土壤重金屬污染現(xiàn)狀、原因、危害及修復(fù)研究

趙　銘

（江蘇圣泰環(huán)境科技股份有限公司江蘇南京211100）

土壤重金屬污染現(xiàn)狀、原因、危害及修復(fù)研究

趙銘

（江蘇圣泰環(huán)境科技股份有限公司江蘇南京211100）

土壤重金屬污染治理是一個(gè)全球性難題。我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀較為嚴(yán)峻，導(dǎo)致土壤重金屬污染的原因復(fù)雜，土壤重金屬污染不僅危害作物的生長(zhǎng)，降低作物產(chǎn)量，也會(huì)對(duì)人的健康構(gòu)成威脅，加強(qiáng)土壤重金屬修復(fù)迫在眉睫。本文通過當(dāng)前我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀、原因的分析，提出了常見的幾種土壤修復(fù)技術(shù)，并就不同技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行了討論，旨在為進(jìn)一步完善土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)提供理論支撐。

土壤重金屬污染；現(xiàn)狀；成因；修復(fù)

土壤是重要的資源，是保障人類生存繁衍的主要自然資源之一，在滿足人類社會(huì)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。但是，近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，大量農(nóng)藥、化肥以及農(nóng)資的生產(chǎn)和過量使用，進(jìn)一步加劇了土壤污染，尤其是土壤中的重金屬污染。土壤重金屬污染源復(fù)雜，后期處理難度大，成為一個(gè)世界性難題。重金屬蔬菜、“鎘大米”等諸多食品安全事件頻發(fā)，有毒有害物質(zhì)隨著農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入到了人類的食物鏈，已經(jīng)對(duì)人類的健康構(gòu)成威脅。尤其是在經(jīng)濟(jì)十分發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，以及以前的老工業(yè)基地，大量的土壤重金屬污染已經(jīng)成為制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展的一個(gè)重要影響因素。在我國(guó)，中東部部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，以及長(zhǎng)三角、珠三角和東北老工業(yè)基地周邊的土壤重金屬污染現(xiàn)象十分突出，“鎘大米”等環(huán)境事件的頻發(fā)，也折射出土壤污染治理成為了迫在眉睫需要解決的時(shí)候了，需要相關(guān)部門進(jìn)一步加強(qiáng)土壤重金屬污染預(yù)防和修復(fù)工作。

1　土壤重金屬污染現(xiàn)狀

2005～2013年12月，我國(guó)開展了第一次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查。根據(jù)2014年環(huán)保部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》公布的結(jié)果來看，我國(guó)的土壤環(huán)境狀況整體形勢(shì)較為嚴(yán)峻，尤其是土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，在一些工礦廢棄周邊的土壤重金屬污染問題尤為突出，在全國(guó)16.1%的土壤總超標(biāo)率中，輕微超標(biāo)的占到了11.2%，輕度超標(biāo)的為2.3%，中度以上的超標(biāo)情況占到了2.6%。具體來說，我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)。

1.1重金屬超標(biāo)情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)土壤受到鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000×104hm2，約占整個(gè)耕地面積的1/5，我國(guó)每年因重金屬污染而減少的糧食產(chǎn)量在1000多萬噸。在首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查的結(jié)果來看（見表1），在19%的超標(biāo)點(diǎn)位中，輕微污染的點(diǎn)位占到14.65%，輕度污染的點(diǎn)位有2.23%，中度和重度污染的點(diǎn)位分別為1.24%、0.88%。由此可見，在受調(diào)查的土壤中，輕微污染占據(jù)了大多。從污染物類型來看，超標(biāo)的重金屬污染物超標(biāo)點(diǎn)位中鎘、汞、銅、鉛、鉻、鋅、鎳的超標(biāo)比例中鎘的超標(biāo)點(diǎn)位最多，鎳次之，占比4.8%，鋅的超標(biāo)率最低。具體情況為鎘＞鎳＞銅＞汞＞鉛＞鉻＞鋅。

表1　污染物超標(biāo)情況

1.2重金屬超標(biāo)分布

從公布的土壤重金屬污染的地域分布情況來看，我國(guó)土壤重金屬污染超標(biāo)整體呈現(xiàn)出的特點(diǎn)是北方土壤重金屬污染要輕于南方發(fā)達(dá)地區(qū)，東北老工業(yè)基地、珠三角、長(zhǎng)三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的土壤重金屬污染超標(biāo)要明顯高于西部地區(qū)。在土壤重金屬超標(biāo)的范圍來看，西南以及中南等礦種富集地區(qū)的土壤重金屬污染范圍較大。

1.3重金屬污染典型區(qū)域

從《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》公布的結(jié)果來看，我國(guó)土壤重金屬污染中較為典型的地區(qū)主要集中在企業(yè)用地、工業(yè)園區(qū)以及部分采礦區(qū)和公路的沿線兩側(cè)等等。在公布的重金屬污染情況來看，排在前三位的分別是重污染企業(yè)用地、工業(yè)廢棄地和采礦區(qū)，這三個(gè)典型地塊的土壤重金屬污染的超標(biāo)率分別達(dá)到了36.3%、34.9%和33%。

2　土壤重金屬污染原因及危害

土壤重金屬污染除自然因素外，還與現(xiàn)代工礦業(yè)和農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)以及人類的活動(dòng)影響有關(guān)，是造成土壤重金屬污染的主要原因[1]。從環(huán)保部和國(guó)土資源部公布的調(diào)查的結(jié)果來看，我國(guó)土壤環(huán)境狀況總的來看，不容樂觀，尤其是一些老工業(yè)基地和采礦地區(qū)的土壤重金屬污染較重，土壤環(huán)境問題較為突出。

2.1土壤重金屬污染成因分析

從土壤重金屬的污染成因來看，一些大型工礦業(yè)較為集中地區(qū)的土壤重金屬污染或重金屬超標(biāo)現(xiàn)象十分突出。（1）工礦企業(yè)的無序開采。一些工礦企業(yè)過于追求經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)保相關(guān)設(shè)施投入不足，一些設(shè)備往往成為擺設(shè)，沒有充分的加以利用。此外，工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大量污水、尾礦渣和粉塵等未經(jīng)處理，便直接排入到周邊的土壤中，這些尾礦渣等富含較多的重金屬元素，加劇了周邊的土壤重金屬污染程度。（2）農(nóng)用物資的不合理施用。施用含有鉛、汞、鎘、砷等得農(nóng)藥和不合理施用化肥，都是導(dǎo)致土壤重金屬污染的重要因素之一。一般過磷酸鹽中含有較多的重金屬汞、銅、鋅、鉛等，磷肥次之，其中氮肥的含鉛量較高。農(nóng)用塑料薄膜生產(chǎn)應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑中含有銅和鉛，在大量施用塑料大棚和地膜過程中會(huì)加劇土壤重金屬污染。（3）高背景值地區(qū)的土壤重金屬超標(biāo)。金屬礦山的開采、冶煉，以及重金屬尾礦、冶煉廢渣和廢渣的堆放等，隨著礦山排水和降雨帶入水環(huán)境或直接排入土壤，直接或間接地造成土壤重金屬污染。比如云南、貴州、廣西土壤中，鎘、鉛、鋅、銅、砷等背景值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國(guó)土壤的背景值。這些地區(qū)主要是重金屬含量高的巖石，比如石灰?guī)r、喀斯特地區(qū)，在風(fēng)化過程中釋放的重金屬富集于土壤而產(chǎn)生。

2.2土壤重金屬污染危害

土壤重金屬污染具有長(zhǎng)期性、隱匿性、難消逝、不可逆等特點(diǎn)，受污染的重金屬在土壤中移動(dòng)性差，滯留時(shí)間長(zhǎng)，此外，重金屬難以被微生物降解，一旦經(jīng)水、植物等介質(zhì)后，被動(dòng)植物吸收后容易進(jìn)入到人類的食物鏈中，影響人類的身體健康。具體來看，土壤重金屬污染的危害主要表現(xiàn)在：（1）影響作物的生長(zhǎng)。重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中遷移直接影響到作物的生理生化和生長(zhǎng)發(fā)育，影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。比如鎘是危害植物生長(zhǎng)的有毒元素，土壤中如果鎘過高，會(huì)破壞植物葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)，減少根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，抑制根系生長(zhǎng)，造成植物生理障礙而降低產(chǎn)量。（2）影響人的健康安全。重金屬通過食物鏈最終危害人類健康。比如：鎘的生物毒性顯著，會(huì)給人體帶來高血壓、心腦血管疾病、腎功能失調(diào)等一系列問題。汞食入人體后直接沉入肝臟，對(duì)大腦視力神經(jīng)破壞極大。

3　常見的土壤重金屬污染修復(fù)方法

我國(guó)是在1982年對(duì)主要類型的土壤環(huán)境容量進(jìn)行過初步研究，提出土壤重金屬的生態(tài)效應(yīng)、臨界含量地帶性分異規(guī)律和分區(qū)等。目前，各國(guó)都十分重視對(duì)土壤重金屬修復(fù)技術(shù)方法的研究。

3.1工程治理法

工程治理法是指利用物理或物理化學(xué)原理進(jìn)行土壤重金屬污染治理的方法。目前，屬于工程治理法主要有淋洗法、熱處理法、電解法等等。工程治理法處理土壤重金屬具有效果徹底、工藝穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是實(shí)施較為復(fù)雜、治理費(fèi)用高，容易降低土壤肥力。

圖1　淋洗法

3.2生物治理法

生物治理法是指利用生物的某些習(xí)性來適應(yīng)、抑制和改良土壤重金屬污染。生物治理法中常用到的方法有動(dòng)物、微生物和植物治理。例如，利用蚯蚓、鼠類等吸收土壤中的重金屬。植物治理則是利用植物對(duì)重金屬的忍耐和積累達(dá)到清楚土壤重金屬污染效果，例如選擇使用印度芥菜可以在含有Cu、Pb、Zn等土壤條件下生長(zhǎng)，可對(duì)其中的銅離子、鋅等具有很好的富集效果。生物治理具有投資少、易管理，對(duì)環(huán)境的破壞小等諸多優(yōu)勢(shì)，但不足之處是治理慢等。

表2　常見吸附土壤重金屬植物

.3化學(xué)治理法

化學(xué)治理是向污染的土壤中投入改良劑、抑制劑等化學(xué)物質(zhì)，增加土壤中的有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，從而改變土壤的pH、Eh和電導(dǎo)等理化性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀和吸附、抑制、拮抗等作用，以實(shí)現(xiàn)降低土壤中的重金屬效果。例如向土壤中投放鋼渣，它在土壤中容易被氧化成鐵的氧化物，對(duì)銅、鋰、鋅等離子具有很好的吸附、共沉淀作用，實(shí)現(xiàn)固定金屬效果，沈陽張士污灌區(qū)大面積石灰改良，在每公頃土壤中投入1500kg～1875kg的石灰，含鎘量下降了50%。

圖2　化學(xué)修復(fù)法

4　結(jié)語

（1）工程、物理化學(xué)法在土壤重金屬污染修復(fù)中具有成本高，破壞土壤本身結(jié)構(gòu)，對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)較大且易造成二次污染等局限性，導(dǎo)致這類方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。（2）生態(tài)修復(fù)具有周期長(zhǎng)，效果不顯著等缺陷。但是植物修復(fù)法作為新興的綠色、生態(tài)、高效的修復(fù)技術(shù)得到了各界認(rèn)可，具有良好的發(fā)展前景，下一階段作為植物修復(fù)技術(shù)關(guān)鍵的超富集植物的篩選及培育將是研究土壤重金屬污染治理的熱點(diǎn)和關(guān)鍵[2]。

在生物修復(fù)法中，植物的篩選、目標(biāo)植物的生物量和修復(fù)的時(shí)間都將成為限制其發(fā)展的關(guān)鍵問題。由于污染的伴生性，對(duì)復(fù)合污染的修復(fù)效率及農(nóng)用土壤的修復(fù)都將受到一定的束縛。而農(nóng)業(yè)工程的深耕則會(huì)破壞土壤的自然性狀。目前普遍采用物理化學(xué)處理方法是向被污染土壤添加一些鈍化修復(fù)劑，降低重金屬在土壤中的有效濃度或改變其氧化還原狀態(tài)，從而有效較低其遷移性、毒性及生物有效性，最終實(shí)現(xiàn)降低土壤重金屬含量，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)的預(yù)期效果。

[1]趙美微,塔莉,李萍.土壤重金屬污染及其預(yù)防、修復(fù)研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32（6）：70-72.

[2]陳婧,王博,郭昱言,等.土壤重金屬污染及其修復(fù)技術(shù)研究[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2010,20（5）66-67.

趙銘（1981—），男，漢，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，主要從事水污染工程、土壤修復(fù)工程、環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究。