重金属在土壤中的环境行为及影响因素

重金属在土壤中的环境行为及影响因素

作者：罗乐

来源：《经营管理者·下旬刊》2017年第10期

摘要：重金属的开采、提炼等活动是环境重金属污染最主要的来源，一旦进入外环境并将长期存在且危害是长远的。本文阐述了重金属在土壤中的环境行为，并分析了影响因素，对于土壤重金属形态的研究和环境风险的评估有重要的意义。关键词：重金属土壤环境行为一、引言通常地，大多数的重金属元素是周期表中的副族元素，ρ>4.5g/cm3，如Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cr、Hg、Cd等，对人体伤害极大。但针对环境领域所指的重金属而言，则是在环境中表现为具有显著生物毒性的重金属。在自然环境中，具有可变价态的重金属元素往往又能与其他元素结合，表现出极为复杂的环境行为及环境效应。当含有浓度很小重金属的废水进入水环境时，也有可能造成严重的水体重金属污染，如日本发生的水俣病和骨痛病等公害问题，均是由重金属污染所导致的。此外，含有重金属的废水、废渣进入土壤环境，也会造成难易修复的土壤环境重金属污染，影响植物生长发育，最终通过食物链的富集作用进入人体，威胁人来健康。因此，应严防重金属污染。二、重金属在土壤中的环境行为重金属在土壤中的环境行为大致分为机械迁移、物理化学迁移及生物迁移，其主要表现有元素的溶解和悬浮运动、被植物根系吸收、伴随土壤中微生物的代谢。1.机械迁移。土壤中的重金属或络合离子能随地下水或地表水的运动迁移至水环境当中。但土壤是一个多相的疏松多孔胶体体系，重金属往往会矿物颗粒包裹，或者被吸附在土壤胶体的表面上，伴随着土壤中的水流动而被机械搬运，尤其是在多雨潮湿地区的山坡土壤中，重金属的机械迁移更加明显；但在干旱少雨的土壤环境中，更多的是以尘土形式随风被机械搬运。在自然环境中，富集作用是机械迁移的一种主要的形式，富集系数是用来表示重金属在土壤中的富集或亏损的程度。2.物理化学迁移。物理化学迁移是指重金属元素以简单的粒子、配合离子或可溶性分子在水环境中通过各种物理化学作用达到迁移转化的目的，其结果决定了重金属在环境中的形态、富集程度和潜在危害等级。土壤环境中的重金属污染物能以离子交换、络合-螯合等形式和土壤胶体相结合，或者发生溶解与沉淀反应。2.1重金属和无机胶体结合。通常包括非专性吸附（即为离子交换形式的吸附）和专性吸附，专性吸附是土壤胶体以共价键、配位键的形式将重金属离子吸附。2.2重金属和有机胶体结合。土壤中的有机胶体能将重金属络合或者螯合，有的还能被其表面吸附。从吸附角度来讲，土壤中有机胶体的吸附量远大于无机胶体，但有机胶体的总量远小于无机胶体。2.3溶解和沉淀作用。重金属化合物的溶解和沉淀反应是土壤中重金属化学迁移的重要形式，其过程是离子的多相平衡，必须遵循溶度积规律，再结合土壤的具体环境条件（主要有pH和Eh），了解其规律，能进一步控制土壤中重金属的迁移和转化。3.生物迁移。生物迁移指重金属通过生物的新陈代谢过程实现的一种复杂的迁移，该过程伴随着生物的生长发育直至死亡，服从生物学的一般规律。植物根系从土壤中吸收某种形态的重金属，并富集在植物体内。除植物根系的吸收之外，土壤中的大量微生物也会吸收或啃食表层土壤或植物残体，生物残体又能让重金属返回土壤，这也是一种重金属生物迁移的途徑。三、重金属环境行为的影响因素1.土壤胶体的吸附作用。土壤中含有大量的无机和有机胶体，吸附能力与离子的性质和胶

体类型有关。土壤胶体对阳离子的吸附能力与阳离子价态和离子的水合半径有关，价态越高，电荷数越多，吸附静电作用力就越强，作用力也就越大，所以吸附强度也越大。离子的半径大，水合半径小，容易被土壤胶体的表面吸附。土壤胶体的结构和电荷密度均对阳离子的吸附有较大的影响。此外，不同的溶液浓度或者土壤中存在络合剂时，土壤胶体对阳离子的吸附顺序有变化。2.重金属的配合作用。土壤环境中的重金属元素可与各种无机或者有机配位体发生络合或螯合形式的配合作用。当土壤环境中重金属离子的浓度较高时，吸附形式以吸附交换为主，而当重金属离子浓度较低时，则以络合或螯合的配合作用为主。然而，当存在羟基配合或氯配合时，难溶重金属化合物的溶解度得到了大大的提高，同时，削弱了土壤胶体对重金属的约束，溶解度得到进一步的提高。3.重金属的溶解和沉淀作用。重金属在土壤环境中发生沉淀反应或溶解作用是土壤中重金属迁移的重要形式之一，主要受土壤的pH、氧化还原电位Eh和土壤中的其他物质等因素的影响，在特定的环境条件下再依据溶度积原理了解其变化的一般规律。当土壤pH上升到氧化物的零点电荷之上时，胶体表面为负电，此时土壤对重金属的吸附能力显著增加。土壤Eh是影响重金属元素行为的关键因子之一，直接影响到重金属元素的价态，最终导致重金属化合物的溶解度发生明显变化。当配位体的浓度越大，生成可溶性络合物或螯合物越稳定，则生成的沉淀越趋向于溶解。四、重金属的形态与生物活性当然，不同形态的重金属元素在环境中的释放难易程度均不同，生物可利用性也不尽相同。可交换态、碳酸盐结合态与土壤结合程度偏弱，是土壤-水体系和土壤-植物体系中重金属元素容易迁移的活性形态，是最容易被释放出来的形态；Fe-Mn氧化物结合态是重金属元素在还原环境下比较易释放的形态；有机结合态是重金属元素在有机质分解时会逐渐被释放出来。在不同的土壤环境下，重金属元素的赋存形态与土壤的类型、土地的利用方式以及土壤的pH、Eh、无机和有机胶体的量等因素有重要的关系，也能影响作物对重金属元素的吸收。土壤环境中重金属的生物活性主要包括生物可利用性和迁移转化能力、淋溶能力。重金属的生物可利用性是指重金属元素能被生物吸收或对生物产生毒性的性状，可由间接的毒性数据或生物体的浓度数据来进行评价。

五、结语重金属污染物是一类典型的优先控制污染物，重金属污染是目前土壤环境面临严重的问题。重金属的环境毒性不仅与总量有关，往往还取决于环境因素和重金属的形态。研究重金属在土壤中的环境行为对于进一步治理和修复土壤重金属污染有积极的作用。参考文献：[1]赵燕鹏，李刚. 湖南某锰渣库重金属污染的综合治理[J]. 现代矿业， 2017， 574（2）： 181-183. [2]杜兵，周长波. 电解锰废水处理技术现状及展望[J]. 工业水处理， 2010（12）： 34-37.[3]曹昌，李永华. 湖南重金属污染令人触目惊心[J]. 环境教育， 2014（12）： 27-30. [4]汪启年，王璠，高小娟. 我国电解金属锰废水处理技术研究[J]. 中国锰业， 2011（2）： 10-14.

[5]孙宁，王兆苏，卢然，等. “十三五”重金属污染综合防治思路和对策研究[J]. 环境保护科学， 2016（2）： 1-7.作者简介：罗乐（1987—）男。重庆铜梁人。讲师。硕士研究生。研究方向：化工环保。※基金项目：重庆工程职业技术学院2017年院级科研课题（KJA201702）.