非農(nóng)業(yè)土壤對(duì)生態(tài)環(huán)境要素的影響評(píng)述

王思遠(yuǎn) 楊樹俊 張賀 孫東年 劉耕苑

(江蘇省地質(zhì)工程勘察院 江蘇南京 210012)

非農(nóng)業(yè)土壤是在經(jīng)過人類城市活動(dòng)的長期干擾下形成的特殊土壤，它區(qū)別于自然土壤和農(nóng)業(yè)土壤，有著特殊的理化性質(zhì)和生態(tài)循環(huán)過程。非農(nóng)業(yè)土壤是保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的屏障。在起到維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境的作用時(shí)，它自身的特性也會(huì)逐漸演變，導(dǎo)致土壤本身的功能失調(diào)和土壤質(zhì)量的惡化。主要表現(xiàn)為土壤理化性質(zhì)的退化。同時(shí)，非農(nóng)業(yè)土壤的退化也會(huì)影響城市生態(tài)環(huán)境，如土壤的自凈功能。土壤的自凈能力有限，如果使用不當(dāng)使之超過負(fù)荷，將阻礙物質(zhì)交換，影響植被和微生物的生長環(huán)境。相反，被污染的土壤直接或間接地被人體吸收，威脅著城市居民的健康。

非農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，受污染程度普遍高于農(nóng)村土壤。非農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的來源有很多，主要集中在工業(yè)污染源和交通工具的排放上。

工業(yè)污染來源主要有以下幾點(diǎn)。

（1）礦產(chǎn)冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工等行業(yè)排放的重金屬以氣溶膠的形式進(jìn)入大氣，再經(jīng)過干濕沉降進(jìn)入土壤[1]，孫厚云等人[2]對(duì)河北承德釩鈦磁鐵礦小流域土壤重金屬研究顯示鐵礦尾礦庫周邊表層土壤Cu、Cr、Ni 存在累積。（2）含有重金屬的工業(yè)廢渣隨意堆放或直接混入土壤，潛在地危害著土壤環(huán)境[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工礦區(qū)土壤重金屬污染率超過30%[4]。（3）隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，很多污染企業(yè)搬出陸續(xù)城市區(qū)域，但是這些企業(yè)造成的污染還在持續(xù)影響非農(nóng)業(yè)土壤。（4）煤炭燃燒也是造成非農(nóng)業(yè)土壤污染的來源，煤炭燃燒時(shí)除了會(huì)產(chǎn)生大量煙塵以及一些有毒有害氣體和有機(jī)化合物外，也會(huì)產(chǎn)生砷、汞、鉛等重金屬，這些污染物會(huì)沉降至非農(nóng)業(yè)土壤。

由于城市交通網(wǎng)的完善及人均汽車保有量的增加，使非農(nóng)業(yè)土壤受到汽車尾氣、輪胎磨損、制動(dòng)器磨損和汽車外殼等因素污染日益加劇[5]。鉛的污染主要是源于汽車尾氣，而汽車輪胎的添加劑中含有鋅，所以輪胎磨損產(chǎn)生的粉塵，是土壤鋅污染的來源[6]。道路交通源重金屬向周邊土壤擴(kuò)散的主要途徑有大氣沉降、道路徑流以及路面濺灑水等[7]。雖然人們通過試驗(yàn)對(duì)土壤狀況以及各種污染的來源、分布和危害有了解，但詳細(xì)的研究還相對(duì)較少，后期需要繼續(xù)加強(qiáng)。

對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)中的大氣、水和生物要素而言，非農(nóng)業(yè)土壤污染影響著三要素的主要循環(huán)，在土壤受到污染后，含重金屬濃度較高的污染表層土容易在風(fēng)力和水力的作用下進(jìn)入大氣和水體中，也更容易與城市生物之間進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，破壞了空氣質(zhì)量、水質(zhì)、生態(tài)功能和生物的正常生長。

1 非農(nóng)業(yè)土壤污染對(duì)大氣的影響

非農(nóng)業(yè)土壤污染物通過分子擴(kuò)散或風(fēng)力和水力從土壤向地表空氣遷移，從而造成空氣污染。研究表明，進(jìn)入人體的土壤顆粒不是整個(gè)土壤，主要是直徑小于50 μm的顆粒[8]，這些含有重金屬的顆粒會(huì)形成灰塵或通過皮膚和嘴被吸入體內(nèi)[9]，通過消化道進(jìn)入各種器官，其中以砂土危害最大[10]。利用核探針研究了大氣顆粒物的指紋特征，結(jié)果表明，上海市大氣顆粒物中約31%來自土壤揚(yáng)塵[11]。隨著城市化的快速發(fā)展和大量建設(shè)項(xiàng)目的建立，土壤的運(yùn)輸和遷移更加頻繁，土壤粉塵化也更加頻繁。土壤粉塵攜帶的污染物進(jìn)一步惡化城市空氣，給居民健康帶來危害。有機(jī)污染物和重金屬汞的直接揮發(fā)也是非農(nóng)業(yè)土壤對(duì)空氣質(zhì)量污染的一個(gè)重要方面[12]。

2 非農(nóng)業(yè)土壤污染對(duì)水的影響

城市生態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)土壤長期積累污染物時(shí)，土壤中含有高濃度有機(jī)質(zhì)或重金屬的受污染表層土在外力作用下進(jìn)入水體，污染地表水和地下水。楊金玲等人[13]對(duì)南京市土壤蓄水能力的研究表明：隨著非農(nóng)業(yè)土壤壓力密集程度的增強(qiáng)，土壤有效數(shù)據(jù)庫和滯留數(shù)據(jù)庫的容量也隨之降低，而死亡數(shù)據(jù)庫的容量卻顯著增加，這一現(xiàn)象將降低非農(nóng)業(yè)土壤土壤疏導(dǎo)能力和持水能力，增加了城市高強(qiáng)度瞬時(shí)洪水的機(jī)會(huì)，因此各種污染物也將通過地表滲入河流、湖泊和水庫，影響地表水質(zhì)量，并污染居民的飲用水源。同時(shí)，城市系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，所產(chǎn)生的有機(jī)廢水、酸廢水、堿廢水、富含氧化劑的廢水，均有機(jī)會(huì)在非農(nóng)業(yè)土壤中聚集，從而造成城市地表水和地下水的污染。張甘霖等人[14]對(duì)南京城區(qū)地下水的研究表明，受非農(nóng)業(yè)土壤的影響，南京城區(qū)地下水中的氮、磷等營養(yǎng)元素及重金屬均有一定的超標(biāo)。同時(shí)也有研究證明城市地下水中的重金屬與非農(nóng)業(yè)土壤不存在同源性，沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。如楊軍等人[15]通過土壤的柱浸試驗(yàn)，在土壤中添加不同濃度的重金屬砷、鎘、銅、鉛，結(jié)果顯示在淋溶時(shí)間延長后4種重金屬（尤其是鎘）呈典型的下降趨勢(shì)。且經(jīng)過土柱的土壤滲濾液中4種重金屬均未超過地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 14848）的限值，對(duì)淺層地下水未形成污染風(fēng)險(xiǎn)。

3 非農(nóng)業(yè)土壤污染對(duì)生物的影響

目前，非農(nóng)業(yè)土壤污染對(duì)動(dòng)植物影響的研究主要集中在重金屬污染、微生物污染和可食用綠色植物污染。通過對(duì)這3 項(xiàng)污染程度的分析，可以為檢測(cè)非農(nóng)業(yè)土壤污染程度提供數(shù)據(jù)支持，也可以找到可用于土壤修復(fù)的生物類型。

土壤中重金屬對(duì)植物的危害體現(xiàn)在，擾亂植物正常的生理代謝過程，干擾植物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，影響植物細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)[16]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)重金屬滲入綠色蔬菜時(shí)，其選擇滲透功能受損，滲透性增加，使原細(xì)胞中的一些可溶性元素外滲，破壞了細(xì)胞內(nèi)酶代謝的原功能區(qū)。這一過程是綠色蔬菜污染的原因之一[17]。利用X 射線顯微分析和元素含量測(cè)定方法證實(shí)，鋁處理后小麥幼苗鋁含量迅速增加，而鈣和磷區(qū)元素含量下降，鉀的外流受到抑制，敏感種比耐鋁種更為突出[18]。非農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染主要通過蔬菜、呼吸道等食用綠色植物對(duì)居民健康造成危害。宋波等人[19]研究發(fā)現(xiàn)，北京的蔬菜土壤中存在大量鎘的積累，其范圍為0.091～0.971 mg/kg。而且蔬菜中鎘的含量在0.1～101.4 μg/kg之間，算術(shù)平均值為12.8 μg/kg，Box-Cox平均值為10.0 μg/kg。北京市蔬菜中鎘的攝入量為每人12.2 μg/d，蔬菜中的鎘含量將會(huì)危害一些人的健康。先前對(duì)土壤和兒童血液中鉛含量的研究發(fā)現(xiàn)[20]，SL 和BL 之間的關(guān)系式為BL=3.06+0.33（SL）×0.5。這是由于土壤中的鉛通過食物和灰塵進(jìn)入人體造成的，因?yàn)閮和菀捉佑|受污染的土壤。超積累植物在植物修復(fù)技術(shù)中的應(yīng)用一直受到國內(nèi)外專家的關(guān)注和研究。遏藍(lán)菜（Thlaspi arvense L）被發(fā)現(xiàn)是一種鋅、鎘和鎳超富集植物，可用于改良重金屬污染土壤的植物[21]。印度芥菜（Brassica juncea L）也是修復(fù)中度污染土壤的潛在超富集植物[22]。

城市及周邊地區(qū)土壤污染加劇，持續(xù)時(shí)間長，直接破壞了土壤微生物的生態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性。大量試驗(yàn)表明，受重金屬污染的土壤微生物數(shù)量差異很大。不同種類的微生物對(duì)重金屬污染的敏感性通常按以下順序排列：放線菌>細(xì)菌>真菌[23]。隨著銅和鋅含量的增加，微生物代謝產(chǎn)物顯著減少，重金屬污染嚴(yán)重影響了微生物群落的大小和基質(zhì)的利用率[24]。通過對(duì)受重金屬銅、鎘、鉛、鋅復(fù)合污染的農(nóng)田土壤樣品的研究，發(fā)現(xiàn)重金屬復(fù)合污染環(huán)境中土壤微生物群落的遺傳多樣性，但結(jié)果并不是土壤中重金屬污染越嚴(yán)重，為生物多樣性，成都中等重金屬污染確實(shí)提高了土壤微生物多樣性指數(shù)[25]。此外，非農(nóng)業(yè)土壤污染也會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生不同程度的污染，如蚯蚓、蝸牛等土壤里動(dòng)物，對(duì)維持非農(nóng)業(yè)土壤的生態(tài)平衡起著重要作用，研究發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬含量可以顯著提高土壤動(dòng)物體內(nèi)重金屬的積累，從而對(duì)土壤動(dòng)物造成危害，土壤動(dòng)物的病理變化也可以反映土壤中重金屬污染的程度[26-28]。

4 非農(nóng)業(yè)土壤污染對(duì)人類健康的影響

非農(nóng)業(yè)土壤由于其特殊性，主要在人類生活聚集區(qū)，也是受人類影響最嚴(yán)重的土壤類型。反過來，非農(nóng)業(yè)土壤在受到污染后又會(huì)對(duì)人類健康造成深刻的影響。土壤中重金屬元素不論通過何種途徑進(jìn)入人體，如果在體內(nèi)過量積累均會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害[29]，其影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 食入或吸入影響

非農(nóng)業(yè)土壤一般在人類的生活環(huán)境中隨處可見，當(dāng)土壤受到污染之后，很容易被戶外活動(dòng)的人在有意無意間食入或吸入。尤其是幼兒在戶外活動(dòng)時(shí)，一方面由于幼兒身高較低，地表灰塵容易被吸入體內(nèi)，造成對(duì)身體的危害；另一方面，幼兒在玩耍時(shí)，會(huì)在不經(jīng)意以泥土為食，從而誤食受污染的泥土造成對(duì)身體的污染。當(dāng)室外土壤在干燥情況下，細(xì)顆粒物質(zhì)在風(fēng)力作用下形成揚(yáng)塵，被人類吸入體內(nèi)，在體內(nèi)引起急慢性中毒，從而危害人的健康。

4.2 皮膚接觸影響

當(dāng)人體皮膚接觸到受污染的土壤之后，會(huì)被土壤污染物沾染，長此以往會(huì)出現(xiàn)慢性中毒的癥狀，尤其是相關(guān)職業(yè)者的職業(yè)病。另外，當(dāng)人體皮膚存在創(chuàng)傷和破損等時(shí)，接觸到土壤中污染物時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致人體中毒。由于人類與非農(nóng)業(yè)土壤接觸密切，土壤中有毒有害物質(zhì)更容易進(jìn)入人體內(nèi)，從而更容易通過皮膚接觸而造成污染物對(duì)人體健康的危害。

4.3 間接影響

土壤中的污染物可以通過大氣、水、食物等途徑間接影響人體健康。非農(nóng)業(yè)土壤一般均會(huì)受到不同程度的污染和破壞，當(dāng)被污染的土壤中存在有機(jī)污染物、重金屬污染物以及生物毒害物時(shí)，就存在了通過大氣、水、和食物間接影響人類健康的風(fēng)險(xiǎn)。土壤中如存在甲基鹵化物，當(dāng)其分解或經(jīng)攪動(dòng)后進(jìn)入大氣中，則會(huì)對(duì)人類健康造成危害；當(dāng)土壤中的污染物經(jīng)雨淋或澆灌進(jìn)入地下水或地表水中，會(huì)污染生活水源，影響人類的健康；而非農(nóng)業(yè)土壤污染后，雖然不能直接生長人類食物而影響人類健康，但其通過多重食物鏈，影響人體的健康。

5 結(jié)語

非農(nóng)業(yè)土壤的健康時(shí)刻影響著人們的生活環(huán)境，威脅著城市居民的身心健康。非農(nóng)業(yè)土壤可以間接或直接影響城市大氣、水質(zhì)環(huán)境、土體內(nèi)生物的種群多樣性等，這種影響會(huì)長期存在于城市生態(tài)系統(tǒng)。因此，要營造適合人類生存和發(fā)展的城市生態(tài)環(huán)境，滿足人們對(duì)美好生活的需求，要進(jìn)行非農(nóng)業(yè)土壤的多環(huán)境介質(zhì)、多界面、多要素等關(guān)鍵科學(xué)問題的研究，包括污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程、富集機(jī)制、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等研究。加強(qiáng)土壤環(huán)境監(jiān)管，開展定點(diǎn)城市的土壤環(huán)境調(diào)查及合理規(guī)劃研究，制訂相應(yīng)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)方案，建立監(jiān)測(cè)的保障機(jī)構(gòu)，定期進(jìn)行調(diào)查和監(jiān)測(cè)，建立全面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。必須要重視非農(nóng)業(yè)土壤的演變和發(fā)展，及其會(huì)產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。將非農(nóng)業(yè)土壤的發(fā)生發(fā)展及演替的研究內(nèi)容納入城市生態(tài)環(huán)境研究科學(xué)理論中，并結(jié)合城市發(fā)展中產(chǎn)生的污染類型等內(nèi)容，總結(jié)城市形成土壤研究的科學(xué)方法；同時(shí)將這些方法和理論應(yīng)用于實(shí)際中，為新形勢(shì)下非農(nóng)業(yè)土壤的管護(hù)、利用與規(guī)劃、城市規(guī)劃發(fā)展及土壤生態(tài)環(huán)境問題的解決提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。