)也是土壤重金属形态变化的关键影响因子。Eh通过改变重金属离子的价态而影响土壤中无机物和有机物存在形式､迁移和转化，因此Eh作为影响重金属行为的关键因素之一｡Eh的高低取决于氧化性物质和还原性物质浓度的相对比例｡通常情况下，土壤Eh的降低，会导致土壤重金属有效性的下降｡

3 结语

随着人们对土壤污染修复需求的提高，土壤重金属形态分析势必成为研究趋势。探索理想可行的提取方法和适合我国土壤环境特征的标准物质研究将是土壤重金属形态分析发展的方向之一，对不同强度人为活动影响下，金属形态迁移转化的机制也有待进一步研究。

参考文献

[1]  刘慎坦. 土壤中重金属可交换态分析方法的研究[D].山东大学,2009.

[2]  杨秋菊,李云松,叶少媚,等.土壤重金属形态分析研究进展[J].云南化工,2016,43(04):43-49.

[3]  李燕,卢楠,李刚.土壤重金属赋存形态研究进展[J].绿色科技,2018(22):66-68+71.

[4]  张功领,刘长风,张晓宇,等.土壤中重金属形态研究[J].吉林农业,2018(23):87-88.