赵首萍，张棋，肖文丹，陈德，叶雪珠，黄淼杰，胡静，高娜

(浙江省农业科学院农产品质量标准研究所 农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室(筹) 农业农村部农产品信息溯源重点实验室，浙江 杭州 310021)

汞(Hg)是一种剧毒的全球性重金属污染物，对神经系统有很强的毒性作用。土壤中存在的汞可被植物吸收，并通过食物链进入人体。自20世纪50年代日本出现“水俣病”以来，汞污染问题已引起国内外学者的广泛重视[1]。据2014年《全国土壤污染调查公报》，我国耕地土壤超标率为19.4%，主要污染物为镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、砷(As)、Hg、铅(Pb)、滴滴涕和多环芳烃等。研究证实，Hg以多种形态广泛存在于自然界，包括单质汞、无机汞和有机汞，汞的化学形态决定着其毒性、生物利用性、迁移性，及其在食物链中的持久性和累积效应[2-3]。

污染土壤中重金属的有效性，特别是生物有效性，是近几十年来重金属污染研究的热点，而元素的有效性通常受到多种因素影响，包括土壤类型、土壤环境的pH值、有机质、阳离子交换量等。判定有效态重金属提取剂质量优劣最重要的指标是，其提取量能否较好地判断重金属对植物的影响，同时植物吸收的重金属量与提取剂提取的重金属量是否有较好的相关性。近年来，国内外研究者对土壤重金属有效态含量的测定方法进行了大量的比较研究，尤其是对适用于Cd、铬(Cr)、Pb、As等剧毒重金属有效态的提取技术，针对不同土壤条件提出了相应的最佳提取方案[4-5]，并制定了相关的检测标准。目前，土壤有效态重金属提取中应用较广的是单一萃取法，常用的提取剂主要有弱酸溶液(CH3COOH、HCl等)、螯合剂[二乙基三胺五乙酸(DTPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、硫代乙醇酸(巯基乙酸，TGA)等]、中性盐溶液和缓冲溶液(CaCl2、NH4OAc、NaNO3等)等[6-10]。由于Hg在土壤中的存在形态，以及作物吸收过程都较复杂，目前还没有适用于土壤有效态Hg的通用提取方法。为此，于浙江省蔬菜、水稻主产区采集土壤和相应的农产品样品，采用常用的5种提取剂分析了浙江省特定地理条件下蔬菜、水稻种植系统土壤有效Hg的最佳提取方案，旨在为浙江省耕地土壤Hg污染风险评价提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 样品采集

土壤和植物样品于2017年8月和12月进行采集。土壤样品与农产品一一对应采样。土壤样品按照随机布点法采集，采集耕层0～20 cm土壤1.5 kg，每个基地随机采集5点以上混合为1个样品。土壤采集后带回实验室风干，过10目(孔径2.00 mm)筛，待测。蔬菜样品采集1.5 kg，鲜样匀浆后-20 ℃保存待测。稻谷样品采集后80 ℃烘干，脱壳，制成糙米样品，磨粉，常温保存待测。

蔬菜和对应的土壤样本的具体信息如下：SC1，红苋菜，采样地位于温州，地理坐标120°35′22.2″E、27°57′32.5″N，pH值5.62，阳离子交换量(CEC)27.82 cmol·kg-1，有机质32.56 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量12.2%，粉砂粒含量50.0%，黏粒含量37.8%；SC2，红苋菜，采样地位于温州，地理坐标120°32′09.4″E、27°58′17.4″N，pH值4.54，CEC 18.99 cmol·kg-1，有机质52.74 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量12.2%，粉砂粒含量52.0%，黏粒含量35.8%；SC3，红苋菜，采样地位于温州，地理坐标120°32′00.3″E、27°58′36.9″N，pH值4.34，CEC 23.01 cmol·kg-1，有机质39.09 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量12.2%，粉砂粒含量46.0%，黏粒含量41.8%；SC4，白苋菜，采样地位于丽水，地理坐标119°57′07.0″E、28°28′10.2″N，pH值4.49，CEC 11.24 cmol·kg-1，有机质31.23 g·kg-1，土壤质地为壤土，砂粒含量48.6%，粉砂粒含量30.0%，黏粒含量21.4%；SC5，红苋菜，采样地位于丽水，地理坐标119°57′07.0″E、28°28′10.2″N，pH值4.66，CEC 16.05 cmol·kg-1，有机质26.68 g·kg-1，土壤质地为壤土，砂粒含量46.6%，粉砂粒含量31.0%，黏粒含量22.4%；SC6，红苋菜，采样地位于绍兴，地理坐标120°16′07.9″E、29°46′47.9″N，pH值5.37，CEC 17.66 cmol·kg-1，有机质33.43 g·kg-1，土壤质地为黏壤土，砂粒含量31.6%，粉砂粒含量39.2%，黏粒含量29.2%；SC7，红苋菜，采样地位于绍兴，地理坐标121°07′19.9″E、30°04′35.6″N，pH值4.60，CEC 23.27 cmol·kg-1，有机质34.49 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量9.6%，粉砂粒含量61.2%，黏粒含量29.2%；SC8，红苋菜，采样地位于台州，地理坐标120°57′59.5″E、28°34′27.1″N，pH值5.05，CEC 9.72 cmol·kg-1，有机质40.50 g·kg-1，土壤质地为黏壤土，砂粒含量40.0%，粉砂粒含量34.0%，黏粒含量26.0%。

水稻和对应的土壤样本的具体信息如下：DM1，水稻品种为甬优12，采样地位于杭州，地理坐标119°52′51.3″E、29°52′56.3″N，pH值7.58，CEC 25.4 cmol·kg-1，有机质15.63 g·kg-1，土壤质地为粉壤土，砂粒含量18.0%，粉砂粒含量54.6%，黏粒含量27.4%；DM2，水稻品种为甬优12，采样地位于杭州，地理坐标120°39′47.0″E、30°04′35.8″N，pH值7.73，CEC 22.0 cmol·kg-1，有机质10.24 g·kg-1，土壤质地为粉壤土，砂粒含量18.0%，粉砂粒含量55.6%，黏粒含量26.4%；DM3，水稻品种为甬优12，采样地位于杭州，地理坐标120°39′47.0″E、30°04′35.6″N，pH值7.76，CEC 24.7 cmol·kg-1，有机质8.09 g·kg-1，土壤质地为粉壤土，砂粒含量19.0%，粉砂粒含量57.6%，黏粒含量23.4%；DM4，水稻品种为甬优12，采样地位于杭州，地理坐标120°39′47.0″E、30°04′35.0″N，pH值7.66，CEC 56.0 cmol·kg-1，有机质17.79 g·kg-1，土壤质地为粉壤土，砂粒含量18.0%，粉砂粒含量57.6%，黏粒含量24.4%；DM5，水稻品种为甬优538，采样地位于绍兴，地理坐标120°39′49.0″E、30°04′33.0″N，pH值5.90，CEC 21.7 cmol·kg-1，有机质10.78 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量14.0%，粉砂粒含量55.6%，黏粒含量30.4%；DM6，水稻品种为甬优538，采样地位于绍兴，地理坐标120°39′44.0″E、30°04′34.8″N，pH值5.51，CEC 49.5 cmol·kg-1，有机质28.43 g·kg-1，土壤质地为粉壤土，砂粒含量13.0%，粉砂粒含量61.6%，黏粒含量25.4%；DM7，水稻品种为甬优538，采样地位于绍兴，地理坐标120°37′42.0″E、30°04′34.3″N，pH值5.63，CEC 28.0 cmol·kg-1，有机质10.24 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量15.0%，粉砂粒含量56.6%，黏粒含量28.4%；DM8，水稻品种为甬优538，采样地位于绍兴，地理坐标120°39′43.0″E、30°04′35.0″N，pH值5.18，CEC 24.1 cmol·kg-1，有机质11.05 g·kg-1，土壤质地为粉黏壤土，砂粒含量9.0%，粉砂粒含量61.6%，黏粒含量29.4%。

1.2 土壤有效态Hg提取

参考国内外相关资料，选择目前普遍应用的HCl、DTPA、NH4OAC、CaCl2、TGA等5种提取剂，具体配置方法如下：(1)HCl提取剂：吸取8.4 mL HCl(优级纯)加水稀释至1 L，即为0.1 mol·L-1HCl。(2)DTPA提取剂：称取1.967 g DTPA溶于14.92 g三乙醇胺(TEA)和少量水中，再将1.11 g CaCl2溶于水后，一并转入1 L容量瓶中，加水至约950 mL，再用6 mol·L-1HCl溶液调节pH至7.30，最后用水定容，贮存于塑料瓶中。(3)NH4OAC提取剂：称取77.08 g NH4OAC加水溶解稀释至1 L，即为1 mol·L-1NH4OAC。(4)CaCl2提取剂：称取11.1 g CaCl2加水溶解稀释至1 L，即为0.1 mol·L-1CaCl2。(5)TGA提取剂：称取9.47 g Na2HPO4溶解于水中，吸取0.3 mL TGA于已溶的Na2HPO4溶液中，转移、定容至1 L容量瓶。

准确称取过2 mm筛的土样5 g(精确至0.01 g)于250 mL塑料瓶中，加入50 mL相应的提取剂于塑料瓶中，以180 r·min-1的速度在25 ℃振荡，振荡2 h后，过滤待测。

1.3 Hg含量测定方法

土壤有效态汞的检测按照GB/T 22105.1—2008《土壤质量 总汞、总砷、总铅的测定原子荧光法 第1部分：土壤中总汞的测定》进行，水稻和蔬菜样品汞的测定按照GB 5009.17—2014《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》进行。土壤全Hg、有效态Hg，以及蔬菜和水稻Hg的含量均采用AFS-9230原子荧光光度计(北京吉天仪器有限公司)进行测定。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2010软件和SPSS 11.5软件进行统计分析，对有显著(P<0.05)差异的，采用Duncan法进行多重比较，相关性分析选用皮尔逊(Pearson)法。

2 结果与分析

2.1 不同浸提剂提取的有效态Hg含量分析

同一土壤样品，不同提取剂浸提的有效态Hg含量有显著差异(表1)。供试8个蔬菜地土壤样本都以TGA提取的有效态Hg含量最高，DTPA提取的有效态Hg含量最低。CaCl2、NH4OAC和HCl提取的有效态Hg含量显著低于TGA提取的有效态Hg含量，显著高于DTPA提取的有效态Hg含量。供试的8个蔬菜地土壤样本中，有5个土壤样本CaCl2和NH4OAC提取的有效态Hg含量显著高于HCl提取的有效态Hg含量，另3个土壤样本CaCl2和NH4OAC提取的有效态Hg含量与HCl提取的有效态Hg含量无显著差异。所有蔬菜地土壤样本CaCl2提取的有效态Hg含量与NH4OAC提取的有效态Hg含量间均无显著差异。

表1 不同提取剂提取的土壤有效态Hg含量

在稻田土壤样本上，TGA提取的有效态Hg含量同样显著高于其他提取剂提取的有效态Hg含量，而DTPA的提取量最低，8个样本的DTPA提取量均显著低于其他4种提取剂提取的有效态Hg含量。8个稻田土壤样本中，4个碱性土壤表现为CaCl2和NH4OAC提取的有效态Hg含量显著高于HCl提取的有效态Hg含量，而4个酸性土壤则表现为CaCl2和NH4OAC提取的有效态Hg含量与HCl提取的有效态Hg含量无显著差异(表1)。这似乎说明，在选用的5种提取剂中，螯合剂类的提取剂，如TGA和DTPA提取能力相对稳定，不受土壤pH值的影响，TGA的提取能力高于弱酸类和中性盐类提取剂，而DTPA的提取能力则低于弱酸类和中性盐类提取剂；但弱酸类和中性盐类提取剂，如CaCl2、NH4OAC和HCl，尤其是HCl提取的有效态Hg含量则与土壤pH值有一定的关系，在酸性土壤中，其提取能力与NH4OAC和CaCl2相近，而在碱性土壤中，其提取能力低于NH4OAC和CaCl2。NH4OAC和CaCl2对土壤有效态Hg的提取能力相对比较稳定，二者没有显著差异。

2.2 不同浸提剂提取的有效态Hg适用性分析

表2列出了供试蔬菜和水稻及其相应的土壤Hg含量：菜地土壤Hg含量在0.094～0.68 mg·kg-1时，蔬菜植株Hg含量仅为0.001 7～0.005 7 mg·kg-1，蔬菜Hg含量占土壤全Hg的0.4%～2.0%；稻土土壤Hg含量在0.087～1.7 mg·kg-1之间，水稻籽粒Hg含量在0.002 7～0.005 5 mg·kg-1，水稻籽粒Hg含量占土壤全Hg的0.2%～4.1%。可见，水稻对Hg的吸收能力稍高于蔬菜，但总体来说，Hg仍属于不易被植物吸收的元素。因此，对土壤有效态Hg，即生物有效性Hg含量进行监测和风险评价就显得尤为重要。

表2 蔬菜和水稻样品Hg含量及其对应的 土壤全Hg含量 单位：mg·kg-1

为了更好地评价不同提取剂对不同土壤的适用性，对土壤有效态Hg含量与蔬菜或水稻Hg含量进行相关性分析，结果见表3。从水稻种植体系来看，HCl、NH4OAC和CaCl2提取的有效态Hg含量都与水稻籽粒Hg含量呈显著正相关，尤其是HCl和CaCl2提取的有效态Hg含量与水稻Hg含量呈极显著正相关，说明HCl、NH4OAC和CaCl2较适于稻田土壤有效态Hg的提取。进一步将8个水稻样品按土壤pH值分为酸性和碱性2类，分别与水稻籽粒Hg含量进行相关性分析，结果显示，其相关性均未达到显著水平(数据未给出)。从蔬菜种植体系来看，仅CaCl2提取的有效态Hg含量与蔬菜Hg含量的相关性达到显著水平，但二者呈负相关关系，具体原因还有待于深入研究。

表3 不同提取剂提取的土壤有效态Hg与蔬菜或 水稻籽粒Hg含量的相关系数

2.3 不同浸提剂提取的有效态Hg相关性分析

如表4、5所示：在菜地土壤样本上，不同浸提剂提取的有效态Hg含量之间并无显著相关性；在稻田土壤样本上，CaCl2提取的有效态Hg含量分别与HCl或NH4OAC提取的有效态Hg含量呈极显著或显著正相关。这可能是因为蔬菜种植体系中蔬菜品种的频繁变更导致其土壤特性较为复杂，因此，壤土有效态Hg的提取也更加复杂，不同浸提剂的提取效果存在较大差异。

表4 菜地土壤样本上不同浸提剂提取的有效态 Hg含量的相关性

表5 稻田土壤样本上不同浸提剂提取的有效态 Hg含量的相关性

3 小结与讨论

土壤中的汞以多种形态存在。本研究表明，水稻籽粒Hg含量仅为土壤全Hg的0.2%～4.1%，而蔬菜Hg含量仅为土壤全Hg的0.4%～2.0%，可见利用土壤Hg全量指标并不足以反映土壤Hg的污染风险。有效Hg是指能被植物吸收或植物能够从土壤中提取的Hg，是一个可以衡量土壤Hg污染程度的量化指标[11]，在土壤污染风险评估中比土壤全Hg具有更重要的意义[12]。近年来，关于土壤有效态Cd、Cr、Pb、Cu、Zn提取的相关研究已经取得了较多进展，并形成了成熟的方法，但关于土壤有效态Hg的提取则仍处于摸索阶段。Zhu等[13]用CaCl2提取法评估了土壤有效态Hg含量，发现CaCl2仅提取了土壤中的大部分离子态Hg和少量甲基Hg。Pelcová等[14]报道，薄膜扩散梯度技术(DGT)提取的土壤有效态Hg与豌豆根、茎和叶部的Hg含量呈显著正相关，但该方法操作繁琐，提取周期长，目前应用不多。本研究以目前常用的5种土壤有效态重金属提取剂为研究对象，发现其提取效率表现为TGA>NH4OAC≈CaCl2≥HCl>DTPA。刘繁灯等[5]在油茶林地的研究发现，DTPA对土壤有效态Hg的提取能力强于HCl；而荆延德等[15]在对长三角地区青紫泥稻菜轮作土壤上的研究表明，不同浸提剂对有效态Hg的提取能力表现为CaCl2>HCl>NH4OAc>DTPA。上述结果说明，不同的土壤和不同的作物体系下，不同提取剂对土壤有效态Hg的提取能力有所差异。现有的其他关于有效态重金属的研究也发现，不同提取剂对土壤有效态重金属的提取能力有很大差异，且在不同土壤、作物条件下存在明显差异[5,8,16-18]。可见，不同提取剂在不同土壤、作物条件下的提取能力变化是普遍存在的。

样本相关性分析结果表明，HCl、NH4OAC和CaCl2提取的有效态Hg与水稻籽粒Hg含量呈显著正相关，而且HCl和CaCl2提取的有效态Hg含量与水稻籽粒Hg含量呈极显著正相关；而蔬菜上各浸提剂提取的有效态Hg与蔬菜Hg含量的正相关性均未达到显著水平。这说明与水稻种植体系相比，蔬菜土壤有效态Hg的最佳提取剂是不同的，也再次说明不同土壤条件或种植作物类型都会对土壤有效态Hg的浸提产生影响。张传琦[19]对黄棕壤的研究发现，0.1 mol·L-1HCl提取的有效态Hg、Cd含量与禾本科草类的相关性略大于与茶叶的相关性，而0.1 mol·L-1HCl提取的有效态Pb、As含量和氯化钙提取的有效态Cr含量则是与茶叶的相关性要大于与禾本科草类的相关性；姚羽等[20]和陈静等[21]都报道，CaCl2提取的土壤有效态Cd与小麦和玉米体内Cd含量呈显著正相关；孙芳芳等[22]报道，小白菜和胡萝卜的Hg含量与TGA提取的土壤有效态Hg含量相关性良好。本研究中，仅水稻籽粒Hg含量与部分浸提剂提取的土壤有效态Hg含量的正相关性达到显著水平，供试各浸提剂提取的土壤有效态Hg含量与蔬菜Hg含量的正相关性均未达到显著水平。结合各供试样本的土壤理化性状分析，似乎CEC含量高的土壤(本研究中，稻田土壤样本的CEC平均含量高于菜地土壤)更适于中性盐和弱酸类的提取剂。