地球化學如何在環(huán)境污染與防治中發(fā)揮自身優(yōu)勢

陳平峰

（安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230000）

現階段，隨著國民經濟水平的提高，國家大力支持環(huán)保行業(yè)，環(huán)境污染控制及防治各方面的研究得到大力發(fā)展。但是，在單學科研究、解決環(huán)境問題的同時，單學科無法良好的解決如此龐大的環(huán)境問題，需要多學科協(xié)同共同致力于我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。地球化學主要是研究上地殼、地球外部圈層巖石、土壤、水體和大氣中物質的組成、形成條件、影響因素以及物質或元素的遷移變化規(guī)律。土壤污染、水體污染和大氣污染與人類生活息息相關，環(huán)境中污染物易通過人體直接吸收和在食物鏈上的間接傳播進入人體。按照污染物類型分為有機污染和無機污染，無機污染主要有重金屬污染和N、P等污染，以土壤和水體中重金屬污染為甚，尤其是我國長期以來的工礦業(yè)活動，導致大量的土壤、水體受到各類重金屬污染[1]。有機污染主要以持久性有機污染物為主，其以通過各種環(huán)境介質能夠長距離遷移并長期存在于環(huán)境，具有長期殘留性、生物蓄積性、半揮發(fā)性和高毒性的天然或人工合成的有機污染物質為主，對人類健康和環(huán)境具有嚴重危害。在當今如此嚴峻的環(huán)境背景下，如何發(fā)揮地學的優(yōu)勢，如何運用地球化學的知識更好的解決環(huán)境科學中的難題，地球化學應突出研究以下幾個方面：①污染物組成、濃度及污染范圍；②污染物的來源；③污染物濃度變化的影響因素；④污染物的遷移與轉化。

1 污染物的組成、濃度及污染范圍調查

近年來隨著環(huán)境質量的日益改變，我國對現階段的環(huán)境污染調查更加重視。為了解某地區(qū)某種污染物的組成、濃度和污染范圍均可以通過生態(tài)地球化學調查，實地采樣、化驗、分析等手段來完成[2]。例如為全面了解土地質量現狀而開展的，以地球化學為手段的地質調查工作，主要調查土壤中的養(yǎng)分元素(例如氮、磷、鉀、鈣、鐵、銅、鋅等)、生命健康元素、重金屬污染元素和有機污染物含量等54種化學指標及其生態(tài)效應,進而對土地質量級別進行評定在全國開展1:5萬土地質量地球化學調查和1:25萬多目標地球化學調查等。其能夠有效服務于國土資源管理、地方經濟發(fā)展和精準扶貧的基礎地質調查工作，也是一項利國利民的基本國情調查，是國土資源系統(tǒng)踐行綠色發(fā)展理念的重要舉措，是了解環(huán)境污染情況并開展環(huán)境污染防范與控制的基礎。

生態(tài)地球化學調查的作用主要體現在：①查明土壤、水體、大氣中的有毒、有害物質含量、組成和范圍，為當地環(huán)境質量提供基礎數據，為后續(xù)污染物的監(jiān)測和防治提供有效支撐，避免出現大范圍群體事件。②通過生態(tài)環(huán)境質量地球化學調查，獲取耕地土壤、水體中的有益元素、有害元素含量數據，可以作為耕地分等定級的評價依據并指導土地規(guī)劃對建設用地的布局和基本農田的劃定;服務于農業(yè)產業(yè)結構調整,優(yōu)質土地資源開發(fā)利用,助力地方經濟發(fā)展。③通過調查,優(yōu)質土地(比如富硒土地)水體及其農產品隱藏的綠色健康價值被發(fā)掘出來,因地制宜的發(fā)展綠色無公害農產業(yè),推廣地方特色農副產品,可以提高市場競爭力及經濟效益。為地方經濟發(fā)展拓寬了道路,受到越來越多地方政府的重視。

2 污染物來源調查

盡管現階段的環(huán)境大背景下，受到國家政策的支持，環(huán)境污染防治相當火熱，但是絕大多數只是為了污染而修復，花費大量的財力、物力，實際取得的污染修復效果并不理想，亦或者絕大多數仍處于實驗室研究，并不能真正高效、經濟的解決實際污染問題，主要原因是，實際地質體、土壤、水體、和大氣均是非常復雜的環(huán)境，污染修復過程受到自然界諸多方面因素的影響。實驗室的研究過于理想化，并且對污染物的來源，污染物濃度變化的影響因素以及污染物遷移變化規(guī)律研究調查不清楚所致。地球化學講求從根本上解決這些問題，探討、查明環(huán)境介質中污染物的來源，主要通過野外地質調查、樣品的采集與分析、介質中污染物的變化規(guī)律分析以及穩(wěn)定同位素示蹤等手段對污染物溯源。

3 污染物濃度變化的影響因素研究

不同類型的污染物在不同的環(huán)境介質中會表現出不同的活性和遷移變化規(guī)律。復雜多變的外界環(huán)境條件會對污染物濃度、活性、遷移變化規(guī)律甚至環(huán)境污染的修復效率產生顯著的影響。例如，現階段對人類威脅較大的幾種毒性金屬元素Cd、Pb、As、Cr、Hg等，在不同的pH、溫度、氧化還原環(huán)境、有機質等條件下，其活性、生物有效性、遷移轉化能力會有著顯著的差異。Cr、Cd、Pb在酸性環(huán)境中活性更強、更不穩(wěn)定、更容易發(fā)生遷移，生物毒性更大，隨著介質pH的上升，活性逐漸變弱，不易通過遷移而隨食物鏈進入人體，生物有效性降低。pH對As的影響同樣明顯，不過其在酸性環(huán)境中反而表現得更為穩(wěn)定，而且介質中有機質的含量對As濃度的影響較大，研究表明當水土介質中有機質含量較高時，As的濃度更高。Hg也是較為嚴重的一類毒性污染物，其性質受到溫度的影響較大，從而針對于Hg這一特性，有專門應對與Hg以及易揮發(fā)毒性物質的熱解析法。

4 污染物的遷移轉化研究

污染物的遷移轉化也是環(huán)境地球化學研究的重點，這包括污染物在環(huán)境介質（水、土、氣、沉積物、地質體）之間的遷移，以及污染物的化學轉化和生物轉化。絕大多數污染物均具有較強的遷移能力，例如有機污染物能夠在大氣中長距離遷移，隨著溫度冷凝遷移至土壤或水體中；土壤中的無機污染物基本都可以在地下水、土壤孔隙水之間遷移；土壤中的有機污染物會揮發(fā)遷移至大氣，在氣、土、水之間遷移循環(huán)。因此研究清楚污染物的遷移規(guī)律，影響因素后才能從實質上了解清楚污染物的來源，污染物的范圍，以及制定更好的修復、應對方案。

污染物的轉化，包括化學轉化和生物轉化，即對應的化學修復和生物修復。在研究、查明這些有毒有害的污染物如何轉化為輕毒或無毒物質后，可將污染物轉化為其它污染物物質?；瘜W修復是指，通過添加化學試劑或材料使污染物轉化為無毒、低毒性的物質，或者降低使這些污染物的活性降低，遷移能力降低，生物有效性降低。生物修復通常是利用植物或天然微生物的新陳代謝將有毒污染物轉化為無毒物質，包括植物修復和微生物修復。例如應用于As污染土壤的植物修復，通過種植As超累積植物（蜈蚣草），吸收土壤中的As，再將這些草割掉、焚燒集中處理；應用于有機污染物的微生物修復，通過所培養(yǎng)特定微生物的新陳代謝活動，使得污染物被分解或降解為其它無毒無害的物質。

5 結語

總體來說，地球化學在現代環(huán)境污染與防治中扮演中不可替代的角色，它能帶領我們從根本上更全面、更理性地了解污染物、治理污染物。同時，環(huán)境污染防治是一個非常復雜的全球問題，需要環(huán)境科學、地球科學、材料科學、農業(yè)科學、生物化學、分析測試等諸多行業(yè)、學科的協(xié)同發(fā)展與努力，共同致力于大自然的與人類的和諧發(fā)展。