我國土壤重金屬污染的來源、現(xiàn)狀、特點及治理技術

楊 蕾

（江西財經(jīng)大學，南昌 330013）

1 土壤重金屬污染的來源

1.1 隨大氣沉降進入土壤的重金屬

在能源開采、化石燃料燃燒、交通運輸、金屬冶煉以及建筑材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵及廢氣中含有大量的重金屬，除汞之外，大部分重金屬會以氣溶膠的狀態(tài)進入大氣中，經(jīng)過一系列的自然沉降及降水過程進入土壤中。研究數(shù)據(jù)顯示，在化石燃料燃燒時，煤中含有的鎘、鉻、鉛、汞以及石油中含有的汞等重金屬元素會隨煙塵進入大氣中，并且有10%～30%的重金屬會在距離排放源10 km左右的范圍內自然沉降。據(jù)統(tǒng)計，每年因煤等化石燃料燃燒而排放到大氣中的汞高達1 600 t。

1.2 隨污水流入土壤的重金屬

污水灌溉作為一項傳統(tǒng)的農業(yè)技術，是利用污水解決灌溉區(qū)干旱問題、支持水資源短缺地區(qū)農業(yè)生產(chǎn)的重要農業(yè)方式。污水主要來源于居民生活污水、工業(yè)礦區(qū)污水、石油化工污水以及城市混合污水等。不同來源的污水中含有的重金屬類型及其含量存在顯著差異，其中居民生活污水含有的污染物最少而常被作為灌溉用水的首選對象。然而，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，未經(jīng)分流及凈化處理的工業(yè)生產(chǎn)污水大量排入下水道并與生活用水混合，使得大量重金屬進入農田灌溉區(qū)土壤中，并以多種方式被土壤截留，導致重金屬元素不斷在土壤中積累并從土壤表層到逐漸遞減式分布。

1.3 隨固體廢棄物進入土壤的重金屬

含有重金屬元素的固體廢棄物與土壤長時間接觸是造成土壤重金屬污染的一個重要因素。在堆放及處理過程中，固體廢棄物中含有的重金屬元素因日曬、雨淋、水洗等因素極易產(chǎn)生移動，并向周圍土壤、水體中以漏斗狀或輻射狀不斷擴散[1]。風的傳播作用也是使攜帶重金屬元素的固體廢棄物進入土壤的一個常見方式。除此之外，某些固體廢棄物有時被直接作為肥料或加工成農用化肥施入土壤中，從而造成嚴重的土壤重金屬污染，如農業(yè)中廣泛使用的磷石膏、磷鋼渣等工業(yè)廢棄物。

1.4 隨農用物資進入土壤的重金屬

隨著現(xiàn)代農業(yè)技術的進步，化肥、農藥、地膜等農用物資在農業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，在推動農業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。然而，部分農民環(huán)保安全意識欠缺，農業(yè)企業(yè)為了經(jīng)濟利益長期不合理使用農用物資，造成了我國土壤重金屬污染嚴峻的現(xiàn)狀。例如，含有鈷、鋅等元素的殺真菌農藥常常被大量使用于果樹及溫室大棚，使得種植區(qū)內土壤中的鈷、鋅濃度累積到超標值；含有大量鎘元素的磷肥的不斷施用，使得土壤中含有的鉻元素不斷增加而超標，農作物吸收的鉻元素也隨之增加。

2 土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

有關調查數(shù)據(jù)顯示，目前我國有將近1/5的土地正不同程度地遭受著重金屬的污染，受重金屬污染的土地面積約為0.1億hm2。同時，我國農業(yè)糧食的產(chǎn)量每年因土壤重金屬污染減少約1 000萬t，而被重金屬污染的糧食高達1 200萬t，遭受的經(jīng)濟損失合計約為200億元。我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀嚴峻，具體表現(xiàn)在以下方面。

2.1 呈現(xiàn)顯著的區(qū)域性分布

通過研究有關抽樣調查數(shù)據(jù)可知，我國土壤重金屬污染狀況呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域性分布。在調查結果中，東部、中部、西部三大地區(qū)污染程度存在顯著差異，其中中部地區(qū)城市土壤重金屬污染率最高，相比之下，東部和西部污染率較低。主要原因可能是中部地區(qū)煤炭礦區(qū)及金屬礦區(qū)的大量開采造成的重金屬泄露最嚴重，我國三大地區(qū)土壤重金屬污染狀況如表1所示。目前，東部地區(qū)的遼寧、江蘇、廣東，西部地區(qū)的貴州、陜西、云南、重慶以及中部地區(qū)的陜西、湖南、河南等14個省份已成為我國土壤重金屬污染的重點關注地區(qū)。

表1 我國三大地區(qū)土壤重金屬污染狀況

2.2 無機元素為主要污染物

目前，從我國土壤點位超標率來看，無機元素為土壤主要污染物，鉻、鋅、鎘、銅、砷、鉛、汞、鎳等8種無機元素為主要超標元素。其中，鎘元素超標點位最多，鎳元素、汞元素次之，鋅元素、鉻元素最少。從地區(qū)分布來看，主要污染物地區(qū)間分布存在差異。華南地區(qū)部分省市有近一半的耕地受到砷、鎘、汞等金屬元素的污染；東北部的遼寧、吉林、黑龍江等地的舊工業(yè)區(qū)、污水灌溉區(qū)及城市郊區(qū)存在嚴重的汞、鎘、砷、鉻、鉛元素污染；西部土壤重金屬污染最為嚴重的云南、四川、內蒙古河套等地存在砷、汞、鎘、砷元素超標，有關數(shù)據(jù)顯示，河套地區(qū)土壤砷元素污染正威脅著將近30萬人的身體健康。

2.3 污染治理難度大

重金屬很難自然降解，耕地土壤一旦被重金屬污染，幾乎不可能自然恢復。同時，重金屬極易被土壤中的膠體吸附并不斷富集，隨著時間的推移，土壤重金屬污染會愈演愈烈。其中，過渡元素的重金屬化學活性較高，比較容易發(fā)生化學反應而以多種形態(tài)存在。受人類活動及農作物的影響，耕地土壤中的pH值不斷發(fā)生變化，土壤中的重金屬隨之進行多種化學反應并呈現(xiàn)出不同的價態(tài)及形態(tài)。由于不同價態(tài)的重金屬在毒性及穩(wěn)定性等方面存在較大差異，土壤中以多種形式累積的重金屬十分難以處理。此外，由于重金屬污染難以通過感官識別，土壤重金屬污染往往在土壤中潛伏較長時間或產(chǎn)生嚴重危害后才能被察覺，這大大增加了土壤重金屬污染治理的成本及難度。

3 土壤重金屬污染的特點

3.1 隱蔽性和滯后性

相比于通過人體感官就能察覺的大氣污染及水污染，土壤污染很難被人體感官所識別，通常需要通過農作物測驗、土壤采樣分析等手段才能被發(fā)現(xiàn)，有時發(fā)生在某些貧困偏遠地區(qū)的土壤重金屬污染直到危害人畜的健康后才能被察覺。因而，從土壤污染發(fā)生到產(chǎn)生嚴重危害被察覺往往會滯后較長時間，由于錯過了最佳的處理時間以及已產(chǎn)生的危害程度擴大，土壤重金屬治理難度較大。

3.2 累積性

污染物質在大氣及水域中的擴散、移動及稀釋速度要遠遠快于流動性小的土壤，因而，土壤中的污染物隨著時間推移不會減少，卻不斷積累、增多，處理難度隨之不斷增加。

3.3 分布不均勻性

地區(qū)間土壤性質及污染物來源存在差異，同時土壤流動性差、污染物在土壤中擴散、移動緩慢，造成土壤重金屬污染地區(qū)間分布不均勻，土壤污染空間范圍上差異性較大。

3.4 不可逆性

重金屬具有難以自然降解的特點，土壤一旦發(fā)生重金屬污染很難自然恢復。因而，土壤重金屬污染基本可以稱為一個不可逆轉的過程。在有限的時間內，通過控制污染源來治理土壤重金屬污染問題很難實現(xiàn)恢復土壤狀況的目標。不可逆性也因此成為土壤重金屬污染治理成本高、難度大、周期長的一個重要因素。

4 常見土壤重金屬污染治理技術

4.1 工程治理技術

工程治理法主要包括換土、客土以及深耕翻土等具體治理方法。在實踐中，可以根據(jù)土壤的污染程度采取相應的治理措施。土壤輕度污染一般采用深耕翻土法，土壤重度污染則應采取客土或換土法。工程治理法作為一種傳統(tǒng)的土壤重金屬污染治理方法，具有治理徹底、效果穩(wěn)定等優(yōu)點，但是該方法不僅投入成本高、治理工程總量大、換出污土難以處理，還會破壞土質結構，導致土壤水肥失衡。

4.2 物理化學治理技術

電動修復、熱解修復、土壤淋洗以及化學改良技術是較為常見的物理化學治理技術。電動修復技術是一種在土壤中施加低功率電流，使金屬離子向電極運輸，從而去除土壤中重金屬污染物的新型高效原位復原技術。該技術原理簡單，成本低，但涉及的物理過程以及土壤性質等問題十分復雜，相關技術仍有待完善。熱解修復技術是指通過對土壤加熱，使土壤中的有機物在溫度至沸點后以氣體形式揮發(fā)出來，再冷卻分離出土壤中的污染物。這種方法雖然處理效率高，但工藝復雜、成本費用也較高。

土壤淋洗技術是利用試劑與土壤固相中的重金屬作用，將土壤中的重金屬污染物溶解到注入土壤的化學試劑中，再將污染物從土壤中分離。這種技術工藝簡單，對處理中度重金屬污染效果良好，但不足之處是投入成本較高，容易引起土質改變?；瘜W改良技術是指依據(jù)土壤狀況在土壤中加入改良劑，減小重金屬的毒性以及生物有效性，從而達到土壤重金屬污染治理的目的[2]。

4.3 生物治理技術

生物治理技術是指利用微生物、植物等生物來減少重金屬含量或降低重金屬毒性的一種技術，主要包含微生物治理技術和植物治理技術兩大類技術。其中，植物治理技術是指以忍耐和超積累土壤中的重金屬污染物為基礎，通過基因工程或自然生長培育出具有吸附重金屬能力的植物，從而達到治理土壤重金屬污染的效果[3]。幾種吸附土壤重金屬的植物如表1所示。這種方法的投入成本低、技術難度不高、適用范圍廣，是一種廣為接受的現(xiàn)代土壤治理技術，然而這種技術存在著對植物的耐受性要求高、治理時間長、容易受到氣候條件影響、轉基因技術存在潛在風險等問題。

表1 幾種吸附土壤重金屬的植物

1 陶術平，向 林，桑文靜，等.生物炭對土壤重金屬影響研究進展[J].現(xiàn)代化工，2017，（1）：45-49.

2 杜志敏，郝建設，周 靜，等.四種改良劑對銅和鎘復合污染土壤的田間原位修復研究[J].土壤學報，2012，49（3）：508-517.

3 吳道銘，陳曉陽，曾曙才.芒屬植物重金屬耐性及其在礦山廢棄地植被恢復中的應用潛力[J].應用生態(tài)學報，2017，（4）：1397-1406.