我国城市化和工业化的快速发展，工业和生活废水的大量排放，农用化学物质使用的增加，以及汽车尾气排放等人为活动造成重金属大量进入土壤环境^{[1, 2, 3]}。因土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和难降解性，可通过食物链进入人体，并对人体神经、免疫等系统和各组织器官产生影响，给人类健康带来严重危害^{[3, 4, 5]}。

重金属污染土壤的修复方法主要是通过活化作用去除重金属或借助钝化作用降低重金属的迁移性和生物有效性^{[6, 7]}。其中，化学钝化修复作为常用的原位修复技术一直是研究的热点^[8]。近年来，学者们在修复剂筛选和修复机理方面进行了一定研究^{[9, 10, 11]}。腐植酸类物质因其含有大量的羧基、羰基、酚羟基等多种活性官能团，能够和金属离子结合，固定重金属的同时又有沃土作用而备受关注^{[12, 13, 14]}。

重金属在环境介质中的实际作用主要取决于重金属的形态^[15]；利用分级提取法测定重金属形态变化是评价修复效果的重要指标。但仅凭借重金属形态变化无法确切地准确判定重金属污染对人体健康风险的影响。研究显示，人体对重金属的最大吸收量可用生物可给性来体现。通过操作简便且重现性高的in vitro实验方法，模拟人体胃肠系统，可有效地评价土壤重金属的污染风险^{[16, 17, 18, 19]}。考虑到现有健康风险评价模型基于总量估算的保守性，本研究借鉴生物可给性健康风险评价模型，根据生物可给性值对暴露剂量和致癌斜率进行修正，评估处理前后经口摄入铅污染土壤对暴露人群造成的健康风险。将分级提取法（改进BCR法）和生物可给性简化提取法（SBET）结合起来进行研究，借助基于生物可给性的健康风险评价模型研究腐植酸钾对铅污染土壤的修复效果，为重金属污染土壤的改良剂筛选和修复评价提供理论依据。

供试土壤采自山西省太原市郊区农田0~20 cm表层土，为黄土状母质上发育的石灰性褐土。土壤经自然风干，过2 mm筛后备用。供试土壤基本理化性质如表 1所示。

表 1 供试土壤理化性质 Table 1 Basic properties of the studied soil

表选项

腐植酸钾（HA-K）购自山西省灵石县亿丰有机肥制造有限公司，其中腐植酸含量≥70%，pH值9。

铅污染土壤的制备：按目标浓度1 000 mg·kg^-1进行污染土壤的制备，具体过程为称取0.916 3 g醋酸铅（CH₃COO）₂Pb·3H₂O，用水溶解后加入500 g供试土壤中，搅拌混匀，调节水分至土壤田间持水量的70%。将配好的污染土壤置于室内阴凉处，老化6个月后自然风干，研磨过2 mm筛，混匀后备用。培养6个月后测定土壤中重金属铅含量为986.64 mg·kg^-1。

试验共设4个处理：对照CK（未添加修复剂）；添加1%（W/W）腐植酸钾；添加5%（W/W）腐植酸钾；添加10%（W/W）腐植酸钾。每个处理称取铅污染土40.00 g，将腐植酸钾拌入其中，充分混匀，调节水分至土壤田间持水量的70%，在25±2 ℃下恒温培养，每日用称量法补充蒸发损失的水分，保持田间持水量的70%。每个处理设3个重复，培养10 d后取出自然风干，过筛。测定其pH值、有机质，并对土壤进行重金属形态分析和生物可给性分析。

准确称取1.000 0 g 100目风干土壤样品进行BCR提取实验^{[20, 21, 22]}，提取步骤见表 2，试验待测样品使用原子吸收分光光度仪测定。

表 2 BCR提取法步骤 Table 2 Steps of BCR sequential extraction

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取培养后的风干土壤（过100目筛）1.000 0 g放入反应装置中，每个处理加模拟胃液（0.4 mol·L^-1的氨基乙酸溶液，pH值用浓HCl调至1.5）100 mL，底部通入氩气（1 L·min^-1），在37 ℃下以30 r·min^-1恒温震荡1 h，反应完成后以4 000 r·min^-1离心10 min，吸取25 mL上清液，过0.45 μm滤膜，滤液4 ℃下保存备测。生物可给性计算公式如下：

经口慢性摄入土壤的暴露量计算公式：

生物可给性修正后土壤铅危害商计算公式：

土壤铅筛选值计算公式：

根据《污染场地风险评估导则》和现有研究资料确定风险评价计算所涉及的参数取值见表 3。

表 3 健康风险评价计算参数 Table 3 Calculating parameter values of health risk assessment

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土壤pH值采用电极法测定；有机质采用重铬酸钾容量法-外加热重法测定；阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换法测定；土壤质地采用激光粒度分析仪测定；铅全量采用硝酸-氢氟酸-高氯酸消解，原子吸收分光光度仪（VARIAN AA140/240）测定；腐植酸官能团采用傅立叶变换红外光谱仪（Thermo Nicolet 6700）测定。

数据分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 11.5统计软件完成，对数据进行ANOVA方差分析，并采用LSD和Games-Howell多重比较法进行显著性检验分析（P<0.05）。所有测定数据结果以平均值±标准误的形式表示。采用Origin 8.5绘图。

腐植酸钾的红外光谱图如图 1所示，分析主要吸收峰^{[26, 27]}：3 384 cm^-1宽吸收峰主要归因于醇类、酚类、羧酸类的OH或NH的伸缩振动；2 966 cm^-1处的吸收峰归属于CH3的反对称伸缩；1 562 cm^-1处的峰为苯环或C=O的伸缩振动；1 365 cm^-1处的吸收峰为CH3、CH2的伸缩振动；1 157 cm^-1处的吸收峰为C-N产生的伸缩振动；1 078 cm^-1的吸收峰为醇类OH伸缩振动；950 cm^-1处的吸收峰归因于羧酸C-OH的面外弯曲；860 cm^-1处的峰归因于苯环CH的面外弯曲。分析确定其主要官能团为COOH、OH、C=O、C=C、C-N以及脂肪族CH₃和CH₂。

图 1 腐植酸钾的红外吸收光谱图 Figure 1 FTIR spectra of HA-K

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如表 4所示，添加腐植酸钾可显著提高土壤的pH值和有机质含量，且随着添加量的增加而显著升高。

表 4 腐植酸钾添加对土壤pH值和有机质的影响 Table 4 Effect of HA-K on pH and organic matter of soil

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添加腐植酸钾对土壤中铅化学形态的影响如图 2所示。结果显示，对照处理时，各形态所占比例及分布为可还原态（51.38%）>残渣态（32.70%）>可氧化态（8.2%）>弱酸提取态（7.9%）。随着腐植酸钾添加量的增加，土壤中铅的化学形态发生明显变化，具体表现为土壤中弱酸提取态铅和可还原态铅的含量显著降低，可氧化态铅和残渣态铅的含量显著增加。其中，弱酸提取态和可氧化态铅含量的变化最大，腐植酸钾添加量为10%时，弱酸提取态和可还原态铅较对照组下降了77.68%、22.13%，可氧化态与残渣态铅较对照组增加了85.24%、31.21%。弱酸提取态铅与土壤的结合较弱，易被植物吸收，迁移性大，且与生物毒性相关性高，而可还原态和残渣态铅较为稳定，可见腐植酸钾可有效降低铅的活性和生态风险。

图 2 腐植酸钾添加对土壤中铅化学形态的影响 Figure 2 Effects of HA-K on fractionation of Pb in soil

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如图 3所示，随着腐植酸钾添加量的增加，土壤铅的生物可给性显著降低，腐植酸钾添加量为10%时，土壤铅生物可给性由43.20%降低到34.22%，显著降低了20.78%。

图 3 腐植酸钾添加对土壤铅生物可给性的影响 Figure 3 Effects of HA-K on bioaccessibility of Pb in soil

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由表 5可知，随着腐植酸钾添加量增加，土壤铅的危害商呈降低趋势，添加比例为10%时，成人与儿童的危害商较对照组分别降低了26.40%、26.52%；土壤铅对儿童造成的危害商高于成人，约为成人的1.8倍。且随着腐植酸钾添加量增加，土壤铅的筛选值呈增加趋势；非敏感用地筛选值要高于敏感用地。

表 5 腐植酸钾添加对土壤铅危害商和筛选值的影响 Table 5 Effect of HA-K on hazard quotient and screening levels of soil

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重金属形态是重金属的生物毒性和迁移性的决定因素。重金属污染土壤的固定稳定化技术就是利用外源修复剂吸附结合重金属，改变重金属形态以降低生态风险和健康风险^{[9, 11]}。腐植酸钾是一种高分子非均一的芳香族羟基羧酸盐，溶于水，呈碱性。有研究表明提高土壤pH值，促使土壤中重金属沉淀是碱性修复剂有效的钝化机制，而土壤有机质的络合作用也是重金属化学固定的主要形式^{[8, 13]}。本研究结果表明腐植酸钾显著提高土壤pH值和有机质含量。土壤pH值的升高可促使铅离子发生沉淀（如Pb（OH）2），有效够降低土壤游离的铅离子。同时腐植酸钾含有带负电的活性基团，与土壤颗粒结合后，增加土壤颗粒表面负电荷，从而增强土壤对铅离子的静电吸附作用，也会有效降低土壤溶液中游离铅离子含量^[12]。

腐植酸钾含有的大量活性官能团[如羧基（-COOH）、羰基（-C=O）、酚羟基（-OH）、氨基（-NH2）等]可与土壤中的铅发生络合、螯合反应，通过增加铅的结合位点固定土壤中的重金属铅。本研究结果显示随着腐植酸钾添加量的增加，土壤铅从不稳定的弱酸提取态和可还原态向相对稳定的可氧化态和残渣态转化。而铅形态趋于稳定会有效减弱其在土壤中的迁移化并缓解对植物的毒害作用^{[15, 28, 29]}。因此腐植酸钾是一种有效的铅污染土壤的钝化修复剂。

进一步通过生物可给性评估处理前后铅污染土壤对暴露人群造成的健康风险，结果显示随着腐植酸钾添加量的增加，土壤铅的生物可给性呈降低趋势，危害商也随之降低。可见腐植酸钾可有效缓解污染土壤铅的生物毒性，降低对人体造成的健康风险。

根据《污染场地风险评估导则》，单一污染物可接受危害商为1。本研究中，随着腐植酸钾添加量的增加，土壤铅的危害商呈降低趋势。添加量为10%时，土壤铅对成人造成的危害商降为2.90，虽已为几个处理中最低水平，但仍高于可接受危害水平（>1）。分析其可能原因是本研究选择的是提取率较高的SBET体外消化方法，且铅污染土壤浓度较高造成的。由此，建议在对高浓度铅污染土壤进行修复时，需考虑修复方法的选择与优化，单一使用腐植酸钾无法达到修复目标值（对人体健康不产生风险的最高浓度值）。

（1）腐植酸钾可显著提高铅污染土壤的pH值和有机质含量，且随着腐植酸钾使用量的增加而增加。

（2）随着腐植酸钾的添加，土壤中弱酸提取态铅和可还原态铅的含量显著降低，可氧化态铅和残渣态铅的含量显著增大。

（3）土壤中铅的生物可给性随着腐植酸钾使用量的增加而显著降低。

（4）经口摄入铅污染土壤的危害商随着腐植酸钾添加量的增大而显著降低，儿童约为成人的1.8倍；土壤中铅的筛选值随着腐植酸钾添加量的增大而增大，非敏感用地高于敏感用地。