土壤重金屬污染對農(nóng)作物的影響及防治措施

任宏鵬 孔詩雯

土壤生態(tài)系統(tǒng)對自然生態(tài)有著重要的作用。但隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，大量污染物無節(jié)制地排放，導(dǎo)致土壤中的重金屬進一步提升，土壤生態(tài)系統(tǒng)不斷惡化，破壞了自然生態(tài)環(huán)境平衡。由于重金屬在土壤中難以被降解，因此當(dāng)土壤中的重金屬濃度達到一定程度時，會使土壤中生物和微生物大量減少，導(dǎo)致農(nóng)作物光合作用降低，最終導(dǎo)致減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。除此以外，農(nóng)作物在生長期間也會吸收土壤中的重金屬元素，最終通過食物鏈進入人體內(nèi)。因此研究土壤重金屬污染對農(nóng)作物的影響并提出相應(yīng)的防治措施刻不容緩。

重金屬很難被分解，由于其具有特殊的毒害作用，所以當(dāng)土壤的理化性質(zhì)改變，其毒害作用只會相應(yīng)減弱或變化但不會消失，當(dāng)土壤重新達到適宜活性的條件時，重金屬污染又能重新恢復(fù)。因此土壤一旦受到重金屬污染，如果不對其進行回收處理，即使使用了一系列的物化或生物手段將其去除或富集，重金屬污染也還是會遷移并造成更多污染，繼續(xù)對土壤及農(nóng)作物生產(chǎn)造成不可恢復(fù)的影響。

1.1 土壤重金屬含量與農(nóng)作物中重金屬含量的關(guān)系

相關(guān)文獻的研究表明，土壤中重金屬含量與農(nóng)作物中重金屬含量呈明顯的正相關(guān)性。土壤重金屬濃度增加會直接導(dǎo)致農(nóng)作物中重金屬污染的增強。在重金屬污染的土壤中生產(chǎn)的糙米、小麥等體內(nèi)平均重金屬含量比正常情況下生產(chǎn)的糙米、小麥平均重金屬含量高。另外，土壤重金屬污染程度與農(nóng)作物產(chǎn)量呈明顯的負(fù)相關(guān)性。植物富集重金屬量的增加會抑制植物的生長發(fā)育。杜健等實驗結(jié)果表明土壤中鎘、鉛含量升高，稻谷中各個器官的鎘、鉛含量也隨之升高，且兩者鎘、鉛含量水平呈明顯的線性關(guān)系，這是由于植物根系會吸附土壤中重金屬元素且會轉(zhuǎn)移到植物的各個器官中，抑制植物生長、影響農(nóng)作物生產(chǎn)。

1.2 重金屬在農(nóng)作物不同器官的分布

不同植物體內(nèi)重金屬的存留情況都不盡相同。大量研究實驗表明：

一是不同重金屬在相同農(nóng)作物內(nèi)的各器官內(nèi)積累含量不同。在調(diào)查有色金屬冶煉廠周邊生長的薄荷發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)各器官的鎘含量排序：根>葉>根狀莖>莖；鉛含量排序，根=葉>根狀莖=莖；在實驗室將番茄培育在含有一定濃度的砷的土壤中，番茄的根和葉內(nèi)砷元素濃度幾乎與土壤砷濃度相當(dāng)，其他器官幾乎不含砷元素；在菜豆、青椒的土壤汞元素的累積實驗中，汞元素幾乎全部累積在他們的果實中；同時番茄汞元素的累積實驗證明，汞元素基本累積到番茄葉中，其他器官幾乎不含汞元素。

二是同種重金屬在相同農(nóng)作物不同器官內(nèi)分布不同。將小麥種植在含有一定濃度的汞元素的土壤中，實驗結(jié)果表明，小麥的根中含汞量最高且遠高于其他器官，其次是莖、葉、籽粒，汞在麥粒中主要集中在麩皮和胚芽內(nèi)。

三是同種重金屬在不同農(nóng)作物的各器官分布不同。這是由于不同農(nóng)作物對重金屬的耐受能力有差異，而且他們對重金屬的吸收和累積能力各不相同。針對不同農(nóng)作物對汞元素的累積實驗可以看出不同植物對汞的積累量不同。例如在稻田作物汞元素累積實驗中可以得出結(jié)論，水稻>粱>麥。不同的農(nóng)作物生理功能和耐受性能不同以及汞元素等重金屬元素的毒害性質(zhì)和形態(tài)不同都是導(dǎo)致其累積和分布不同的原因。

2.1 重金屬對農(nóng)作物的影響

第一，當(dāng)重金屬在土壤中累積超過一定含量后，就會抑制農(nóng)作物的生長發(fā)育。經(jīng)研究，當(dāng)土壤中銅元素到達一定濃度時，農(nóng)作物的根系部分對其幾乎全部吸收，但不會繼續(xù)向上部移動，累積在根部的重金屬元素會使根部腐爛甚至變性，最終導(dǎo)致農(nóng)作物枯死。此外，在牛羊等畜牧業(yè)所需的飼料用農(nóng)作物中，若累積過量的重金屬，會使牲畜生病甚至死亡。

第二，汞、鎘等重金屬對農(nóng)作物的細胞具有極強的毒性危害。這類重金屬在較低濃度下幾乎不會對農(nóng)作物產(chǎn)生影響或者說危害較小。但是當(dāng)這類重金屬的濃度增高時則會對農(nóng)作物的細胞膜進行破壞，進而影響其細胞結(jié)構(gòu)，影響作物的細胞器結(jié)構(gòu)和功能，若濃度更高的話甚至?xí)?dǎo)致作物所在土壤肥料流失。通過相關(guān)實驗研究筆者發(fā)現(xiàn)，白菜、青稞等作物在土壤鎘元素超標(biāo)10%的情況下，就會引起作物根系減少、作物生長高度低、作物產(chǎn)量明顯下降等抑制情況。因此對這類重金屬的土壤污染進行控制十分必要。

2.2 重金屬對人類健康的危害

在土壤中存在的重金屬也會通過食物鏈到達人體內(nèi)。目前發(fā)現(xiàn)許多醫(yī)療上無法治愈的疾病大多源于重金屬的毒害作用。1956年的日本水俁病的病因就是由于人體內(nèi)汞元素超標(biāo)導(dǎo)致患者口齒不清、步履蹣跚甚至精神失常直至死亡。20世紀(jì)美國鉛濃度超標(biāo)導(dǎo)致兒童智力普遍下降，對成人神經(jīng)系統(tǒng)帶來了難以恢復(fù)的干擾。十多年前的湖南省稻米鎘元素過量的罪魁禍?zhǔn)拙褪呛鲜∝h湘江流域的土壤鎘元素超標(biāo)，導(dǎo)致全國各地吃了該地區(qū)的大米的患者輕者出現(xiàn)頭暈?zāi)垦?，重者出現(xiàn)骨痛病等癥狀，這也給政府對于土壤重金屬污染及時防治和修復(fù)敲響了警鐘。

各種重金屬污染引發(fā)的農(nóng)作物減產(chǎn)以及人類疾病爆發(fā)的慘痛歷史告訴我們，對重金屬污染的防治迫在眉睫。作為自然生態(tài)重要的組成部分—土壤首當(dāng)其沖地成為重金屬污染治理的焦點話題。本文將對土壤重金屬污染防治提出三點建議。

3.1 防止重金屬污染發(fā)生

防止污染發(fā)生在任何污染防治領(lǐng)域都有著舉足輕重的地位，對于土壤的重金屬污染當(dāng)然也要以預(yù)防為主，防治結(jié)合。隨著我國工業(yè)化飛速發(fā)展，如何避免工廠重金屬排放以及減少加工工藝重金屬殘渣的產(chǎn)生是防止污染發(fā)生的關(guān)鍵。對此，政府應(yīng)該大力加強環(huán)境監(jiān)察制度和排污管理，對工廠超標(biāo)排放重金屬的情況嚴(yán)肅處理；同時相關(guān)研究部門也應(yīng)該盡快對重金屬回收工藝進行研究。

3.2 重金屬污染治理

既要預(yù)防為主也要防治結(jié)合。對重金屬的治理方法主要包括兩種。一是通過添加化學(xué)試劑與重金屬元素發(fā)生反應(yīng)形成無毒絡(luò)合物或沉淀物，亦或者將重金屬元素吸收用水流沖洗回收。對于鎘、鉛、砷等污染物一般使用磷酸鹽與這些重金屬發(fā)生反應(yīng)形成難溶物且不會被農(nóng)作物吸收。二是通過改變土壤環(huán)境條件將重金屬轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒性的物質(zhì)，其中包括改變土壤的pH和氧化還原條件。研究表明，在特定體系下的鎘例如Cd-H2O體系中，若將體系pH提升到7以上，鎘會形成氫氧化鎘沉淀不會被作物吸收；土壤氧化還原條件的變化也會直接影響重金屬的形態(tài)和性質(zhì)。

3.3 農(nóng)藥的科學(xué)使用

農(nóng)藥是最直接的農(nóng)作物的重金屬污染源也是最容易預(yù)防的，因此科學(xué)的農(nóng)藥投加方式是降低重金屬污染的重要一環(huán)。政府需要嚴(yán)格控制制造工廠的農(nóng)藥質(zhì)量、完善農(nóng)藥使用標(biāo)準(zhǔn)、向廣大農(nóng)民普及科學(xué)使用的農(nóng)藥知識，以及切斷重金屬與農(nóng)作物接觸條件，從而減少農(nóng)藥對土壤的污染。