謝博文，王　藝，趙晟雯，陳　浩，劉軒吉

(南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇　南京　211167)

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土壤重金屬污染研究綜述*

謝博文，王藝，趙晟雯，陳浩，劉軒吉

(南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇南京211167)

隨著我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)，城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廢水排放量增加，土壤重金屬污染變的越來越嚴(yán)重，有些地區(qū)的土壤重金屬污染已危及到我們的正常生活。中國又恰恰是污染最嚴(yán)重的國家之一，有關(guān)重金屬污染的問題也成為時下研究的熱門。本論文首先介紹了土壤中重金屬的來源、重金屬的存在形態(tài)及土壤重金屬的危害，然后綜述了土壤中重金屬的研究現(xiàn)狀及土壤重金屬污染的防治措施。

土壤重金屬;研究現(xiàn)狀;形態(tài)分布;防治措施

隨著工業(yè)化發(fā)展，城市化發(fā)展的加快，土壤中重金屬污染情況日益嚴(yán)重，這些重金屬污染元素主要指汞、鉻、鉛、砷、銅、鋅，鈷等。土壤中的重金屬殘留時間長、隱蔽性強(qiáng)、毒性大等特點(diǎn)。這些重金屬離子不但可以直接通過吞食、吸入、皮膚接觸等方式進(jìn)入人體，從而損害造血系統(tǒng)甚至中樞系統(tǒng)等，損害人們的身體健康，通過食物鏈富集，對其他動物造成傷害。

1　土壤中重金屬來源

1.1城市土壤重金屬來源

家庭活動帶來的重金屬污染。城市居民在日常生活中，對于生活垃圾的不恰當(dāng)處理，隨意丟棄電池，電池的重金屬會滲入土壤中，對土壤造成污染。廢棄物處理不當(dāng)造成的污染。城市中大量廢棄物的隨意堆放，使得重金屬元素向四周環(huán)境滲透，對土壤造成局部嚴(yán)重的重金屬污染，部分重金屬含量超標(biāo)[1]。

城市發(fā)展愈快，交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜。車輛產(chǎn)生的大量尾氣，向周圍環(huán)境中釋放大量的污染物，造成重金屬污染物積累的越來越多。Pb、Cd、Cu、Zn等重金屬進(jìn)入周圍的土壤環(huán)境, 既是城市大氣的主要污染源, 也引起公路兩側(cè)農(nóng)業(yè)土壤的重金屬污染[2]。城市周邊工廠帶來的外源污染物，冶煉、電鍍、塑料、電池、化工等行業(yè)是排放重金屬的主要來源，以“三廢”形式不斷向城市土壤排放重金屬。

1.2農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬來源

引用污水灌溉是農(nóng)業(yè)用地土壤重金屬污染的主要原因。污水按來源可分為城市生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水和農(nóng)業(yè)污水。生活污水中重金屬含量很少，但是由于我國部分城市未將生活污水和工業(yè)污水進(jìn)行分流處理，導(dǎo)致生活污水重金屬含量增高，灌區(qū)部分重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)乇尘爸礫3]。

2　土壤重金屬污染的危害

2.1土壤重金屬污染的內(nèi)涵及特點(diǎn)

土壤重金屬污染是指土壤中的重金屬元素含量比土壤中元素的平均值高，并且對生態(tài)、環(huán)境質(zhì)量造成破壞和產(chǎn)生不良影響的現(xiàn)象[4]。由于重金屬元素本身所具有的特點(diǎn)以及土壤環(huán)境復(fù)雜多變的特點(diǎn)，決定了土壤重金屬污染具有污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解的特點(diǎn)[5]。

2.2土壤重金屬污染的危害

2.2.1對植物的危害

土壤中的重金屬會對植物的形態(tài)、生長、繁衍等有一定的危害，會引起植物的高度、根莖的長度、葉片的面積等一系列生理特征的變化[6]。

2.2.2對土壤動物的危害

土壤中的重金屬元素會通過各種不同的途徑富集到土壤動物的體內(nèi)，有些被吸收到土壤動物體內(nèi)，這對土壤動物的生長發(fā)育及繁衍都帶來了危害。隨著重金屬污染的加劇，土壤動物群落的組成與數(shù)量在相應(yīng)逐漸減少，在被重金屬污染的土壤中，優(yōu)勢類群與常見類群的種類明顯減少；與此同時，重金屬元素對土壤動物群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、密度類群指數(shù)都有減小的趨勢。

2.2.3對土壤酶的危害

土壤酶是一種生物催化劑，是反映土壤肥力的一個敏感性生物指標(biāo)，能夠直觀地反映土壤生化過程的強(qiáng)度和方向[7]。土壤中不同酶活性的變化可以表明土壤受何種重金屬的污染。

2.2.4對人體健康的危害

土壤尤其是表層土壤中的重金屬，如Cr、Pb、Ni、Hg、Sn等極易進(jìn)入人體，直接對人體健康造成威脅，會引起呼吸系統(tǒng)紊亂，免疫力降低，各器官一系列病變等。

3　土壤中重金屬的存在形態(tài)

3.1重金屬存在形式

重金屬形態(tài)是指重金屬的價態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)四個方面,具體來說是指某一重金屬元素在環(huán)境中存在的實(shí)際形式，比如是離子或分子。重金屬污染物進(jìn)入土壤后,與土壤中各種各樣的固體物質(zhì)的表面發(fā)生多種復(fù)雜的反應(yīng)。經(jīng)過一系列包括酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、沉淀溶解反應(yīng)、絡(luò)合離解反應(yīng)、吸附解吸反應(yīng)、生化反應(yīng)等物理、化學(xué)和生物的過程最終以重金屬的形態(tài)變化表現(xiàn)出來[7]。土壤中重金屬主要有Ni、Cr、Pb、Cu、Zn、Cd等金屬元素，且各形態(tài)的分布存在很大差異。Ni、Cr、Zn的存在形式主要是殘?jiān)鼞B(tài)。Pb則大都以殘?jiān)鼞B(tài)和鐵錳氧化態(tài)的形式存在；Cu的存在形式主要為殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)；Cd在殘留態(tài)中比例最小，碳酸鹽結(jié)合態(tài)和交換態(tài)含量比例很高[8]。

3.2銅的存在形式

我們以銅為例，由于銅與有機(jī)配體的鰲合物穩(wěn)定性很強(qiáng)，因此會生成多種形態(tài)的銅。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的重金屬銅存在形式主要可分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。由于土壤中含水率及pH值的轉(zhuǎn)變，土壤中各種形態(tài)銅之間的相互轉(zhuǎn)化也會發(fā)生改變。

(1)可交換態(tài)銅：是土壤中活動性最強(qiáng)的的一部分，在中性條件下易被釋放，最容易受到土壤環(huán)境變化的影響。并且可交換態(tài)銅元素也是最容易發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)，具有最大的生物有效性、毒性和可移動性，是引起土壤重金屬污染和危害生物體的最主要來源。

(2)碳酸鹽結(jié)合態(tài)銅：該形態(tài)銅主要通過沉淀和共沉淀賦存在碳酸鹽上，對于土壤的pH值反應(yīng)最為敏感。隨著土壤pH值的降低，該形態(tài)銅的生物活性和移動性會顯著提高。相反，隨著土壤pH值的升高有利于該形態(tài)銅的形成，具有潛在威脅性。

(3)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)銅：該形態(tài)銅一般以較強(qiáng)的離子鍵結(jié)合吸附在土壤中的其他金屬鹽上生成結(jié)合體或者包裹在沉積物的表面。該形態(tài)金屬還可以進(jìn)一步分為無定型氧化態(tài)鐵、晶體形氧化鐵結(jié)合態(tài)以及無定型氧化態(tài)錳等三種形態(tài)。

(4)有機(jī)結(jié)合態(tài)銅：該形態(tài)銅主要通過配合作用存在于土壤之中，一般由有機(jī)質(zhì)和重金屬銅發(fā)生絡(luò)合，形成螯合物或者土壤中的硫離子也會與重金屬銅形成難溶于水的硫化物。該形態(tài)銅較為穩(wěn)定，釋放過程較慢，一般不易被生物吸收利用。

(5)殘?jiān)鼞B(tài)銅：對于非污染態(tài)的土壤環(huán)境下，殘?jiān)鼞B(tài)的銅是最主要的結(jié)合形式。主要受礦物成分和風(fēng)化程度的影響，在土壤中穩(wěn)定性最強(qiáng)，不易遷移轉(zhuǎn)化，因此該形態(tài)銅的生物可利用性和遷移性不大，毒性也最小。

4　土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀

近年來我國學(xué)者對土壤中重金屬污染狀況做了大量調(diào)查，發(fā)現(xiàn)重金屬污染范圍廣泛，不管是城市綠地，河口淤積還是農(nóng)田耕地等都存在著不同程度的重金屬污染。由于重金屬能在一定幅度內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，具有可變價態(tài)，且因重金屬的價態(tài)不同，其活性和毒性也不同。在不同的土壤環(huán)境條件下，包括土壤類型、土地利用方式、陽離子交換量、土壤pH、Eh值、土壤膠體的種類與含量等因素的差異，都可以引起土壤中重金屬元素存在形態(tài)的轉(zhuǎn)化，從而對動物植物都有著很大的危害。

我國在與重金屬相關(guān)的城市綠地土壤分布特征和污染狀況上面開展了很多富有建設(shè)性的研究，例如在對上海市區(qū)的44個公園土壤中重金屬含量的調(diào)查中，史貴濤等[9]發(fā)現(xiàn)，絕大部分公園受到輕度污染。其中9個為中等污染；7個為重度污染,比例高達(dá)16%。潛在的污染源來自交通和工業(yè)。對哈爾濱市不同綠地功能區(qū)土壤重金屬污染狀況的研究后，陳立新等[10]發(fā)現(xiàn)土壤中Hg，Pb，Cr，Cd均有不同程度的污染，并且不同功能的綠地的污染狀況相差甚多，交通尾氣的大氣降塵為主要污染源。但這些研究主要集中在北上廣深等大城市，而針對中小型城市不同功能區(qū)重金屬污染狀況的研究任較少。隨著中小型城市的城市化的進(jìn)程不斷加快，大量土地分化為不同職能的區(qū)域，如交通職能區(qū)，商業(yè)職能區(qū)以及遠(yuǎn)離市中心的工業(yè)職能區(qū)。這無形中給城市的土壤環(huán)境增添了巨大的壓力。由于城市區(qū)域職能的分配不協(xié)調(diào)，原有的綠色植物生長區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械奈廴炯鄣睾蛢艋瘏^(qū)，使得維持綠色植物生長的土壤質(zhì)量開始下降。

在對海河流域主要河口區(qū)域沉積物中重金屬空間分異及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價[11]中，呂書叢等得出海河重金屬的相關(guān)結(jié)論：(1) 海河流域主要河口沉積物重金屬均高于流域內(nèi)主要土壤類型環(huán)境背景值。在空間分布上，以非常規(guī)水源補(bǔ)給為主的海河水系中，永定新河、子牙新河和北排河的河口區(qū)域重金屬含量明顯較高；而以自然水源補(bǔ)給的灤河水系和自然水源補(bǔ)給與非常規(guī)水源補(bǔ)給相結(jié)合的徒駭馬頰水系重金屬含量則相對較低。(2) 河口區(qū)域的重金屬分布和該流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有相關(guān)聯(lián)系。鉻，鎳，銅，鉛等重金屬受到該流域內(nèi)總?cè)丝跀?shù)的影響十分顯著，并且陸源污染成為主要污染因素。而鎘和鉛與該流域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的關(guān)聯(lián)性不明顯。 (3) 海河流域主要河口的重金屬綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)屬于輕微風(fēng)險(xiǎn)等級。 但其中最主要的潛在風(fēng)險(xiǎn)元素任然是鎘，并且在大多數(shù)河口均達(dá)到了中等風(fēng)險(xiǎn)級別。銅，鎳，鉛雖仍屬輕微風(fēng)險(xiǎn)等級，但其潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也相對較高，很有可能上升到中等風(fēng)險(xiǎn)級別。

5　土壤中重金屬污染的治與防

5.1治，需要完善的機(jī)制

在我國所有調(diào)查的4.46萬家化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)里，有72%的企業(yè)地處長江、黃河、珠江、大湖等重點(diǎn)流域沿岸，而其中與飲用水水源保護(hù)地、重要生態(tài)功能區(qū)等距離不足1公里的占12.2%。這些重要水源的污染必定會導(dǎo)致城市土壤及農(nóng)業(yè)用地土壤中重金屬污染的加劇[10]。

2006年，株洲霞灣港由于水利設(shè)施不當(dāng)，造成湘江鎘污染嚴(yán)重。2007年，湖南省下令關(guān)閉停產(chǎn)洞庭湖畔234家造紙企業(yè)，漸漸地洞庭湖水恢復(fù)到三類水質(zhì)[11]。

土壤重金屬污染現(xiàn)行的治理方法：(1)工程治理法；(2)生物治理方法；(3)化學(xué)治理方法；(4)農(nóng)業(yè)治理方法。

土壤重金屬污染治理已是刻不容緩。然而我國土壤污染治理卻有諸多難點(diǎn)。首先，目前我國沒有專門的土壤環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，法制建設(shè)明顯跟不上。其次，目前的污染治理幾乎都是發(fā)現(xiàn)一起治理一起，而在發(fā)生事故后，那些負(fù)責(zé)的企業(yè)等基本都已無法承擔(dān)相關(guān)責(zé)任。因此治理的重任就全都落在了政府的肩上。而這些治理往往需要耗費(fèi)大量的資金，這無疑是加重了政府的財(cái)政負(fù)擔(dān)。這些問題都是治理過程中棘手的問題，需要有效地解決[12]。

5.2防，從源頭抓起

對于重金屬污染的預(yù)防措施，治理修復(fù)固然重要，然而邊治理邊污染卻是在浪費(fèi)大量的人力財(cái)力。因此在重金屬防治中，要樹立防大于治、先于治的理念，從源頭控制污染源的不達(dá)標(biāo)排放。

首先要對有關(guān)重金屬的工廠企業(yè)要實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)控，不能放寬在企業(yè)總排水口或者是在企業(yè)污水處理廠排水口取樣監(jiān)測，更不能放寬在企業(yè)在入河排污口的取樣監(jiān)測或在其相應(yīng)的自動監(jiān)測站的監(jiān)測。另外在農(nóng)業(yè)方面，要推廣無害化肥的使用，避免含有重金屬的化肥對土壤造成重金屬污染。像這樣建立起“源頭監(jiān)控”就能有效遏制我國的土壤重金屬污染日益嚴(yán)重的勢頭。

企業(yè)應(yīng)履行自己自己的義務(wù)，做到不讓污染物出廠，這也正是企業(yè)的責(zé)任所在，這是大小企業(yè)都應(yīng)該共同努力地目標(biāo)。如果這個目標(biāo)能實(shí)現(xiàn)，那么無疑治理的同時，還在繼續(xù)污染的現(xiàn)狀能夠得到較大的改變。土壤重金屬污染問題也會慢慢變小甚至消失，還我們一片生機(jī)盎然的土地。

6　重金屬污染總結(jié)

重金屬污染無處不在，他以形形色色的存在方式潛伏在我們身邊。同時它的危害又是如此巨大，在人類工業(yè)發(fā)展的歷史進(jìn)程中，一次次的悲劇讓我們對它聞風(fēng)喪膽。就像20世紀(jì)60年代日本的水俁病，直至今日幸存者仍在飽受著病痛的折磨。重金屬的積累性也大大增強(qiáng)了其毒性與消除難度。在我國工業(yè)化進(jìn)程日新月異的年代，重金屬污染的防治勢在必行。不管是農(nóng)業(yè)還是工業(yè)都應(yīng)該嚴(yán)格遵守國家相關(guān)規(guī)定，同時監(jiān)管部門也要嚴(yán)厲打擊取締不合理的污染企業(yè)。在食品藥品等直接關(guān)系到人們生命安全的環(huán)節(jié)要加大管理力度，不能讓毒膠囊等事件再次發(fā)生。重金屬污染的防治不是一時半會之事，而是一個需要人人踐行，長久且不可停止的過程，是一場持久戰(zhàn)。

[1]肖錦華.中國城市土壤重金屬污染研究進(jìn)展及治理對策[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(4):22-34.

[2]史貴濤, 陳振樓, 李海雯,等. 城市土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀與趨勢[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù),2006,18(6): 9-12.

[3]劉春陽,張宇峰,滕潔.土壤中重金屬污染的研究進(jìn)展[J].污染防治技術(shù),2006,14(4):42-45.

[4]高翔云,湯志云,李建和,等.國內(nèi)土壤環(huán)境污染現(xiàn)狀與防治措施[J].環(huán)境保護(hù),2006(2B):50-53.

[5]王圣瑞,顏昌宙,金相燦,等.關(guān)于化肥是污染物的誤解[J].土壤通報(bào),2005,36(5):799-801.

[6]楊志新,馮圣東,劉樹慶.鎘、鋅、鉛單元素及其復(fù)合污染與土壤過氧化氫酶活性關(guān)系的研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,13(4):138-141.

[7]毛竹,王浩.土壤重金屬形態(tài)分布特性及其影響因素[J]. 科技資訊,2013(8):163-164.

[8]馬祥愛,秦俊梅,馮兩蕊.長期污水灌溉條件下土壤重金屬形態(tài)及生物活性的研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(22):318-322.

[9]史貴濤,陳振樓,許世遠(yuǎn),等.上海市區(qū)公園土壤重金屬含量及其污染評價[J].土壤通報(bào),2006,37(3):439-454.

[10]陳立新,趙淑蘋,段文標(biāo).哈爾濱市不同綠地功能區(qū)土壤重金屬污染及評價[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(1):65-71.

[11]呂書叢,張洪,單保慶,等. 海河流域主要河口區(qū)域沉積物中重金屬空間分異及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(11),126-139.

[12]鄭喜坤,魯安懷,高翔,等.土壤中重金屬污染現(xiàn)狀與防治方法[J].土壤與環(huán)境,2002,11(1):79-84.

Review of Soil Heavy Metal Pollution*

XIE Bo-wen, WANG Yi, ZHAO Sheng-wen, CHEN Hao, LIU Xuan-ji

(School of Environment Engineering, Nanjing Institute of Technology, Jiangsu Nanjing 211167, China)

Heavy metals pollution of soil become worse and worse with the development of industry and the discharge of unprecedented volumes of wastewater. Heavy metals pollution of soil has been infected our normal life. China is one of the countries most affected by heavy metal pollution, and questions about heavy metal pollution have become a hot research now. The source of heavy metals,the heavy metals existing speciation and the harm of it were introduced. The present research status and prevention measures of heavy metals pollution were summarized.

heavy metals of soil; research status; existing speciation; prevention measures.

南京工程學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(N20151213)。

謝博文(1994-)，男，本科生，研究方向?yàn)樗|(zhì)科學(xué)技術(shù)。

X53

A

1001-9677(2016)01-0021-03