體外提取方法對土壤重金屬生物可給性的影響

吳小飛，王振興，李莎莎，徐軼群，熊慧欣，許 健*

（揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 揚州225127）

體外提取方法對土壤重金屬生物可給性的影響

吳小飛，王振興，李莎莎，徐軼群，熊慧欣，許 健*

（揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 揚州225127）

選用UBM（unified barge method），PBET（the physiologically based extraction test），SBET（simplified bioaccessibility extraction test）和IVG（in-vitro gastrointeslinal）等4種體外提取方法，通過模擬人體胃腸液對比分析了不同酸度土壤中Pb，Cd，Zn，Ni等重金屬的生物可給性，為正確選擇和制定土壤重金屬對人體潛在風險的評價方法提供參考.結果表明：1）在偏酸性土壤中，IVG方法對Zn，Ni，Cd的提取量最大；在偏堿性土壤中，SBET方法對Zn，Ni，Pb的提取量最大；2）當采用IVG和PBET方法分析Zn，Ni，Cd的生物可給性時，酸性土壤中的生物可給性偏高；而采用SBET和UBM分析時，堿性土壤中Zn，Ni，Cd的生物可給性偏高.

體外提取方法；土壤；重金屬；生物可給性

在日常生活中，人類會通過各種途徑無意攝入土壤.據(jù)統(tǒng)計，小孩誤食土壤量約為200 mg·d-1，有時甚至高達25～60 g·d-1［1］.含有重金屬的土壤進入機體后經(jīng)消化吸收并積累，將導致慢性中毒，嚴重危害人體健康.土壤重金屬對人體潛在風險的評價一般基于重金屬的總攝入量［2］，但Ruby等［3］認為進入人體的重金屬并非被完全吸收，故采取總攝入量評價重金屬的風險仍不夠準確，從而提出了生物有效性的概念.近年來，利用體外提取方法對土壤重金屬的潛在風險進行評價受到廣泛關注.國際上普遍使用的土壤重金屬的體外提取方法主要有UBM［4］、PBET［5］、SBET［6］和IVG［7］等.由于不同的體外提取方法都是參考人體消化液的組成設定的，而模擬消化液的組成存在著較大差異，導致各體外提取方法的結果缺乏可比性；此外，重金屬性質、土壤理化性質的差異也會影響體外提取的重金屬含量，因此體外提取方法的選擇直接關系到土壤重金屬潛在風險的正確評價.目前，國內外尚未形成統(tǒng)一的利用生物可給性進行重金屬潛在風險的評價標準，基于此，本文擬系統(tǒng)地研究UBM，PBET，SBET和IVG等4種體外提取方法，探討不同酸度土壤中重金屬Pb，Cd，Zn，Ni的生物可給性，并對各體外提取方法的差異性及影響因素進行比較，以期為我國正確選擇重金屬潛在風險的評價方法提供依據(jù).

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試土壤A，B分別采自揚州市（黃棕壤）和深圳市（赤紅壤）某公路旁0～5 cm深處.采樣時隨機布設3個點，土壤經(jīng)除雜處理后自然風干，混合均勻，研磨.采用電位法測定過2.00 mm篩土樣的p H 值.對過0.15 mm篩的土樣，分別采用重鉻酸鉀法測定有機質的質量含量，鉬銻抗比色法測定總磷含量，凱氏定氮法測定總氮含量.將過0.15 mm篩的土樣分別經(jīng)HCl—HNO3—HF—HCl O4溶液消解和體外提取后，通過火焰原子吸收分光光度計（AAS，Solaar MK2-M6）測定土壤重金屬的總含量及可給性重金屬含量.

1.2試驗方法

1）UBM提取.參照文獻［4］480配制唾液、胃液、十二指腸液和膽汁.向50 m L離心管中加入0.6 g供試土壤樣品、9 m L唾液和13.5 m L胃液，采用質量分數(shù)為37%的HCl溶液和1 mol·L-1NaOH溶液調節(jié)體系p H=1.20±0.02，將離心管置于37℃的恒溫振蕩器中，在275 r·min-1轉速下振蕩1 h，模擬人體胃液的消化過程.胃液提取結束后，加入27 m L十二指腸液和9 m L膽汁，調節(jié)體系p H=6.30±0.50，繼續(xù)振蕩4 h，完成腸液的提取，提取液備用.

2）PBET提取.參照文獻［5］426配制胃液.向50 m L離心管中加入2.0 g供試土壤樣品和20 m L胃液，用質量分數(shù)為37%的HCl溶液調節(jié)體系p H=1.20±0.02，將離心管置于37℃恒溫振蕩器中，以275 r·min-1的轉速振蕩1 h，模擬人體胃液的消化過程.胃液提取結束后，采用飽和碳酸鈉溶液調節(jié)體系p H=7.0±0.02，加入70 mg膽汁提取物和20 mg胰液素，繼續(xù)振蕩2 h，完成腸液的提取，提取液備用.

3）SBET提取.參照文獻［6］3329配制胃液.向50m L離心管中加入1.0 g供試土壤樣品和100 m L胃液，采用質量分數(shù)為37%的HCl溶液調節(jié)體系p H=1.50±0.02，將離心管置于37℃恒溫振蕩器中，以275 r·min-1的轉速振蕩1 h，提取液備用.

4）IVG提取.參照文獻［7］644配制胃液.向50 m L離心管中加入0.4 g供試土壤樣品、60 m L胃液和20 g生面團，用質量分數(shù)為37%的HCl溶液調節(jié)體系p H=1.80±0.02，將離心管置于37℃恒溫振蕩器中，以275 r·min-1轉速振蕩1 h，模擬人體胃液的消化過程.胃液提取結束后，采用飽和碳酸氫鈉溶液調節(jié)消化液p H=5.50±0.02，并添加0.21 g膽汁和0.021 g胰液素，振蕩1 h進行腸相消化，提取液備用.

供試土壤樣品經(jīng)上述方法提取后，離心分離，經(jīng)孔徑為0.45μm的濾膜過濾，測定并計算濾液中重金屬的溶解量及其生物可給性：重金屬生物可給性=重金屬在消化液中的溶解質量/重金屬總質量×100%.

1.3統(tǒng)計分析與質量控制

表1　供試土壤的部分理化性質Tab.1 Physicochemical properties of the tested soils

2　結果與討論

2.1各體外提取方法對土壤重金屬的提取效果

表2為土壤中重金屬在4種體外提取方法下的提取量.由表2可知：1）Zn的提取量.在土壤A中，4種方法按提取量由大到小的順序排列依次為SBET，IVG，UBM，PBET，其中PBET和UBM法的提取量無顯著性差異（P＞0.05）；在土壤B中，按提取量由大到小的順序排列依次為IVG，SBET，PBET，UBM，其中IVG法與其他3種方法的提取量之間的差異顯著（P＜0.05）；2）Ni的提取量.按照提取量由大到小的順序依次排列：土壤A中為SBET，UBM，IVG，PBET，土壤B中為IVG，PBET，UBM，SBET，其中UBM，PBET，SBET等3種方法的提取量之間無顯著性差異（P＞0.05），且遠小于IVG法的提取量；3）Cd的提取量.按照提取量由大到小的順序依次排列：土壤A中為UBM，SBET，IVG，PBET，土壤B中為IVG，SBET，PBET，UBM；4）Pb的提取量.按照提取量由大到小的順序依次排列：土壤A中為SBET，IVG，UBM，PBET，土壤B中為UBM，SBET，IVG，PBET.

由上述分析可知，不同體外提取方法的提取量總體存在顯著差異.IVG法對偏酸性土壤B中重金屬Zn，Ni，Cd有較大的提取量，但對Pb的提取量相對較低.SBET法對偏堿性土壤A中重金屬Zn，Ni，Pb有較大的提取量，但對Cd的提取量較低.PBET法的提取量相對于IVG和SBET法較低，而UBM法對土壤中重金屬的提取量并未呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性.

2.2土壤重金屬的生物可給性

圖1為土壤重金屬在4種體外提取方法下的生物可給性.由圖1可知：1）土壤重金屬的生物可給性整體水平較低，Zn，Ni，Cd，Pb的生物可給性最大值分別為34.14%，23.01%，49.37%，24.59%，而Poggio等［8］以意大利某公園表層土壤為研究對象時得知Zn，Ni，Pb的生物可給性分別為16%，7%，25%；因此，如果以重金屬總量作為評價指標，將會高估重金屬的潛在危害；2）采用PBET和IVG方法分析Zn，Ni，Cd的生物可給性時，酸性土壤遠高于堿性土壤中的；3）用UBM和SBET方法分析Zn，Ni，Cd的生物可給性時，堿性土壤高于酸性土壤中的.

圖1　4種體外提取方法下土壤重金屬的生物可給性Fig.1 Bioavailability of zn，Ni，Cd and Pb in soils by the PBET，IVG，UBM and SBET

2.3討論

本試驗中，IVG和SBET方法較其他提取方法有較好的提取效果.其可能原因是：1）這2種方法有較大的土液比（質量體積比，下文同），土液比越大，重金屬的生物可給性越大［6］3332.本文中IVG，SBET，UBM和PBET方法所采用的土液比分別為1∶150，1∶100，1∶37.5，1∶10；2）IVG法中模擬消化液胃蛋白酶的用量明顯高于其他方法，胃蛋白酶能與重金屬絡合，從而提高了重金屬在消化液中的溶解量［9］.

當采用PBET和IVG方法分析時，除Pb外，Ni，Cd，Zn在酸性土壤中的生物可給性均高于堿性土壤中的.其原因是當p H值較低時，一部分重金屬離子從膠體或土壤中礦物顆粒表面解析出后進入土壤溶液；同時，H+濃度的增加打破了重金屬離子的溶解-沉淀平衡，促進其進一步釋放［10］.當采用SBET和UBM分析Zn，Ni，Cd的生物可給性時，堿性土壤中重金屬的生物可給性高于酸性土壤中的，這與文獻［11］的研究結果較為一致.綜上所述，土壤重金屬的生物可給性受體外提取方法、重金屬種類和土壤理化性質等的共同影響.

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Influence of four in-vitro extraction methods on bioaccessibility of heavy metals in soils

WU Xiaofei，WANG Zhenxing，LI Shasha，XU Yiqun，XIONG Huixin，XU Jian*
（Sch of Environ Sci&Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

In this study，four representative in-vitro tests methods，UBM，PBET，SBET and IVG are selected to evaluate the bioaccessibility of Pb，Cd，Zn and Ni extracted from different soils with simulating human gastrointestinal juice.This study supplies

for exactly evaluating the potential risk of heavy metals in soils to human health.Results show that there are remarkable differences in the bioaccessibility of heavy metals in various soils tested by four in-vitro extraction methods.In most cases，the bioavailability of heavy metals Zn，Ni and Cd in acidic soils by IVG is clearly higher than those by other in-vitro extraction methods，and it is found there is higher bioaccessibility of alkaline soil Zn，Ni and Pb by SBET than those by other in-vitro extraction methods. And the bioaccessibility of heavy metals Zn，Ni and Cd in acidic soils by IVG and PBET is higher than that in alkali soil.However，Zn，Ni and Cd bioaccessibility extracted by SBET and UBM in alkali soil is higher than that in acidic one.

in-vitro digestion method；soil；heavy metal；bioaccessibility

X 705

A

1007-824X（2015）02-0075-04

（責任編輯 林 子）

2014-10-28.*聯(lián)系人，E-mail：xujian@yzu.edu.cn.

國家自然科學基金資助項目（31372133）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2013BAD21B03）；江蘇省環(huán)境材料與環(huán)境工程重點實驗室開放課題（K13071）；揚州市環(huán)?？蒲姓n題（YHK1412）.

吳小飛，王振興，李莎莎，等.體外提取方法對土壤重金屬生物可給性的影響［J］.揚州大學學報：自然科學版，2015，18（2）：75-78.