我國城市土壤重金屬污染及其治理研究進展綜述

陳燕芳

(浙江地質礦產研究所，浙江杭州310007)

我國城市土壤重金屬污染及其治理研究進展綜述

陳燕芳

(浙江地質礦產研究所，浙江杭州310007)

本文從城市土壤中重金屬元素的污染來源、污染危害、污染空間特征、污染評價方法和治理方法等方面來對我國城市土壤重金屬污染問題的研究進展進行綜述，并提出了相關的治理對策建議。

城市土壤;重金屬污染;污染評價;治理對策

我國城市化的快速發展，在很大程度上也加劇了城市土壤的重金屬污染問題。這種影響主要體現在污染物的大量產生和轉移上，很大一部分污染物都直接或間接地進入城市和周邊地區的土壤生態系統中［1］。有研究顯示，上海土壤中的汞和鎘含量的增加幅度達到50%［2］。潘根興在2002年初做過一個南京市各城區的土壤重金屬污染調查。結果表明［3－4］，超過 70%的采樣區域存在重金屬污染，測出的最高鉛含量超過900 ppm，超過國家標準3倍以上。

1 城市土壤重金屬污染來源

城市土壤重金屬污染主要來源于人類活動，如擁堵的交通、工礦業廢物的排放、大量生活垃圾等。

1．1 交通污染

汽車燃燒產生的廢氣中含有大量的重金屬，尤其是Pb的含量最高。各種車輛排放的廢氣攜帶固體粒子以播撒等方式將重金屬粒子帶入大氣再經沉降進入土壤，引起了重金屬污染。通過對汽車尾氣顆粒物中重金屬元素含量分析發現，Pb的含量為 37%，Ni、Cr、Cd、Mn含量分別為 34．5%、22．6%、3．2%、2．6%。楊文敏［5－6］等應用掃描電鏡加X射線能譜技術分析了汽油塵表面15種元素的相對含量，其中 Pb最高達22．5%，Mn、Ni、Cr等重金屬含量都低于3%。交通運輸引起土壤重金屬污染呈帶狀分布，污染強度以公路、鐵路為軸向兩側逐漸減弱，隨著時間的延長，公路、鐵路土壤重金屬污染具有很強的疊加性［7］。

1．2 生活垃圾污染

城市內大量垃圾的堆放，其產生的大量廢棄物經常未經處理隨意堆放，導致重金屬元素向四周環境擴散滲漏釋放到土壤中，使城市土壤局部重金屬含量增加，部分重金屬元素含量超標［8］。

1．3 工礦業污染

工礦業活動所排放的重金屬一部分賦存在煙塵上，以氣溶膠的形式進入大氣，經過干濕沉降進入土壤。工業活動所產生的廢渣是重金屬的重要載體，尤其是一些金屬冶煉廠，廢渣中的重金屬含量極高，無處理堆放或直接混入土壤，對土壤環境造成潛在危害。礦產冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工等行業是排放重金屬的主要工業源，它們以“三廢”形式不斷向城市土壤排放重金屬［9－10］。同時公園與花園綠化過程中污水、污泥堆肥的廣泛使用也明顯影響到城市土壤中的重金屬組成與含量［11－12］。

1．4 農業污染

化肥、農藥、塑料薄膜、污水灌溉、污泥等物質的過量施用引起城市郊區農業土壤重金屬的污染。磷肥中重金屬含量較多，其中Cd是磷礦中含量最多的重金屬。馬耀華和劉樹應以菜園土地和糧棉地的施肥研究發現，Cd的含量從 0．134 mg/kg升到 0．316 mg/kg，Hg 的含量從 0．22 mg/kg升到0．39 mg/kg，Cu、Zn 增長 2/3。污灌引起土壤重金屬 Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn 和 Pb 等含量增加［7］。如沈陽市張士灌區因污灌使2 533 hm2農田遭受Cd污染，其中嚴重污染面積占13%。

1．5 燃煤污染

燃煤釋放也是土壤重金屬重要來源之一。王起超等［13］的研究指出，1995 年中國燃煤排放 Hg 302．9 t，其中向大氣排放量為213．8 t，北京、上海、天津等大城市排汞強度較高。長期的燃煤所釋放的重金屬沉降至城市土壤中，會對城市生態系統、環境及人體健康產生長期效應。

2 城市土壤重金屬污染危害

現有的研究表明［14－16］，城市土壤中的重金屬可通過吞食、吸人和皮膚吸收等主要途徑進人人體，直接對人特別是兒童的健康造成危害，還可通過污染食物、大氣和水環境間接的影響城市環境質量和危害人體健康。兒童血液中Pb含量等間接結果表明，污染的城市土壤揚塵是影響人體健康的重要因素。據調查［17］，中國兒童血鉛超過國家標準(100 g/L)者達三成，大城市超標率達60%以上，且市區普遍高于郊區;據美國學者研究［18］，城市兒童血Pb與城市土壤Pb含量呈顯著的指數關系(血Pb=18．5+7．2 × Pb ±0．4)。土壤重金屬污染元素 Pb、Cd、Ni、Hg、As、Cu、Zn等在人體中的積累都會對健康造成嚴重的危害。

Pb主要通過消化道、呼吸道進入人體，然后以可溶性酸鹽、蛋白復合物或離子等化學形態進入血液循環，其中95%的不溶性磷酸鉛在骨骼內沉積。Pb有很強的親組織性，影響和損害人體許多器官和系統，如，腎臟、肝臟、生殖系統、神經系統、泌尿系統、免疫系統以及細胞的基本生理過程和基因表達。

Cd可以破壞鈣代謝，引起鈣缺乏，導致骨質疏松、軟骨癥和骨折等癥狀。如在日本發生著名的“骨痛病”就是由于Cd對鈣代謝的破壞所引起的。美國毒物管理委員會(ATSDR)已將其列為第6位危及人類健康的有毒物質。

Cu、Zn和Ni是人體必不可少的微量元素，但是當人體從外界環境中攝取過多的Cu、Zn和Ni時將損害人體健康。

Ni是腫瘤的促進因子，它的致癌作用已引起全球的關注。與鎳粉接觸的工人呼吸道腫瘤明顯增加，且環境中Ni含量與鼻咽癌呈正相關。

3 城市土壤重金屬污染空間特征

城區內不同的土地利用方式，對土壤中的重金屬含量有著顯著的影響。在城市不同的功能區，重金屬分布呈現出一定的規律性。一般來說，工業區和商業區重金屬污染最為嚴重，其次為居民區，風景娛樂區和新開發區重金屬含量一般較低，污染也相對較輕［2，9，19－20］。

對中國南京城市土壤重金屬污染狀況的研究結果顯示［20］:南京市不同功能區土壤重金屬污染指數表現為礦冶區＞老居民區＞商業區＞城市綠地(風景區)＞新開發區。

城市土壤重金屬污染的另一空間差異是沿交通干道兩側呈現出較嚴重的帶狀污染，公路兩側一般為城市土壤重金屬污染最嚴重的地帶。距交通干道距離不同，重金屬含量也存在差異。有研究發現［21］，汽車廢氣中鉛污染公路兩側的土壤主要分布在50m～80m內，100m外土壤中的鉛含量沒有明顯增加。

4 城市土壤重金屬污染評價方法

目前，人們采用了各種方法評價土壤重金屬污染情況，包括化學評價和微生物評價［22］。

4．1 化學評價法

在應用化學評價方法評價土壤重金屬污染過程中，根據采用數學方法的不同分為不同類型，如綜合指數法、T值分級法、模糊數學綜合評判法等等。

綜合指數法(簡稱指數法):該法先根據實測值和評價標準求取污染分指數，然后由分指數計算綜合指數。計算綜合指數的方法有疊加法、均方根法、權重法等。

在綜合指數法中被應用最廣的是內梅羅(Nemerow)綜合指數法和地質積累指數法。因為這兩種方法不僅反映了重金屬分布的自然變化特征，而且可以判別人為活動對環境的影響，是區分人為活動影響的重要參數。

T值分級法(以下簡稱T值法):它是利用評分來表示污染程度的評價方法。

其評價的基本步驟是:根據污染物級別對各監測值進行“評分”，原則是分值越高，質量越好。其次，將分數轉換成數學模式，進行污染分級，以最低分數所在級別為該監測點的污染級別。其數字模式基本能反映土壤的面貌，污染表達式除能表示監測項目數、污染級別、超標項數，在一定條件下還能反映同一級別的不同監測點的污染程度。

模糊數學綜合評判法(簡稱模糊法):此法是利用土壤質量分級差異中間過渡的模糊性，將土壤污染問題按照不同分級標準，通過建立隸屬函數在閉區間［0，1］內連續取值來進行評價的方法。

在實踐中發現，化學評價法存在一些問題，如只重視對所測得數據進行一定數學方法處理所獲得的結果，而忽略土壤是一個復雜的、動態的系統，因此這些測得的數據往往是靜態的、簡單的，不一定能夠真實地反映出土壤污染狀況?；瘜W評價方法都是以土壤重金屬含量為主，雖然與背景值或者土壤環境質量標準相比，它在一定程度上能反映土壤受污染的狀況，但是不能反映重金屬對土壤的毒性效應以及重金屬對土壤生態系統潛在危害程度。

4．2 微生物評價法

近年來的研究表明，土壤微生物對重金屬的脅迫要比同一環境中的動物和植物敏感得多，被認為是最有潛力的評價土壤環境質量的指標。土壤微生物幾乎參與土壤中的一切生物及生物化學反應，包括對動植物殘體的分解、養分的儲藏轉化、有機物的合成及外源生物的降解等。土壤重金屬對微生物存在生化過程效應和微生物數量或群落效應。

采用微生物方法評價土壤重金屬污染狀況也存在不足。因為研究方法的多樣性，使許多學者對同樣因子研究的結果差別很大，甚至相互矛盾。由此可以看出單純的應用化學或微生物學法進行土壤重金屬污染的環境質量評價都存在一些不足，可能的辦法是將兩者結合，具體怎樣結合需要進一步研究［2，9，12，23］。

5 治理對策和方法

對于城市土壤的污染控制，目前還有很多知識空白，主要研究還停留在對于城市土壤污染的認識和調查，并且城市土壤所處地理位置的特殊性與已知的修復方法自身的限制，現有的城市土壤重金屬污染修復方法主要集中在采用化學方法來去除或降低重金屬在城市土壤中的活性方面。綜合國內外相關文獻，重金屬污染土壤的治理，大致可分為三類，分別是工程措施、生物措施、農業化學措施［21 －22，24］。

5．1 工程措施

工程措施使用物理或物理化學的原理來治理重金屬污染的土壤。工程措施包括客土、換土、翻土和去表土、淋洗法、熱處理法和電解法。

這類方法主要應用在城市部分區域范圍的綠化帶、公園等小面積重金屬污染的應急治理中。

5．2 生物措施

生物措施是利用生物的某些特征來適應、抑制和改良重金屬污染土壤的措施。包括動物治理、微生物治理和植物治理。

土壤中的某些低等動物(如蚯蚓和鼠類)能吸收土壤中的重金屬。因而能一定程度地降低土壤中重金屬的含量。微生物治理是利用某些微生物對重金屬具有吸附、沉淀、氧化和還原等作用，從而降低土壤中重金屬毒性。重金屬污染的微生物治理包含微生物吸附和微生物氧化還原技術。

植物治理是利用有些植物能忍耐和超量累積某種或某些重金屬特征來清除污染土壤中的重金屬。

生物治理的周期較長，主要應用在污染程度較輕的區域，如風景區和新開發區等。

5．3 農業化學措施

農業化學措施是指施用改良劑或采取適當的農業措施來消除或減少重金屬污染的危害。化學固化屬于農業化學措施。此方法是依據重金屬的移動性與其土壤中存在的化學形態有關，土壤的理化性質如有機質含量、礦物組成、pH值和Eh值均可影響重金屬的形態及各種形態之間的轉化的原理建立起來的。固化方法就是加入土壤添加劑(固化劑)改變土壤的理化性質，通過重金屬的吸附或(共)沉淀作用來降低其生物有效性。污染土壤中的毒害重金屬被固化后，不僅可減少向土壤深層和地下水遷移，而且有可能重建植被。

在沈陽張士灌溉區進行的大面積的石灰改良實驗表明［25］，每公頃施石灰1 500－1 875 kg，籽實含 Cd量降低50%。

該方法主要應用在城郊農業區，在改善城郊土壤重金屬污染的同時，使用的石灰、有機肥等固化劑也能有效促進蔬菜等農產品的生長。

6 總結與建議

在城市不同功能區內，根據污染程度、污染來源以及污染土地使用情況可以采用上述一種或者幾種結合治理重金屬污染的土壤。農業用地位于城市邊緣，占地面積相對較小。作為應急處理，可以采用客土、換土、翻土和去表層土各項工程措施。農用耕地土壤pH呈酸性，可以施用消石灰適當提高土壤的pH值，降低重金屬的活性，抑制植物的吸收。另外，也可以向農用耕地施加某些有機肥，促進土壤對重金屬的螯合，減少農作物對重金屬的吸收，也改善土壤的質量。重金屬嚴重污染的公園土壤會嚴重危害人體健康，尤其是兒童，所以應該重點治理。公園土壤采用綜合治理效果比較好，在離污染源較近的采用固定化方法，離污染源較遠且離公路較近的采用植物修復法。Pb、Cd、Cu、Zn和 Ni的含量在公園土壤中均是最高的，最好選擇對多種重金屬元素都具有超積累能力的植物。另外，在植物栽培過程中應該合理的使用化肥和農藥。在城市污染區公路兩側盡可能種樹、種花、種草或經濟作物，種植草皮或觀賞樹種，這樣不僅治理被重金屬污染的土壤而且還美化了環境。城市廣場處于交通要道，受汽車尾氣和輪胎磨擦產生的粉塵污染較嚴重，尤其汽車經常處于怠速狀態。在采用客土、換土、翻土和去表層土各項工程措施治理廣場污染的同時，最好與植物修復技術相結合。工業區土壤可以采用固化方法和植物修復。在工業區土壤內可以添加石灰、鋼渣等添加劑，降低重金屬在土壤中的活化遷移能力，防止重金屬在土壤中污染范圍的擴大和向農作物轉移。

當然，在對污染土壤的治理方法投入更多的研究和試驗的同時，我們應該努力改變“先污染，再治理”的局面，通過改變人類活動方式也減少污染才是保護城市環境的根本，它需要政府和社會各界對污染輸入的強力控制。工礦企業要嚴格控制生產過程中有毒元素的排放及泄漏，廢棄物的排放、堆放要采取物理化學措施處理，防止廢棄物、廢渣中的重金屬物質下滲至土壤或揮發到大氣，減少它們對環境污染;要推行無鉛汽油的使用，機動車Pb排放的減少將使城市大氣中重金屬含量減少，從而也會有效地減少土壤重金屬污染;調整能源結構及能源供給方式，減少煤的使用量，使用煤氣或天然氣等污染物釋放較少的能源，也是減少城市土壤重金屬污染的有效措施。另外，發展清潔生產工藝，加強“三廢”削減和處理是控制和消除城市土壤重金屬污染源的最有效的途徑。

References)

［1］廖金風．城市化對土壤環境的影響［J］．生態科學，2001，20(12):91－94．

［2］尹駿，柳云龍．上海市城郊土壤重金屬空間分布及其污染評價［J］．現代農業科技，2010，(10):251 －253，255．

［3］盧瑛，龔子同，張甘霖．南京城市土壤重金屬含量及其影響因素［J］．應用生態學報，2004，15(1):123 －126．

［4］吳新民，離戀卿，潘根興．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):105－111．

［5］楊文敏．汽油和柴油機動車排出顆粒物表面特征觀察［J］．衛生研究，1997，26(2):84 －86．

［6］楊文敏，ChriS，太原市和紐約市汽車排出顆粒物表面特征比較［J］．中國公共衛生，1997，13(7):422 －422．

［7］官東生，陳玉娟，阮國標．廣州城市及近郊土壤重金屬含量特征及人類活動的影響［J］．中山大學學報:自然科學版，2001，40(4):94－101．

［8］任福民，汝宜紅，許兆義．北京市生活垃圾重金屬元素調查及污染特性分析［J］．北京交通大學學報，2001，25(4):66 －68．

［9］趙翠翠，南忠仁，王勝利．，蘭州市主城區土壤重金屬空間分布特征及污染評價［J］．城市環境與城市生態，2010，23(3):5 －8．

［10］楊忠平，盧文喜，劉新榮，等．長春市城區表層土壤重金屬污染來源解析［J］．城市環境與城市生態，2009，22(5):29 －33．

［11］趙淑蘋．哈爾濱市綠地土壤重金屬污染及評價［D］．哈爾濱:東北林業大學，2005．

［12］鄭袁明，余軻，吳泓濤．北京市城市公園土壤鉛含量及其污染評價［J］．地理研究，2002，21(4):418 －424．

［13］王起超，沈文國，麻壯偉．中國燃煤汞排放量估算［J］．中國環境科學，1999，19(4):318 －321．

［14］張浩，王濟，曾希柏．城市土壤重金屬污染及其生態環境效應［J］．環境監測管理與技術，2010，22(2):11 －18．

［15］和莉莉，李冬梅，吳鋼．我國城市土壤重金屬污染研究現狀和展望［J］．土壤通報，2008，39(5):1210 －1216．

［16］錢翌，張瑋，褚衍洋．青島市表面土壤Cu的形態分布及潛在生態危害評價［J］．城市環境與城市生態，2010，23(1):14 －16．

［17］鐘堃，張金良．中國兒童血鉛來源及相關影響因素［J］．環境與健康雜志，2008，25(7):651 －654．

［18］Robert L，Jones P D．1998－2004年美國1～5歲兒童血鉛水平和血鉛測試的變化趨勢［J］．PEDIATRICS中文版，2009，4(8):502－514．

［19］劉衍君，李增福，張保華．聊城市土壤微量元素含量及空間分布特征研究［J］．江蘇農業科學，2010，(4):372 －374．

［20］房世波，潘劍君，成杰民．南京市郊蔬菜地土壤中重金屬含量的時空變化規律［J］．土壤與環境，2002，11(4):339 －342．

［21］肖錦華．中國城市土壤重金屬污染研究進展及治理對策［J］．環境科學與管理，2009，34(4):25 －28．

［22］郭平．長春市土壤重金屬污染機理與防治對策研究［D］．長春:吉林大學，2005:17 －23．

［23］郭平，謝忠雷，李軍．長春市土壤重金屬污染特征及其潛在生態風險評價［J］．地理科學，2005，25(1):108 －112．

［24］楊英波，孫麗賓．城市土壤重金屬污染現狀與控制對策［J］．環境保護科學，2009，35(4):79 －81．

［25］陳濤，吳燕玉，張學詢，張士．灌區鎘土改良和水稻鎘污染防治研究［J］．環境科學，1980，(5):7 －11．

Review of the Research on Heavy Metal Contamination of China’s City Soil and Its Treatment Method

CHEN Yan-fang
(Zhejiang Institute of Geology ＆ Mineral Resources，Hangzhou Zhejiang 310007，China)

The article elaborated on the source，harm and the space featurer of pollution，and then dealt with the evaluation and treatment methods．Finally put forth relevant proposals of how to treat contamination in a better way．

city soil pollution;heavy metal contamination;evaluation;treatment method

X35

A

1002－2104(2011)03專－0536－04

2011-03-16

陳燕芳，碩士，主要研究方向為環境地球化學和分析化學。

(編輯:王愛萍)