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摘 要 土壤有机质是土壤的重要组成成分，因其含有大量含氧官能团及其他官能团而对重金属有很强的吸附作用。近年来，关于土壤中可溶解性有机质、腐殖质与颗粒有机质对重金属的迁移转化作用有大量研究，但由于土壤有机质组成复杂，其作用机制及其作用效果很难完全研究清楚。
关键词 土壤有机质；重金属；可溶解性有机质；腐殖质；颗粒有机质
中图分类号：S153 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.17.053
土壤有机质是土壤的重要组成成分，是植物和微生物生命活动所需要的营养元素和能量的来源，是土壤肥力的重要指标，被认为是土壤质量和功能的核心[1]，也是影响土壤重金属的迁移转化和植物对重金属吸收的最重要的土壤性质之一。关于土壤有机质与重金属间相互作用及其机制的研究是受到国内外广泛关注，对于土壤有机质对重金属的迁移转化及生物有效性的影响进行大量研究，本文通过对土壤有机质的组成分类及其对重金属的作用的研究进行综述，旨在为今后土壤重金属污染治理的研究提供参考。
1 关于土壤有机质与重金属迁移转化影响机制与效果的研究
1.1 土壤有机质与重金属迁移转化影响机制的研究
土壤是一个由矿物质、有机质、空气及水组成的复杂的非均质体，土壤原有的或外源进入土壤的重金属在土壤中的迁移转化过程十分复杂：有酸碱反应、溶解-沉淀、吸附-解吸、络合-离解以及氧化-还原等多种反应过程。通过上述过程，重金属在土壤中与各种组成成分结合，以不同形态存在，土壤有机质可通过直接或间接影响上述过程而影响重金属的迁移转化。土壤有机质含大量的羧基（-RCOOH）、羟基和酚基（-ROH）等含氧基团及少量的巯基（-RSH）和氨基（-RNH2），具有大量吸附位点，可以有效吸附土壤中的重金属。一般情况下，有机质含量高的土壤对某些重金属的吸附能也强，去除土壤有机质使土壤重金属的吸附量明显下降，而解吸量提高，有机质对重金属的吸附提高了土壤对其固定和累积的能力。此外，土壤有机质还可通过其含氧基团、巯基和氨基等官能团与土壤中的重金属通过螯合或络合反应形成溶解度不同的复合物，从而改变其有效性。由于土壤有机质对重金属的各种类型的作用，使重金属能够被有机质吸收下来，减少土壤溶液中重金属的含量，降低其生物有效性。所以，可以采用向土壤中施加有机物料的方式来减少植物对重金属的吸收。另外，土壤重金属的迁移转化和生物有效性受其他土壤性质如pH、阳离子交换量（CEC）、氧化还原状态（Eh）及黏土矿物和铁锰氧化物含量等因素的影响，土壤有机质作为土壤微生物碳源，在土壤中总是处于合成和分解的动态变化过程中[2]。所以可通过改变土壤的pH、CEC和Eh等条件或铁离子的有效性间接影响土壤重金属的迁移转化和植物对其吸收。
1.2 土壤有机质对重金属的迁移转化过程的影响效果研究
土壤有机质对重金属的迁移转化过程的影响导致其在土壤中的结合状态、有效性和植物对重金属的吸收量发生变化，但对有机质及有机物料对土壤重金属有效性作用效果研究的结果却相互矛盾。有研究表明，有机质含量高的土壤重金属（铅、镉等）的有效性低[3]，因而施用各种肥料提高土壤有机质含量，使污染土壤中的重金属从活性高的交换态向活性低的铁锰氧化物及有机结合态转化，以可用来有效修复重金属污染土壤。另有研究发现，长期施用有机物料，虽然其提高了土壤有机质含量，却对重金属表现出明显的“激活效应”，增加其活化率[4，5]，使植物的重金属吸收有所增加。所以用有机物料修复重金属污染土壤需慎重的建议。由此看来，有机质对土壤重金属迁移转化过程及有效性的影响十分复杂，除去作物的区别和土壤性质种类的不同外，土壤有机质组成的不同可能是产生这些结果差异的重要因素。
2 关于土壤有机质不同组成对重金属的迁移转化及生物有效性影响研究
2.1 土壤溶解性有机质与腐殖质对重金属的影响研究
土壤有机质是一个复杂的、非均质的混合体，不同有机质组分间的性质差异很大，其在土壤物质循环、养分供应和土壤团聚体形成中的作用不仅取决于其含量即数量的多少，更重要的是取决于其组成。土壤有机质的组成成分较有机质总量能更好阐明有机质与重金属间的相互作用关系。目前，关于土壤有机质组分还没有统一的区分方法。大多数采用不同溶剂，从土壤中提取分离出溶解性有机质（DOM）、腐殖质（包括富里酸、胡敏酸和胡敏素）等成分。以目前来说，关于土壤有机质组分对重金属迁移转化行为及生物有效性的影响集中在溶解性有机质（DOM）和腐殖质上。溶解性有机质在土壤中的数量很少，却是最常见、很活跃的一种组分；而腐殖质是土壤有机质的主要成分，占总有机质的50%～90%[6，7]。大多数研究表明，DOM可以充当重金属元素的“配位体”或结合“载体”，使土壤或水环境中重金属的活性和迁移性大幅度提高[9]，但提高的程度因DOM结构和分子量的不同差异很大[7，8]，而腐殖质对重金属活性及迁移性的影响与其腐殖化程度有关（HA/FA），土壤中重金属的活性伴随腐殖化程度的增高而降低，可以推测，正是由于有机物料在土壤中的分解和腐殖化过程形成DOM和腐殖质成分的差异，致使不同有机物料可使土壤重金属的活性降低或升高。由此可见，研究不同有机质组分与土壤重金属间的相互作用对科学预测和评估土壤重金属环境风险十分重要。
2.2 关于土壤颗粒有机质（POM）对重金属迁移转化的影响研究
采用不同溶剂提取的化学方法来研究土壤有机质组分对重金属迁移转化的影响对揭示土壤有机质与重金属间的相互作用机制很大作用，但由于化学方法对土壤有机质原状结构可能具有的破坏作用，所以分离的有机质组分可能不能充分的反映土壤有机碳库的真正数量、形态和作用。土壤有机质近90%以上是与土壤颗粒结合的，而有机质在土壤中的作用与其结合的颗粒大小有关[10]。近年来，愈来愈多的研究采用颗粒分组的方法来研究土壤有机质的作用。一般情况下，根据土壤颗粒的大小将土壤有机质分为颗粒有机质和结合态有机质[11]，其中颗粒有机质（POM）为与粒径大于0.05 mm的与土壤颗粒结合的有机质，是动植物残体向土壤腐殖质转化的活性中间产物。由于POM还未与土壤颗粒形成有机-无机复合体，可以用漂洗的方法将其与砂粒分开。土壤颗粒有机质（POM），与微生物生长、营养的供给及密切的相关性，能够有效的反映有机质的一些特性，所以其在土壤循环中却起着十分关键的作用，是土壤中高的有机碳库[10]。 近年来关于POM对土壤团聚体形成、碳素、氮素循环中的作用成为土壤有机质领域研究的热点，对POM与土壤污染物间相互作用的研究逐渐受到关注。已有研究发现，POM与<0.002 mm的粘粒在土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的积累中均起着十分重要的作用，在不同类型的土壤中，POM中的Cd含量大概是原土的5～11倍，在浙江23个非污染土壤对Cd的富集系数为3.8～12.3[13]。
上述结果表明了土壤POM对重金属有十分明显的富集作用。但是，POM是一个非均质体，其组成、结构等性质与重金属富集有什么影响，又受哪些土壤性质的影响目前还不清楚。关于POM对土壤重金属迁移转化影响研究有一些报道，Guo et al[14]发现，POM可通过其-RCOOH和-ROH等基团内层吸附Cu和Pb，而对Cd的吸附则是通过这些基团外层络合实现的，章明奎[12]等研究表明，POM对土壤重金属的吸附作用与粘粒相当，移去POM后土壤重金属的吸附量显著下降，淋失的风险增加。这些研究从吸附-解吸的角度探讨了POM对重金属迁移转化行为的影响，但缺乏POM对土壤重金属赋存状态的影响研究。而且POM在土壤中易被微生物矿化分解，其中的重金属容易被释放，活性较高[15]。由此看来，关于土壤POM对重金属迁移转化及有效性影响的效果和作用机制还不清楚。
3 小结
土壤有机质对重金属迁移转化的影响规律及机制，虽然已有大量研究，但因为其定义不明确，在土壤中处在时刻变化的状态中，并且其分类与分离各研究者有不同方法[16，17]。所以，土壤有机质对重金属的作用需要更加深入与系统的探讨，也为全面了解土壤重金属的生物地球化学循环提供科学依据，正确选择农艺措施，防治我国土壤重金属污染的危害提供技术支撑。
参考文献
[1]潘根兴，赵其国.我国农田土壤碳库演变研究：全球变化和国家粮食安全[J].地球科学进展，2005，20（4）：384-393.
[2]丁炳红，俞巧钢，叶静，等.土壤重金属有效性影响因素及其防治对策[J].浙江农业科学，2012（5）：729-732.
[3]吴曼，徐明岗，徐绍辉，等.有机质对红壤和黑土中外源铅镉稳定化过程的影响[J].农业环境科学学报，2011，30（3）：461-467.
[4]王开峰，彭娜，王凯荣，等.长期施用有机肥对稻田土壤重金属含量及其有效性的影响[J].水土保持学报，2008，22（1）：105-108.
[5]刘景，吕家珑，徐明岗，等.长期不同施肥对红壤Cu 和Cd 含量及活化率的影响[J].生态环境学报，2009，18（3）：914-919.
[6]陈同斌，陈志军.水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影响[J].应用生态学报，2002，13（2）：183-186.
[7]黄泽春，陈同斌，雷梅.陆地生态系统中水溶性有机质的
环境效应[J].生态学报，2002，22（2）：259-268.
[8]余贵芬，蒋新，孙磊，等.有机物质对土壤镉有效性的影响研究综述[J].生态学报，2002，22（5）：682-695.
[9]王艮梅，周立祥，占新华，等.水田土壤中水溶性有机物的产生动态及对土壤中重金属活性的影响：田间微区试验[J].环境科学学报，2004，24（5）：858-864.
[10]李维福，解宏图，何红波，等.颗粒有机质的来源、测定及其影响因素[J].生态学杂志，2007，26（11）：1849-1856.
[11]梁爱珍，张晓平，杨学明，等.土壤粗有机质的研究进展[J].地理科学进展，2006，25（3）：128-136.
[12]章明奎，郑顺安，王丽平.土壤中颗粒状有机质对重金属的吸附作用[J].土壤通报，2007，38（6）：1100-1104.
[13]郑顺安，王丽平，章明奎.非污染土壤中颗粒态有机质对重金属的富集作用[J].科技通报，2008，24（4）：548-552.
[14]Guo XY， Luo L， Ma YB， et al.Sorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Particulate Organic Matters. Journal of Hazardous Materials，2010，173（1-3）：130-136.
[15]陈雪，刘丹青，王淑，等.不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响[J].土壤学报，2013，50（1）：548-556.
[16]周利强，尹斌，吴龙华，等.有机物料对污染土壤上水稻重金属吸收的调控效应[J].土壤，2013，45（2）：227–232.
[17]郑顺安，郑向群，刘书田，等.再生水灌溉下紫色水稻土颗粒态有机质中重金属的富集特征[J].水土保持学报，2012，26（2）：246-250.
（责任编辑：赵中正）
关键词 土壤有机质；重金属；可溶解性有机质；腐殖质；颗粒有机质
中图分类号：S153 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.17.053
土壤有机质是土壤的重要组成成分，是植物和微生物生命活动所需要的营养元素和能量的来源，是土壤肥力的重要指标，被认为是土壤质量和功能的核心[1]，也是影响土壤重金属的迁移转化和植物对重金属吸收的最重要的土壤性质之一。关于土壤有机质与重金属间相互作用及其机制的研究是受到国内外广泛关注，对于土壤有机质对重金属的迁移转化及生物有效性的影响进行大量研究，本文通过对土壤有机质的组成分类及其对重金属的作用的研究进行综述，旨在为今后土壤重金属污染治理的研究提供参考。
1 关于土壤有机质与重金属迁移转化影响机制与效果的研究
1.1 土壤有机质与重金属迁移转化影响机制的研究
土壤是一个由矿物质、有机质、空气及水组成的复杂的非均质体，土壤原有的或外源进入土壤的重金属在土壤中的迁移转化过程十分复杂：有酸碱反应、溶解-沉淀、吸附-解吸、络合-离解以及氧化-还原等多种反应过程。通过上述过程，重金属在土壤中与各种组成成分结合，以不同形态存在，土壤有机质可通过直接或间接影响上述过程而影响重金属的迁移转化。土壤有机质含大量的羧基（-RCOOH）、羟基和酚基（-ROH）等含氧基团及少量的巯基（-RSH）和氨基（-RNH2），具有大量吸附位点，可以有效吸附土壤中的重金属。一般情况下，有机质含量高的土壤对某些重金属的吸附能也强，去除土壤有机质使土壤重金属的吸附量明显下降，而解吸量提高，有机质对重金属的吸附提高了土壤对其固定和累积的能力。此外，土壤有机质还可通过其含氧基团、巯基和氨基等官能团与土壤中的重金属通过螯合或络合反应形成溶解度不同的复合物，从而改变其有效性。由于土壤有机质对重金属的各种类型的作用，使重金属能够被有机质吸收下来，减少土壤溶液中重金属的含量，降低其生物有效性。所以，可以采用向土壤中施加有机物料的方式来减少植物对重金属的吸收。另外，土壤重金属的迁移转化和生物有效性受其他土壤性质如pH、阳离子交换量（CEC）、氧化还原状态（Eh）及黏土矿物和铁锰氧化物含量等因素的影响，土壤有机质作为土壤微生物碳源，在土壤中总是处于合成和分解的动态变化过程中[2]。所以可通过改变土壤的pH、CEC和Eh等条件或铁离子的有效性间接影响土壤重金属的迁移转化和植物对其吸收。
1.2 土壤有机质对重金属的迁移转化过程的影响效果研究
土壤有机质对重金属的迁移转化过程的影响导致其在土壤中的结合状态、有效性和植物对重金属的吸收量发生变化，但对有机质及有机物料对土壤重金属有效性作用效果研究的结果却相互矛盾。有研究表明，有机质含量高的土壤重金属（铅、镉等）的有效性低[3]，因而施用各种肥料提高土壤有机质含量，使污染土壤中的重金属从活性高的交换态向活性低的铁锰氧化物及有机结合态转化，以可用来有效修复重金属污染土壤。另有研究发现，长期施用有机物料，虽然其提高了土壤有机质含量，却对重金属表现出明显的“激活效应”，增加其活化率[4，5]，使植物的重金属吸收有所增加。所以用有机物料修复重金属污染土壤需慎重的建议。由此看来，有机质对土壤重金属迁移转化过程及有效性的影响十分复杂，除去作物的区别和土壤性质种类的不同外，土壤有机质组成的不同可能是产生这些结果差异的重要因素。
2 关于土壤有机质不同组成对重金属的迁移转化及生物有效性影响研究
2.1 土壤溶解性有机质与腐殖质对重金属的影响研究
土壤有机质是一个复杂的、非均质的混合体，不同有机质组分间的性质差异很大，其在土壤物质循环、养分供应和土壤团聚体形成中的作用不仅取决于其含量即数量的多少，更重要的是取决于其组成。土壤有机质的组成成分较有机质总量能更好阐明有机质与重金属间的相互作用关系。目前，关于土壤有机质组分还没有统一的区分方法。大多数采用不同溶剂，从土壤中提取分离出溶解性有机质（DOM）、腐殖质（包括富里酸、胡敏酸和胡敏素）等成分。以目前来说，关于土壤有机质组分对重金属迁移转化行为及生物有效性的影响集中在溶解性有机质（DOM）和腐殖质上。溶解性有机质在土壤中的数量很少，却是最常见、很活跃的一种组分；而腐殖质是土壤有机质的主要成分，占总有机质的50%～90%[6，7]。大多数研究表明，DOM可以充当重金属元素的“配位体”或结合“载体”，使土壤或水环境中重金属的活性和迁移性大幅度提高[9]，但提高的程度因DOM结构和分子量的不同差异很大[7，8]，而腐殖质对重金属活性及迁移性的影响与其腐殖化程度有关（HA/FA），土壤中重金属的活性伴随腐殖化程度的增高而降低，可以推测，正是由于有机物料在土壤中的分解和腐殖化过程形成DOM和腐殖质成分的差异，致使不同有机物料可使土壤重金属的活性降低或升高。由此可见，研究不同有机质组分与土壤重金属间的相互作用对科学预测和评估土壤重金属环境风险十分重要。
2.2 关于土壤颗粒有机质（POM）对重金属迁移转化的影响研究
采用不同溶剂提取的化学方法来研究土壤有机质组分对重金属迁移转化的影响对揭示土壤有机质与重金属间的相互作用机制很大作用，但由于化学方法对土壤有机质原状结构可能具有的破坏作用，所以分离的有机质组分可能不能充分的反映土壤有机碳库的真正数量、形态和作用。土壤有机质近90%以上是与土壤颗粒结合的，而有机质在土壤中的作用与其结合的颗粒大小有关[10]。近年来，愈来愈多的研究采用颗粒分组的方法来研究土壤有机质的作用。一般情况下，根据土壤颗粒的大小将土壤有机质分为颗粒有机质和结合态有机质[11]，其中颗粒有机质（POM）为与粒径大于0.05 mm的与土壤颗粒结合的有机质，是动植物残体向土壤腐殖质转化的活性中间产物。由于POM还未与土壤颗粒形成有机-无机复合体，可以用漂洗的方法将其与砂粒分开。土壤颗粒有机质（POM），与微生物生长、营养的供给及密切的相关性，能够有效的反映有机质的一些特性，所以其在土壤循环中却起着十分关键的作用，是土壤中高的有机碳库[10]。 近年来关于POM对土壤团聚体形成、碳素、氮素循环中的作用成为土壤有机质领域研究的热点，对POM与土壤污染物间相互作用的研究逐渐受到关注。已有研究发现，POM与<0.002 mm的粘粒在土壤Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的积累中均起着十分重要的作用，在不同类型的土壤中，POM中的Cd含量大概是原土的5～11倍，在浙江23个非污染土壤对Cd的富集系数为3.8～12.3[13]。
上述结果表明了土壤POM对重金属有十分明显的富集作用。但是，POM是一个非均质体，其组成、结构等性质与重金属富集有什么影响，又受哪些土壤性质的影响目前还不清楚。关于POM对土壤重金属迁移转化影响研究有一些报道，Guo et al[14]发现，POM可通过其-RCOOH和-ROH等基团内层吸附Cu和Pb，而对Cd的吸附则是通过这些基团外层络合实现的，章明奎[12]等研究表明，POM对土壤重金属的吸附作用与粘粒相当，移去POM后土壤重金属的吸附量显著下降，淋失的风险增加。这些研究从吸附-解吸的角度探讨了POM对重金属迁移转化行为的影响，但缺乏POM对土壤重金属赋存状态的影响研究。而且POM在土壤中易被微生物矿化分解，其中的重金属容易被释放，活性较高[15]。由此看来，关于土壤POM对重金属迁移转化及有效性影响的效果和作用机制还不清楚。
3 小结
土壤有机质对重金属迁移转化的影响规律及机制，虽然已有大量研究，但因为其定义不明确，在土壤中处在时刻变化的状态中，并且其分类与分离各研究者有不同方法[16，17]。所以，土壤有机质对重金属的作用需要更加深入与系统的探讨，也为全面了解土壤重金属的生物地球化学循环提供科学依据，正确选择农艺措施，防治我国土壤重金属污染的危害提供技术支撑。
参考文献
[1]潘根兴，赵其国.我国农田土壤碳库演变研究：全球变化和国家粮食安全[J].地球科学进展，2005，20（4）：384-393.
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[5]刘景，吕家珑，徐明岗，等.长期不同施肥对红壤Cu 和Cd 含量及活化率的影响[J].生态环境学报，2009，18（3）：914-919.
[6]陈同斌，陈志军.水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影响[J].应用生态学报，2002，13（2）：183-186.
[7]黄泽春，陈同斌，雷梅.陆地生态系统中水溶性有机质的
环境效应[J].生态学报，2002，22（2）：259-268.
[8]余贵芬，蒋新，孙磊，等.有机物质对土壤镉有效性的影响研究综述[J].生态学报，2002，22（5）：682-695.
[9]王艮梅，周立祥，占新华，等.水田土壤中水溶性有机物的产生动态及对土壤中重金属活性的影响：田间微区试验[J].环境科学学报，2004，24（5）：858-864.
[10]李维福，解宏图，何红波，等.颗粒有机质的来源、测定及其影响因素[J].生态学杂志，2007，26（11）：1849-1856.
[11]梁爱珍，张晓平，杨学明，等.土壤粗有机质的研究进展[J].地理科学进展，2006，25（3）：128-136.
[12]章明奎，郑顺安，王丽平.土壤中颗粒状有机质对重金属的吸附作用[J].土壤通报，2007，38（6）：1100-1104.
[13]郑顺安，王丽平，章明奎.非污染土壤中颗粒态有机质对重金属的富集作用[J].科技通报，2008，24（4）：548-552.
[14]Guo XY， Luo L， Ma YB， et al.Sorption of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Particulate Organic Matters. Journal of Hazardous Materials，2010，173（1-3）：130-136.
[15]陈雪，刘丹青，王淑，等.不同土壤的还原状况对铁镉形态转化和水稻吸收的影响[J].土壤学报，2013，50（1）：548-556.
[16]周利强，尹斌，吴龙华，等.有机物料对污染土壤上水稻重金属吸收的调控效应[J].土壤，2013，45（2）：227–232.
[17]郑顺安，郑向群，刘书田，等.再生水灌溉下紫色水稻土颗粒态有机质中重金属的富集特征[J].水土保持学报，2012，26（2）：246-250.
（责任编辑：赵中正）