土壤污染现状及修复

土壤污染现状及修复
一、引言
由于我国城市化进程不断加速，经济发展不断加快，工业化水平不断提高，我国大部分地区都存在不同程度的土壤污染问题。

土壤污染为题严重地威胁危害着人民健康，并对我国的经济和生态环境产生了负面影响。

，我国政府于2018年8月31日颁布了《中华人民共和国土壤污染防治法》，以期让企业和政府积极重视土壤污染防治工作[1]。

二、土壤污染现状
土壤污染的现象一般是人为因素造成的，由于人类的生产活动，一些有害物质进入陆地表层土壤，从而改变了土壤的物理、化学、生物特性，继而降低了土壤的有效利用率，甚至让人民健康受到威胁，生态环境遭到破坏。

土壤不易流动，虽然其具有具有一定的自净能力，但对于人类活动产生的大量有害物质仍无力抵抗。

污染物通常通过废气、废水等形式进入土壤，废气中颗粒型的物质通过重力作用沉降到地面，进而进入土壤；废水通过渗入的方式将大量污染物带入土壤。

这些引入的污染物与土壤微粒结合吸附，掩埋在土壤之中并随着时间的推移迁移进入土壤深处。

土壤污染在初期并不表现出明显的污染特征，直到污染物通过食物链由植物进入动物和人体，使动物和人体发生毒害，此时土壤污染已经十分严重了[2]。

由环境保护部和国土资源部于2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》可以看出，我国土壤污染总的点位超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%。

2.3%。

1.5%。

和1.1%。

污染类型以无机型为主，占全部超标点位数的82.8%，有机型次之，复合型污染比重最小[3]。

由于重金属无法被微生物在土壤中分解，其在长时间在土壤中堆积后会在微生物、雨水、阳光等作用下被转化为毒性更大的化合物，甚至通过食物链的方式以有毒物质被人体吸收，从而危害人体健康，因此重金属是目前土壤污染物中最突出和学者们想要迫切解决的问题。

土壤中的金属元素按照植物的生长发育需求可以分为2类：第一是在植物正常生长发育过程中所必需要的元素，比如锌和铜，这些金属在正常情况对人体没有毒性，但是若土壤中含量过多会对动植物和人来都产生不利影响，如限制植物的生长、威胁人类身体健康等；第二类是植物生长发育不需要的元素，即有毒元素，对人体的危害极为明显，这一类污染物质的代表就是重金属，其中包括砷、铅、汞、锰、铜等。

不同形态的重金属的迁移转化的特征和污染的性质不尽相同，所以对土壤中重金属污染危害过程的研究中，相关研究人员不仅要重视重金属的含量，还要重视重金属的形式，并实施针对性的措施[4]提前做好准备。

三、土壤污染来源
（一）农业活动造成的土壤污染
1.污水灌溉
有调查显示，污水灌溉是造成土壤重金属污染的主要原因，也是成为土壤被
重金属污染埋下隐患的不良措施。

中国是世界上饮用水缺乏的国家之一，由于我国是工业大国，因此水污染也比较严重。

污水中含有大量的汞、镉、锌、砷等有毒重金属，而我国和印度等国家普遍存在污水灌溉农田的现象，因此可以说明我国土壤中重金属含量超标的主要原因就是污水灌溉。

将污水不经处理就直接应用于农业灌溉会让灌溉渠与的土壤累计大量有毒污染物。

城市污水、工业污水或混合污水是污水灌溉中常见的污水来源，这些水中含有大量的有机污染物和无机污染物，其中包括大量重金属、有毒非金属等。

土壤若长期经污水灌溉，一旦其重金属、有机物及其他污染物质达到了土壤自净能力上限，土壤和作物无法吸收后，土壤就会造成污染污染，导致土壤的酸碱度、湿度、盐分等发生变化，造成后果有土壤板结、肥力下降、土壤结构和功能失调等，。

土壤生态平衡一旦遭到破坏，土壤生物群落的多样性降低，从而导致土壤环境破坏、结构不足，最终产生环境生态问题[5]。

2.农药的使用
农业是我国的支柱产业之一，我国的农产品需求量、消耗量和出口数量都很高。

因此，为了有效提高农作物产量、增强农作物抵抗虫害的能力，我国对于农药的使用量很大，因此我国土壤污染的另一大原因就是过量、不合理地使用农药。

根据施用农药的农作物部位不同，农药施用大致可以分为地上用药和地下用药。

地上用药最有代表性的方式就是喷洒，这种方式施加农药后，除了少量被作物吸收的农药，其他的农药都以雾滴、粉粒等形式通过地表径流直接聚集进入土壤中，或是以悬浮颗粒的形式通过风、降雨等再次沉降到土壤中，从而对土壤造成二次污染；地下用药的施用方式就是沟施和拌种，是更为直接的土壤污染[6]。

由于不合理施肥（周期短、用量大）因素的影响，，当超过土壤的容量和自洁能力后，土壤中重金属会迅速富集，再加上由于过量的化肥使土壤酸化，酸性条件进一步会提高土壤中重金属离子的活性，毒性效应则更强[14]。

果园土壤中使用的农药，是重金属铜和砷污染的主要来源之一。

由于磷肥中含有的重金属镉，长期施用这种肥料会导致局部农田土壤镉污染。

目前我国农用磷肥的施用量逐年增加，据统计，近30年累计使用的磷肥达到了1.63亿吨，由此带入土壤中的镉污染更是十分严重[7]。

因此，我们也应该重视个关注由施肥引起的土壤重金属污染问。

3.农膜的使用
由于稳定性良好，农用地膜在农业生产中得到广泛应用。

农用地膜一般是不可分解的高分子化合物塑料，例如聚乙烯和聚氯乙烯。

由于不易降解，其残留在土壤中的碎片阻断水分的运动，从而导致作物根系对养分和水分的吸收被阻碍，最终造成很多不良后果，例如死苗、缺苗，减产。

全国农用塑料薄膜年使用总量为176万吨，据环保部门的测定，每亩土壤含残膜达3.9公斤时，可使玉米、小麦、蔬菜分别减产11-23%、9-16%、14.6%-59.2%[8]。

农膜的大量使用还会引发土壤中的酞酸酯污染，因为农膜中含有钛酸酯，这种物质极易从塑料中解析，进入土壤环境后悔导致大面积的污染[7]。

（二）工业分析中造成的土壤污染
1、废水排放和废料堆积
焦化厂附近废水和污泥堆放，其中大量的环链有机化合物、氨氮和叠氮类无机化合物等物质都会通过水或大气，直接或间接地对动植物产生严重的危害。

如果人长期饮用或吸入含环链有机化合物、氨氮和叠氮类无机化合物的水或空气，
或导致癌症等严重的后果。

如果环链有机化合物、氨氮和叠氮类无机化合物在动物和植物体内进行进一步有富集和浓缩，人类可以通过食物链吸收到大量的此类有毒物质。

焦化废水含有很多的好氧物质，其可以通过吸收水中的氧气影响水质，甚至导致水体的腐化，其含氮类物质可以让水体富营养化，从而滋生大量的藻类，影响水体的生态平衡；氨氮在水中转变成硝态氮后也会对人体产生巨大的负面影响，若不慎被婴儿大量饮用可导致白血病。

综上可知，焦化废水不仅严重破坏生态环境，还会严重危害人们的身体健康。

如果不在灌溉之前将焦化废水加以处理，可能导致农作物减产甚至枯死，播种期和发育期的幼苗因抵抗力弱，更会由于废水中酚导致毒烂。

用污水灌溉收获的粮食和果菜由于其中的有害化学物质，会产生异味，不仅影响销售和收成，还会极大危害人体健康；焦化废水中的油类物质由于堵塞土壤孔隙导致农作物无法吸收土壤养分，使土壤含盐量高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中的TN含量超标后（1mg/L），作物将无法吸收所有TN，剩下的氮则会导致贪青倒伏的现象[9]。

在矿产资源开发利用过程中，若将废石、废渣、尾砂和粉煤灰长期在地标堆积，其中的重金属会通过风化和淋滤被活化，之后以各种形式迁移到周围环境中，最终对土壤造成污染，对环境造成破坏。

2、重金属污染
土壤重金属污染是指重金属元素如汞、镉、铅、铬等在土壤中过量沉积而污染土壤。

工业排放的废水和废渣，汽车尾气以及农药不合理使都是造成土壤重金属污染的原因。

另外废旧电器和报废汽车中的重金属，如铅、汞、镉和铬等也是土壤重金属的主要来源。

工业废渣长期露天堆放后，其中包含的大量重金属元素会通过大气、雨雪以沉降和浸溶的方式随向土壤迁移，并转化成各种不易降解的形态，最终导致土壤的污染。

矿物开采、金属冶炼、煤炭以及机动车辆的尾气排放等都是土壤中重金属的来源渠道。

而且很多化工以及金属冶炼等行业以废气、废水乃至固体废弃物的排放形式不断进行重金属污染物质的排放，甚至在很多的工厂附近土壤里面锌、铅整体的质量分数达到了3000mg/kg高浓度[10]。

3、燃煤排放造成的污染
世界上最丰富的燃料资源就是煤炭，煤炭对于常规化石燃料储量的比例超过了90%。

目前在世界的一次性能源消费中，煤炭几乎占据了28%。

有44%的电量来自于煤炭发电；世界一次性能源消费量的30%来自于，而且据统计，由于清洁能源开发仍然不足，煤炭的消化量将会在未来30年内显著增长。

煤炭不是清洁能源，因为煤炭的大量使用是造成大气污染，酸雨和造成全球气候变化的重要原因。

煤炭也是造成大面积土壤污染的原因，因为燃煤可以产生大量的汞、铅、多环芳烃等污染物，这些污染物可以通过大气沉降进入土壤。

清洁能源将是未来能源发展的重点，洁净煤技术也会是科学家重点研究的对象。

煤炭可以通过洁净煤技术变得高效、安全、洁净可靠，从而从根本上杜绝由煤炭燃烧引起的土壤污染问题。

[11]
四、土壤污染的测定
土壤检测方法的主要目的包括理化指标、有机、无机、放射性元素等组分。

土壤环境检测方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）、原子荧光分光光度法（AFS）、波长色散X射线荧光光谱法电感耦合、等离子体发射光谱-质谱法（ICP-MS）、
电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）、电化学法和常规化学分析方法等；有机物的检测方法主要有气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱-质谱法（GC-MS）、高效液相色谱法-质谱法（HPLC-MS）等，大部分方法用于实验室分析。

（一）原子吸收光谱法
原子吸收光谱法是土壤环境监测中的一项重要技术，将原子吸收方法应用到土壤检测中具有必要性，能够检测出重金属给土壤带来的无法被生物降解及极强的毒性物质，了解土壤中重金属的形态、类别及污染程度，有效地检测出了土壤的环境。

首先样品有些是需要处理的，可以采用电热板湿法消解、干灰化法和微波消解法处理样品；使用的原子吸收光谱法的仪器有石墨炉原子吸收光谱法、火焰原子吸收光谱法和氢化物发生法来检测。

石墨炉原子吸收光谱法所需样品量少，原子化温度调节相对自由，安全系数较高，但是耗时长，检测成本高、分析范围窄及精度低等，若样品成分较为复杂，可能对检测结果有一定的影响。

土壤中元素铝的含量可以通过石墨炉检测法进行检测。

火焰原子吸收光谱法广泛应用于原子化的基本元素领域中，对检测极限有较高的要求，检测速度相对较快，检测成本低，可重现性较强，但是当原子化水平达到ppm级时才可进行定量分析，当土壤中的元素含量较低时，将无法快速将元素检测出来。

其中土壤中重金属镉的检测，就可以使用二乙基二硫代氨基甲酸钠作为检测的络合剂，接着使用四氯化碳作为萃取剂，然后利用硝酸-过氧化氢进行反萃取，使之转化成水相，接着就能够使用火焰原子吸收光谱法来检测。

氢化物发生法灵敏度更高，检出限度可以达到ppb级，能让被分析的元素和基体实现分离，分析过程中干扰会小很多，被广泛应用于Hg、As、Pb等重金属的检测中[15]。

原子吸收法测定时需要建立工作曲线，比如测定汞，根据浓度不同选取不同的浓度曲线进行测量。

移取浓度为10μg/L的汞标准工作溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0ml，分别进行测定，可以自动生成校准曲线，如A=0.0498x-0.0006x2，R2=0.9997。

移取浓度为100μg/L的汞标准工作液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0ml分别进行测定，会得校准曲线如A=0.00086x-2260×10-7x2，R2=0.9999。

其中A为标准溶液的吸光度，x为汞的含量，单位为ng。

还需要根据12次空白测试的3倍标准偏差求得方法的检出限如0.2μg/kg。

然后对3个不同含量范围的国家标准物质中的汞进行测量，结果同国标法的测定结果比对[21]。

有学者对热解化齐化-原子吸收光谱法进行了条件优化，用优化后的方法测定红土镍矿中的汞含量，结果发现样品中汞含量在57-1752μg/kg，该方法的重复性和准确性良好，相对标准偏差（RSD）达到了 1.6%-11.9%，回收率达到了92.79%-94.77%，满足标准要求，与冷原子吸收光谱法的方法之间的标准差仅为5.18%-11.93%。

因此可以说明这个方法准确、快速、样品用量少、无试剂污染，适合用于批量样品的测试[22]。

（二）气相色谱法
气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。

该方法的主要原理是先将试样气化，之后用气体的流动相将样品带入色谱柱中，由于固定相与试样分
子直接不同的作用力，可以根据流出时间的不同分离样品中的不同组分。

通过对应的检测系统，如红外、紫外、吸收光谱、质谱等，根据出峰时间和顺序对化合物中的组分进行定性分析，根据峰面积的大小对化合物进行定量分析。

该方法适用于易挥发的物质的分析，具有效能高、选择性强、灵敏度高、应用广泛、分析速度快、操作简便等特点。

对与非挥发性的化合物需要高温气化后再进行分析。

农业中有机氯类农药杀虫效果较好，使用较多，如六六六、DDT或其它单个有机氯类农药，其在土壤中性质较稳定，易残留，在牛奶和植物中仍然可以检测到。

土壤样品前期处理可以采用冷浸、超声提取与硫酸钠溶液、柱层析净化同时进行，最后用气相色谱法进行检测，具有方便、快速、准确的优点[16]。

酚类化合物是典型的一类工业污染物，主要来源煤油化工等，由污水排放沉积于土壤中，对土壤造成重大危害。

目前针对土壤中的酚类化合物的检测方法主要有液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用法等。

应用气相色谱法检测土壤中苯酚、邻-甲酚、对/间-甲酚、2，4-二甲酚、2，4，6-三氯苯酚的方法灵敏度高、重复性好、结果准确、可操作性强，适用于实验室检测[17]。

石油是主要矿物燃料之一，开采、运输、加工使用过程中不可避免的对土壤造成污染，急需测定土壤中总石油烃，对控制环境污染，为土壤修复提供基础数据。

采用气相色谱法测定油田土壤中C10-C40的石油烃，方法检出限为0.06mg/kg-0.23mg/kg，加标回收率为84.8%-98.5%，有证标准样品测定结果在可信区间内[23]。

（三）ICP-MS
ICP-MS的离子源是电感耦合等离子体，该技术的检测机制是质谱分析，是快捷灵敏的多元素分析技术。

ICP-MS具有分析元素种类广泛;能够迅速获取同位素信息；检出限低，测试范围广，样品用量极少，可以适合分析如稀土元素，贵金属，铀等其它方法难测定的元素;该技术适用于定量分析、半定量分析、定性分析，与色谱技术连用时可以测定元素的不同形态，或进行单粒子纳米颗粒的测定。

ICP-MS测定时需要对样品进行前处理，一般是利用浓盐酸、浓硝酸、氢氟酸等将土壤样品进行微波消解，用ICP-MS检测土壤重金属元素实验表明，ICP-MS 可以显著提高土壤样品测定的效率，并且可以同时测试多种不同的元素，提供了更低的检出限，同时保证了样品分析的准确性，可用于土壤污染状况调查中样品的测定[18]。

作为不同形态的重金属分析可以使用LC-ICP-MS法，用ICP-MS进行同位素比的测定[24]。

用ICP-MS对云浮黄铁矿矿山作为原料的某硫酸厂堆渣场土壤剖面进行测量研究，对其中多种污染元素进行了同时测定，在短时间内分析出了各元素的相关性，从而利用富集因子对土壤的污染状态进行了评价，并指出了污染元素的背景选择问题。

结果表明以花岗岩为母质的亚热带强风化红壤的残余金属离子是高富集点，其中土壤母质贡献了大部分污染，硫酸生产过程失活催化剂挥发引入废渣的淋溶淀积也是污染的主要来源[25]。

利用HICP和ICP-MS技术进行测定底泥中甲基汞和形态汞，实验结果表明这个方法的准确率和重复率良好。

两个加标的相对标准偏差仅为4.7%-9.8%，加标回收率达到了78.0%-92.8%。

该方法操作简单、快速，精密度高，检出限低、回收率稳定[26]。

（四）X射线荧光光谱（XRF）
X射线荧光分析又称X射线次级发射光谱分析，是确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法。

该技术利用原级X射线光子或其它微观粒子激发待测物质中的原子，使这些原子产生X光荧光，最终对待测物质的成分分析和化学态进行研究。

X射线荧光光谱分析仪是大型的精密分析仪器，具有灵敏度高、准确、可以同时测定多种元素而且不损坏样品、测试含量范围广、快速、操作简单等优点，但是设备昂贵。

X射线荧光分析测试方法在土壤沉积物的重金属和无机元素的测定中十分成熟了。

由于土壤样品数量多，因此往往以压片法这种简单的办法进行样品前处理。

有学者以国家一级土壤标样GSS系列沉积物GSD系列和环境保护部标准样品研究所研制的土壤表演建立工作曲线，用X-射线荧光光谱同时测试了Cu、Pb、Cr、Ni、Zn、Co、As、Mn等9种重金属元素，结果表明线性良好[27]。

目前已经有便携式小型X-射线荧光法的仪器投入使用，车载式的装置灵敏度和测定精度都很好，土壤不需要经前处理就可以在现场直接完成测定工作[28]。

五、土壤污染修复
（一）土壤污染具有隐蔽性、累积性、滞后性、长期性、地域性等特点，污染一旦发生，治理修复的难度大、成本高、周期长。

因此要严格做好污染状况调查、监测和评估。

要根据土地不同用途、不同污染程度，按照不同管理要求，从实际出发，有效开展修复治理。

从目前的形势来看，主要可以从以下几个方面对我国的土壤修复工作进行落实；加强政府的宏观调控，国家做好宏观调控工作，制定合理的政策法规确保土壤污染治理产业稳定发展；完善规范及法律，更好的发挥土壤修复产业；加强政府监督及财政支持，我国土壤污染涉及范围广，修复花费时间多，需要雄厚的资金支持，未来想要发展好土壤修复产业，为建立具有中国特色的土壤修复产业链，需要依靠广大人民群众的力量一起做好土壤修复工作。

在土壤修复期间，可以采取传统监督与现代化技术监督相结合的方式，比如借助红外线遥感等对土壤污染进行时事检测和探测，对于修复工作进展和效果也可以进行实时的监督[13]。

（二）对土壤污染进行修复时，我们需要从生物、化学、物理等方面的技术入手，首先要对先进技术进行积极地引进和探索，因地制宜进行有效应用。

同时要为将来长期的污染土壤修复工作培养人才，例如在高校中开设相关专业，投入资金建立土壤修复专用实验室。

培养土壤修复专业性人才[13]。

对修复不易移动的土壤，生物修复技术具有强大的优势。

原位生物修复包括生物培养法、投菌法、土地耕作法、生物通气法及植物修复法等。

投菌法：将驯化后的微生物、酶或其他物质，如多酚氧化酶、MMP酶等，投入到土壤中，从而加速生物降解作用。

生物培养法：将氧和营养液投到土壤中，使对土壤修复有益的微生物迅速增加，从而降低污染物的浓度。

生物通气法：在土壤有很大的孔隙率（良好的通气效果）时，利用鼓风机和抽真空机来强迫土壤中的空气流动，从而除去挥发性有毒污染物的方法。

土地耕作法：耙耕处理污染土壤，利用加肥料、灌溉、加石灰等方法优化微生物的降解的条件[19]。

植物修复即原位修复。

在中国广泛分布着一种植物叫臭椿，它具有很强的抗
逆性，能适应多种不良的环境。

例如耐盐碱、抗烟能力能力强臭椿可以助力水土保持，同时，虽然臭椿的铜吸收能力比一些超富集铜的植物要差得多，但是由于其抗二氧化硫、氟化氢、氯气、二氧化氮的抗能力很强，因此现在被广泛用于修复铜污染土壤，因此使得这个物种在生物修复污染土壤方面的作用不容小觑[20]。

六、结束语
土壤污染的种类很多，污染的程度差异也很大。

在众多土壤修复技术中，没有一种可以利用在所有土壤中。

就算污染状况相同，也要根据土壤性质、的修复需求选择合适的修复技术。

而且，在修复过程中需要格外注意，不能因小失大，为了治理污染土壤而给土壤带来二次污染。

综上所述，相对于国外发达地区，我国土壤修复技术以及工作存在一些不足，但是国家和政府对于土壤污染问题的重视程度越来越大，法律法规也日益完善，未来我国一定可以开发出适合我国国情的土壤修复产业链，为更高效率地提升土壤质量做出贡献。

参考文献
[1]方建新，王璞《我国土壤污染现状分析及防治对策研究》《资源节约与环保》2019年第8期
[2]王龙，庄南俊《山东化工》2019年第48期
[3]全国土壤污染状况调查公报，2014年4月17日，环境保护部国土资源部
[4]李利《土壤重金属污染环境质量评价方法》中国高新科技2019年第57期·101·
[5]王永强，李诗殷，蔡信德《中国农田污水灌溉研究进展》天津农业科学2010，16（4）77-80
[6]张万付《东北地区农田土壤有机污染现状分析》《现代农业》2018年5期
[7]庄国泰《我国土壤污染现状与防控策略》环境保护部自然生态保护司土壤与生态环境安全
[8] 房应征《减少土壤污染大力推广地膜棉头水前揭膜》吐鲁番市农技推广中心
[9]单明军吕艳丽丛蕾主编《焦化废水处理技术》化学工业出版社
[10]黄燕华张娜刘丽《我国耕地土壤重金属污染现状及防治对策探析》化工设计通讯第43卷第9期。