土壤重金属污染的研究进展

自上世纪80年代以来，随着工业化和城市化在我国的推进，国民生产总值和居民生活水平稳步提高。与此同时，镉、铅、铬、汞、砷等重金属与其他污染物进入环境，这些污染物在对大气、水体造成污染的同时，最终都回归土壤，造成土壤污染。经过几十年的积累和沉淀，我国土壤重金属污染目前正进入集中多发期。2012年6月，由环保部牵头制定的《全国土壤环境保护“十二五”规划》已进入国务院审批程序，土壤重金属污染治理与修复已成环保领域的重要任务。

1 土壤重金属污染物的来源

土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As，以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni等[1]。成土母质本身含有一定量的重金属，但由于土壤环境是个开放的体系，外源重金属通过各种途径不可避免地进入土壤，包括人为污染源和天然污染源，土壤重金属污染的控制在源头上主要是人为源的控制。人为污染源的污染途径主要包括大气沉降、污水灌溉、固体废弃物的处理，以及农用物资的不合理施用等。

1.1 大气沉降

工业生产（如能源、冶金和建筑材料等）产生了大量废气和粉尘，其中含有重金属的部分在大气中通过自然沉降和降水淋洗进入土壤。Lisk估计全世界每年约有1600吨的Hg通过煤及其他化石燃料的燃烧排放到大气中，例如比利时每年从大气进入土壤的重金属每公顷达到Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750g[2]。这些污染物以工厂企业的烟尘为中心，顺着风向向外延伸，污染范围一般呈圆形或椭圆形。

另外，繁忙的运输也使得公路、铁路两侧的土壤中重金属（Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu等）远高于土壤背景值。在法国索洛涅地区A-71号高速公路沿途，重金属Pb、Zn、Cd的沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2～8倍，而公路旁土壤重金属浓度比沉降粒子的浓度还要高7～26倍[3]。这些重金属主要来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘，以公路为中心，向四周及两侧扩散，污染范围呈条带状。

1.2 污水灌溉

污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。[4]随着城市工业化的迅速发展，大量未经处理或处理不到位的工矿企业污水进入城市污水，通过污灌造成土壤中重金属Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量的逐年增加[5]。其中Cd污染最为严重。在日本，有472125公顷农田被Cd污染，占重金属污染总面积的82%。[6]我国有140万公顷污灌区，64.8%受重金属污染，其中严重污染的占8.4%[7]，沈阳张士灌区、上海沙川灌区、广东广州和韶关地区、广西阳朔、湖南衡阳、江西大余等地，因长期污灌Cd污染严重，频频出现“镉米”[8]。

1.3 固体废弃物的处理

在工矿业固体废弃物的堆放、填埋等处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。煤矸石的堆放对土壤会造成严重的重金属污染[9]。沈阳冶炼厂的矿渣自1971年开始就堆放在一个洼地，主要含Zn、Cd，目前已扩散到离堆放场700米以外的范围；武汉市垃圾堆放场、杭州铬渣堆放区附近土壤中重金属Cd、 Hg、Cr、 Cu、Zn、Pb、As等的含量均高于当地土壤背景值[10]。

有一些固体废弃物被作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。磷石膏是化肥工业废物，含有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物，并可改良酸性土壤，因而被大量施入土壤，造成了土壤中Cr、 Pb、Mn、As含量增加。同样的，磷钢渣也常作为磷源施入土壤，造成土壤中Cr累积。污水处理厂产生的污泥含有较高的N、P养分及有机质，常回填农田以肥田，而污泥中的Cr、 Cu、Zn、Pb、As往往超标，所以污泥回填也可使土壤重金属含量增加[11]。

1.4 农用物资的不合理施用

农田耕种过程中为了增产、稳产，必须使用农药、化肥和地膜等农用物资。这些农用物资如果长期不合理施用，也会导致土壤重金属污染。少数农药含重金属，如杀菌剂抗枯宁、菌枯灵等含Cu、Zn，被大量地施用于果树和温室作物，造成土壤Cu、Zn累积；杀菌剂西力生含Hg，它的使用使每公顷土壤中的Hg增加6～9 g。马耀华等对上海地区菜园土研究发现，施肥后，Cd的含量从0.134 mg/kg升到0.316 mg/kg，Hg的含量从0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg，Cu、Zn 增长2/3[12]。Taylor对新西兰施用磷肥达50年的同一地点的58个土样进行分析，发现Cd从0.39 mg/kg升至0.85 mg/kg[13]。在阿根廷由于传统无机磷肥的施入，导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染[14]。

随着近年来地膜的大面积推广使用，不仅造成了土壤的白色污染，而且地膜生产过程中加入的热稳定剂含Cd、Pb，又增加了土壤重金属污染来源。

2 土壤重金属的污染特性

与大气、水体及废弃物污染相比，土壤重金属污染有比较明显的隐蔽性与滞后性，以及累积性与可变性，使污染治理和土壤修复的效果没有大气及水体污染治理那么见效明显，并且治理周期长，通常成本较高，大大增加了土壤污染控制的难度。

2.1 隐蔽性与滞后性

土壤有巨大的自净化能力，其体系内的重金属容纳量其实是比较大的，所以，重金属污染物进入土壤后，很长一段时间都不会体现出其污染性，往往要通过土壤样品分析、农残检测及有关人畜健康状况检查，才能发现和确定。因此土壤重金属污染有明显的隐蔽性。而发现土壤受重金属污染时，往往土壤中重金属的含量已经远远超标，受污染局部区域及其周边的生态环境已经呈现出明显的毒害副作用，这一特点也使得土壤重金属污染的治理往往具有滞后性，所采取的各种方法、措施是补救性质的，因此对土壤重金属污染的控制，预防更显重要。

2.2 累积性与可变性

土壤中的固相物质占土壤总体积的50%，占总重量的95%以上，重金属污染物进入土壤体系后不象在流体态环境中那样比较易于扩散和稀释，所以重金属污染物在土壤的局部空间容易积累并达到很高浓度，其污染具有很强的累积性，污染物量越大，污染越严重。

然而重金属在土壤中的存在状态会受很多因素影响，重金属元素在土壤中主要以可溶态、可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态、有机态及残渣态的形式存在，外源重金属进入土壤之后，其形态不断变化，氧化还原电位、pH值、离子强度、金属元素浓度、各种无机及有机组分的种类和浓度等因素都可能引起土壤重金属形态的变化，其中可溶态和可交换态重金属的生物有效性最强，易于被生物吸收、吸附，使重金属能在土壤中的空间位置进行一定的迁移转化，由此出现重金属富集或分散，因此土壤重金属污染又具有可变性。根据这一特点，对土壤重金属污染进行控制的时候，可以通过改变重金属存在状态，增大或者减小其生物有效性，从而达到污染治理的目标。

参考文献

[1] 徐良将，张明礼，杨浩.土壤重金属污染修复方法的研究进展[J].安徽农业科学，2011，39（6）：3419～3422.

[2] Lisk D. Environment implications of incineration of municipal solid waste and disposal [J]. Sci Total Environ，1998，74，（1）：39-66.

[3] Pyeong-Koo Lee. Heavy metal contamination of settling particle in a retention pond along the A-71 motorway in Sologne，France [J]. Sci. Total Environ，1997，201（1）：1-15.

[4] 郑喜珅，鲁安怀，高翔等.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境，2002，11（1）：79～84.

[5] 张书海，沈跃文. 污灌区重金属污染对土壤的危害[J].环境监测管理与技术，2000，12（2）：22～24.

[6] 廖自基.微量元素的环境化学及生物效应[M].北京：中国环境科学出版社.1993：301～303

[7] 杨科壁.中国农田土壤重金属污染与其植物修复研究[J]. 世界农业，2007（8）：58～61.

[8] 顾继光，周启星，王新.土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J]. 应用基础与工程科学学报，2003，11（2）：143～151.

[9] 李东艳，方元元，任玉芬等.煤矸石堆周围土壤重金属污染特征分析[J]. 煤田地质与勘探，2004，32（5）：15～17.

[10] 张孝飞，林玉锁，俞飞等.城市典型工业区土壤重金属污染状况研究[J].长江流域资源与环境，2005，14（4）：512～515.

[11] 王静，王鑫，吴宇峰等.农田土壤重金属污染及污染修复技术研究进展[J].绿色科技，2011，3（3）：85～88.

[12] 马耀华，刘树应 . 环境土壤学[M].西安：陕西科技出版社，1998，198～201

[13] Taylor M D. Accumulation of cadmium derived from fertilizers in New Zealand soil [J]. Sci. Total Environment，1997，208（1/2）：123～126.

[14] Lidia GiuffreI De Lopez Came. Eavy metals input with phosphate fertilizers used in Argentina [J]. Sci.Total Environment，1997，204（3）：245～250.

基金项目：中央财政支持作物生产技术专业

作者简介：雷明馨（1971—），女，硕士，讲师，主要从事环境化学、农化分析检测的教学及绿色化学技术等科研工作。

赵仕林，教授，博士，四川省环境科学学会常务理事、环境科学学术带头人。