土壤重金屬污染來(lái)源研究綜述

吳迪+董彬+尉海東

摘 要：土壤重金屬污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，受到學(xué)者的重視，已成為研究的熱點(diǎn)和重要方向。該文在大量查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)土壤重金屬污染來(lái)源情況進(jìn)行了綜述，可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)2個(gè)方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)包括地膜、施肥和污水灌溉；工業(yè)生產(chǎn)包括工業(yè)廢渣堆放、燃煤電廠和采礦。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬污染；來(lái)源

中圖分類號(hào) X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）23-0058-3

Abstract：The soil heavy metal pollution is paid increasingly attention，becoming a hotspot and important direction in the research fields. In this paper，the soil heavy metal pollution situation were summarized on the basis of a large number of relevant document which is divided into two aspects：agricultural production and industrial production.The first one includes film，fertilizer and sewage irrigation while the industrial production includes industrial waste residue，coal-fired power plants and mining.

Key words：Soil；Heavy metal pollution；Sources

我國(guó)學(xué)者對(duì)土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)此污染來(lái)源范圍十分廣泛，經(jīng)進(jìn)一步分析確定人類在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的活動(dòng)是導(dǎo)致重金屬進(jìn)入土壤的重要途徑，甚至造成土壤重金屬污染。土壤中的重金屬在一定條件下可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，受土壤類型及其利用方式，土壤理化性質(zhì)，土壤膠體的種類與含量的影響，重金屬發(fā)生價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)出不同程度的活性和毒性，從而對(duì)動(dòng)植物造成很大的危害[1]。本文在充分認(rèn)識(shí)不同來(lái)源的土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其危害的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，以期更加有效地實(shí)施防治措施以保護(hù)土壤。

1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

1.1 地膜 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上農(nóng)用地膜因其穩(wěn)定性得到廣泛應(yīng)用。Cd、Zn、Pb、Ba、Sn等重金屬元素的鹽類具有熱穩(wěn)定性，在地膜生產(chǎn)過(guò)程中作為熱穩(wěn)定劑加入。農(nóng)用地膜覆蓋在作物表層，長(zhǎng)期暴露于自然環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)陽(yáng)光照射，風(fēng)吹雨淋等過(guò)程，不斷老化至破碎。作物收獲后，破碎的地膜遺留在田間土壤，由于其難降解性，隨著地膜使用量和使用年限的不斷增加，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，易造成土壤重金屬的污染，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全與生態(tài)健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[2]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，土壤中大量地膜殘留會(huì)導(dǎo)致重金屬Pb、Cd的含量超標(biāo)，且土壤中重金屬Pb、Cd的含量與地膜殘留量成正相關(guān)。對(duì)不同量的地膜殘留土壤中生長(zhǎng)的植株研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)在高倍地膜殘留量的土壤中植株中Pb和Cd的含量高于生長(zhǎng)在低倍殘留量的土壤中的植株[2]。地膜的使用不但會(huì)使得土壤中相關(guān)重金屬元素含量的增加，而且會(huì)改變土壤中重金屬元素的生物有效性[2]。受協(xié)同作用影響，土壤中可交換態(tài)的重金屬含量增加，對(duì)土壤環(huán)境安全構(gòu)成威脅。

相關(guān)重金屬通過(guò)質(zhì)流、擴(kuò)散、截獲作用到達(dá)作物根部，作物通過(guò)主動(dòng)吸收、被動(dòng)吸收等方式吸收重金屬，通過(guò)食物鏈重金屬隨之進(jìn)入人體。隨著地膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用，由于地膜使用而造成的土壤重金屬污染現(xiàn)象日益受到重視，地膜中重金屬對(duì)土壤-作物系統(tǒng)影響的研究將成為一個(gè)重要的研究課題。

1.2 施肥 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為達(dá)到高產(chǎn)，施肥量日益增加，除了以磷肥為代表的化肥中含有重金屬，日益興起的垃圾肥、污泥肥也是土壤重金屬污染的重要來(lái)源[3]，土壤環(huán)境對(duì)重金屬元素的容量是有限的，受過(guò)量、短周期等不合理施肥因素的影響，土壤中重金屬迅速富集，甚至污染土壤[3]。同時(shí)，由于化肥的過(guò)量使用導(dǎo)致土壤的酸化，而對(duì)處于酸性條件下的土壤重金屬離子活性提高，毒性效應(yīng)則加強(qiáng)。因此，由施肥引起的土壤重金屬污染問(wèn)題受到中外學(xué)著的廣泛關(guān)注[4]。

1.2.1 磷肥 由于磷礦石中含有一定量的重金屬元素，多數(shù)磷礦石含鎘5～100mg/kg，在將其用作生產(chǎn)磷肥的原料時(shí)，重金屬大部分或全部進(jìn)入肥料中。一方面，施肥導(dǎo)致重金屬隨進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)。另一方面，氮、磷和有機(jī)肥配施后，作物生長(zhǎng)明顯改善，作物對(duì)Cd、Cr的吸收能力增強(qiáng)；土壤中增加的有機(jī)質(zhì)與重金屬作用形成絡(luò)合物，重金屬的生物有效性得以提高[5-6]。相關(guān)研究表明，土壤中有效態(tài)Cd的含量受磷肥及復(fù)合肥施用量的影響，與肥料用量呈正相關(guān)；同時(shí)，此環(huán)境下生長(zhǎng)的作物中Cd元素含量增加。

1.2.2 垃圾肥 生活垃圾堆肥中含有大量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[7]以及重金屬元素，相關(guān)成分會(huì)隨施肥過(guò)程進(jìn)入土壤。由于大量施用垃圾堆肥，重金屬在土壤中大量富集甚至土壤承受力達(dá)到自身的限度，將導(dǎo)致作物和蔬菜產(chǎn)量減少[8]。楊新華等對(duì)在連續(xù)2年使用垃圾堆肥的土壤中種植的玉米進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在玉米籽粒中的重金屬含量較低，不會(huì)導(dǎo)致玉米產(chǎn)量顯著降低或者對(duì)人體造成威脅[9]。因?yàn)橥寥乐兄亟饘俚亩拘允艽嬖谛螒B(tài)的影響，而存在形態(tài)又與土壤理化性質(zhì)有關(guān)，可交換態(tài)重金屬（遷移能力較強(qiáng)）隨pH升高而減少，而碳酸鹽結(jié)合態(tài)鐵、錳化合物結(jié)合態(tài)重金屬（遷移能力較弱）隨pH升高而增加[10]，故在堿性土壤中重金屬表現(xiàn)的毒性低于酸性土壤的，而試驗(yàn)區(qū)土壤pH恰在8.0左右。對(duì)于垃圾肥進(jìn)行農(nóng)業(yè)推廣利用需要針對(duì)不同類型的土壤[11]，而且考慮到重金屬的富集性及難降解性，所以還要進(jìn)一步對(duì)不同類型土壤進(jìn)行短期及長(zhǎng)期肥效實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 污泥肥 施用污泥堆肥的土壤Cr和Hg含量雖顯著增加，但均低于“GB15618-1995（《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》）”的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因而也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于農(nóng)業(yè)用地二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11]。短期內(nèi)施入污泥堆肥后，對(duì)相關(guān)土壤和在施用污泥肥的土壤中收獲的作物籽粒進(jìn)行重金屬含量分析[12]，結(jié)果顯示，土壤未受相關(guān)重金屬的污染。若長(zhǎng)期將污泥肥農(nóng)用是否會(huì)造成土壤重金屬污染則要考慮污泥肥中重金屬的含量[11]，還需開(kāi)展進(jìn)一步的相關(guān)研究。

1.3 污水灌溉 中國(guó)是貧水大國(guó)之一，同時(shí)也是水污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重的國(guó)家。重金屬相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)是污灌水中重金屬的來(lái)源，不合理的無(wú)水灌溉措施為土壤重金屬污染埋下隱患。在我國(guó)北方地區(qū)普遍引污水灌溉農(nóng)田，以緩解農(nóng)業(yè)用水短缺現(xiàn)象[13]，而且污灌能顯著提高土壤肥力、促進(jìn)糧食生產(chǎn)。但與此同時(shí)，伴隨污灌產(chǎn)生的是各種重金屬元素在土壤中富集問(wèn)題，重金屬通過(guò)土壤-作物系統(tǒng)遷移和食物鏈傳輸作用[14]，對(duì)人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[15-17]。實(shí)驗(yàn)表明，土壤受重金屬污染的程度受污水灌溉歷史的影響，并且距離灌溉渠道愈近受污染現(xiàn)象愈嚴(yán)重及潛在土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)成顯著影響。鑒于污水灌溉區(qū)土壤重金屬表現(xiàn)出的較強(qiáng)的生態(tài)危害性，應(yīng)及時(shí)采取必要防治措施，調(diào)整土壤利用結(jié)構(gòu)，確保農(nóng)田環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)[18]。

2 工業(yè)生產(chǎn)

2.1 工業(yè)廢渣 工業(yè)廢渣中富集有大量重金屬元素，長(zhǎng)期露天堆放于空地上，經(jīng)過(guò)大氣沉降、雨雪淋溶、浸透等方式可溶成分隨水向土壤遷移轉(zhuǎn)化，致使廢渣堆放及其周邊地區(qū)的土壤受到不同程度的重金屬污染[19]。對(duì)長(zhǎng)期堆放工業(yè)廢渣的周邊土壤進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Cr、Zn、Pb、Cu等4種重金屬含量均高于監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?倍以上[13]，表明長(zhǎng)期堆放的工業(yè)廢渣經(jīng)過(guò)一系列的遷移轉(zhuǎn)化，會(huì)對(duì)土壤造成重金屬污染。

2.2 燃煤電廠 劉雯等對(duì)電廠周?chē)耐寥肋M(jìn)行重金屬含量及污染程度2項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示燃煤電廠周?chē)鶦u、Pb、Zn等典型重金屬的含量均高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸礫20]，且土壤中相關(guān)重金屬的含量與低頻和高頻磁化率呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，與頻率磁化率成明顯的負(fù)相關(guān)[21]故提出用磁化率反映土壤中重金屬含量，此指標(biāo)為環(huán)境磁學(xué)方法監(jiān)測(cè)土壤重金屬污染提供科學(xué)依據(jù)[22]。由于環(huán)境磁學(xué)方法簡(jiǎn)便、快速，不會(huì)對(duì)研究土壤造成破壞，成為研究土壤重金屬污染問(wèn)題的新手段[22]。利用磁學(xué)方法，監(jiān)測(cè)土壤重金屬污染的分布、范圍、程度和來(lái)源，分析污染成因和發(fā)展趨勢(shì)，篩選重金屬污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域[23]，為政府部門(mén)提供環(huán)境管理和士壤污染治理的科學(xué)依據(jù)。此外，以各種工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程等人類活動(dòng)引起污染的重金屬載體磁性氧化鐵為中心[24]，探索各種成因的重金屬污染過(guò)程和污染機(jī)理、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其環(huán)境行為等，將成為今后研究重點(diǎn)內(nèi)容[25]。

2.3 采礦 礦物中富含有重金屬元素，尾礦處理不當(dāng)會(huì)對(duì)周邊土壤生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅。龍健等通過(guò)對(duì)礦區(qū)微生物（學(xué)術(shù)界公認(rèn)的最有潛力的用于評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)）特征進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)微生物受重金屬污染的影響表現(xiàn)出呼吸速率減弱、qCO2值明顯升高、生物量顯著降低、酶活性多被抑制的生理現(xiàn)象[26]，從而確定了實(shí)驗(yàn)所在礦區(qū)土壤受到重金屬污染的狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

土壤污染現(xiàn)象被形象的描述為“化學(xué)定時(shí)炸彈”，我國(guó)土壤污染日益嚴(yán)重，通過(guò)制定相關(guān)的法律法規(guī)來(lái)防范土壤重金屬污染，將此項(xiàng)工作步入法制化軌道已是刻不容緩[26]。防止污染是防治污染的重要手段，找出一切可能造成土壤重金屬污染的途徑，從源頭上控制污染物的不達(dá)標(biāo)排放，切斷污染源，防止重金屬對(duì)土壤造成污染[1]。規(guī)范污水灌溉標(biāo)準(zhǔn)，確保灌溉農(nóng)田用水符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》；合理使用化肥、農(nóng)藥和地膜，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施規(guī)范化管理；對(duì)有關(guān)重金屬的工廠企業(yè)的“三廢”排放進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控等，建立起“源頭監(jiān)控”的機(jī)制，從而有效緩解我國(guó)的土壤重金屬污染的程度，最終使得土壤重金屬污染問(wèn)題從根本上得到解決[1]。

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（責(zé)編：張宏民）