這些相互作用可以是相互促進的，也可以是彼此抑制的。因此，許多學者認為，研究重金屬與營養元素之間的相互作用，不僅有利於解決農作物重金屬汙染的問題，而且對於正確理解重金屬的毒性效應和合理、科學解決營養元素利用和重金屬積累之間的矛盾都有重要意義。
1 營養元素與重金屬之間的相互作用
重金屬與營養元素之間的相互作用是近幾年重金屬汙染生態研究領域的前沿科學問題。土壤中的重金屬與陽離子營養元素間多為拮抗作用，而與陰離子營養元素間既可能是協同作用也可能是拮抗作用。
農作物體內重金屬與營養元素間的相互作用較為復雜。氮、磷、鉀等營養元素在農作物體內蛋白質、核酸等重要物質的合成和代謝過程中起著重要的作用，體內營養元素的缺乏將會導致農作物體內物質代謝的紊亂，從而影響農作物的生長和農產品的產量。
隨著農田土壤重金屬汙染的日益嚴重，重金屬脅迫幹擾農作物營養元素的利用已成為農作物營養元素缺乏或生物有效性降低的主要原因。近30 年來，許多研究植物營養和植物生理的學者對植物體內營養元素與重金屬之間的相互作用進行了較為廣泛的研究，發現外部增加氮、磷、鉀等營養元素的供應可改善農作物體內的酶系統和代謝過程，在壹定程度上緩解受重金屬脅迫的影響。
硒能促進農作物抗氧化物質的形成，增加其對重金屬等有害物質的抗逆性，減少對重金屬的吸收。SCH?TZENDUBEL 等發現，硒和鎘都可與某些蛋白質中半胱氨酸的巰基發生部分結合，外源硒的供應可使水稻體內谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的底物谷胱甘肽含量增加，促進鎘與巰基的結合。
硒與鎘也可能形成CdSeO3，使鎘的溶解性下降，吸收量降低。硒與其他重金屬結合也能生成難溶化合物，抑制農作物對重金屬的吸收，減少植株體內重金屬的累積。硒也可能促使重金屬從農作物代謝活躍的細胞點位上移除或通過改變細胞膜對重金屬的通透性影響重金屬在其體內的轉運。
因此，施用硒肥可減少水稻等農作物鎘汙染的風險。SHANKER 等的盆栽試驗發現，硒可以降低蘿蔔對汞的吸收，原因可能是硒和汞在土壤中形成難溶化合物。
矽能促進農作物生長、改善其抗逆性，顯著降低鎘和鉛在水稻等農作物中的遷移。施入土壤的矽肥中所含的矽酸根離子可與鎘發生化學反應，形成不易被植物吸收的矽酸鹽而沈澱下來，降低農作物對鎘等重金屬的吸收。
矽作為水稻的營養元素，可以提高水稻葉片葉綠素含量、提高根系活力、降低細胞膜的透性，從而提高水稻對重金屬的抵抗能力。葉面噴施納米矽制劑可緩解重金屬對水稻的毒害作用，且籽實中鎘、鉛、銅、鋅的吸收量在噴施矽制劑後均顯著降低。另有研究表明，由於矽與鎘發生了沈澱，阻止鎘向上遷移，可以顯著降低土壤鎘的遷移能力，從而可以減少農作物地上部分的鎘積累，達到降低稻米中鎘含量的目的。
葉面噴施氮、磷、鉀等營養元素可降低或消除重金屬對農作物的毒害作用，降低農作物體內重金屬的吸收和積累。有研究表明，氮肥的施用可以減輕鉛和鋅等重金屬對冬小麥幼苗葉和根的生長抑制作用，並隨施氮量的提高而增強。
葉面噴施磷肥可以改善由鉛毒害作用引起的農作物缺磷癥狀，土壤施磷可以降低鉛的生物有效性，已在菠菜、胡蘿蔔、燕麥和黑麥草等農作物中得到了驗證。丁淩雲等研究表明，葉面噴施KH2PO4能提高水稻產量，降低鉛、鋅、鎘在稻米中的積累。SINGH 等發現，施用鉀肥可以明顯降低小麥植株中鋅的濃度。研究鎘在小麥細胞中的遷移途徑時發現，細胞壁表面的COO- 易與鎘結合而使鎘被大量截留在細胞壁上，不進入細胞膜內。
鈣、鎂、鋅等可在農作物體內與重金屬競爭吸收和運輸位點。研究表明，高濃度的重金屬有抑制農作物對鈣、鎂等營養元素的吸收和轉運的能力，如經鎘處理的小麥幼苗其莖和葉中富集的鎘含量明顯增加，而鈣、鎂等營養元素的含量明顯下降；鋅濃度的增加可降低農作物體內鎂等元素的濃度。
因此，鈣、鎂等營養元素的充足供應有利於緩解重金屬的毒害作用。這是因為農作物中的鈣、鎂有利於其根系細胞維持正常的滲透系統。
在鎘脅迫下，比較添加鈣與不添加鈣的情況發現，添加鈣可使玉米根、葉細胞器和細胞質中鈣含量顯著增加，而鎘含量顯著下降；在不添加鈣的情況下，鎘可導致葉綠體無基粒，或基粒片層排列紊亂，嗜餓顆粒數增加。這是因為鈣對鎘脅迫下玉米葉片正常結構和功能的保持具有非常重要的作用。
鐵可影響農作物的葉綠體功能、協調生理功能、影響重金屬吸收和運輸，因此通過葉面噴施改善農作物的鐵供應可在壹定程度上降低鎘等重金屬在其體內的積累。壹般情況下，農作物體內鐵含量充足，則錳、銅、鋅、鎘等重金屬含量就低；而鐵缺乏則錳、銅、鋅、鎘等重金屬含量就較高，這可能與鐵轉運子基因的表達有關。
COHEN 等研究了豌豆在鐵缺乏和鐵充足條件下的鎘吸收動力學，結果表明，鐵缺乏條件下豌豆對鎘的最大初始吸收速率為鐵充足條件下的近7 倍。鎘在不同鐵供應狀況下的吸收差異可能與IRT1 基因的表達有關，IRT1 是從擬南芥中克隆的鐵轉運子基因，鐵缺乏能夠誘導其表達，促進鐵的吸收和轉運，同時也會促進鎘等重金屬的吸收和轉運。鐵缺乏條件下鎘吸收速率的增大也可能與誘導細胞質膜中質子泵的激活有關。FeSO4 作為壹種微量元素肥料在鎘汙染土壤上施用，既能使農作物增產，又可減少鎘在農作物體內的積累。
研究表明，稀土元素對重金屬脅迫有壹定的緩解作用。葉面噴施釹或其配合物，能緩解鉛對綠豆、小白菜、菠菜的傷害。在鎘脅迫的菜豆、玉米幼苗葉片上噴施鑭，可減輕鎘對幼苗的傷害程度。葉面施用100 mg/L鑭-甘氨酸配合物能減輕鎘對小白菜造成的傷害，提高小白菜光合速率、希爾反應活力和硝酸還原酶活性，增加葉綠素及核酸含量，減少丙二醛與鎘含量，降低細胞質膜透性。
此外，施用赤黴素、己酸二乙氨基乙醇酯、氨基乙酰丙酸、水楊酸、脯氨酸、甘氨酸、甜菜堿等生理調節物質亦可減輕重金屬對農作物的毒害作用。施用細胞分裂素類物質6-芐氨基腺嘌呤可緩解汞對水花生的毒害作用。施用水楊酸、脫落酸能減輕大麥幼苗受鎘的毒害作用。噴施萘乙酸可降低鎘脅迫下大豆幼苗葉片中丙二醛和脯氨酸含量，可減輕膜脂過氧化作用及蛋白質水解，還可降低過氧化物酶(POD)活性，提高硝酸還原酶活性。
植物具有復雜的機制對元素的吸收、轉運和外排進行精密調控以適應外界環境的變化，目前關於植物元素平衡途徑及調控網絡仍不是很清楚。以往人們的研究往往停留在兩種或者少數幾種元素，但實際上植物體內元素的平衡是壹個十分復雜的過程。有人認為，近幾年興起的離子組學方法可為進壹步揭示植物體內的營養元素與重金屬之間的相互作用機制提供手段。
目前，雖然人們對農作物體內重金屬與營養元素的關系已做了較為廣泛的探討，但總體上對相關機制研究還不深入。研究條件、研究方法及供試農作物的不同，獲得的結論不盡相同，甚至相互矛盾。有關重金屬與營養元素之間的交互作用更有待深入研究。
2 葉面生理阻控技術的發展現狀
利用農作物葉面生理阻隔劑阻控農作物體內重金屬積累是近年來中國農田重金屬汙染防治研究的壹個新方向，主要通過在農作物細胞壁上沈澱或螯合重金屬以及提高農作物對重金屬抗逆性等手段來減少甚至完全阻斷重金屬向食物鏈轉移。由於這壹技術具有成本低、環境友好、操作方便等優勢而倍受國內研究者的青睞。從國內現有的相關專利來看，現有的葉面生理阻隔劑大致有以下幾類：
(1)矽基(包括有機矽和無機矽)成分的葉面生理阻隔劑，相關專利有103789114A(專利號，下同)、101907029A、103864531A、105075763A、101851133A、101830735A 等。
(2)硒或稀土元素成分的葉面生理阻隔劑，相關專利有103804091A、102356739A、104788156A、104322335A、101597191A、104003815A、103766182A、102964177A 等。
(3)氮、磷、鉀及常規微量元素(鈣、鎂、鐵、硼、錳、鋅、鉬、鈦、硫)為主要成分的葉面生理阻隔劑，相關專利有103749223A、103314999A、103314693A、10501039A、101507400A、102653486A、104478556A、104082341A 等。
(4)農作物生理調節物質類葉面生理阻隔劑，相關專利有103392401A、104025921A、102356739A、102550313A、104823738A、101940112A、103980030A、103936495A、102653486A、102653485A、104221796A、104322336A、101940113A、103650817A 等。
目前，中國從事農作物葉面生理阻隔劑產品開發及試驗效果研究的機構主要集中在東部和中南部地區，以高校、科研機構為主，也有部分基層農業部門。常用的試驗農作物主要有水稻、蔬菜、瓜果等。涉及的重金屬以鎘為主，鉛、砷、汞等也有涉及。
由於歐美國家耕地資源問題相對不是很突出，因此相關專利不多。在美國專利局、歐洲專利局、世界貿易組織的知識產權組織等網站僅檢索到的3項相關專利，其中1 項還是中國學者申報的。
從壹些初步的試驗結果來看，使用葉面生理阻控技術的效果因產地、農作物類別不同而不盡相同。
李芳柏等的試驗結果表明，葉面噴施矽肥，水稻增產29.6%，稻米砷下降28.2%(質量分數，下同)，鎘下降40.2%。
王世華等的盆栽試驗表明，噴施矽肥後，水稻谷物中鎘下降17%～53%，鉛、鋅、銅分別下降26%～41%、29%～34%、45%～53%。
劉傑的試驗表明，葉面噴施降鎘靈葉面矽肥，水稻谷物增產5%，鎘下降40%，抑制了重金屬由葉面向籽粒遷移。
崔曉峰等發現，葉面噴施矽肥可促進生菜生長，提高POD 和超氧化物歧化酶(SOD)等活性，生菜地上部分鎘和鉛分別下降33.5%～40.1%、55.2%～63.3%。
劉傳平等的研究表明，葉面噴矽肥後水東芥菜中鎘、砷、鉛分別下降24.5%、26.4%、22.5%；同時，噴施矽肥和鈰肥，鎘、砷、鉛分別下降42.6%、40.0%、36.8%。
劉吉振等的研究表明，噴施矽後，盆栽辣椒中鎘下降13.4%～26.1%。
葉面噴施硒肥對農作物中重金屬的下降也有明顯的效果。蔣斌研究表明，葉面噴施納米硒肥和硒+殼聚糖復合肥，水培生菜中鎘分別下降19.24%、21.13%。水稻葉面噴施硒肥後，稻米增產16.2%，鎘下降8.6%～17.8%。蔬菜和瓜果葉面噴施硒肥後，西紅柿和蒜苗中鎘均下降24.46%；番茄和黃瓜中鎘下降60.6%～75.8%；西瓜中鎘下降6.61%～66.13%，鉛下降4.55%～83.33%，同時其膜脂過氧化產物丙二醛含量也有所下降；草莓葉片和果實中鎘分別下降10.20%～94.65%、18.33%，鉛分別下降38.86%～76.80%、77.71% ；柿子中的鎘、鉛和汞含量顯著降低。噴施硒、矽、鉬復合肥，小白菜、辣椒中鎘均下降1.9%～20.6%。硒和矽的聯合噴施，水稻產量可增加43.8%，谷物中砷可下降46%。
葉面噴施稀土元素，能降低玉米、綠豆、小白菜等農作物的鎘毒和鉛毒癥狀；生菜地上部分鎘和鉛分別下降31.7%～45.3%、26.7%～71.4%；番茄中鎘下降19.4%～37.0%，黃瓜中鎘下降32.0%～49.8%；油菜莖葉中銅、鋅、鎘、鉛和鎳分別下降2.91%～7.82%、2.91%～6.99%、7.26%～20.92%、6.32%～15.79%、7.69%～21.31%；水東芥菜中鎘、砷、鉛分別下降22.9%、26.0%、32.5%。葉面噴施鋅，生菜鎘下降37.02% ；西紅柿鎘下降37.01%，對鉛無明顯的影響；糙米鎘下降41.9%。葉面噴施鐵，菜心鎘、鉛、銅分別下降4.3%～35.5%、6.17%～50.30%、8.34%～33.40%；蕃茄果實中鎘下降2.8%～8.2%。
3 應用前景
重金屬與許多生命必需的營養元素相互影響雙方的功能發揮，補充營養元素可減輕農作物中重金屬的毒害作用。矽、硒、氮、磷、鉀、鈣、鎂以及壹些微量元素是農作物的有益元素，采用葉面噴施作為生理阻隔劑不僅可在壹定程度上阻控農作物中重金屬的積累，還能促進農作物生長、產量增加、品質改善。由於成本低、操作方便，許多研究者認為，對於中輕度汙染土壤，葉面噴施是壹種方便有效、不誤農事的生理阻隔方法，有著較為廣闊的應用前景。
與國外相比，中國對葉面生理阻隔劑探討的範圍較廣，生理阻隔劑產品研發與應用研究走在了世界的前列，特別在水稻中重金屬控制的應用研究上。但有關葉面生理阻隔劑控制農作物中重金屬含量的基礎理論研究還不及國外。目前，中國利用農作物葉面生理阻隔劑調控農產品中重金屬積累的技術還是不夠成熟，大多數產品缺乏廣泛的田間試驗評估，施用效果不夠穩定，施用方法有待提升。由於缺乏統壹的、規範化的標準，當前中國葉面生理阻隔劑品種繁多，令使用者無所適從，急需建立規範化的葉面生理阻隔劑標準；同時，由於缺乏規範化的施用技術，使用者由於不規範操作導致達不到應有的施用效果。因此，應重點加強以下方面的研究：
(1) 農田重金屬汙染高效農作物葉面生理阻隔劑研發。在現有研究的基礎上，深入探討不同農作物葉面生理阻隔劑控制農產品中重金屬的效果，從而篩選出高效的農作物葉面生理阻隔劑。
(2) 農作物葉面生理阻隔劑的適用範圍研究。在不同地區、不同輪作制度及不同水肥管理情況下，研究葉面生理阻隔劑對農作物重金屬的阻隔效果，從而確定其適用範圍，探討環境因素(溫度、濕度、光照、土壤肥力)、噴施時間、噴施劑量及濃度、噴施次數等對葉面生理阻隔劑阻隔農作物吸收重金屬的影響。
(3) 篩選能提高葉面生理阻隔劑效率的助劑，進行復合型葉面生理阻隔劑的研發。通過葉面生理阻隔劑與表面活性劑、絡合劑、植物生長調節劑等配合施用，篩選出低毒且能高效阻隔重金屬吸收的配方。在此基礎上，進壹步通過多種配方的搭配試驗，研究復合型葉面生理阻隔劑。
(4) 加強葉面生理阻隔劑的田間示範及施用技術與規範研究。選擇較成熟的葉面生理阻隔劑可在多地開展田間示範研究，在實際應用中不斷矯正施用技術以提高其效率，最終形成相關技術規程。