我国城市土壤重金属污染研究综述

我国城市土壤重金属污染研究综述摘要: 改革开放以来，随着我国工业化和城市化的高速发展, 城市土壤重金属污染越来越严重。

本文从城市土壤中重金属元素的污染来源、污染危害、污染空间特征、污染评价方法和治理方法等方面来对我国城市土壤重金属污染问题的研究进展进行综述，并提出了相关的治理对策建议。

关键词:城市土壤;重金属污染;污染评价;治理对策我国城市化的快速发展，在很大程度上也加剧了城市土壤的重金属污染问题。

这种影响主要体现在污染物的大量产生和转移上，很大一部分污染物都直接或间接地进入城市和周边地区的土壤生态系统中[1]。

潘根兴在2002年初做过一个南京市各城区的土壤重金属污染调查。

结果表明[2-3]，超过70%的采样区域存在重金属污染，测出的最高铅含量超过国家标准3倍以上。

1城市土壤重金属污染来源城市土壤重金属污染主要来源于人类活动，如工矿业废物的排放、拥堵的交通、大量生活垃圾、农业生产等。

1.1工矿业污染工矿业污染主要表现在3个方面；第一是工矿业活动所产生的废渣是重金属的重要载体，尤其是一些金属冶炼厂，废渣中的重金属含量极高，无处理堆放或直接混入土壤，对土壤环境造成潜在危害。

矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源，它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属[4-5]。

第二是的重金属一部分赋存在烟尘上，以气溶胶的形式进入大气，经过干湿沉降进入土壤。

第三是工矿业活动所排放的废水含有一定量的重金属，在公园与花园绿化过程中使用污水、污泥堆肥也会明显影响城市土壤中的重金属组成与含量[6-7]。

1. 2交通污染汽车燃烧产生的废气中含有大量的重金属，尤其是Pb的含量最高。

各种车辆排放的废气携带固体粒子以播撒等方式将重金属粒子带入大气再经沉降进入土壤，引起了重金属污染。

通过对汽车尾气颗粒物中重金属元素含量分析发现，Pb的含量为37% 、Ni、Cr、Cd、Mn含量分别为34.5%，22.6%，3. 2%，2. 6%。

杨文敏[8-9]等应用扫描电镜加X射线能谱技术分析了汽油尘表面巧种元素的相对含量，其中Pb最高达22.5%，Mn、Ni、Cr等重金属含量都低于3%。

交通运输引起土壤重金属污染呈带状分布，污染强度以公路、铁路为轴向两侧逐渐减弱，随着时间的延氏，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性[10]。

1.3生活垃圾污染城市内大量垃圾的堆放，其产生的大量废弃物经常未经处理随意堆放，导致重金属元素向四周环境扩散渗漏释放到土壤中，使城市土壤局部重金属含量增加，部分重金属元素含量超标[11]。

1.4农业污染化肥、农药、塑料薄膜、污水灌溉、污泥等物质的过量施用引起城市郊区农业土壤重金属的污染。

磷肥中重金属含量较多，其中Cd是磷矿中含量最多的重金属。

马耀华和刘树应以菜园土地和粮棉地的施肥研究发现，Cd的含量从0.134mg/kg升到0.316mg/kg、Hg的含量从0. 22mg/kg升到0.39mg/kg>Cu、zn增氏2 /3。

污灌引起土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Gn和Pl，等含量增加。

如沈阳市张士灌区因污灌使2533hmr农田遭受Cd污染，其中严重污染面积占13% .1. 5化石能源污染化石能源中含有一定量的重金属成分，能源燃烧释放也是土壤重金属重要来源之一。

以煤炭为例，王起超等[12]的研究指出，1995年中国燃煤排放Hg302. 9t，其中向大气排放量为213. 8t，北京、上海、天津等大城市排汞强度较高。

长期的燃煤所释放的重金属沉降至城市土壤中，会对城市生态系统、环境及人体健康产生长期效应。

2城市土壤重金属污染危害土壤中的重金属污染物会通过各种食物链，经过逐级生物富集，对人类健康产生直接危害，还通过影响水体和大气环境质量间接对人类健康造成威胁。

据调查[13]，中国儿童血铅超过国家标准(100g/L)者达三成，大城市超标率达60%以上，且市区普遍高于郊区。

土壤重金属污染元素Pb、Cd、Ni、Hg、As、Cu、Gn等在人体中的积累都会对健康造成严重的危害。

其中Pb主要通过消化道、呼吸道进入人体，具有很强的组织性，影响和损害人体许多器官和系统。

Cd可以破坏钙代谢，引起钙缺乏，导致骨质疏松、软骨症和骨折等症状。

Cu、Gn和Ni是人体必不可少的微量元素，但是当人体从外界环境中摄取过多的Cu、Gn和Ni时将损害人体健康。

3城市土壤重金属污染空间特征城区内不同的土地利用方式，对土壤中的重金属含量有着显著的影响。

在城市不同的功能区，重金属分布呈现出一定的规律性。

一般来说，工业区和商业区重金属污染最为严重，其次为居民区，风景娱乐区和新开发区重金属含量一般较低，污染也相对较轻[14]。

对中国南京城市土壤重金属污染状况的研究结果显示[15]:南京市不同功能区土壤重金属污染指数表现为矿>老居民区>商业区>城市绿地(风景区)>新开发。

城市土壤重金属污染的另一空间差异是沿交通干道两侧呈现出较严重的带状污染，公路两侧一般为城市土壤重金属污染最严重的地带。

距交通干道距离不同、交通流量、地形路况等交通状况、盛行风向等气候条件、土地利用类型、植被覆盖方式等地理环境因素共同影响着道路两侧重金属的分布格局，重金属含量也存在差异[16]。

有研究发现[17]，汽车废气中铅污染公路两侧的土壤主要分布在0-50m内，在距离公路70-150m以外基本达到当地土壤的背景水平。

4城市土壤重金属污染评价方法目前，人们采用了各种方法评价土壤重金属污染情况，包括化学评价和微生物评价。

4. 1化学评价法在应用化学评价方法评价土壤重金属污染过程中，根据采用数学方法的不同分为不同类型，如综合指数法、物元分析法、模糊数学综合评判法等等。

综合指数法(简称指数法):该法先根据实测值和评价标准求取污染分指数，然后由分指数计算综合指数。

计算综合指数的方法有叠加法、均方根法、权重法等。

在综合指数法中被应用最广的是内梅罗( Nemerow)综合指数法和地质积累指数法。

因为这两种方法不仅反映了重金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的影响，是区分人为活动影响的重要参数。

物元分析法：是我国蔡文教授于20世纪80年代初创立，其理论支柱是物元理论和可拓集合。

在采用物元分析法进行上壤重金属污染评价时，首先建立上壤物元模型，确定评价区域节域、经典域对象物元矩阵，然后根据关联函数公式以及上壤各种重金属元素的权重，计算采样点分别对于各级上壤的综合关联隶属程度[18].徐理采用物元分析法以安徽省三种主要上壤为研究对象进行了评价尝试，结果表明重金属污染程度依次是黄褐上污染>黄红壤>砂姜黑上.土作需等将以物元模型和可拓数学为理论基础开发的非线性可拓综合评价方法用于上壤重金属污染评价，并和层次分析模糊决策法和模糊综合评价法的评价结果进行比较，该方法大大减少了计算工作量，客观地反映了上壤的环境质量状况.模糊数学综合评判法(简称模糊法):此法是利用土壤质量分级差异中间过渡的模糊性，将土壤污染问题按照不同分级标准，通过建立隶属函数在闭区间[0-1]内连续取值来进行评价的方法。

在实践中发现，化学评价法存在一些问题，如只重视对所测得数据进行一定数学方法处理所获得的结果，而忽略土壤是一个复杂的、动态的系统，因此这些测得的数据往往是静态的、简单的，不一定能够真实地反映出土壤污染状况。

化学评价方法都是以土壤重金属含量为主，虽然与背景值或者土壤环境质量标准相比，它在一定程度上能反映土壤受污染的状况，但是不能反映重金属对土壤的毒性效应以及重金属对土壤生态系统潜在危害程度。

4. 2微生物评价法近年来的研究表明，土壤微生物是最有潜力的评价土壤环境质量的指标。

土壤微生物几乎参与土壤中的一切生物及生物化学反应，包括对动植物残体的分解、养分的储藏转化、有机物的合成及外源生物的降解等。

土壤重金属对微生物存在生化过程效应和微生物数量或群落效应。

采用微生物方法评价土壤重金属污染状况也存在不足。

因为研究方法的多样性，使许多学者对同样因子研究的结果差别很大，甚至相互矛盾。

由此可以看出单纯的应用化学或微生物学法进行土壤重金属污染的环境质量评价都存在一些不足，可能的办法是将两者结合，具体怎样结合需要进一步研究[19]。

5治理对策和方法对于城市土壤的污染控制，目前还有很多知识空白，主要研究还停留在对于城市土壤污染的认识和调查，并且城市土壤所处地理位置的特殊性与己知的修复方法自身的限制，现有的城市土壤重金属污染修复方法主要集中在采用化学方法来去除或降低重金属在城市土壤中的活性方面。

综合国内外相关文献，重金属污染土壤的治理，大致可分为三类，分别是工程措施、生物措施、农业措施[20-21]。

5.1工程措施工程措施使用物理或物理化学的原理来治理重金属污染的土壤。

工程措施包括清洗法、客土法、换土法、翻土和去表土、淋洗法、热处理法和电解法等。

这类方法主要应用在城市重金属污染面积较小的应急治理中，如绿化带、公园等。

5. 2生物措施生物措施是利用某些特定的动、植物和微生物能够较快地吸走或降解土壤中的重金属污染物而达到净化土壤的目的[22]。

包括动物治理、微生物治理和植物治理。

土壤中的某些低等动物(如蚯蚓和鼠类)能吸收土壤中的重金属。

因而能一定程度地降低土壤中重金属的含量。

微生物治理是利用某些微生物对重金属具有吸附、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属毒性。

重金属污染的微生物治理包含微生物吸附和微生物氧化还原技术。

植物治理是利用有些植物能忍耐和超量累积某种或某些重金属特征来清除污染土壤中的重金属，如羊齿类铁角蔗属对土壤隔的吸收能力也很强，吸收率可达10%。

香蒲植物、绿肥植物如无叶紫花苕子对铅具有强的忍耐和吸收能力，可用于净化铅矿废水污染的土壤[23]。

生物治理的周期较长，主要应用在污染程度较轻的区域，如风景区和新开发区等。

5. 3农业措施农业措施是指施用改良剂或采取适当的农业耕作制度来消除或减少重金属污染的危害。

施用改良剂、抑制剂等的作用是降低重金属的活性.这一措施能有效地降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低它们进人植物体、微生物体和水体的能力，减轻它们对生态环境的危害。

增施有机肥提高土壤环境容量施用堆肥、厩肥、植物秸秆等有机肥，增加土壤有机质，可增加土壤胶体对重金属和农药的吸附能力[24]。

有机质又是还原剂，可促进土壤中的隔形成硫化隔沉淀，促进高价铬变成毒性较低的低价铬，而对低价铬未表现明显的解毒作用. 选种抗污染农作物品种改种吸收污染物少或食用部位污染物累积少的作物.研究表明:菠菜、小麦、大豆吸隔量多，不宜种植;而玉米、水稻吸隔较少.在中、轻度重金属污染的土壤上，不种叶菜、块根类蔬菜而改种瓜果类蔬菜或果树等，能有效地降低农产品的重金属浓度. 该方法主要应用在城郊农业区，在改善城郊土壤重金属污染的同时，促进蔬菜等农产品的生产。