唐浩+曹乃文

摘 要：該文闡述了我國(guó)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，從污水灌溉、大氣沉降、工礦企業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)事活動(dòng)等方面分析了土壤中重金屬的來(lái)源，并簡(jiǎn)要介紹了土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：土壤；重金屬；污染；現(xiàn)狀；修復(fù)技術(shù)

中圖分類號(hào) X833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）07-0103-03

Abstract：This paper describes the present situation of soil heavy metal pollution in our country，analyzes the sources of soil heavy metals from sewage irrigation，atmospheric deposition，industrial production and agricultural activities，and analyzes the heavy metal contaminated soil remediation technology briefly.

Key words：Soil；Heavy metal；Pollution；Present situation；Remediation technology

土壤是一個(gè)開放的緩沖動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，承載著環(huán)境中50%～90%的污染負(fù)荷[1-2]。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)、冶煉、加工企業(yè)等規(guī)模的擴(kuò)大以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥、飼料等用量的增加和不合理的使用，致使土壤中重金屬含量逐年累積，明顯高于其背景值，造成生態(tài)破壞和環(huán)境質(zhì)量惡化，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。重金屬在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長(zhǎng)、難降解，可以通過(guò)生物富集作用和生物放大作用進(jìn)入到農(nóng)牧產(chǎn)品中[3]，從而影響產(chǎn)出物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)，潛在威脅人體健康[4]。本文對(duì)我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，概述了土壤中重金屬的來(lái)源，簡(jiǎn)單介紹了物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)方面的研究進(jìn)展，以期為土壤重金屬污染修復(fù)提供參考。

1 我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀

隨著礦山開采、冶煉、電鍍以及制革行業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些企業(yè)盲目追逐經(jīng)濟(jì)利益，輕視環(huán)境保護(hù)，再加上農(nóng)藥、化肥、地膜、飼料添加劑等的大量使用，我國(guó)土壤中Pb、Cd、Zn等重金屬的污染狀況日益嚴(yán)重，污染面積逐年擴(kuò)大，危害人類和動(dòng)物的生命健康。據(jù)報(bào)道，2008年以來(lái)，全國(guó)已發(fā)生100余起重大污染事故，其中Pb、Cd、As等重金屬污染事故達(dá)30多起。據(jù)2014年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)顯示，全國(guó)土壤環(huán)境總狀況體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問(wèn)題突出。全國(guó)土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。據(jù)農(nóng)業(yè)部對(duì)我國(guó)24個(gè)省市、320個(gè)重點(diǎn)污染區(qū)約548萬(wàn)hm2土壤調(diào)查結(jié)果顯示，污染超標(biāo)的大田農(nóng)作物種植面積為60萬(wàn)hm2，其中重金屬含量超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與面積約占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總量與總面積的80%以上，尤其是Pb、Cd、Hg、Cu及其復(fù)合污染尤為明顯[5]。我國(guó)的一些主要水域如淮河流域、長(zhǎng)江流域、太湖流域、膠州灣等也都出現(xiàn)了重金屬污染[6]。

2 土壤重金屬來(lái)源

土壤中重金屬來(lái)源主要有內(nèi)部來(lái)源和外部來(lái)源兩種。在內(nèi)部來(lái)源中，由于成土母質(zhì)、地形地貌、水文氣象及植被和土地利用類型等的不同，對(duì)土壤重金屬含量的影響有很大差異[7]，致使部分地區(qū)土壤背景值較高。外部原因主要是人為活動(dòng)的影響，是土壤重金屬污染的主要來(lái)源，主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 隨大氣沉降進(jìn)入土壤中的重金屬 大氣沉降是造成土壤重金屬污染的一個(gè)重要途徑[6]。工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及輪胎摩擦可產(chǎn)生含有重金屬的有毒氣體和粉塵，經(jīng)自然沉降和雨雪沉降進(jìn)入土壤中，污染元素主要為Pb、Cu、Zn等。礦山開采和冶煉所帶來(lái)的大氣沉降也是土壤重金屬的重要來(lái)源[5]。有毒氣體和粉塵容易遷移和擴(kuò)散，在工礦煙囪、廢物堆和公路附近的土壤中，土壤重金屬含量較高，向四周和兩側(cè)擴(kuò)散減弱。研究人員對(duì)某鉛鋅冶煉廠的土壤重金屬空間分布特征的研究發(fā)現(xiàn)，Zn、Pb、As的主要污染來(lái)源是廢氣的大氣沉降，風(fēng)力和風(fēng)向是其空間分布的主要影響因子[7]。

2.2 隨污水灌溉進(jìn)入土壤中的重金屬 污水灌溉一般是指利用經(jīng)過(guò)一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田[6]，利用污水灌溉是農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分。但由于污水中含有大量的重金屬，隨污水進(jìn)入到土壤中，使得土壤中重金屬含量不斷富集。我國(guó)自20世紀(jì)60年代至今，污灌面積迅速擴(kuò)大，以北方旱做地區(qū)污染最為普遍，約占全國(guó)污灌面積的90%以上，污灌導(dǎo)致農(nóng)田重金屬Hg、Cd、Cr、Cu、Zn、Pb等含量的增加[7]。

2.3 工礦企業(yè)生產(chǎn)帶入土壤中的重金屬 工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用重金屬元素，工礦企業(yè)將未經(jīng)嚴(yán)格處理的廢水直接排放，導(dǎo)致廢水中的重金屬滲入到土壤中，使得土壤中有毒重金屬含量增加[11]。礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物露天堆放或處理過(guò)程中，經(jīng)日曬、雨淋、水洗等作用，使重金屬以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴(kuò)散。南京某合金廠周圍土壤中的Cr大大超過(guò)土壤背景值，Cr污染以工廠煙囪為中心，范圍達(dá)到1.5km2[12]。電子廢棄物在堆放和拆解過(guò)程中，會(huì)造成Pb、Cr等重金屬進(jìn)入農(nóng)田土壤[13-14]。

2.4 農(nóng)事活動(dòng)帶入土壤中的重金屬 隨著人們對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出物不斷增長(zhǎng)的需求，農(nóng)藥、化肥、地膜等使用量不斷增加，導(dǎo)致土壤中的重金屬不斷富集，造成土壤重金屬污染。農(nóng)藥中含有Hg、As、Zn等重金屬，長(zhǎng)期使用就會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的累積。磷肥天然伴有Cd，隨著磷肥及復(fù)合肥的大量施用，土壤中有效Cd的含量不斷增加，作物吸收Cd量也在增加[15]。地膜在生產(chǎn)過(guò)程中加入了含Cd、Pb等重金屬的熱穩(wěn)定劑，也會(huì)造成土壤重金屬含量的增加。當(dāng)前有機(jī)肥肥源大多來(lái)源于集約化的養(yǎng)殖場(chǎng)，大多使用飼料添加劑，其中大多含有Cu和Zn[16]，使得有機(jī)肥料中的Cu和Zn含量也明顯增加，并隨著施肥帶入到土壤中。

3 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

3.1 物理修復(fù) 一是客土、換土和深耕翻土等措施。通過(guò)這一措施，可以降低表層土壤重金屬含量，減少土壤重金屬對(duì)植物的毒害。深耕翻土適用于輕度污染的土壤，客土和換土適用于重度污染的土壤。工程措施具有穩(wěn)定、徹底的有點(diǎn)，效果較好，但是需要大量的人力、物力，投資較大，并會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力。二是電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、土壤淋洗等。物理修復(fù)效果好，但是成本高，還存在著造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 化學(xué)修復(fù) 化學(xué)修復(fù)是主要是采用化學(xué)的方法改變土壤中重金屬的化學(xué)性質(zhì)，來(lái)降低土壤中重金屬的遷移性和生物可利用率，減少甚至去除土壤中的重金屬，達(dá)到的土壤治理和修復(fù)的效果[17]。該技術(shù)的關(guān)鍵在于經(jīng)濟(jì)有效改良劑的選擇，常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣等無(wú)機(jī)改良劑和堆肥、綠肥、泥炭等有機(jī)改良劑，不同的改良劑對(duì)重金屬的作用機(jī)理不同。化學(xué)修復(fù)是在土壤原位上進(jìn)行，不會(huì)破壞土地結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單易行。但是化學(xué)修復(fù)只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，并沒(méi)有去除，在一定條件下容易活化，再度造成污染。

3.3 生物修復(fù) 生修復(fù)是利用微生物或植物的生命代謝活動(dòng)，改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性。該方法效果好，易于操作，是目前重金屬污染的研究重點(diǎn)。目前生物修復(fù)技術(shù)主要集中在植物和微生物2個(gè)方面[18-19]，對(duì)植物修復(fù)方面研究的較多[20-23]。生物修復(fù)不會(huì)引起二次污染，成本低，易于推廣，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都優(yōu)于物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)，已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，是目前土壤重金屬污染治理的研究熱點(diǎn)。

3.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù) 不同作物對(duì)重金屬有不同的吸附作用，可以通過(guò)采取不同的耕作制度、作物品種和種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、肥料種類的選取等措施，增加作物對(duì)土壤重金屬的吸收，降低土壤中的重金屬含量。研究表明，調(diào)節(jié)土壤水分、pH值以及土壤水分、養(yǎng)分等狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物所處環(huán)境介質(zhì)的調(diào)控[24-25]，可以改善土壤的理化性質(zhì)，促使土壤中重金屬被作物有效地吸收。

4 展望

土壤是人來(lái)賴以生存的重要自然資源之一，是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。土壤重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的主要環(huán)境問(wèn)題之一。2016年出臺(tái)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，無(wú)疑是我國(guó)土壤環(huán)境管理歷史上里程碑式的文件，明確了我國(guó)土壤污染防治路線圖和時(shí)間表。

土壤是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，一旦受到污染，要將進(jìn)入到土壤中的污染物清除，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的是十分困難的。重金屬對(duì)土壤的污染以現(xiàn)有的技術(shù)而言是不可逆的。因此，土壤污染預(yù)防要比土壤污染治理重要的多。要堅(jiān)持源頭預(yù)防和過(guò)程治理，以源頭控制為主，杜絕污染物進(jìn)入水體、土體，有效降低污染物的排放。在土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究中，要把物理方法、化學(xué)方法、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)措施綜合起來(lái)處理污染問(wèn)題，研究出更加經(jīng)濟(jì)高效的治理措施，應(yīng)該加大生物修復(fù)技術(shù)研究，減少物理和化學(xué)方法的使用，以免造成二次污染。

參考文獻(xiàn)

[1]陳懷滿，鄭春榮，周東美，等.關(guān)于我國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)研究中一些值得關(guān)注的問(wèn)題[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（6）：1244-1245.

[2]H Ali，E Khan，M A Sajad.Phytoremediation of heavy metals-concepts and applications[J].Chemosphere，2013，91（7）：869-881.

[3]KHAN S，HESHAM AEL，QIAO M.，et al.Effects of Cd and Pb on soil microbial community structure and activities[J].Environmental Science and Pollution Research，2010，17（2）：288-296.

[4]孫華，孫波，張?zhí)伊?江西省貴溪冶煉廠周圍蔬菜地重金屬污染狀況評(píng)價(jià)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（1）：70-72.

[5]孫波，周生路，趙其國(guó).基于空間變異分析的土壤重金屬?gòu)?fù)合污染研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（2）：248-251.

[6]刁維萍，倪吾鐘，倪天華，等.水環(huán)境重金屬污染的現(xiàn)狀及其評(píng)價(jià)[J].廣東微量元素科學(xué)，2004，11（3）：1-5.

[7]佘娟娟，趙世君，楊柳，等.鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬的空間分布特征研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，26（6）：110-113.

[8]鄭喜珅，魯安懷，高翔.土壤中重金屬污染現(xiàn)狀與防治方法[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2002，11（1）：79-84.

[9]樊霆，葉文玲，陳海燕，等.農(nóng)田土壤重金屬污染狀況及修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013，22（10）：1727-1736.

[10]楊小波，吳慶書.城市生態(tài)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[11]FAKOYADE S，ONIANWA P.Heavy metal contamination of soil，and bioaccumulation in Guinea grass（Panicum maximum）around Ikeja Industrial Estate，Lagos，Nigeria[J].EnvironGeology，2002.43（1）：145-150.

[12]張輝，馬東升.南京某合金廠土壤鉻污染研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1997，17（2）：80-82.

[13]潘虹梅，李鳳全，葉瑋，等.電子廢棄物拆解業(yè)對(duì)周邊土壤環(huán)境的影響——以臺(tái)州路橋下谷岙村為例[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，30（1）：103-108.

[14]林文杰，吳榮華，鄭澤純，等.貴嶼電子垃圾處理對(duì)河流底泥及土壤重金屬污染[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（1）：160-163.

[15]馬耀華，劉樹應(yīng).環(huán)境土壤學(xué)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998：178-207.

[16]夏家淇.土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)詳解[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)技術(shù)出版社，1996：7-15.

[17]劉云國(guó)，黃寶榮，練湘津，等.重金屬污染土壤化學(xué)萃取修復(fù)技術(shù)影響因素分析[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，32（1）：95-98.

[18]Macaskie L E，Dean A C R，Cheethan A K，et al.Cadmium accumulation by a citrobacter sp：The chemical nature of the accumulated metal precipitate and its location on the bacterial cells[J].Journal of General Microbi0logy，1987，133：539-544.

[19]王亞雄，郭瑾瓏，劉瑞霞.微生物吸附劑對(duì)重金屬的吸附特性[J].環(huán)境科學(xué)，2001，22（6）：72-75

[20]蔣先軍，駱永明，趙其國(guó).重金屬污染土壤的植物修復(fù)研究Ⅲ.金屬富集植物對(duì)鋅鎘的吸收和積累[J].土壤學(xué)報(bào)，2002，39（5）：664-670.

[21]張?zhí)?，潘偉?環(huán)境與土壤污染的植物修復(fù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境，2003，12（1）：76-80.

[22]許嘉琳.陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

[23]吳燕玉，王新，梁仁祿，等.重金屬?gòu)?fù)合污染對(duì)土壤-植物系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)I.對(duì)作物、微生物、苜蓿、樹木的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1997，8（2）：207-212.

[24]丁園.重金屬污染土壤的治理方法[J].環(huán)境與開發(fā)，2000，15（2）：25-28.

[25]蔣玉根.農(nóng)藝措施對(duì)降低污染土壤重金屬活性的影響[J].土壤，2002，34（3）：145-148.

（責(zé)編：張宏民）