低分子量有机酸对植物吸收和累积重金属的影响

我国经济社会迅猛发展，重金属通过自然活动、交通运输、农业生产活动等多种途径进入土壤，导致土壤重金属含量严重超标。截至2014年我国耕地土壤污染点位超标率达 19.4%，目前土壤污染物主要是重金属，其中Cd污染点位超标率达到 7.0%，Ni、As、Cu、Hg、Pb、Cr的点位超标率也分别都在1%以上，土壤重金属含量呈现从西到东、从北到南逐渐升高的趋势，中南地区、西南地区土壤重金属含量较高，污染较为严重[1]。土壤中的重金属能够通过植物体转移到人体内，并且能够在植物和人的体内蓄积，时刻威胁着人类身体健康[2]。

目前，土壤重金属污染修复主要分为提取修复和固化修复两大类。提取修复是将重金属从土壤中提取出来，降低土壤中的重金属含量，分为化学修复、物理修复和生物修复。固化修复是向土壤中添加一些添加剂来降低重金属的生物有效性，抑制其进入循环系统。这种方法治标不治本，不能从根本上解决重金属污染问题，而且会降低土壤质量。因此，目前主要应用于污染较严重，提取修复不能及时满足其生产要求的地区。

物理修复、化学修复技术成本高、对生态环境影响较大，加之土壤本身的复杂性，使得这种修复技术难以满足人们日益增长的粮食需求。植物修复技术作为最常用的生物修复技术，具有安全性高、修复成本低、对生态环境影响小的优点，能够应用于污染农田、水体以及盐碱地、湿地等的治理方面。植物修复土壤重金属污染目前主要利用超富集植物对土壤重金属特殊的富集能力来完成。超富集植物富集重金属能力在普通植物百倍之上，它能够富集大量的重金属且不会对自身产生不利影响，目前在土壤重金属污染修复上应用广泛[3]。

土壤重金属污染修复过程中的影响因素有很多，如土壤酸碱性、酶活性、土壤肥力、微生物群落结构、土壤有机质、有机酸、生物炭，其中有机酸作为一种天然螯合剂，能够通过其还原性、酸性、络合性或螯合性增加某些元素的溶解性和迁移性[4]，提高重金属的生物有效性[5]，对修复效率有很大的影响。

1 土壤低分子量有机酸的来源

1.1 植物根系分泌

植物根系分泌物中有机酸通常具有较高的浓度，一般情况在10～20 mmol/L范围内[6]。但由于植物的根系分泌物很大程度上受土壤中各种生物和非生物胁迫的影响，如干旱、洪涝、土壤贫瘠、重金属毒害[7]，面对以上不利因素时，植物根系分泌有机酸的含量会增加好几倍，甚至达到1个数量级[6]。小麦、玉米、大豆、花生、水稻等作物[8-11]以及续断菊、东南景天、小花南芥、紫花苜蓿等超富集植物[12-15]面对重金属胁迫时，均会分泌大量的有机酸。有机酸能够根据浓度梯度以及细胞质膜上的电化学势梯度从细胞质扩散到周围的土壤溶液中[16]。

1.2 植物枯枝落叶

研究表明，草酸、柠檬酸和苹果酸普遍存在于植物体中，植物组织和细胞中有机酸的含量变化很大，取决于植物种类、发育阶段、采样季节等[17]。植物体内的有机酸会随着植物叶片、果实的凋零进入土壤中。

郭山发现，凤眼莲体内主要存在草酸、柠檬酸和苹果酸，且体内有机酸含量表现为茎叶部>根部[18]。钟正燕等研究黑藻和竹叶眼子菜发现，这2种植物体内均含有草酸、丙二酸、柠檬酸、苹果酸，且黑藻体内的有机酸含量均显著高于竹叶眼子菜[19]。刘露奇在森林生态系统中的植物枝、叶、果以及林地土壤中都检测到有机酸的存在，并且发现幼龄林>成龄林>中龄林[20]。不同发育阶段杉木人工林土壤中都可以检测到草酸，同一土层中草酸含量表现为成龄林>中龄林>幼龄林。

1.3 微生物代谢产生

微生物群落是土壤有机酸的重要来源之一。van Hees等在接种外生菌根真菌的云杉幼苗的土壤溶液中检测到乙酸、柠檬酸、甲酸、乳酸、丙二酸、草酸和琥珀酸(SA)，且越靠近菌根有机酸浓度越高[21]。在培养黑曲霉菌时发现，培养5 d后营养液的pH值下降，且检测到柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等有机酸存在[22]。耐金属真菌能够产生细胞外代谢物适应重金属胁迫，研究发现，油曲霉在蔗糖存在的情况下能够合成葡萄糖酸、草酸和富马酸，对Cd、Co、Ni的浸出率能够达到50%以上[23]。

2 低分子量有机酸对植物吸收和累积重金属的作用

2.1 能够促进土壤重金属的迁移转化

土壤基质中存在的有机酸主要来源于植物根系分泌物、微生物代谢产物和有机物的分解过程产物[7]。研究表明，微生物在营养条件充分的情况下能够分泌有机酸，促进Cd的溶解，低分子量草酸和柠檬酸能够活化土壤中的Pb和Cd，促进腐殖质层和淀积层中Pb和Cd的释放[24]。范洪黎等研究发现，添加苹果酸和柠檬酸可使土壤难溶性Cd向可溶性Cd转化，对土壤中Cd有明显活化作用[25]。

文章来源：《土壤》 网址: http://www.trqks.cn/qikandaodu/2021/0619/1349.html