土壤重金屬污染

土壤無機污染物中以重金屬比較突出，主要是由於重金屬不能為土壤微生物所分解，而易於積累．轉化為毒性更大的甲基化合物，甚至有的通過食物鏈以有害濃度在人體內蓄積，嚴重危害人體健康。

土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，砷雖不屬於重金屬，但因其行為與來源以及危害都與重金屬相似，故通常列入重金屬類進行討論。就對植物的需要而言，金屬元素可分為2類：①植物生長發育不需要的元素，而對人體健康危害比較明顯，如鎘、汞、鉛等。②植物正常生長發育所需元素，且對人體又有一定生理功能，如銅、鋅等，但過多會造成污染，妨礙植物生長發育。

同種金屬，由於它們在土壤中存在形態不同，其遷移轉化特點和污染性質也不同，因此在研究土壤中重金屬的危害時，不僅要注意它們的總含量，還必須重視各種形態的含量。

基本介紹

• 中文名：土壤重金屬污染
• 外文名：Soil heavy metal pollution
• 事件：重金屬含量高於原生態土壤
• 污染來源：農藥、廢水、污泥和大氣沉降等
• 主要特徵：形態多變、很難降解
• 修復措施：原位治理和異位治理

土壤重金屬的來源

土壤中重金屬元素主要有自然來源和人為干擾輸入兩種途徑。在自然因素中，成土母質和成土過程對土壤重金屬含量的影響很大。而在各種人為因素中，工業、農業和交通等來源引起的土壤重金屬污染所占比重較高。

1．自然來源

土壤是由岩石風化而來，不同的岩石含有各種重金屬元素，成土母岩的化學元素決定了土壤中化學的最初含量，影響著土壤中重金屬元素的環境背景值：同時母岩在形成土壤過程中的影響因素也影響著土壤中的重金屬含量，如抗風能力強的石英質岩石對發育於其上的土壤中重金屬含量起控制作用，然而抗風能力弱的碳酸鹽類岩石對其上發育的土壤中重金屬含量控制作用則不強。大氣中重金屬降塵也是影響土壤中重金屬含量的主要自然因素之一。火山爆發、森林火災、海浪飛濺、植被排出、風力揚塵等過程使很多重金屬塵浮於空中。空氣中的重金屬元素部分被植物吸收，部分通過塵降進入水體、土壤。在自然界中土質污染也影響著土壤重金屬的含量。在岩石圈深部，由於岩漿作用、質變作用等複雜的地球化學過程可能形成重金屬富集的工業礦床，在礦床附近礦化地層發育的土壤，由礦床流出的富含重金屬的地下水流動過程中形成的分散暈上發育的土壤，及以被搬運的礦化物質為母岩所發育的上壤重金屬含量往往異常的高。

2．人為因素造成的土壤重金屬污染

隨著人類社會工農業現代化、城市化的發展，人為因素造成土壤重金屬污染是當今世界越來越不容忽視的環境問題。重金屬多為有色金屬，在人類生產、生活各方面套用廣泛，同時也伴隨著重金屬的嚴重環境污染。有色重金屬礦床的開發冶煉是向環境中排放重金屬最主要的污染源。通過“三廢”向環境中排放重金屬的工礦企業，如：採礦、選礦、冶金、電鍍、電工、染料、紡織、煉油等。

由於這些污染源大多是點性污染源，故對土壤環境來說是不均勻污染，在局部地區土壤重金屬污染可能相當嚴重。隨著城市化的發展和市內工業、交通排放各種廢棄物的增多，城市土壤中重金屬含量顯著增加，其中以汞和鉛最為突出。隨著人為活動向大氣中排放的重金屬污染物的增多，通過沉降重金屬污染土壤也表現得越來越嚴重，特別是化石燃料的燃燒，如：燃燒釋放的汞占人為釋放量的57%～71%；燃煤、燃油向大氣輸入鎳占人為釋放量的60%～78%；由於汽車使用的汽油中加入抗爆劑——四甲基鉛和四乙基鉛，故在汽車尾氣中排放的鉛含量為20～50ug/L。在農業中，農藥、化肥、污泥的施用，污水灌溉，也是加劇土壤重金屬污染的主要途徑之一。在化肥中，其原料礦石本身的雜質及生產工藝流程的污染使其重金屬的含量頗高，如：有的過磷酸鈣肥料中的鎘和砷含量較高，據廣州市磷肥和石灰測定結果，鎘含量為2～3mg/kg，砷含量為60～80ng/kg，汞含量為l～2ng/kg。在農藥中以含汞、砷和鉛的較多，如：含有機汞製劑有賽力散、西力升等，含有機砷製劑有稻腳青、蘇農6401，含砷鉛的砷酸鉗、亞砷酸鉛等，含其他重金屬的農藥有代森鉛等。故長期施用化肥、農藥可使土壤遭受重金屬污染。

土壤重金屬污染的特點

在土壤中一般小易隨水淋溶，不能被土壤微生物分解；相反，生物體可以富集重金屬，常常使重金屬在土壤環境中逐漸積累，甚至某些重金屬元素在土壤中還可以轉化為毒性更大的甲基化合物，還有的通過食物鏈以有害濃度在人體內蓄積，嚴重危害人體健康。重金屬對土壤環境的污染與水環境的污染相比，其治理難度更大．污染危害更大。

土壤中主要重金屬污染物

1. 汞
   汞是一種對動植物及人體無生物學作用的有毒元素。土壤中的汞按其存在的化學形態可分為金屬汞、無機化合態汞和有機化合態汞。無機汞化合物的主要存在形式有HgS、HgO、HgCO₃、HgHPO₄、HgCl₂和Hg（NO₃）₂等；有機汞化合物主要有甲基汞和有機配合汞等。除甲基汞、HgCl₂、Hg（NO₃）₂外，大多均為難溶化合物。在各種含汞化合物中，甲基汞和乙基汞的毒性最強。土壤中汞的遷移轉化比較複雜，主要有以下幾種途徑：（1）土壤中汞的氧化-還原（2）土壤膠體對汞的吸附（3）配位體對汞的配合-整合作用（4）汞的甲基化作用
2. 鎘
   鎘的污染主要來源於鉛、鋅、銅的礦山和冶煉廠的廢水、塵埃和廢渣、電鍍、電池、顏料、塑膠穩定劑和塗料工業的廢水等。農業上，施用磷肥也可能帶來鎘的污染。
3. 鉛
   鉛是人體的非必需元素。土壤中鉛的污染主要來自大氣污染重的鉛沉降，如鉛冶煉廠含鉛煙塵的沉降和含鉛汽油燃燒所排放的含鉛廢氣的沉降等。另外，其他鉛套用工業的“三廢”排放也是污染源之一。土壤中鉛主要以二價態的無機化合物形式存在，極少數為四價態。
   植物從土壤中吸收鉛主要是吸收存在於土壤中的可溶性鉛。植物吸收的鉛絕大多數積累於根部，而轉移到莖葉、種子中的則很少。另外，植物除通過根系吸收土壤中的鉛以外，還可以通過葉片上的氣孔吸收污染空氣中的鉛。
4. 鉻
   鉻是人類和動物的必需元素，但其濃度較高時對生物有害。土壤中鉻的污染主要來源於某些工業，如鐵、鉻、電鍍、鉻酸鹽和三氧化鉻工業的“三廢”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。
5. 砷
   砷是類金屬元素，不是重金屬。但從它的環境污染效應來看，常把它作為重金屬來研究。土壤中砷的污染主要來自化工、冶金、煉焦、火力發電及電子等工業排放的“三廢”。土壤中砷主要以正三價和正五價存在於土壤環境中。其存在形式可分為水溶性砷、吸附態砷和難溶性砷。三者之間在一定的條件下可以相互轉化。當土壤中含硫量較高時，在還原性條件下，可以形成穩定的難溶性As₂S₃。一般認為，砷不是植物、動物和人體的必需元素。但植物對砷有強烈的吸收積累作用，其吸收作用與土壤中砷的含量、植物品種等有關。砷在植物中主要分布在根部。浸水土壤中，土壤中可溶性砷含量比旱地土壤高，故在浸水土壤中生長的作物，其砷含量也較高。所以，為了有效地防止砷的污染及危害，可採取提高土壤氧化-還原電位的措施，以減少三價亞砷酸鹽的形成，降低土壤中砷的活性。

預防土壤重金屬污染的基本原則

1、切斷污染源：切斷污染源就是採取有效措施，以削減、控制和消除污染源，儘可能避免工礦企業重金屬污染物的任意排放，儘量避免重金屬輸入土壤環境。切斷污染源是土壤重金屬污染防治工作中帶有戰略意義和指導性的基本原則。

2、提高土壤環境容量：土壤具有一定的自然淨化功能，在調控與防止土壤污染時應充分利用這一特點，採取有效措施以增加和改善土壤膠體的種類和數量，增加土壤對有害物質的吸附能力和吸附量，從而降低污染物在土壤中的活性，增強土壤環境的自淨能力，提高土壤環境容量。當輸入土壤環境中的重金屬污染物的數量和速度不大或土壤遭受輕度污染時，採取相應措施提高土壤環境容量，對於防止土壤污染的發生或減輕重金屬對作物的污染危害是有效的。

3、控制或切斷重金屬進入食物鏈：採取有效措施控制植物對重金屬的吸收，減少重金屬在植物體內，特別是在可食部分的累積量，或利用非食用植物如樹木、綠化用草等來吸收除去土壤中的重金屬，從而達到控制或切斷重金屬進入食物鏈的目的。

4、避免二次污染：這是環境污染防治措施中必須共同遵守的原則。

土壤中主要重金屬污染的治理

治理土壤重金屬污染的途徑主要有兩種：一是改變重金屬在土壤中的存在形態，使其固定．降低其在環境中的遷移性和生物可利用性；二是從土壤中去除重金屬。圍繞這兩種治理途徑，已提出各自的物理、化學和生物的治理方法。

1.汞污染的防治主要有以下措施：

（1）對土壤進行灌溉和施肥時，要嚴格控制使用汞含量高的污水和污泥。

（2）對已受汞污染的土壤，可施用石灰-硫磺合劑，其中硫是降低汞由土壤向作物遷移的一種有效方法。在施入硫以後，汞即被更牢固地固定在土壤中。

（3）施用石灰以中和土壤的酸性，可降低作物根系對汞的吸收。當土壤pH提高到6.5以上時，可能形成碳酸汞、氫氧化汞或水合碳酸汞等汞的難溶化合物。另外，鈣離子能與任何微量的汞離子爭奪植物根系表面的交換位，從而降低汞相作物內的遷移。

（4）施入硝酸鹽，可使土壤內汞化合物的甲基化過程減弱，因高濃度的硝酸鹽能抑制甲基化微生物的生長，從而減少汞向作物體內的遷移及毒害。

（5）施用磷肥，由於汞的正磷酸鹽比其氫氧化物或碳酸鹽的溶解度小，所以施用磷肥也是降低土壤中汞化合物毒害作用的一種有效辦法。

2.鎘污染的防治

土壤鎘污染的防治對策重點在於防，而不在於治。因為進入土壤中的鎘，由於土壤的強吸附作用，常常積累於土壤表層，而很少發生輸出遷移，也不可能像有機污染那樣可能發生降解作用。目前可套用的主要對策如下：

（1）採用客土法或換土法，使高背景或污染區土壤中鎘的濃度下降，但這種措施的經濟支出太高，故只適用於小面積嚴重污染土壤的治理。

（2）在土壤中加入石灰性物質，提高土壤環境的pH，使鎘生成不易被植物吸收的Cd（OH）₃或CdCO₃沉澱，此法較適合在旱田條件下使用。

（3）在土壤中使用促進還原的有機物，使土壤中的鎘與土壤中的硫生成CdS沉澱。

（4）在土壤中施加磷酸鹽類物質，使之生成磷酸鎘沉澱，在水田條件下更重要。

（5）種植富集鎘的植物如莧科植物，以吸收污染土壤中的鎘，但應注意植物殘體的處理。

3.鉛污染的防治

鉛在土壤中的遷移性較差，進入土壤中的鉛主要累積於土壤表層。土壤中鉛的污染主要是通過空氣、水等介質形成的二次污染。對於已污染的土壤，應根據污染程度及土地利用類型，採取相應的治理措施，主要措施如下：

（1）採取客土法或換土法，有效的改善或消除鉛污染。

（2）種植某些非食用但可富集鉛的植物，以逐漸降低土壤中鉛的污染程度。

（3）提高土壤的pH，當pH>6時，重金屬離子很易被黏土礦物吸附而阻止植物對鉛的吸收。

（4）在鉛污染的土壤中施用鈣、鎂及磷肥等改良劑，以降低土壤中鉛的活性，減少作物對鉛的吸收。

4.鉻污染的防治

（1）在Cr³⁺污染的土壤中，施用石灰石、矽酸鈣或磷肥等調節土壤呈微鹼性，使鉻形成Cr(OH)₃狀態而加以固定，可減少鉻對作物的危害。

（2）施用有機肥，使土壤處於還原環境，有效減輕或消除六價鉻對植物的危害。 另外，有機肥能夠通過吸附作用．降低六價鉻對植物的毒害

（3）選擇種植非食用植物，利用植物累積鉻的作用淨化污染的土壤。

（4）實行水旱輪作是輕度鉻污染的有效改良措施。水旱輪作使土壤pH增高，E值下降，有利於鉻的吸附固定．從而降低土壤中鉻的含量。

5.砷污染的防治

（1）施加砷的吸附劑，提高土壤對砷的吸附能力，降低砷的活性，從而避免砷害。

（2）在土壤中施加硫粉，降低土壤pH，加強土壤排水，可提高土壤固砷的能力，降低砷的活性，從而避免砷害。

（3）在土壤中施加各種鐵、鋁、鈣和鎂的化合物，可使砷生成不溶性物質而加以固定從而降低砷的活性。

（4）採用客土、深耕，利用增加低砷土壤的手段，稀釋含砷土壤中的砷含量，降低砷的污染。