土壤重金屬污染及修復的研究現狀

摘要：隨著現代工業的發展，工業排出的污染物越來越多，土壤的重金屬污染逐漸引起了人們的廣泛關注，因為土壤污染對人類的生存造成了巨大的危害。現階段土壤重金屬污染的研究已在各個相關領域開展。本文主要就土壤重金屬的概念、來源種類、特點危害、防治修復等方面總結前人研究成果，得出目前我國對土壤污染及其修復主要研究方向，為進一步防治土壤重金屬污染提供理論基礎。

關鍵詞：土壤污染 重金屬 危害 修復方法

土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態環境的重要組成部分[1-2]。隨著近年來經濟發展，工農業生產不斷擴大，所產生的廢水和廢渣也不斷增多，不但破壞地表植被，而且其中有毒有害重金屬還隨廢水的排放及廢渣堆的風化和淋濾進入周邊土壤環境[3-6]。目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染耕地面積近2，000萬公頃，約占總耕地面積的1/5，其中工業“三廢”污染耕地1，000萬公頃，污水灌溉的農田面積已達330多萬公頃。

1. 土壤重金屬污染的定義

在自然界，重金屬以各種形態存在，常見的金屬元素有銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鉬、金、銀等；其中既有對生命活動所需要的微量元素，如錳、銅、鋅等；但大多數重金屬元素在環境中對環境都會有一定的污染作用，主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等對生物體具有顯著毒害作用的元素[7]。重金屬的密度一般在4.0以上，約60種元素。但是由于不同的重金屬在土壤中的毒性差別很大，所以在環境科學中人們通常關注鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩、汞、鎘、鉛、鉻、鈷等。砷、硒是非金屬，但是它的毒性及某些性質與重金屬相似，所以將砷、硒列入重金屬污染物范圍內。由于土壤中鐵和錳含量較高，因而一般不太注意它們的污染問題，但在強還原條件下，鐵和錳所引起的毒害亦應引起足夠的重視。

土壤重金屬污染是指由于人類在生產活動中將重金屬帶入到土壤中，致使土壤中重金屬累積到一定程度，含量明顯高于背景，并可造成土壤質量的退化、生態與環境的惡化現象[8]。土壤本身含有一定量的重金屬元素，如植物生長所必需的Mn、Cu、Zn等。因此，只有當疊加進入土壤的重金屬元素累積的濃度超過了作物需要和忍受程度，作物才表現出受毒害癥狀，或作物生長并未受害但產品中某種金屬的含量超過標準，造成對人畜的危害時，才能認為土壤已被重金屬污染[9]。如土壤環境質量標準值（GB15618-1995）[10]。

2. 土壤中重金屬的來源、種類

土壤重金屬污染主要是由工業產生的“三廢”以及污水灌溉、農藥和化肥的不合理施用等農業措施引起的。隨著工農業生產的發展，重金屬對土壤和農作物的污染問題越來越突出，部分地區土壤重金屬污染現象十分嚴重。總體來講，土壤重金屬污染源較廣泛，即有自然來源，又有包括人類活動帶入土壤的部分，目前主要來源為人為因素。主要包括大氣塵降、污水灌溉、工業廢棄物得不當堆放、采礦及冶煉活動、農藥和化肥的過多施用等[11-12]。

2.1 污水灌溉

污水灌溉通常指的是使用經過一定處理的城市污水灌溉農田、森林和草地。中國水資源較為緊缺，部分灌區常把污水作為灌溉水源來利用。污水的種類按其來源可分為城市生活污水、石油化工污水、工業礦山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金屬含量雖然不多，但由于我國工業發展迅速，許多工礦企業污水未經分流處理而排入下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金屬含量逐年累積[15-16]。在分布上，往往是靠近污染源頭和城市工業區土壤污染嚴重，遠離污染源頭和城市工業區，土壤幾乎不受污水中的重金屬污染。

污灌在北方比較嚴重，因為我國北方比較干旱，水資源短缺嚴重，并且許多大城市都是重工業大城市，所以農業用水更加緊張，污水灌溉在這些地區較為普遍。據統計，我國北方旱作地區污灌面積約占全國90%以上。南方地區相對較小，僅占6%，其余則在西北地區。污灌不僅導致土壤中重金屬元素含量的增加，而且還會在人體內富集。研究顯示我國沈陽、溫州和遂昌等地由于污水灌溉引發了人體鎘中毒；鞍山宋三污灌區土壤中Hg、Cd的累積顯著，污染嚴重；用處理過的污水灌溉是解決干旱地區作物需水問題的一條可行途徑。但由此導致的土壤污染特別是重金屬污染必須引起重視。

2.2 農藥和化肥污染

農藥和化肥是重要的農用物資，對農業生產發展起到重要的推動作用，但如果不合理施用，則可導致土壤中重金屬污染。部分農藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬元素，過量或不合理使用將會造成土壤重金屬污染。肥料中含有大量的重金屬元素，其中氮、鉀肥料含量相對較低，而磷肥中則含有較多的有害重金屬，另外復合肥的重金屬含量也相對較高。施用含有重金屬元素的農藥和化肥，都可能導致土壤中重金屬的污染。

2.3 礦山開采和冶煉加工

我國重金屬礦產相對豐富，在金屬礦山的開采、冶煉過程中，會產生大量廢渣及廢水，而這些廢渣和廢水隨著礦山排水和降雨進入土壤環境中，便可直接地造成土壤重金屬污染，這在我國南方地區表現得尤為突出。

3. 重金屬污染的特點及危害

3.1 重金屬元素污染土壤的主要特點

在土壤環境中重金屬污染特點可以分為兩部分：一是土壤環境中重金屬自身的特點，二是重金屬元素在不同介質中所表現的特點。具體特點如下：（1）形態變換較為復雜，重金屬多為過渡元素，有著較多的價態變化，且隨環境Eh，pH配位體的不同呈現不同的價態、化合態和結合態。重金屬形態不同則其毒性也不同；（2）有機態比無機態的毒性大；（3）毒性與價態和化合物的種類有關；（4）環境中的遷移轉化形式多樣化；（5）生物毒性效應的濃度較低；（6）在生物體內積累和富集；（7）在土壤環境中不易被察覺；（8）在環境中不會降解和消除；（9）在人體內呈慢性毒性過程。（10）土壤環境分布呈區域性；

過量的重金屬會引起動植物生理功能紊亂、營養失調、發生病變，重金屬不易被土壤微生物降解，可在土壤中累積，也可通過食物鏈在人體內積累，危害人體健康。土壤一旦遭受重金屬污染，就很難徹底消除，污染物還會向地下水和地表水中遷移，從而擴大其污染。因此重金屬對土壤的污染是一類后果非常嚴重的環境問題。

3.2人類因土壤重金屬污染而遭受的危害[25]

（1）土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺；（2）土壤污染給農業發展帶來很大的不利影響；（3）土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性，有可能繼續造成新的土地污染；（4）土壤污染嚴重危及后代人的利益，不利于可持續發展；（5）土壤污染造成嚴重的經濟損失；（6）土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅；（7）土壤污染也是造成其他污染的重要原因。

4. 對重金屬污染的防治及修復

4.1 對土壤污染的預防

目前，仍未找到可廣泛應用且行之有效的重金屬污染治理方法，但控制污染源，是防止土壤污染的根本措施之一，同時利用土壤的自凈作用對污染物凈化具有一定的預防作用。控制土壤重金屬污染源，即控制進入土壤中的重金屬污染物的數量和速度，通過土體自身的凈化作用，降低污染。

（1）控制和消除工業“三廢”

盡量利用循環無毒工藝，減少和消除重金屬污染物的排放，對工業“三廢”進行回收改善，使其化害為利，并嚴格控制工業生產中污染物排放量和濃度，使之符合排放標準。

（2）土壤污灌區的監測和管理

在污灌區對灌溉污水的重金屬元素進行控制，監測水中重金屬污染物質的成分、含量及其變化，避免引起土壤污染。

（3）合理施用化肥和農藥

對于農藥和化肥的施用，應以環保無毒為準則，禁止或限制使用高殘留農藥，大力發展高效、低毒、低殘留農藥，發展生物防治措施。為保證農業的增產，合理施用化學肥料和農藥是必需的，但需控制好施用量，否則會造成土壤或地下水的污染。

（4）土壤容量和土壤凈化能力的提高

在農業生產過程中，施用有機肥，改良松散型沙土，改善土壤膠體的種類和數量，增加土壤對有害重金屬的吸附能力和吸附量，從而減少重金屬在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金屬，提高土壤凈化能力。

4.2 土壤中重金屬污染的修復方法

（1）工程措施

工程治理措施是指在土壤環境中，用物理或物理化學的原理來減少重金屬污染物的措施。主要包括客土，換土，翻土，淋洗液熱處理以及電解等方法。以上方法措施的治理效果相對徹底，但實工過程復雜、所需治理費用較高且比較容易引起土壤肥力效果降低。

（2）生物措施

生物治理是指利用能夠在土壤中生存的生物的某些習性來抑制和改良土壤重金屬污染。Nanda Kumar P B A等發現某些特殊植物對土壤中的重金屬元素具有富集作用。寇冬梅等研究認為食用菌對重金屬具有吸附作用。所用方法有動物治理，微生物治理，植物治理等。生物措施的優點是實施較為簡便易行、投資較少且對環境破壞小，而缺點是在短期內不易得到治理效果。

（3）化學措施

化學治理方法是利用化學物質和天然礦物對重金屬污染進行的原位修復技術，目前，在許多區域得到應用。化學治理措施主要包括利用土壤改良劑、抑制劑，增加土壤有機質、陽離子代換量和粘粒的含量，改變pH、Eh和電導等理化性質，使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金屬的生物有效性。化學治理措施優點是治理效果相對較明顯，而缺點是容易再度活化。

（4）農業措施

農業治理措施是通過改變耕作方式和管理制度來達到降低土壤重金屬危害的方法。M.Puschenreiter等探討了利用農業耕作措施治理土壤重金屬的方法，得出在不同污染地區種植不同的農作物可有效降低重金屬的污染。治理方法主要包括控制土壤水分，選擇合適的農藥、化肥，增施有機肥，選擇農作物品種等。農業治理措施的優點在于操作簡單、費用不高，而缺點是需要較長治理周期卻治理效果不顯著。

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