城郊蔬菜地重金屬污染研究現(xiàn)狀

鐘曉梅

（江蘇上田環(huán)境修復(fù)有限公司）

1.研究背景

重金屬是指比重在4.0g/cm3以上的約60種元素或比重在5.0g/cm3以上的45種元素[1]。隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，每年都有大量的重金屬通過工業(yè)“三廢”排放到環(huán)境中，這些重金屬隨著灌溉水、大氣、污泥、化肥等進(jìn)入菜地土壤，并在土壤中殘留、富集，導(dǎo)致蔬菜被重金屬污染，而蔬菜中的重金屬又通過食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類的健康產(chǎn)生危害[2]。所以對(duì)蔬菜地重金屬污染程度的監(jiān)測與評(píng)價(jià)成為土壤環(huán)境污染研究及作物安全清潔生產(chǎn)監(jiān)測評(píng)價(jià)中的重要部分，為發(fā)展無公害蔬菜、綠色蔬菜、有機(jī)蔬菜提供科學(xué)理論依據(jù)，對(duì)保障蔬菜安全清潔生產(chǎn)及人民身體健康具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論意義。

1.1 蔬菜地重金屬污染來源

土壤中重金屬污染主要來自于采礦、冶煉、電鍍、合金、涂料等工廠排放的廢氣、廢水、廢渣等。作為城鄉(xiāng)結(jié)合部的城市郊區(qū)，往往是供應(yīng)城市農(nóng)副產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，但隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展，菜地土壤工業(yè)“三廢”污染，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、生化制劑等農(nóng)用物資及城鎮(zhèn)垃圾、人畜未腐熟糞便等不合理使用和管理，造成蔬菜地土壤中重金屬元素含量超標(biāo)。Hamamei等[3]研究發(fā)現(xiàn)，道路灰塵中Pb的平均含量是土壤的9～11倍，是土壤Pb元素污染的主要來源。

1.2 重金屬污染的危害

1.2.1 重金屬對(duì)人體的危害

由重金屬而引起的環(huán)境公害事件在不少國家和地區(qū)屢有發(fā)生，重金屬對(duì)人體的危害是極大的，不可逆的。鎘進(jìn)入人體后，易累積在肝臟和腎臟中，引起骨骼軟化，導(dǎo)致骨痛病（痛痛病），且有致癌致畸作用。鉛可由呼吸道、皮膚及消化道等途徑進(jìn)入人體，干擾損害人體骨髓造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等。汞對(duì)人體腦組織、肝、腎及神經(jīng)系統(tǒng)等造成損害。砷及其化合物蓄積在人體肝、肺、腎、骨骼等部位，抑制酶活性，造成代謝障礙等癥狀。鎘、鉛、汞、砷被美國國家環(huán)保局（USEPA）刷選為環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（EDCs），美國毒物和疾病注冊(cè)處（ATSDR）將鎘列為第六位危害健康的有毒物質(zhì)[4]。

1.2.2 重金屬對(duì)植物的危害

重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移積累直接影響植物的生理生化反應(yīng)和生長發(fā)育，從而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。重金屬對(duì)植物都具有明顯毒害作用，其對(duì)植物的毒害不僅表現(xiàn)為影響植物的正常生長發(fā)育，使產(chǎn)量下降，而且過量的重金屬可累積于作物可食部分，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。

重金屬進(jìn)入土壤后，通過非代謝性被動(dòng)進(jìn)入植物根內(nèi)，阻礙細(xì)胞正常代謝，引發(fā)染色體、細(xì)胞核畸變，可導(dǎo)致植物根部中毒，葉色不一致變化，抽穗期和成熟期推遲、籽實(shí)畸形、產(chǎn)量降低、植株枯萎，甚至死亡。劉秀梅[5]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著植物體內(nèi)重金屬鉛離子濃度的增加，高濃度的鉛嚴(yán)重阻礙作物的生理活動(dòng)，表現(xiàn)為葉片黃化失綠，莖葉萎蔫。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外蔬菜地重金屬污染監(jiān)測評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

當(dāng)今世界各國土壤和蔬菜都存在不同程度的重金屬污染，且許多國家土壤和蔬菜重金屬污染程度呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)。在澳大利亞Boolaroo地區(qū)一些受Cd污染的農(nóng)田上種植的生菜等常見蔬菜Cd超標(biāo)率達(dá)到95%，Cd含量最高的超標(biāo)近40倍[6]。我國從20世紀(jì)90年代初期開始，在上海、北京、廣州、東莞等大城市都曾較系統(tǒng)地對(duì)郊區(qū)蔬菜地重金屬污染狀況進(jìn)行一些調(diào)查研究。調(diào)查結(jié)果表明，我國蔬菜地重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻，且污染程度更有逐漸加重的趨勢(shì)。上海市蔬菜重金屬污染，以Cd和Pb較為嚴(yán)重，超標(biāo)率分別為13.3%和12.0%，其次是Cr和Hg，超標(biāo)率分別為4.6%和1.5%[7]。長沙市各主要蔬菜基地生產(chǎn)的13個(gè)蔬菜種類，Pb和Cd污染嚴(yán)重，超標(biāo)率分別為60%和51%，特別是葉菜類Pb的超標(biāo)率達(dá)100%[8]。

2.2 蔬菜地土壤重金屬污染的時(shí)空分布監(jiān)測研究

對(duì)土壤重金屬污染的大多數(shù)監(jiān)測都是通過野外實(shí)地調(diào)查分析而得到，但隨著科技的發(fā)展，各種新的監(jiān)測手段應(yīng)運(yùn)而生，不少學(xué)者也嘗試?yán)眯碌谋O(jiān)測技術(shù)并結(jié)合實(shí)地調(diào)查來研究土壤重金屬污染，推進(jìn)了土壤重金屬污染監(jiān)測的發(fā)展。蔬菜地土壤重金屬污染水平空間變異歷來是監(jiān)測的重點(diǎn)，從全國范圍來看，中國不同區(qū)域蔬菜地土壤重金屬含量及其分布規(guī)律各異。從城市內(nèi)部來看，城市不同功能區(qū)及不同的土壤理化性質(zhì)，不同的灌溉耕作方式及各區(qū)域蔬菜地周圍工業(yè)環(huán)境等的不同，使得各蔬菜地土壤重金屬污染程度也相應(yīng)不同。城郊蔬菜地重金屬污染的另一個(gè)特征是沿交通干線兩側(cè)呈現(xiàn)出帶狀污染。

對(duì)重金屬在土壤中的垂直剖面空間變異研究也成為關(guān)注焦點(diǎn)，土壤剖面中重金屬濃度反映不同歷史時(shí)期含量水平的變化，大多研究結(jié)果表明:重金屬元素主要積累在土壤耕作層，含量向下遞減。

土壤重金屬污染由于其具有隱蔽性、難降解性、不可逆性、高毒性，且其污染是不定期動(dòng)態(tài)的過程，所以對(duì)其進(jìn)行長期監(jiān)測，分析其時(shí)間上的污染程度變化差異對(duì)防止、控制其污染加重具有重要的意義。

2.3 蔬菜地土壤重金屬污染的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

我國土壤重金屬污染評(píng)價(jià)一般用污染指數(shù)法來評(píng)價(jià)土壤污染狀況，包括單項(xiàng)污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法兩種。綜合污染指數(shù)法又包括簡單疊加法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、均方根算數(shù)平均法、統(tǒng)計(jì)模式法以及混合加權(quán)法等。國外許多國家都相繼規(guī)定了土壤蔬菜重金屬污染閥值，頒布了各自相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)（如:德國、英國、加拿大等），國內(nèi)學(xué)者對(duì)蔬菜地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)多采用GB15618-1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

土壤重金屬污染導(dǎo)致蔬菜安全問題也一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)蔬菜產(chǎn)地土壤和蔬菜中重金屬含量進(jìn)行測定監(jiān)控，確定土壤重金屬污染水平和蔬菜可食部分的安全性，對(duì)防止蔬菜被污染，保障人體健康具有十分重要的意義。國外許多國家制定了各自的蔬菜重金屬含量限值，國內(nèi)常采用《無公害蔬菜重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，利用蔬菜綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)其污染程度分為:未污染、輕污染、中污染和重污染。

2.4 蔬菜地重金屬遷移積累規(guī)律的研究

對(duì)蔬菜地重金屬遷移積累規(guī)律研究主要包括的有:土壤重金屬向不同種類和品種作物轉(zhuǎn)移能力的差異、土壤重金屬向不同器官轉(zhuǎn)移能力的差異、土壤重金屬向不同生育期的作物轉(zhuǎn)移能力的差異、土壤重金屬向作物的轉(zhuǎn)移能力與土壤重金屬含量及其有效性的關(guān)系等方面的研究。王慶仁[9]等研究結(jié)果表明:不同蔬菜對(duì)Pb的富集能力為:黃瓜>尖椒>韭菜>豆角>茄子。黃克禹[10]等研究結(jié)果表明:Cd在蔬菜各部位的含量順序排列如下:大白菜:根>綠葉>心葉；蕃茄:根>莖葉>果實(shí)；茄子:莖葉>根>果實(shí)。匈牙利的Eva Lehocky[11]等通過向日葵田間實(shí)驗(yàn)也表明植株不同的生育時(shí)期，具有不同的Cd含量，向日葵在4～6葉的生育期時(shí)，Cd的含量最高，大部分的Cd集中在植株的可食部位。Dudka[12]的研究表明:植物體內(nèi)重金屬含量與土壤重金屬并不一定都呈直線相關(guān)關(guān)系，也可能呈曲線相關(guān)，因素是多方面的，可能與空氣中重金屬含量有關(guān)。

3.土壤重金屬污染修復(fù)控制技術(shù)概況

當(dāng)前，世界各國都很重視對(duì)土壤重金屬污染治理方法的研究，并也開展了廣泛的研究工作。總的來說，目前大致有以下四種治理措施，即:工程治理方法包括客土法、換土法、翻土法、淋洗法、電解法和熱處理法；化學(xué)治理方法主要有沉淀法、有機(jī)質(zhì)法和吸附法等，如向土壤中投放鋼渣，它在土壤中易被氧化成鐵的氧化物，對(duì)Cd、Ni、Zn的離子有吸附和共沉淀作用，從而使金屬固定；農(nóng)業(yè)治理方法主要通過控制土壤水分、選擇化肥、增施有機(jī)肥、選擇作物品種及調(diào)整土地利用方式等措施來降低土壤中重金屬含量及降低重金屬向農(nóng)作物中的轉(zhuǎn)移。生物治理法包括動(dòng)物治理、微生物治理和植物修復(fù)治理。最近十年，土壤重金屬污染的植物修復(fù)受到越來越多的關(guān)注，金屬活化劑的使用能提高植物對(duì)Cd污染土壤修復(fù)效率日益?zhèn)涫荜P(guān)注，目前常用的金屬活化劑主要有4類，包括人工合成的活化劑如EDTA、EGTA等，天然的活化劑如EDDS、NTA等；小分子的有機(jī)酸如檸檬酸、草酸和蘋果酸等；腐殖質(zhì)如腐植酸、黃腐酸等。

4.總結(jié)

由于我國蔬菜地重金屬污染調(diào)查監(jiān)測起步較晚，沒有形成較為系統(tǒng)的監(jiān)測，所以對(duì)蔬菜地重金屬污染調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏系統(tǒng)性。國內(nèi)外對(duì)土壤重金屬污染現(xiàn)狀與治理的研究，取得了一定的成績，但仍存在一些理論上和技術(shù)上的問題，如土壤中重金屬與土壤中礦物之間的吸附與解吸、固定與釋放的平衡關(guān)系的研究，土壤中重金屬形態(tài)特征、轉(zhuǎn)化與遷移規(guī)律的系統(tǒng)研究，土壤中二次污染物的及時(shí)處理等。

要控制蔬菜重金屬污染，首先要選擇一個(gè)適宜蔬菜健康生長的無污染環(huán)境。其次要根據(jù)不同蔬菜種類和不同器官對(duì)重金屬富集和吸收的差異，合理進(jìn)行蔬菜的生產(chǎn)布局。在重金屬污染的地區(qū)盡量減少易富集重金屬蔬菜的種植；相反，應(yīng)該有針對(duì)性地栽種對(duì)重金屬有較強(qiáng)抗性的蔬菜品種。大量施用無害有機(jī)肥，利用有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)增加土壤對(duì)重金屬的吸附作用，從而有效減少蔬菜對(duì)重金屬的富集量。此外，要嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”的排放，對(duì)菜田進(jìn)行污水灌溉、污泥施用前應(yīng)該要嚴(yán)格監(jiān)測其重金屬濃度。

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