1、土壤中重金屬污染及防治摘要：隨若社會的不斷地發(fā)展，人類片面追求經(jīng)濟效益，致使我們生存的環(huán)境口益惡化。尤其是近年 來，環(huán)境污染問題成了全世界各國家最關(guān)注的問題。工業(yè)生產(chǎn)排放的“三廢”物質(zhì)、農(nóng)業(yè)中殺蟲劑、農(nóng)藥 的大攜使用、城市生活的廢棄物等等，使我們的土壤環(huán)境受到各種有機污染物、無機污染物、重金屬離子 和放射性物質(zhì)的污染，致使土壤中微生物、依賴于土壤生長的動植物生存受到威脅。其中重金屬作為一類 主要的污染物對土壤的危害，也口益受到人們的關(guān)注。土壤中重金屬如汞、鎘、鉛等不具備任何生理功能并會影響生物生長，以及如銅、鋅、裸等在高離子 濃度下，具有明顯毒性。土壤中的過量重金屬除立接對依賴于土壤生存的動植

2、物、微生物造成毒害外，還 能經(jīng)由動植物體富集和食物鏈傳遞，通過食品進入人體并造成危害。中國工程院院士羅錫文曾表示，因土 壤、水污染導(dǎo)致的食品安全問題口益嚴峻，全國3億畝耕地正在受到重金屬污染的戚脅，占全國農(nóng)田總數(shù) 的1,6而廣東省未受重金屬污染的耕地，僅有11%左右。可見重金屬污染形勢相當(dāng)嚴峻，防治刻不容緩。關(guān)鍵詞：重金屬，土壤污染，防治隨著工、農(nóng)業(yè)的口益發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境受到越來越嚴重的干擾和破壞，各種環(huán) 境污染問題凸顯。尤其是工、農(nóng)業(yè)廢水的排放，造成土壤環(huán)境中重金屬污染口趨嚴重；此外， 大氣塵粒的沉降和雨水，使重金屬進入土壤中，毒害到有關(guān)動植物、微生物乃至對人類的健 康造成極大威脅。

3、隨著土壤重金屬污染的口趨嚴重，依賴于土壤生長的動植物、微生物的生 存環(huán)境面臨極大隱患。動植物、微生物對重金屬的富集和累枳作用，超過它們的承受能力， 從而給它們的繁殖、發(fā)育、生長、生理機能等方面帶來毒性危害；同時還造成它們遺傳基因 發(fā)生變異和突變，面臨生存、物種多樣性、免疫抵抗力等方面的挑戰(zhàn)，也會對農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè) 等相關(guān)行業(yè)造成很大損失，并通過食物鏈最終傳遞給人，給人們身體健康帶來危害。因此， 研究土壤的重金屬污染極其防治,無論對環(huán)境還是人類，都有著很大的理論價值和經(jīng)濟意義。1重金屬的來源、形態(tài)和理化特征1. 1重金屬的來源所謂重金屬，就是指密度大于5g/CnP的金屬，對于生物體而言，有些對于它們

4、是必須 的，如銅、鐵、鋅、鎂、鎰等，有些是非必須的，如鎘、汞、格、鉛、鎘等。在自然情況下， 土壤中重金屬主要來源于成土母巖和殘落的生物物質(zhì)，它們在土壤剖面各層次的分布及在土 壤各組成成分之間的分配反映著成土過程的綜合特征。隨著近代工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人為活動加 劇了土壤重金屬的污染，污染程度越來越重，范圍越來越廣。土壤中重金屬的來源可分為天然來源和人為來源兩大類。天然來源是土壤是由巖石風(fēng)化而 來，不同的巖石含有各種重金屬元素，成土母巖的化學(xué)元素決定了土壤中化學(xué)的最初含量， 影響著土壤中重金屬元素的環(huán)境背景值，同時母巖在形成土壤過程中的影響因素也影響著土 壤中的重金屬含量。另外，火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、海

5、浪飛濺、植被排出、風(fēng)力揚塵等過程使 很多重金屬塵浮于空中。空氣中的重金屬元素部分被植物吸收，部分通過塵降進入水體、土 壤。人為來源是造成土壤重金屬污染的罪魁禍首，也是是當(dāng)今世界越來越不可忽視的環(huán)境問 題。重金屬多為有色金屬，在人類生產(chǎn)、生活各方面應(yīng)用廣泛，同時也伴隨著重金屬的嚴重 環(huán)境污染。有色重金屬礦床的開發(fā)冶煉是向環(huán)境中排放重金屬最主要的污染源。通過“三廢” 向環(huán)境中排放重金屬的工礦企業(yè)，如：采礦、選礦、冶金、電鍍、電工、染料、紡織、煉油 等。在農(nóng)業(yè)中，農(nóng)藥、化肥、污泥的施用，污水灌溉，也是加劇土壤重金屬污染的主要途 徑之一。1.2重金屬的形態(tài)重金屬進入土壤后，在土壤中的遷移和對人體的危害

6、，主要決定于重金屬的化學(xué)性質(zhì)及 存在形態(tài)。重金屬通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的形態(tài)。重金屬 在土壤中存在的形態(tài)不同，其遷移轉(zhuǎn)化特點和污染性質(zhì)、危害程度也不相同。重金屬在土壤 中的存在形態(tài)包括化學(xué)形態(tài)和賦存形態(tài)2種分類方式。重金屬大多屬于過渡性元素，而過渡 性元素原子特有的電子層結(jié)構(gòu)使其具有可變價態(tài)，能在一定范困內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。不同 價態(tài)的重金屬，其活性和毒性是不同的，例如，As*、C：-的毒性分別比As5 Cr的毒 性大得多。受土壤組份及其理化特性的影響，重金屬在土壤中的存在形態(tài)十分復(fù)雜。目前常 將樣品中的重金屬按照活性和生物可利用性的大小分為可溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)

7、合態(tài)、鐵 孟結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。可交換態(tài)的重金屬是專性吸附并且可進行離子交換。含有 過量陽離子的溶液就可將這部分重金屬釋放出來，生物可直接從土壤中吸收利用。碳酸鹽結(jié) 合態(tài)是沉淀或共沉淀的重金屬，通過溫和的酸即可將它釋放，所以這種形態(tài)的重金屬也是活 性形態(tài)或者是生物有效態(tài)。鐵橘結(jié)合態(tài)重金屬被專性吸附或共沉淀在土壤氧化物中，在還原 條件卜這部分重金屬會釋放到土壤中。有機結(jié)合態(tài)重金屬含量與土壤有機質(zhì)含量及配位基 團含量有關(guān)，并旦受到金屬離子的外層電子軌道形態(tài)的影響。殘渣態(tài)的重金屬被包含在礦物 晶格中，對土壤中重金屬的遷移和生物可利用性貢獻不大，對環(huán)境比較安全。但是當(dāng)遇到酸、 微生物或螯合劑時

8、，這部分重金屬會進入到環(huán)境中，也可對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅。1.3重金屬的理化性質(zhì)重金屬離子在自然環(huán)境中不能被破壞，其毒性取決于其原子結(jié)構(gòu)，它們在自然界中并不 能完全被礦化為完全無毒的形式，它們的氧化態(tài)、溶解性因與其它不同無機元素或有機物的 結(jié)合而不同。如汞在自然界以金屬汞、無機汞和有機汞的形式存在，有機汞的毒性比金屬汞 和無機汞要大。2重金屬對土壤的危害重金屬的定義目前尚未統(tǒng)一，一般認為是密度大于4或5克/立方厘米的金屬元素，美國 國家環(huán)保局提出的優(yōu)先污染物中所列出的重金屬有銅、鋅、銘、鎘、汞、裸、碑、硒、鉛等, 其中神、硒并不是重金屬，而是類金屬，為了避免過于繁瑣分類，也將其并入重金屬中。重 金

9、屬是構(gòu)成地殼的物質(zhì)之一，在自然界廣泛分布，一般在自然條件下重金屬的本底含量很低, 在未受污染的天然水中含量更低。重金屬在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的最大特點是，除汞、碑、硒的 某些化合物易揮發(fā)外，不能或不易被生物體分解轉(zhuǎn)化后排出體外，只能沿食物鏈逐級向上傳 遞，在生物體內(nèi)濃縮放大，當(dāng)累積到較高含量時就會對生物體產(chǎn)生毒性效應(yīng)。重金屬元素通 常能與有機物結(jié)合，該過程即為此重金屬的甲基化現(xiàn)象，生成毒性更強的化合物。重金屬在 土壤中累積初期，不易為人們察覺和關(guān)注，屬潛在危害，一旦危害比較明顯地表現(xiàn)出來，就 難以徹底清除。砰是人體非必需元素，元素砰的毒性較低而神的化合物均有劇毒，三價砰化 合物比五價碑化合物毒性更強

10、，神能致癌。鎘是人體非必需元素，毒性很大，主要在腎臟內(nèi) 積蓄，引起泌尿系統(tǒng)的功能變化。格是人體必需的微量元素，格的毒性與其存在價態(tài)有關(guān), 通常認為六價銘的毒性比三價銘高100倍，六價銘更易為人體吸收而在體內(nèi)蓄枳，引起肺癌。 汞及其化合物屬于劇毒物質(zhì)，可在人體內(nèi)蓄積，進入水體的無機汞離子可轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮?有機汞，經(jīng)食物鏈進入人體，引起全身中毒。鉛對植物的生長和產(chǎn)量影響很小，可在人體內(nèi) 蓄積，主要毒性效應(yīng)是導(dǎo)致貧血癥、神經(jīng)機能失調(diào)和腎損傷。硒是人體必需營養(yǎng)元素，但其 有用性和致毒性之間界限很窄，過量硒能引起中毒，使人脫發(fā)、脫指甲、四肢發(fā)麻甚至偏癱。 汞、碑、六價格、鎘、鉛均是我國實施排放總量控制

11、的指標，而汞、鎘又遠比其他重金屬毒 害重、影響深。土壤的重金屬污染一般不是單一元素獨自發(fā)生，而是幾種重金屬元素同時發(fā) 生的復(fù)合污染，研究表明，重金屬在復(fù)合污染條件下對植物的毒害及在土壤中的遷移動態(tài)要 比單一元素復(fù)雜嚴重的多，例如銅、鉛、鎘、鋅的單一污染或復(fù)合污染對白菜種子的發(fā)芽與 根系伸長均有抑制作用，但復(fù)合污染產(chǎn)生明顯協(xié)同作用，對白菜根系伸長的抑制效應(yīng)閾值明 顯降低。3 土壤重金屬污染的防治3O 1工程措施該法較為經(jīng)典，治理徹底且穩(wěn)定，基本不受土壤環(huán)境和條件的限制。主要有客土、換土、 深耕翻土等，客土、換土適用于重污染區(qū)，深耕翻土常用于輕污染區(qū)。通過這些措施，可以 降低土壤中重金屬含量，減少

12、重金屬對土壤E植物系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用，從而使農(nóng)產(chǎn)品達到食 品衛(wèi)生標準。客土法是在被污染的土壤上覆蓋非污染土壤表層或混勻，使污染物濃度降低或 減少污染物與植物根系的接觸，從而達到減輕危害的目的。將表土部分或全部移走后換上新 的非污染土壤的做法，稱作換土法。實踐證明，換土法是治理農(nóng)田重金屬嚴重污染的切實有 效的方法。如在沈陽張士灌區(qū)土壤中，56. 13%鎘污染累枳于土壤表層，去表土 15-30 cm后 種植水稻，可使稻米中Cd含量下降50吼 深耕翻土法，即采用深耕將上下土層翻動混合的 做法，使表層土壤污染物含量降低，但只適用于土層深厚的土壤且污染較輕，同時要增加施 肥量，以彌補因深耕導(dǎo)致的耕層養(yǎng)分的

13、減少。這些措施具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點，但實施工程 量大，投資費用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，并旦對換出的污土要進行妥善處理，防止二次污染。因 此，不適宜大面積污染土壤的治理。3.2化學(xué)治理措施該法簡單易行，但因只改變重金屬在土壤中存在的形態(tài)仍保留在土壤中，而易再度復(fù)活 危害。該法關(guān)鍵在于通過選擇經(jīng)濟有效的改良劑，對重金屬產(chǎn)生吸附、氧化還原、拮抗或沉 淀作用而降低其毒性。常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽和促進還原作用的有機物質(zhì)。不 同改良劑對重金屬的作用機理不同。在某些污染土壤中加入石灰性物質(zhì)，能提高土壤酸堿度, 使重金屬生成氫氧化物沉淀；施用有機物等促還原物質(zhì)，改變土壤氧化還原狀態(tài)，使重金

14、屬 生成硫化物沉淀；施用磷酸鹽類物質(zhì)可使重金屬形成難溶性磷酸鹽。研究發(fā)現(xiàn)，在低石灰水 平下，土壤有機質(zhì)的羥基、梭基與0H-反應(yīng)，促使土壤可變電荷增加，有機結(jié)合態(tài)的重金屬 增多，并旦Cd與C0結(jié)合生成難溶于水的CdC03o施用改良劑的方法在短期內(nèi)能夠降低土 壤中重金屬的毒性和生物有效性，但就修復(fù)后土壤的長期有效性和生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性來 說，還缺乏深入細致的研究。此外，該方法是一種原位修復(fù)方法，重金屬仍存留在土壤中， 易再度活化危害植物，其潛在威脅并未消除。3.3生物治理措施該法是新興而高效的治理措施，具有廣闊的應(yīng)用前景，包括植物、微生物和動物，但尚 未得到充分研究和利用。例如利用自然生長或遺傳

15、栽培植物提取、揮發(fā)、穩(wěn)定重金屬以減少 污染，利用微生物降低土壤中重金屬毒性，或吸附、枳累重金屬，或改變植物根際微環(huán)境, 提高植物對重金屬的吸收、揮發(fā)或固定效率。1983年，美國科學(xué)家Chaney等首次提出利用植物去除土壤中重金屬污染物的設(shè)想。這 是一種處理土壤重金屬污染的生態(tài)技術(shù)，其機理主要是通過某些植物對重金屬元素的吸收、 積累和轉(zhuǎn)化，達到減輕重金屬污染土壤的目的。與傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，植物修復(fù)具有綠色、 環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)勢。植物去除土壤中重金屬的機理主要依靠植物萃取作用、根系過濾作用、 植物揮發(fā)作用和植物固定化作用。根據(jù)修復(fù)植物在某一方面的修復(fù)功能和特點，可將植物修 復(fù)分為植物提取、植物揮發(fā)

16、和植物穩(wěn)定3種類型。土壤微生物包括與植物根部相關(guān)的自由微生物、共生根際細菌、菌根真菌。它們是根際 生態(tài)區(qū)的完整組成部分。微生物在重金屬污染環(huán)境中逐漸形成一些對重金屬抗性的種群。它 們通過生物解毒對重金屬產(chǎn)生抗性，能夠在重金屬污染環(huán)境中生存。微生物抗重金屬機制包 括生物吸附、胞外沉淀、生物轉(zhuǎn)化、生物累積和外排作用。通過這些作用，微生物可以吸附、 吸收重金屬并固化之，或降低重金屬活性和生物有效性以使重金屬無害，或增強重金屬活性 和生物有效性以利于植物根系對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運。這對土壤的重金屬污染有修復(fù)作用。利用土壤中的某些低等動物如蚯蚓能吸收重金屬的特性，在一定程度上降低污染土壤中 重金屬比例，達

17、到動物修復(fù)重金屬污染土壤的目的。3.4農(nóng)業(yè)生態(tài)治理措施該法雖然可操作性強，但存在周期長、效果不明顯的弊病。主要有改變耕作制度、調(diào)整 作物品種、選擇重金屬含量低的化肥、施用可固定重金屬的有機肥，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分、水分、 土壤酸堿值、土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因子，以實現(xiàn)對重金屬所處環(huán)境介質(zhì)的 調(diào)控。4結(jié)束語重金屬作為一類重要的環(huán)境污染物，一直以來受到科學(xué)界的重視，并獲得了大量的研究 成果。在土壤環(huán)境中，重金屬也是一類不容忽視的污染物，其中尤以汞、鎘、鉛和銘等危害 較大，研究得也較多。它們對微生物、動植物的正常生長或繁殖產(chǎn)生了重要影響。可以說, 除了少數(shù)必需金屬在一定范圍內(nèi)會對土壤產(chǎn)生有益的作

18、用，大多數(shù)重金屬是有害的。今后， 土壤環(huán)境重金屬污染及其影響問題將繼續(xù)是環(huán)境科學(xué)和生物科學(xué)研究的重點領(lǐng)域，可能會向 兩方面發(fā)展，一是宏觀上研究重金屬污染物對土壤環(huán)境和種群及生態(tài)系統(tǒng)的影響；另一方面 是微觀上進一步探索重金屬與生物作用的分子機制，及不同重金屬的聯(lián)合作用機制。除了科 學(xué)研究領(lǐng)域的重視之外，普通的農(nóng)業(yè)及其工作者同樣也要對重金屬的危害提高警惕，這既是 為了我們的經(jīng)濟利益，更重要的是為了我們自身的健康以及生存環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。參考文獻：王維剛。重金屬污染物來源和毒理作用J。生態(tài)環(huán)保，2004, (2)： 39-40o劉磊，肖艷波。土壤重金屬污染治理與修復(fù)方法研究進展。長春工程學(xué)院水利與環(huán)境工程 學(xué)院學(xué)報，2011, 10,