關(guān)于土壤中重金屬污染的研究

周游

摘? ?要：土壤與人是對立統(tǒng)一體，人類在利用和改造土壤環(huán)境的過程中，對土壤影響的性質(zhì)和程度是不同的。隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，“三廢”的不斷排放與積累，輸入土壤的有毒有害物質(zhì)不斷增加，其中重金屬的污染表現(xiàn)尤為突出。筆者從事多年的環(huán)境管理工作，總結(jié)土壤中重金屬污染的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)：重金屬的來源、特點(diǎn)、遷移及有效性，這些內(nèi)容是土壤重金屬污染評估和修復(fù)方法選擇的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染? 重金屬危害? 遷移轉(zhuǎn)化? 有效性

中圖分類號：X53? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0125-02

1? 土壤重金屬污染的主要來源及危害

目前土壤中常見的重金屬主要有Cu、Cd、Cr、Pb、Zn、Hg、As、Ni8種，其主要來源于金屬冶煉、礦產(chǎn)企業(yè)、電鍍、染料與印染、金屬制品生產(chǎn)、農(nóng)藥化肥等工業(yè)廢氣、廢水、廢渣。工業(yè)三廢的排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥的不合理利用使得重金屬污染一直沒有得到有效的治理。重金屬污染在近年來越來越受到關(guān)注，其中土壤重金屬污染是最為顯著的。重金屬污染在土壤系統(tǒng)中的循環(huán)方式如下圖1。大氣中的重金屬主要源于工業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸和工業(yè)材料的生產(chǎn)過程，大氣沉降與雨淋的結(jié)合使得重金屬進(jìn)行了轉(zhuǎn)移，進(jìn)入土壤積累。

重金屬污染影響主要體現(xiàn)在其對植物、人畜、土壤微生物方面，其累積效應(yīng)對植物、人畜、土壤微生物會產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。在近些年頻繁發(fā)生，根據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，僅2009年就接到12起重金屬、類金屬污染事件，使4035人血鉛超標(biāo)，182人鎘超標(biāo)，引發(fā)32起群體事件。

2? 土壤重金屬污染的研究

2.1 土壤重金屬污染的特點(diǎn)及形態(tài)

當(dāng)有毒重金屬進(jìn)入土壤后，通過生物鏈作用、能量交換過程中很難從土壤中快速遷移。由于重金屬污染物容易形成沉積，產(chǎn)生長期積累效應(yīng)，使得土壤生態(tài)本身的緩沖和自凈作用很難將重金屬降解和轉(zhuǎn)移。隨著時間的累積，重金屬不斷增多，最終會超過土壤容納的閾值，對土壤生態(tài)系統(tǒng)、功能、質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。

土壤重金屬元素在土壤剖面中的垂直遷移分布主要受到金屬元素本身的化學(xué)性質(zhì)和土壤的理化性質(zhì)的影響。由于受到土壤中無機(jī)及有機(jī)膠體對金屬陽離子的吸附、代換、配合和生物富集作用，重金屬污染物在土壤中的遷移能力較差，大部分會被固定在土壤中的耕作層，不易被遷移至46cm以下的土壤中，且在土壤的剖面分布中呈自上而下遞減的趨勢。

大多數(shù)重金屬都是過渡性元素，有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，所以具有一些特殊的物理化學(xué)特性，這些特性影響了重金屬在土壤中的多變的溶解特性、土壤環(huán)境遷移特性等。重金屬主要的物理化學(xué)特性如下所示。

（1）具有可變價態(tài)，在土壤中容易產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。不同價態(tài)的重金屬離子的活性和毒性都存在較大差異，導(dǎo)致了重金屬污染的復(fù)雜性和多樣性。

（2）容易在土壤環(huán)境中發(fā)生水解反應(yīng)，還能與土壤中的無機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)，形成的化合物的溶度積都很小，導(dǎo)致了重金屬形成沉積不易遷移，危害轉(zhuǎn)移擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)低，但是危害周期較長，危害程度大。

（3）作為中心離子，能夠接受多種孤對電子生成配位絡(luò)合物，還可與有機(jī)物結(jié)合生成螯合物。重金屬鹽的溶解度低，其轉(zhuǎn)化的絡(luò)合物和螯合物增加了其在土壤中轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）遷移轉(zhuǎn)化形式多，重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化過程近乎囊括了所有已知的物理化學(xué)過程。

（5）金屬離子的物理化學(xué)行為大多具有可逆性，土壤重金屬離子的物理化學(xué)行為多數(shù)具有可逆性，屬于緩沖型污染物。

2.2 土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化

進(jìn)入土壤后重金屬將被一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理與生物過程所控制。當(dāng)重金屬進(jìn)入土壤后，最初的可動性依賴于其來源的形態(tài)。形態(tài)不同，進(jìn)入土壤中的金屬離子的形態(tài)和總量也有很大區(qū)別，并直接影響中重金屬在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化及植物效應(yīng)。土壤中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化主要有物理遷移、物理化學(xué)遷移、生物遷移等。

（1）物理遷移。

物理遷移是在重金屬不改變自身的化學(xué)性質(zhì)和總量的情況下進(jìn)行的遷移，如溶于水的重金屬離子或螯合物可以隨著水體流動遷移到其他地方。土壤中的水流速度和重金屬離子在土壤中的阻滯系數(shù)決定了重金屬在土壤中遷移的速度，可以用如下公式進(jìn)行算。

式中：Vme表示土壤中重金屬離子遷移速度（距離/時間）;Vw表示土壤水流速度（距離/時間）;Rd是離子分布常數(shù)，Qi其該土壤膠體的等溫吸附量，Ci為該土壤平衡溶液濃度，w%為土壤中水的含量百分比;1/（Rd+1）表示該重金屬在土壤中遷移是的阻滯系數(shù)。

由此分析可以看到，土壤中重金屬移動的速度與土壤溶液濃度和土地含水量呈正相關(guān)，與土壤膠體的吸附量呈負(fù)相關(guān)。

（2）物理化學(xué)遷移。

物理化學(xué)遷移是指土壤膠體對土壤中重金屬的吸附，膠體吸附分為非專性吸附和專性吸附。非專業(yè)吸附是由于膠體所帶電荷與重金屬不同，而產(chǎn)生的吸附作用，這種吸附非常容易被解吸或被水洗出。專業(yè)吸附是對重金屬離子的深度吸附，被吸附的陰離子進(jìn)入到了膠體雙層的內(nèi)層，因此又被成為配位體交換。

（3）生物遷移。

植物吸收土壤中的重金屬離子，并在體內(nèi)積累;動物通過食用污染的植物，重金屬進(jìn)一步轉(zhuǎn)移;受污染動物的排泄、受污染的動植物死亡后的殘?bào)w在土壤表面腐敗分解后，被吸收的重金屬重新回到土壤環(huán)境中。整個循環(huán)過程就是重金屬的生物遷移動態(tài)平衡的過程。

2.3 土壤重金屬有效性及提取

重金屬的有效性不僅僅包括土壤中重金屬的總量，還要具有生物有效性并且理化性質(zhì)活潑的那部分重金屬。生物有效性是重金屬元素在生物體內(nèi)的吸收、積累或毒性程度。利用萃取劑提取出來的有效態(tài)可以用來評估土壤重金屬的有效性，表示的是元素有效態(tài)與植物對重金屬的吸收呈正相關(guān)。浸提法的應(yīng)用有一次浸提法和連續(xù)浸提法，是采用某種適當(dāng)組成與組成的試驗(yàn)溶液（一種或幾種試劑）按照一定的土壤比進(jìn)行浸提，浸提一次;或者采用不同的試劑溶液（浸提能力是依次加強(qiáng)的）按照一定的順序依次浸提，然后測量浸提液中重金屬的含量。根據(jù)萃取劑的不同，可以分為酸試劑浸提法、螯合劑浸提法、中性鹽和緩沖試劑浸提法以及微乳液浸提法。由于萃取劑對重金屬的萃取效果不同，因此選擇萃取劑之前，需要進(jìn)行培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)加以統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定萃取劑與重金屬之間有良好的相關(guān)性，才可選用萃取試劑。

3? 結(jié)語

土壤重金屬污染具有難降解、隱蔽性強(qiáng)、難擴(kuò)散的特點(diǎn)，所以重金屬污染一般持續(xù)周期長、危害嚴(yán)重。當(dāng)發(fā)現(xiàn)重金屬污染時，一般其危害已經(jīng)持續(xù)一定的時間。土壤重金屬污染來源和危害的分析，能夠?yàn)橹亟饘傥廴疚餀z測提供檢測依據(jù)，準(zhǔn)確檢測土壤中重金屬的有效性，是進(jìn)一步從源頭控制重金屬的污染和產(chǎn)生重金屬污染場地修復(fù)工作的重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 何軍良，祝亞平，朱密，等.土壤中重金屬污染的植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)概覽[J].安全與環(huán)境工程，2019（1）：58-63.

[2] 祝培甜.農(nóng)用地土壤重金屬分布特征及風(fēng)險(xiǎn)評價[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2017.

[3] 蔣煜峰，胡雪菲，Uwamungu Jean Yves，等.典型工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染特征及生物有效性研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015，38（7）：58-64.