我國土壤和農作物重金屬污染現狀及轉化規律

孫 樹

我國土壤和農作物重金屬污染現狀及轉化規律

孫 樹

(淮北市環境保護局,安徽淮北 235000)

各類調查研究表明,我國土壤和農作物重金屬污染現狀令人堪憂,農用土壤和農作物重金屬污染主要是以Pb、Cd、Hg、Cu、Zn五種元素為主,其污染程度與人口密度和周邊工業環境有密切關系。必須采取措施來控制、減緩污染,以造福人類健康。

重金屬;土壤;植物;轉化

重金屬污染已經成為全球性的環境問題,嚴重影響到了人們的生活和身體健康。日本水污染的“水誤病”事件、汞污染的“骨痛病”事件都是因消費者長期食用受汞污染的食品所致。重金屬對人類健康的危害很多時候是通過其對土壤及農作物的污染這一途徑,污染土壤的污染源主要來自工業三廢和農藥、化肥。污染物可通過灌溉水進入土壤,也可通過大氣污染、空中的顆粒物(含重金屬和致癌物質等)干濕沉降地面造成土壤污染,并隨著時間的推移,農田表層土壤銅、鋅、鉛等重金屬含量有增加的趨勢。因此,了解和研究我國土壤和農產品的重金屬污染狀況及重金屬的轉化有十分重要的意義。

1 我國土壤和農作物重金屬污染現狀

土壤是環境的重要組成部分,農用土壤是受人類活動強烈影響的一類特殊土壤,其環境質量與人們的身體健康密切相關。在土壤——植物系統中,重金屬污染具有多源性、隱蔽性。在個別區域,出現過某些重金屬元素的嚴重富集,它類似島嶼現象。

李秀蘭等人2003年至2004年對上海寶山區蔬菜進行的采樣分析表明:上海市蔬菜已經受到重金屬污染,尤其以Pb和Cd最為嚴重,分別超標81.97%和54.1%。劉重莧等人的調查則表明:在成都地區,重金屬除Cr以外,其它元素的含量都高于背景值,且人口密集區高于郊區。陳亞華等人報道,南京地區農田有12%的土壤Pb、56%的土壤Cu、18%的土壤Zn和58%的土壤Cd總量超過國家土壤環境質量二級標準限。這些調查同時也表明,我國農產品重金屬污染以Pb、Cd、Hg、Cu、Zn五種元素為主。

另外,其他特殊土壤類型的重金屬污染也具有各自的特點。

王貴榮、鄧偉妮、姚銳的研究表明:矸石樣與土樣中Cr、Cu、Cd、Zn四種重金屬的含量均高于當地的土壤本底值,煤矸石的堆放使得周邊耕作層受到了不同程度的重金屬污染;隨著距矸石堆距離的增大,土壤中重金屬含量逐漸減小。劉世梁等以縱向嶺谷區景洪—思茅段公路沿線為研究區研究區路域土壤重金屬污染的空間分異特征及其主要的影響因子,結果表明:公路沿線不同土地利用類型下土壤重金屬元素的含量存在較大的差異,但不同類型下含量的變化趨勢較為一致,除了p H值、總鉀、總磷和重金屬關系較為密切外,研究區其它土壤養分和重金屬之間的含量相關不顯著,重金屬元素含量之間相關性顯著,表明該段道路重金屬污染具有同源性,即來自道路,距公路的距離對重金屬含量影響較大,農田土壤重金屬含量隨距離公路增加逐漸降低。王開峰等人研究發現:長期施用有機肥加大了稻田土壤受重金屬污染的風險。僅施化肥對土壤Zn,Cu,Cd和Pb全量、有效態含量及活化率的影響均較小,而中、高量有機肥處理明顯提高了重金屬元素的全量、有效態含量及活化率。且高量有機肥處理下其增幅最大。有機肥的“激活”效應是導致土壤有效態重金屬含量大幅提高的主要機制。鐘曉蘭等人研究了土壤重金屬的生物有效性與不同功能區、不同土壤類型不同成土母質存在密切的關系,Cd、Cu、Ni、Pb、Co以冶金電鍍區最高,Cr以化工區最高,Zn以菜地區最高。不同土壤類型中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的生物有效性均表現為烏柵土>青泥土>黃泥土。不同母質發育的土壤上重金屬生物有效性則表現為江海沉積物最高,湖相沉積物最低,且成土母質對土壤重金屬的生物有效性的影響程度要大于土壤類型。李靜,謝正苗等研究了鋅礦區周邊土壤重金屬污染狀況,結果表明,土壤中Pb、Zn、Cd、Cu的平均含量都表現為Pb> >Zn>>Cu>>Cd;土壤中重金屬Pb、Zn、Cd、Cu含量所引起的成人與兒童平均個人風險均是Pb>>Cd>Cu >Zn;兒童比成人更易受到土壤重金屬的影響,健康危害風險是成人的3倍左右。

2 土壤——植物系統中重金屬遷移轉化的規律及其影響因素

2.1 土壤中重金屬的賦存形態

土壤重金屬污染的嚴重性及重金屬在土壤中的環境行為并不完全取決于其總量,而取決于其化學形態。重金屬進入土壤后,通過溶解—沉淀、吸附—解吸、絡合等各種物理化學反應,形成不同的化學形態。重金屬在土壤中的遷移和傳輸都是以一定的形態進行的,其生物有效性也與存在形態密切相關。通常以萃取法探討重金屬的化學型態,并間接評估重金屬在環境的植物有效性,其中大多數改進的萃取法都是基于Tessier提出的方法。歐盟參比司將土壤中重金屬分離為四種化學型態:酸可提取態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態。不同形態的重金屬,其活性和毒性均有差異。土壤中重金屬的形態以穩定的殘渣態為主,酸可提取態的比例較小,但不同元素之間,不同功能區之間各種形態所占比例有很大差異。另外,隨著重金屬的積累,土壤的各形態重金屬數量增加,其組成也發生相應變化,其中酸可提取態的重金屬比例近年來有上升趨勢,而殘渣態的重金屬比例呈下降趨勢。

重金屬在土壤中以不同形態存在,其活性隨其不同形態有較大的差別,如果活性態重金屬比例高,則表明土壤的緩沖能力低,重金屬對環境影響的風險大。殘渣態重金屬在自然環境中很難被釋出幾乎不具生物有效性,因此常將非殘渣態總量可以作為活性態重金屬的一種指標。

2.2 金屬元素和營養元素之間的交互作用

一般來說,土壤中重金屬活動性越強,越容易向植物體內遷移轉化。而影響重金屬活性最主要的是土壤的p H值,由于土壤膠體一般帶負電荷,而金屬離子帶正電荷,所以土壤p H越低,重金屬被解吸的越多,其活動性就越強,越容易往植物體內遷移。但也有例外,陳國斌發現p H升高則土壤溶液中的總As濃度增大。

除p H外,某些元素也影響著重金屬的遷移活動,具體表現為交互作用。我們把土壤——植物這一體系中的一種元素對另一種元素、一種元素對另多種元素或多種元素對多種元素的影響稱為這種體系中多元素之間的交互作用。即一種元素或多種元素含量的變化可以引起其余多種元素或一種元素在這一體系中的遷移和轉化。一般來講,在一個系統中,總會有交互作用的現象出現,土壤——植物體系作為一個系統也不例外,而且這種交互作用是隱蔽的。一方面,它表現為土壤中某種元素的存在可能抑制植物對另一種元素的吸收,例如,植物容易吸收離子態的Ni,Cu、Zn離子濃度高時,就會抑制植物對Ni的吸收。Oliver等在澳大利亞南部的臨界缺鋅和嚴重缺鋅的土壤中施加Zn肥,生長的小麥籽粒中Cd的質量分數比未施Zn的降低了約50%。相反,另一方面是某種元素的存在可能促進作物對另一種元素的吸收。例如大量K的存在會促進作物對Mn和吸收。

此外,土壤Eh值、土壤物質的化學組成、土壤質地、土壤重金屬元素含量與水溶態含量、施肥對重金屬元素遷移也有影響。在植物的不同部位,重金屬被吸收的難易程度也會發生一定的變化,如小麥根中重金屬的富集系數的順序為Cd>Cu>Pb>Zn;莖富集能力是Cd>Cu>Zn> Pb;葉片富集能力是Cd>Cu>Pb>Zn。且從對單一金屬來講,植物不同部位吸收順序一般為根—莖—穎殼—籽實。

3 結論

由文獻而看,我國大部分地區基本上都存在重金屬污染問題,而且在工業城市和人口密度大的區域尤為嚴重,在某些特殊地區也尤為突出。如:礦山冶金區域、采煤石化區域、公路鐵路路域等。我們必須要采取一定的措施并出臺相關政策來控制重金屬污染。我們可以從以下幾個方面考慮減緩土壤重金屬污染:

全面調查我國土壤重金屬污染含量、分布和來源,建立綜合的土壤數據庫;研究土壤污染的生物效應和人體健康風險評價;通過模擬實驗和野外采樣相結合的手段研究金屬元素與營養元素之間的交互作用,以期達到利用施加某一種元素肥料來控制重金屬元素的遷移轉化和生物有效性的目的;鼓勵施有機肥,提高土壤對重金屬的緩沖性,調整種植結構,大力加強無公害蔬菜基地的建設;嚴格控制開山采礦、冶金石化中的重金屬對土壤的污染;嚴格控制因人口過多、工業發展對土壤環境的影響。嚴格確保使用無鉛汽油,等等。協調經濟與環境的關系不僅是對我國經濟社會發展有利,更是為了保證人民及其子孫后代的健康。

[1] 喜田村正次.汞[M].北京:原子能出版社,1988.

[2] 張民,龔子同1我國菜園土壤中某些重金屬元素的含量與分布[J]1土壤學報,1996,33(1):85293.

[3] 吳新民,李戀卿,等.南京市不同功能城區土壤中重金屬Cu、Zn、Pb和Cd的污染特征[J].環境科學,2003, 24(3):1052111.

[4] 李秀蘭,胡雪峰1上海郊區蔬菜重金屬污染現狀及累積規律研究[J]1化學工程師,2005,116(5):362 38,59.

[5] 陳永康,王學松.徐州城市土壤重金屬污染空間分布研究[J].江蘇環境科技,2006,19(4):56258.

[6] 王學松,秦勇.論城市表層土壤中重金屬的可持續管理與發展[J].科技導報,2005,23(9):26230.

[7] 盧瑛,龔子同,等.城市土壤的特性及其管理[J].土壤與環境,2002,11(2):2062209.

責任編輯:之 者

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孫樹(19782),男,安徽肥東人,淮北市環境保護局助理工程師。