土壤重金屬污染特點及治理的方法探討

曹建鋒，王 震，崔麗君，張和林

（1.山東省泰安生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 泰安 271000；2.泰安市岱岳區(qū)污染物排放總量控制中心，山東 泰安 271000）

土地是自然界的重要資源和財產(chǎn)，在推動工農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。但是由于人們的不合理開發(fā)﹑土地濫用等原因?qū)е峦寥牢廴緺顩r十分嚴重。大量工業(yè)廢水不合理排放﹑農(nóng)藥和肥料的廣泛應(yīng)用以及在采礦和冶金過程中忽略了對廢棄爐渣的收集，都導(dǎo)致土壤中重金屬濃度的嚴重超標(biāo)，并在持續(xù)累積下產(chǎn)生隱蔽﹑長期﹑表聚﹑不可逆影響健康的特點。土壤中的重金屬能夠被植物所吸收，再經(jīng)食物鏈富集，最后直接影響人們的身體健康。因此土壤重金屬污染的治理刻不容緩。

1 土壤重金屬污染簡介

隨著工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，鉛﹑鎘﹑汞﹑銅﹑鋅等重金屬元素直接和間接的進入土壤環(huán)境，使得其含量超過土壤環(huán)境質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準，造成土壤質(zhì)量下降或者功能損害，從而稱為重金屬污染。重金屬污染具有隱蔽性，其直接危害在短期內(nèi)無法得以完全體現(xiàn)。但由于重金屬可以經(jīng)由食物鏈等途徑進入人體，最終可能會危及到人類的身體健康。重金屬是一類很難自然降解的化學(xué)物質(zhì)，如鉛﹑鎘等，因此對人類健康的危害具有長期性。土壤中的有毒重金屬可能通過滲濾等進入地下水，將會對地下水產(chǎn)生污染。如果產(chǎn)生水源地污染，可能通過飲用污染的水造成人體健康危害。此外，在污染的土地上耕種，會導(dǎo)致重金屬物質(zhì)進入到作物體內(nèi)，如大麥﹑水稻﹑玉米等。進而會經(jīng)由飲食而進入到人體，從而危害人類健康。

2 土壤重金屬污染的主要成因

土壤重金屬污染的原因主要分為自然原因和人為因素兩個方面，自然原因主要是指在大自然中產(chǎn)生的火山爆發(fā)以及降雨﹑降雪等大氣干濕沉降等因素，以及土壤含巖母質(zhì)風(fēng)化，使巖石中的重金屬元素進入到土壤中。人為原因包括工業(yè)﹑農(nóng)業(yè)﹑交通運輸?shù)纫蛩?，也是?dǎo)致土壤重金屬污染的關(guān)鍵因素[1]。工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域日益發(fā)達的大背景下，金屬冶煉技術(shù)對于經(jīng)濟社會發(fā)展有著非常關(guān)鍵的意義，在冶金過程中會產(chǎn)生大量的重金屬，若不能及時對重金屬加以適當(dāng)無害化處置，就直接釋放到自然環(huán)境中，導(dǎo)致對土地的重金屬污染。在都市發(fā)展中人民的生活水平日益提升，會導(dǎo)致車輛保有量大大增加，而機動車也會產(chǎn)生大量機動車廢氣，這種機動車廢氣會直接污染大氣，通過暴雨沖刷會造成土壤中重金屬污染進入到土地里面[2]。另外部分有機肥料來源于城市建設(shè)廢棄物﹑河流泥沙等，這些原料本身含有大量重金屬單質(zhì)。在進入到土壤中后也會導(dǎo)致土壤的有色重金屬濃度顯著增加，對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害。

3 土壤重金屬污染來源

（1）隨大氣沉降流入土壤的水重金屬。大氣環(huán)境中的重金屬污染大部分來自于燃料﹑運輸﹑冶金和建材等生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣和塵埃。除鎘之外，城市土壤中的有色重金屬物質(zhì)大體上都要以氣溶膠污染物的形態(tài)排入大氣環(huán)境，再經(jīng)過自然沉淀和雨水流入土地。經(jīng)自然沉淀和雨淋下沉后流入土地的有色重金屬污染，與重工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展﹑大中城市的人群密集程度﹑土地利用率﹑城市交通發(fā)展等有直接關(guān)聯(lián)，離大中城市愈近，環(huán)境污染的程度也越重。

（2）隨污水進入土壤的重金屬。城市污水按來源和數(shù)量，可分成城市生活污泥﹑石油化工污水﹑工業(yè)礦山污泥和城市混合污泥等。日常生活污水中的重金屬濃度極少。但是，隨著中國制造業(yè)的快速發(fā)展，工礦企業(yè)污水由于沒有分流管理，而進入城市下水道和日常生活污水中混雜排出，由此導(dǎo)致了污水灌區(qū)土壤中重金屬鉛﹑鎘﹑汞﹑溴﹑錳等的濃度逐漸上升，由于污染灌溉而流入土地的重金屬，以不同的方法逐漸被土地攔截下來固定。

（3）隨固體廢棄物進入土壤的重金屬。固體污染物類型很多，成分繁雜，各個類型其為害途徑和危害范圍有所不同。其中礦業(yè)與工業(yè)固體污染物較為嚴重[3]。這類垃圾在長期存放或處理中，受到日曬﹑雨淋﹑水洗，泥土中的重金屬污染物質(zhì)極易移動，以放射形﹑漏斗狀形式向附近土地﹑水域等傳播。還有部分固體物質(zhì)被直接或通過加熱成為肥料后投入土地，從而引起土壤重金屬污染。

表1 土壤重金屬污染的主要來源

4 我國土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

中國土壤重金屬的污染狀況十分嚴重，尤其在工礦業(yè)廢地尤為嚴峻，就中國土壤重金屬污染區(qū)域劃分來說，在南部區(qū)域的污染程度明顯超過了北方地區(qū)，特別在中南區(qū)域和西南部的超標(biāo)程度尤為明顯。

（1）具有明顯的地域分布特點。我國土壤重金屬污染布局存在著鮮明的地域性，中部﹑東方﹑西部三個區(qū)域的土壤重金屬污染狀況存在著顯著差別。同時，西部的土壤重金屬污染狀況較為嚴峻，而東方和西地區(qū)的土壤重金屬污染狀況相對較輕，原因是由于中東部地區(qū)是我國最主要的金屬礦和煤炭分布區(qū)域，由于礦山儲存與開采導(dǎo)致了大部分土地中重金屬廢水外泄，而中部的河南﹑山西和湖南，東方區(qū)域的廣東省﹑遼寧和江蘇，西部的云南﹑貴州﹑成都和陜西，這三個區(qū)域內(nèi)共有十四個省份已成為了我國土壤重金屬污染的重災(zāi)區(qū)，需要對上述區(qū)域的土壤重金屬污染狀況進行高度重視。我國三大區(qū)域土壤重金屬污染詳情，如表2所顯示。

表2 我國三大地區(qū)土壤重金屬污染分布

（2）污染物以無機元素為主?，F(xiàn)階段，中國土壤重金屬污染已出現(xiàn)了土地點位嚴格超標(biāo)的現(xiàn)狀，從具體土地點位的超標(biāo)比率表明，主要污染源中以無機化學(xué)元件居多，而土地點位超標(biāo)比率排在前八位的主要無機化學(xué)元件還有鉛﹑錳﹑鎘﹑鋅﹑砷﹑鈷﹑銅和汞，尤其以鎘元素的超標(biāo)點位最大，汞元件和鎳元件的超標(biāo)點位最小，錳和鋅元件超標(biāo)點位最輕。就區(qū)域分布特征來說，中國不同區(qū)域的重點污染分布情況各有不同，在中國東北的黑龍江﹑吉林和遼寧等老制造業(yè)地帶，城區(qū)﹑城市近郊以及部分農(nóng)耕區(qū)均遭遇到重大的鎘﹑砷﹑汞﹑鉛和錳等重金屬元素污染，在中國西南部土壤重金屬污染較為突出的四川﹑云南和內(nèi)蒙古等地遭遇到重大的鉛﹑鎘﹑砷等重金屬污染，中國華南地區(qū)也有接近一零點五的農(nóng)村農(nóng)田遭遇到重大的鎘﹑鉛﹑鎘等重金屬單質(zhì)污染。其中，內(nèi)蒙河套區(qū)土地土壤鎘元素重度超標(biāo)，對當(dāng)?shù)厥忻竦纳踩敖】刀紟砹撕艽蟮奈ｋU[4-8]。

（3）污染治理具有較大的難度。重金屬污染在自然界條件下很難自我降解，而土壤在遭遇到重金屬污染物之后也幾乎無法自動回復(fù)到原來的狀況，同時，重金屬污染在土壤環(huán)境中也極易被土壤中的膠狀吸收，而隨著歷史推移不斷積累。另外，由于土壤重金屬污染物在土壤環(huán)境中產(chǎn)生的形式比較復(fù)雜，土壤重金屬單質(zhì)中的過渡重金屬單質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)活性也比較強烈，因此這種過渡重金屬單質(zhì)比較易于產(chǎn)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致土壤pH值不斷改變。而土壤中的過渡重金屬單質(zhì)也會引起各種化學(xué)反應(yīng)，最后造成重金屬單質(zhì)在土壤中的各種形式和價態(tài)出現(xiàn)。

5 土壤重金屬污染修復(fù)治理建議

（1）統(tǒng)一思想認識。農(nóng)業(yè)產(chǎn)地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而農(nóng)作物產(chǎn)地安全又是農(nóng)業(yè)質(zhì)量安全的重要源頭，因此當(dāng)前重金屬污染問題已引起社會各界的普遍重視，并成為了當(dāng)前關(guān)系民生的焦點問題和熱點問題。做好土壤重金屬污染修復(fù)治理工作，要把政治思想意識提升到保障農(nóng)業(yè)質(zhì)量與安全﹑維護農(nóng)村社會穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展﹑維護農(nóng)村糧食安全和社會安定﹑推動農(nóng)村增效和農(nóng)民增收以及推進生態(tài)文明建設(shè)的新高度上來，深刻領(lǐng)會工作的重大意義和現(xiàn)實意義。認清工作的艱巨性和長期性，克服群眾恐懼心理，提高責(zé)任心﹑使命感和緊迫性，進一步挖掘土壤重金屬污染修復(fù)治理的新內(nèi)涵。

（2）全面開展普查。以土地和農(nóng)作物中鎘﹑砷﹑錳﹑汞和鉛等主要有毒重金屬為檢測對象，遵循標(biāo)志性原則上﹑全局性原則上和針對性原則上，經(jīng)過收集分析方法化驗檢測土地和農(nóng)作物土壤重金屬，對土壤重金屬污染情況做出科學(xué)合理評估，合理確定主要重金屬污染危害程度區(qū)域，確定主要重金屬污染危害級別，全面了解農(nóng)業(yè)重金屬污染危害狀況，了解土壤重金屬污染與農(nóng)業(yè)重金屬污染危害關(guān)系，了解農(nóng)業(yè)污染威脅原因，進行土壤重金屬危害對農(nóng)業(yè)環(huán)境的直接影響和安全性評價，為土地重金屬污染的有效控制與恢復(fù)提出科學(xué)技術(shù)根據(jù)[9]。

（3）開展動態(tài)監(jiān)測。建立并健全中國土壤與農(nóng)業(yè)品牌綜合競爭力的重金屬檢測系統(tǒng)，建設(shè)與完善重金屬監(jiān)測系統(tǒng)，強化農(nóng)業(yè)科技保障與人才保障；建設(shè)了動態(tài)監(jiān)控機制，定期對工礦企業(yè)的生活廢水排出情況﹑土地和農(nóng)作物等重金屬污染物變化狀況開展監(jiān)控，以了解重金屬污染物的變化動態(tài)。

（4）加強技術(shù)研究與推廣應(yīng)用。單純的植物修復(fù)科技的運用往往很難取得預(yù)期成效，在全面了解土壤重金屬污染物特征與脅迫原因的基礎(chǔ)上，以植物修復(fù)技術(shù)為主，輔以化工﹑微生物和農(nóng)業(yè)生態(tài)恢復(fù)措施，進一步強化植物修復(fù)綜合科技的研發(fā)和推廣與應(yīng)用，并進一步挖掘重金屬污染物恢復(fù)防治的深度與廣度，突出科技研發(fā)的系統(tǒng)性與實用性，以做到既能實現(xiàn)修復(fù)防治的目的，又能有效維護我國糧食安全，保護廣大鄉(xiāng)村農(nóng)民群眾集體權(quán)益，保障鄉(xiāng)村社區(qū)安全。目前，中國國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的高富集植物種類有五百多個，但可大規(guī)模推廣與應(yīng)用的卻非常少，主要原因是后期管理水平跟不上，所以，在植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面著重做好高富集植物品種的后期使用管理與研究。因此，在蠶?；謴?fù)技術(shù)研發(fā)方面，在深入研究對養(yǎng)蠶的恢復(fù)效果基礎(chǔ)上，可做好對低吸收﹑低積累養(yǎng)蠶品種的篩選。我國運用煙葉進行植被恢復(fù)和運用煙葉實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電的成功經(jīng)驗也可以學(xué)習(xí)和參考。土壤重金屬污染具有高度隱蔽性特征，其危害性也大多是通過植物生長體現(xiàn)出來的，所以，做好土壤重金屬污染修復(fù)防治科研必須要把研究范圍擴展到農(nóng)業(yè)重金屬環(huán)境污染方面，做好對低營養(yǎng)﹑低積累農(nóng)作物種類的甄別與選擇等工作，并進行大規(guī)模推廣應(yīng)用，以實現(xiàn)保護農(nóng)作物質(zhì)量安全的目的。重金屬污染面臨著許多的不確定因素，不少地區(qū)還存在著土壤重金屬濃度不超標(biāo)或農(nóng)作物重金屬濃度超標(biāo)的現(xiàn)狀，所以，加強重金屬污染防治修復(fù)工作應(yīng)當(dāng)實行與防治結(jié)合的思路，重點應(yīng)做好適用農(nóng)藝恢復(fù)措施和土壤改善劑修復(fù)技術(shù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用，以確保農(nóng)業(yè)質(zhì)量安全。

（5）加大投入保障。重金屬污染主要是由長期環(huán)境所導(dǎo)致的，其恢復(fù)防治也必須有一段長久的工作過程。當(dāng)前，土壤重金屬污染物涉及面寬﹑污染物防治區(qū)域范圍大，急需巨大的人才﹑物資和財源。地方各級黨委和人民政府要把土壤重金屬污染物修復(fù)整治工作納入重大議程，形成固定資金投入制度，進一步加強對土壤重金屬污染物修復(fù)整治工作的資金支持力度，認真做好土壤管理立法工作，進一步健全環(huán)境監(jiān)管制度，以確保修復(fù)整治工作的順利實施[10]。

（6）加強土壤環(huán)境監(jiān)管，大力發(fā)展空氣清潔生產(chǎn)方式。通過強有力的政策措施來盡最大可能的遏制和減少土地污染源，同時發(fā)動并協(xié)同相關(guān)科研部門，共同研究出一種切實可行的環(huán)境污染土地的恢復(fù)對策，以便為在全縣范圍內(nèi)進行修復(fù)土壤污染的依據(jù)。就這樣在實踐﹑認知﹑再實驗，再認知的過程中逐漸累積了知識。合理使用污染土壤，對重度環(huán)境污染的土地，以及"無可救藥"的土地，可以改種為非食物他用經(jīng)濟作物，或栽植樹木，建設(shè)公園來相應(yīng)降低或消除環(huán)境污染食品的。采取科學(xué)地方式進行低污染灌溉，強化管理，并進行有效的監(jiān)測，不失時機的監(jiān)測土地水中污染物的成分﹑濃度，并密切嚴格觀測其演變情況及動態(tài)，以防止仍有無法降解的高殘留滲透到土地。

6 土壤重金屬污染治理的研究展望

工程措施﹑物理恢復(fù)和生化修復(fù)等重金屬方法污染了土地，但弊端較多，規(guī)?；幚韺ξ廴镜耐恋夭⒉粚嶋H，同時還會損傷土壤結(jié)構(gòu)，減少土地生態(tài)活力，使土壤的肥力下降，而農(nóng)業(yè)生態(tài)措施則周期較長，但效益并不突出。生態(tài)修復(fù)技術(shù)因其高效率，以及良好的社會﹑生態(tài)綜合經(jīng)濟效益已被社會大眾所認可，應(yīng)用前景廣泛。以下幾點將成為未來科研的熱門話題。

（1）超累積植物篩選與培育。超累積植株一般生長發(fā)育較遲緩，生物量少，環(huán)境的適應(yīng)能力也較差，但仍可以吸收一些重金屬。所以，篩選和栽培吸收能力較強，吸附土壤中重金屬種類較多，而且微生物含量較大的植株是生態(tài)恢復(fù)的一種重點。

（2）基因工程技術(shù)的應(yīng)用。把篩選和培育出的超累積植物和細菌基因組，引入生物學(xué)量大﹑繁殖速率快﹑適應(yīng)性好的植株中去已經(jīng)實現(xiàn)，所以通過運用植物遺傳工程技術(shù)增強的植株修復(fù)能力，將獲得突破性發(fā)展。

（3）生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究。重金屬污染對土地的恢復(fù)是一項整體性的系統(tǒng)工程，因此需要多重修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)加上化工﹑細菌和農(nóng)業(yè)生態(tài)等措施，能夠提升土壤重金屬的生物學(xué)效能，從而促進了植株的繁殖與吸收，能夠更好地提升土壤重金屬恢復(fù)的效果。因此生物修復(fù)綜合科技發(fā)展前景巨大。

圖1 植物修復(fù)重金屬污染土壤機理圖

（4）農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)。農(nóng)業(yè)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)主要是指利用農(nóng)業(yè)技術(shù)手段，通過改善土壤濕度含量﹑耕作制度及其殺蟲劑施用情況等方法，進行對農(nóng)業(yè)土壤污染的恢復(fù)工作。在農(nóng)業(yè)生態(tài)恢復(fù)環(huán)節(jié)，科研人員可通過控制土壤中含水量的方法，來合理控制土壤Eh值，因為一些重金屬在土壤氧化還原下其遷移性不斷變化，而導(dǎo)致土壤氧化還原的最主要原因就是土壤水份濃度，所以在農(nóng)業(yè)恢復(fù)環(huán)節(jié)中，可采用控制土壤水份濃度的方法，來合理地提高土壤氧化還原效率，并以此方法來減少土壤中重金屬的轉(zhuǎn)移，從而保證了土壤恢復(fù)工作的順利開展。

7 結(jié)語

土地的重金屬污染治理實際上是一種普遍性的環(huán)境問題，在如何綜合治理上有待更多的研究，這也就是土地安全問題是與人類生命健康密切相關(guān)的，而莊稼的生長又關(guān)乎著食品安全，所以對于以上進行的土地重金屬污染綜合治理方法也只是一點小小的探索，期望能夠為日后進行的環(huán)境綜合治理開展工作提供一點借鑒，從而更好的綜合治理土地重金屬污染問題。