土壤重金属污染研究(综述

1、土壤重金属污染研究摘 要随着现代工业的发展，工业排出的污染物越来越多，土壤的重金属污染就是一个例子，土壤污染对人类的身心都造成了巨大的危害。本文主要就土壤重金属的概念、来源种类、特点危害、防治修复等方面都做了一定的阐述，希望为实现重金属污染土壤的有效生态整治与安全高效益的利用提供可参考价值。关键词：土壤污染；重金属；危害；防治措施AbstractWith the development of modern industry, industrial discharge pollutants is more and more, soil heavy metal pollution is one e

2、xample, soil pollution has caused great harm on human body and mind . This paper discusses the concept, origin of soil heavy metal types and characteristics, prevention harm repair all aspects were discussed as well，hoping that can provide referential value for realizating soil effective ecological

3、improvement of heavy metals pollution together with making the utmost of it safely and effectively.Key words:soil pollution;heavy metals;harm；managerial ways目录摘要1Abstract2引言4第一章 土壤重金属污染的定义5第二章 土壤重金属来源与分布6第三章 土壤重金属的特性与危害8第四章 土壤重金属的防治9第五章 土壤污染的综合治理措施10第六章 土壤重金属污染的研究进展11第七章 结语12参考文献引言 我国是以农业为基础的发展中国家，近

4、年来随着工业化城市化建设的进行，以及农用化肥农药的大量施用，使土壤污染问题日趋突出。而土壤重金属污染是其中重要的组成部分，由于其不能为土壤微生物所分解，且污染具有蓄积性的特点，土壤一旦遭受污染，就难以在短时间内消除，从而对农产品的产量品质和人类的身体健康造成很大的危害【1,2】。据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近 2000 万公顷，约占总耕地面积的 1/5，其中工业“三废”污染耕地 1000 万公顷，污水灌溉的农田面积已达 330 多万公顷。例如：某省曾对 47 个县和郊区的 259 万公顷耕地（占全省耕地面积的五分之二）进行过调查。其结果表明，75% 的县已受到不同程度的

5、重金属污染的潜在威胁，而且污染趋势仍在加重。 在我国，每年因重金属污染而减产粮食产量1000多万吨，被污染的粮食每年达1200万吨，经济损失至少200亿元。本文在讨论土壤重金属污染的现状、污染迁移途径以及危害的基础上，阐述了土壤重金属污染的防治方法。第1章 土壤重金属污染的定义重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的

6、污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景含量、并可能造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象 3。 但是土壤本身含有一定量的重金属元素，如植物生长所必须的Mn、Cu、Zn等。因此，只有当叠加进入土壤的重金属元素累积的浓度超过了作物需要和忍受程度，作物才表现出受毒害症状，或作物生长并未受害但产品中某种金属的含量超过标准，造成对人畜的危害时，才能认为土壤已被重金属污染 4。第2章 土壤重金属来源与分布2.1 随着大气沉降进入土壤的重金属 大气中的重金属主要来源于能源、运输、冶金

7、和建筑材料生产产生的气体和粉尘。除汞以外，重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进人土壤。煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.0230mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%30%沉降在距排放源十几公里的范围内，据估计全世界每年约有1600吨的汞是通过煤和其它石化燃料燃烧而排放到大气中去的。运输，特别是汽车运输对大气和土壤造成严重污染。主要以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，据有关材料报导，汽车排放的尾气中含Pb量多达2050 g/L，它们成条带状

8、分布，因距离公路、铁路、城市中心的远近及交通量的大小有明显的差异。在宁-杭公路南京段两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染带，且沿公路延长方向分布，自公路两侧污染强度减弱。经自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，与重工业发达程度、城市的人口密度、土地利用率、交通发达程度有直接关系，距城市越近污染的程度就越重，污染强弱顺序为：城市郊区农村。2.2 随污水进入土壤的重金属利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术，主要是把污水作为灌溉水源来利用。污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。生活污水中重金属含量很少，但是，由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而

9、排人下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。淮阳污灌区土壤Hg、Ca、Cr、Pb、As等重金属1995年已超过警戒线。其它灌区部分重金属含量也远远超过当地背景值。随着污水灌溉而进入土壤的重金属，以不同的方式被土壤截留固定。2.3 随固体废弃物进入土壤的重金属固体废弃物种类繁多，成分复杂，不同种类其危害方式和污染程度不同。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。对武汉市垃圾堆放场，杭州铬渣堆放区附近土壤中重金属含量的研究发现，这些区域土壤中有

10、一些固体废弃物被直接或通过加工作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。如随着我国畜牧生产的发展，产生大量的家畜粪便及动物加工产生的废弃物，这类农业固体废弃物中含有植物所需N、P、K和有机质，同时由于饲料中添加了一定量的重金属盐类，因此作为肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn等重金属元素的含量。随着工业的发展以及城镇环境建设的加快，污水处理正在不断加强。我国现有80余座污水处理厂，估计污泥产生量在400万吨以上，由于污泥含有较高的有机质和氮、磷养分，因此土壤成为污泥处理的主要场所。一般来说，污泥中Cr、Pb、Cu、Zn、As极易超过控制标准。北京褐土施用燕山石化污泥一年后Hg、Cd浓度分别达到O.94

11、mg/kg、O.22mg/kg。许多研究指出，污泥的施用可使土壤重金属含量有不同程度的增加。其增加的幅度与污泥中的重金属含量、污泥的施用量及土壤管理有关。固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大，土壤中重金属的含量随距污染源的距离增大而降低。2.4 随农用物资进入土壤的重金属 农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。氮、钾肥料中重金属含量较低，磷肥中含有较多的有害重

12、金属，复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。肥料中重金属含量一般是磷肥复合肥钾肥氮肥。Cd是土壤环境中重要的污染元素，随磷肥进入土壤的Cd一直受到人们的关注。许多研究表明，随着磷肥及复合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不断增加，作物吸收Cd量也相应增加。肥料中Cr、As元素含量较高，且土壤的环境含量又较低，能引起土壤中Cr、As的较快积累。近年来，地膜的大面积的推广使用，造成了土壤的白色污染。由于地膜生产过程中加入了含有Cd、Pb的热稳定剂，同时也增加了土壤重金属污染。第3章 土壤重金属的特性及危害3.1 重金属在土壤中的沉积重金属能在一定的幅度内发生氧化还原反应，具有可变价态，因重金

13、属的价态不同，其活性和毒性也不同；重金属易在土壤环境中发生水解反应，生成氢氧化物，也可以与土壤中的一些无机酸反应，生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。这些化合物的溶度积【5】都比较小，使得重金属累积于土壤中，不易迁移，污染危害范围扩大的可能性较小，但却使污染区域内的危害周期变长，危害程度加大。3.2 重金属对土壤微生物的影响通常情况下，重金属污染对微生物有两个明显效应：一是不适应生长的微生物种数量的减少或绝灭，表现为有些重金属还会在微生物的作用下转化为毒性更强的有机化合物（如甲基汞等）；二是适应生长的微生物数量的增大与积累。重金属对微生物的生物转化具有抑制作用，其中表现为重金属能降低微生物的固氮作用

14、。3.3 重金属对土壤酶活性的影响土壤酶参与土壤中的众多代谢过程，是土壤生态系统代谢的重要动力，土壤中所进行的一切生物学和化学过程都要由酶的催化作用才能完成，在生态系统的物质和能量循环等过程中，土壤酶起到表征物质和能量转化强度的作用【6】。土壤酶活性的高低可以衡量土壤生物学活性和土壤生产力，土壤重金属含量的高低影响土壤酶活性，土壤酶活性在一定程度上反应土壤的污染情况。贺玉晓【7】等在对土壤重金属对土壤酶活性的研究中，研究表明土壤总体酶活性与重金属实际污染状况基本一致。3.4 土壤重金属污染的生物学效应土壤环境中重金属的生物作用，主要是指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内

15、累积起来，这种迁移既可认为是植物对土壤的净化，亦可认为是污染土壤对植物的危害。累积下来的重金属物质可以通过食物链的关系，逐级传递到食物链的顶层【8】，也就是我们人类，这样在人类体内累积下来的量也就成为植物体内的好几倍、十几倍甚至几十倍，这也就是自然界中的生物放大作用【9】。过量的重金属会引起植物生理功能紊乱、营养失调、发生病变，重金属不能被土壤微生物所降解，可在土壤中不断累积，也可为生物所富集并通过食物链在人体体内积累，进而危害人体健康。土壤一旦遭受重金属污染，就很难彻底消除，污染物还会向地下水和地表水中迁移，从而扩大其污染。因此重金属对土壤的污染是一类后果非常严重的环境问题。人类因土壤重金属

16、污染而遭受的危害有 10： (1)土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺; (2)土壤污染给农业发展带来很大的不利影响; (3)土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染; (4)土壤污染严重危及后代子孙的利益，不利于经济的可持续发展; (5)土壤污染造成严重的经济损失; (6)土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁; (7)土壤污染也是造成其他污染的重要原因第4章 土壤重金属的防治士壤重金属污染由于其具有潜伏期比较长、累积性强且具有隐蔽忡等特点，因此在重金属的污染的防治上我们应当以“防”为主【11】。4.1 定期开展土壤质量调查与监测土壤质量调查主要包括区域土壤重金属污

17、染情况调查和污染程度的分级与评价。一般以区域土壤的背景值或土壤污染物的临界值作为评价标准，根据土壤中重金属的含量超过背景值或污染物的临界值的比值转换为无量纲数值(如污染指数【12】)来判断污染情况。土壤质量的监测和预测工作，在土壤的环境保护中占有重要的地位。其具体做法是在有代表性地区定期采集土壤样品，或在固定点安置自动监测仪器，以观察土壤重金属污染状况的动态变化及规律，按照土壤重金属污染的评价模式，从而计算出重金属在土壤中积累和残留的数量，并预测其变化的趋势。4.2 切断污染源以及控制重金属进入食物链切断污染源是指采取有效措施以削减，控制和消除污染源，这是目前治理重金属污染的最切实有效的方法。

18、在农业方面：一要减少化肥的使用量和污染；二要控制农药的种类及施用量，减少其在土壤中的残留；三对于污水灌溉和施用污泥，要制定相应的标准，将污染控制在源头。另一方面，土壤中的重金属污染物主要通过植物的吸收累积，并进而通过食物链才对人体造成危害，因此，我们应采取措施控制植物的吸收，减少其在植物可食部分的积累量，如种植一些对重金属吸收能力较差的品种等。对于污染特别严重的地区，我们应避免种植一些可供食用的植物，而改种观赏性的植物或用以培育新品种。4.3 改良土壤结构，从而提高其对土壤重金属污染的抵抗能力土壤环境具有一定的自净作用，其自净能力的大小取决于土壤的环境容量，而环境容量是可以凋控的，调控的机理是

19、改变土壤的组成及结构，从而改变土壤中重金属的存在形态，降低其毒性；或者是减少作物对重金属的吸收率。如增加有机肥的施用量，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，可促使土壤中某些重金属的形态发生变化，从而降低其毒性【13】。第二控制土壤中水分的含量，土壤的氧化还原状况影响到重金属的存在形态，而土壤的Eh值又受到土壤水分的影响。第5章 土壤污染的综合治理措施5.1 生物修复生物修复是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染【14,15,16】。其中包括植物修复技术【15】和微生物修复技术【16】。植物修复技术是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术。根据其作用过程和机理，重金属污

20、染土壤的植物修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种类型。而微生物能够改变金属存在的氧化还原状态，从而降低土壤中重金属的毒性；许多微生物与重金属具有很强的亲合性，能富集多种重金属。如藻类对铜、铀、铅、镉等都有吸收富集作用。5.2 化学修复化学修复【17】是指通过向土壤施改良剂、抑制剂，改变pH值、Eh和电导率等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金属的生物有效性。5.2.1 施用改良剂 根据土壤缓冲性原理【18】，施用改良剂可降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，减轻重金属对生态环境的危害。5.2.2 沉淀法沉淀法是利用一些物质与重金属形成沉

21、淀，来降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，从而有效地降低植物体的重金属浓度。施用石灰、高炉灰、矿渣等碱性物质或配施一定量的硅肥、钙镁磷肥等碱性肥料，提高土壤pH值，形成沉淀而降低重金属的溶解性，从而减少植物对重金属的吸收。施入石灰硫磺合剂、硫化钠等含硫物质，能使土壤中重金属形成硫化物沉淀。沉淀法可以降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，同时也会使土壤植物必需的营养元素也发生沉淀，易导致微量元素的缺乏。5.2.3 加入吸附剂吸附剂可以钝化土壤中的重金属，降低重金属活性，以减少的吸收。5.2.4 拮抗法利用离子间拮抗作用来降低植物对重金属的吸收。在酸性土壤上施用石灰，利用Ca2+离子与Pb的拮抗作用，减

22、少作物对Pb的吸收。5.3 物理修复【16】一是改变轮作制度【19】。改变耕作制度会引起土壤环境条件的变化，可消除某些污染物的毒害。据研究，实行水旱轮作是减轻和消除农药污染的有效措施。如DDT、六六六农药在棉田中的降解速度很慢，残留量大，而棉田改水田后，可大大加速DDT和六六六的降解。二是换土和翻土。对于轻度污染的土壤，采取深翻或换无污染客土【20,21】的方法。对于污染严重的土壤，可采取铲除表土或换客土的方法。这些方法的优点是改良较彻底，适用于小面积改良。但对于大面积污染土壤的改良，非常费事，难以推行。第6章 土壤重金属污染的研究进展 目前，世界各国对土壤重金属污染修复技术进行了广泛的研究，

23、取得了可喜的进展。先后总结除了上述六种修复方法，并且在这几种方法的基础上深入研究，拓展创新，有先后发现了很多在此基础上的子方法。但在如何将生物修复和物理修复科学地结合起来方面，目前缺乏深入的研究；对植物修复中涉及的诱导作用如何避免二次污染，特别是对地下水的污染缺乏研究；有关植物收获后如何处理的报道目前很少见到；另外，植物修复尚处于实验室和大田的试验、示范阶段，缺乏污染土壤的修复实践，与污染土壤修复产业化的形成相距甚远。 当前在污染土壤防治措施方面，人们更关注生物修复、物理修复等技术措施，而没有对环境管理给予足够重视。其实，若管理理念能得到提升、管理技术能得到改进、管理手段能得到加强，土壤污染势

24、头就能得到有效遏止，污染治理的压力就能得到缓解，因而有必要将管理措施提高到重金属污染防治的首要位置，确立“防重于治”的原则。今后，我们更应在管理方法上下功夫，鼓励新方法、新标准的制定和推广使用。第7章 结语 土壤中重金属污染日趋普遍，由于土壤中重金属污染危害周期长，污染范围广、持续时间长，污染隐蔽，而且具有生物不可降解性和相对稳定性，使得重金属易在土壤中积累，并可能通过食物链不断地在生物体内富集，甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物，对食物链中某些生物产生毒害，最终在人体内蓄积而危害人体健康。当前土壤重金属污染问题越来越严重，关于土壤污染修复技术的研究也越来越受到研究人员的关注。目前，绝大部分工

25、作尚处在实验室模拟实验阶段，达到现场应用程度的成熟方法很少。在选修复技术时，应根据污染物的性质（如种类、形态、浓度等）、土壤条件（如pH、渗透性、地下水等）、污染程度、预期的修复目标，实践限制、成本、修复技术的适用范围等因素加以综合考虑，选择最适合的修复技术或其组合，达到高效，低耗的双重效果。参考文献：1 傅克文.农业环境的化学污染.北京:科学出版社.19852 叶玉武,姚春云.农业环境与农村环境保护.上海:上海科学技术出版社.19923 王红旗、刘新会、李国学.土壤环境学：高等教育出版社.19904 张辉.土壤环境学.化学工业出版社。5 Thomas Hanauer, Peter Felix

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