重金屬在土壤中的環(huán)境行為及影響因素

摘 要：重金屬的開采、提煉等活動是環(huán)境重金屬污染最主要的來源，一旦進入外環(huán)境并將長期存在且危害是長遠的。本文闡述了重金屬在土壤中的環(huán)境行為，并分析了影響因素，對于土壤重金屬形態(tài)的研究和環(huán)境風險的評估有重要的意義。關鍵詞：重金屬 土壤 環(huán)境行為一、引言通常地，大多數的重金屬元素是周期表中的副族元素，ρ>4.5g/cm3，如Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cr、Hg、Cd等，對人體傷害極大。但針對環(huán)境領域所指的重金屬而言，則是在環(huán)境中表現(xiàn)為具有顯著生物毒性的重金屬。在自然環(huán)境中，具有可變價態(tài)的重金屬元素往往又能與其他元素結合，表現(xiàn)出極為復雜的環(huán)境行為及環(huán)境效應。當含有濃度很小重金屬的廢水進入水環(huán)境時，也有可能造成嚴重的水體重金屬污染，如日本發(fā)生的水俁病和骨痛病等公害問題，均是由重金屬污染所導致的。此外，含有重金屬的廢水、廢渣進入土壤環(huán)境，也會造成難易修復的土壤環(huán)境重金屬污染，影響植物生長發(fā)育，最終通過食物鏈的富集作用進入人體，威脅人來健康。因此，應嚴防重金屬污染。二、重金屬在土壤中的環(huán)境行為重金屬在土壤中的環(huán)境行為大致分為機械遷移、物理化學遷移及生物遷移，其主要表現(xiàn)有元素的溶解和懸浮運動、被植物根系吸收、伴隨土壤中微生物的代謝。1.機械遷移。土壤中的重金屬或絡合離子能隨地下水或地表水的運動遷移至水環(huán)境當中。但土壤是一個多相的疏松多孔膠體體系，重金屬往往會礦物顆粒包裹，或者被吸附在土壤膠體的表面上，伴隨著土壤中的水流動而被機械搬運，尤其是在多雨潮濕地區(qū)的山坡土壤中，重金屬的機械遷移更加明顯；但在干旱少雨的土壤環(huán)境中，更多的是以塵土形式隨風被機械搬運。在自然環(huán)境中，富集作用是機械遷移的一種主要的形式，富集系數是用來表示重金屬在土壤中的富集或虧損的程度。2.物理化學遷移。物理化學遷移是指重金屬元素以簡單的粒子、配合離子或可溶性分子在水環(huán)境中通過各種物理化學作用達到遷移轉化的目的，其結果決定了重金屬在環(huán)境中的形態(tài)、富集程度和潛在危害等級。土壤環(huán)境中的重金屬污染物能以離子交換、絡合-螯合等形式和土壤膠體相結合，或者發(fā)生溶解與沉淀反應。2.1重金屬和無機膠體結合。通常包括非專性吸附（即為離子交換形式的吸附）和專性吸附，專性吸附是土壤膠體以共價鍵、配位鍵的形式將重金屬離子吸附。2.2重金屬和有機膠體結合。土壤中的有機膠體能將重金屬絡合或者螯合，有的還能被其表面吸附。從吸附角度來講，土壤中有機膠體的吸附量遠大于無機膠體，但有機膠體的總量遠小于無機膠體。2.3溶解和沉淀作用。重金屬化合物的溶解和沉淀反應是土壤中重金屬化學遷移的重要形式，其過程是離子的多相平衡，必須遵循溶度積規(guī)律，再結合土壤的具體環(huán)境條件（主要有pH和Eh），了解其規(guī)律，能進一步控制土壤中重金屬的遷移和轉化。3.生物遷移。生物遷移指重金屬通過生物的新陳代謝過程實現(xiàn)的一種復雜的遷移，該過程伴隨著生物的生長發(fā)育直至死亡，服從生物學的一般規(guī)律。植物根系從土壤中吸收某種形態(tài)的重金屬，并富集在植物體內。除植物根系的吸收之外，土壤中的大量微生物也會吸收或啃食表層土壤或植物殘體，生物殘體又能讓重金屬返回土壤，這也是一種重金屬生物遷移的途徑。三、重金屬環(huán)境行為的影響因素1.土壤膠體的吸附作用。土壤中含有大量的無機和有機膠體，吸附能力與離子的性質和膠體類型有關。土壤膠體對陽離子的吸附能力與陽離子價態(tài)和離子的水合半徑有關，價態(tài)越高，電荷數越多，吸附靜電作用力就越強，作用力也就越大，所以吸附強度也越大。離子的半徑大，水合半徑小，容易被土壤膠體的表面吸附。土壤膠體的結構和電荷密度均對陽離子的吸附有較大的影響。此外，不同的溶液濃度或者土壤中存在絡合劑時，土壤膠體對陽離子的吸附順序有變化。2.重金屬的配合作用。土壤環(huán)境中的重金屬元素可與各種無機或者有機配位體發(fā)生絡合或螯合形式的配合作用。當土壤環(huán)境中重金屬離子的濃度較高時，吸附形式以吸附交換為主，而當重金屬離子濃度較低時，則以絡合或螯合的配合作用為主。然而，當存在羥基配合或氯配合時，難溶重金屬化合物的溶解度得到了大大的提高，同時，削弱了土壤膠體對重金屬的約束，溶解度得到進一步的提高。3.重金屬的溶解和沉淀作用。重金屬在土壤環(huán)境中發(fā)生沉淀反應或溶解作用是土壤中重金屬遷移的重要形式之一，主要受土壤的pH、氧化還原電位Eh和土壤中的其他物質等因素的影響，在特定的環(huán)境條件下再依據溶度積原理了解其變化的一般規(guī)律。當土壤pH上升到氧化物的零點電荷之上時，膠體表面為負電，此時土壤對重金屬的吸附能力顯著增加。土壤Eh是影響重金屬元素行為的關鍵因子之一，直接影響到重金屬元素的價態(tài)，最終導致重金屬化合物的溶解度發(fā)生明顯變化。當配位體的濃度越大，生成可溶性絡合物或螯合物越穩(wěn)定，則生成的沉淀越趨向于溶解。四、重金屬的形態(tài)與生物活性當然，不同形態(tài)的重金屬元素在環(huán)境中的釋放難易程度均不同，生物可利用性也不盡相同?？山粨Q態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)與土壤結合程度偏弱，是土壤-水體系和土壤-植物體系中重金屬元素容易遷移的活性形態(tài)，是最容易被釋放出來的形態(tài)；Fe-Mn氧化物結合態(tài)是重金屬元素在還原環(huán)境下比較易釋放的形態(tài)；有機結合態(tài)是重金屬元素在有機質分解時會逐漸被釋放出來。在不同的土壤環(huán)境下，重金屬元素的賦存形態(tài)與土壤的類型、土地的利用方式以及土壤的pH、Eh、無機和有機膠體的量等因素有重要的關系，也能影響作物對重金屬元素的吸收。土壤環(huán)境中重金屬的生物活性主要包括生物可利用性和遷移轉化能力、淋溶能力。重金屬的生物可利用性是指重金屬元素能被生物吸收或對生物產生毒性的性狀，可由間接的毒性數據或生物體的濃度數據來進行評價。五、結語重金屬污染物是一類典型的優(yōu)先控制污染物，重金屬污染是目前土壤環(huán)境面臨嚴重的問題。重金屬的環(huán)境毒性不僅與總量有關，往往還取決于環(huán)境因素和重金屬的形態(tài)。研究重金屬在土壤中的環(huán)境行為對于進一步治理和修復土壤重金屬污染有積極的作用。參考文獻：[1]趙燕鵬， 李剛. 湖南某錳渣庫重金屬污染的綜合治理[J]. 現(xiàn)代礦業(yè)， 2017， 574（2）： 181-183. [2]杜兵， 周長波. 電解錳廢水處理技術現(xiàn)狀及展望[J]. 工業(yè)水處理， 2010（12） ： 34-37.[3]曹昌， 李永華. 湖南重金屬污染令人觸目驚心[J]. 環(huán)境教育， 2014（12） ： 27-30. [4]汪啟年， 王璠， 高小娟. 我國電解金屬錳廢水處理技術研究[J]. 中國錳業(yè)， 2011（2） ： 10-14. [5]孫寧， 王兆蘇， 盧然， 等. “十三五”重金屬污染綜合防治思路和對策研究[J]. 環(huán)境保護科學， 2016（2） ： 1-7.作者簡介：羅樂（1987—）男。重慶銅梁人。講師。碩士研究生。研究方向：化工環(huán)保?！痦椖浚褐貞c工程職業(yè)技術學院2017年院級科研課題（KJA201702）.