土壤重金属污染的危害及修复教学提纲

土壤重金属污染的危

害及修复

土壤重金属污染的危害及修复

摘要:土壤重金属污染问题越来越引起人们关注,阐明了土壤中重金属污染的来源、污染情况及造成的危

害,主要综述了目前国内专家、学者对土壤污染及生物修复的研究进展,结合我国具体情况,提出一些自己的看法.

关键词:土壤;重金属污染;生物修复

土壤重金属污染是指人类活动将重金属加入到土壤中,致使土壤中重金属含量明显高于原有含量,并造成生态环境恶化

的现象[1].环境污染方面所指的重金属主要指对农作物和人畜生物毒性显著的Hg、Cd、Pb、Cr、以及类金属As,还包括具有毒

性的Zn、Cu、Co,Ni、Sn、V等污染物,后者在常量下对作物和人体是营养元素,过量时则出现危害.加强土壤污染的化学及生态

研究对推动绿色食品和生态农业的发展具有重要意义.

1土壤中重金属元素的来源和污染状况

除了来自于土母质本身的重金属,土壤重金属污染主要来自于人类活动.研究表明:Pb、Cd、Hg、As与大气污染有直接关

系[2].来源于象汽车含铅汽油燃烧排放的尾气、工农业生产、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的气体,它们经过自然沉降和

雨淋进入土壤.公路、铁路两侧土壤中的重金属污染主要是Pb、Cr、Zn,Cu、Co、Cd等,大气汞的干湿沉降也可引起土壤中汞含

量的增高.

城市大量的工业废水流入河道,其中含有的许多重金属离子,随着污水灌溉、污泥施肥而进入土壤.太原、淮阳污灌区土

壤中重金属的含量自污灌以来逐年增高.广州市郊污灌区农田中Pb、Cd、Hg、Cr、As等重金属污染超过临界值,残留超标率分

别达16%、100%、68%、16%和52%[3、4].研究还表明:用城市污水污泥改良土壤,重金属Hg、Pb、Cr的含量明显增加,青菜中

的Pb、Zn、Cu、Cd、Ni也增加[5].

胡永定[6]通过对徐州荆马河区域土壤重金属污染成因的分析和研究,发现Cd是由垃圾施用和农灌引起的,Pb、Zn、Cu、Cr

是由垃圾施用引起的,As是农田灌溉引起的,Hg是各种途径都有.另外城市生活垃圾、车辆废弃物、垃圾堆放场附近土壤中重

金属的含量都高于当地土壤背景值,如北京郊区某垃圾场周边土壤中Cd含量是对照组的8倍.金属矿山的开采、有色金属的

冶炼排放的废水、重金属冶炼矿渣的堆放,工厂烟囱的排放物等,随着降雨淋溶被带入水环境或直接进入土壤,都会成为土壤

重金属的来源.许多研究表明:随着磷肥、复合肥的大量施用,土壤有效镉的含量在不断增加,作物吸收镉量也相应增加.据马

耀华等对上海地区菜园土研究发现:施肥后,Cd的含量从0.1mgkg- 1上升到

0.32mg kg- 1.魏秀国等人通过对广州市蔬菜地

土壤重金属污染状况调查及评价发现:铅污染最为普遍,其次是砷污染;就污染的程度而言,镉污染最为严重,其次为砷[7].

2土壤重金属污染的危害

2.1对土壤生态结构和功能稳定性的影响

大多数重金属在土壤中相对稳定,一旦进入土壤,很难在生物物质循环和能量交换过程中分解,难以从土壤中迁出.从而对土壤的理化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显不良影响,影响土壤生态结构和功能的稳定.大量研究证明:重金属污染的土壤,其微生物生物量比正常使用粪肥的土壤低得多,并且减少了土壤微生物群落的多样性.藤应[8]等在国内首次通过核酸快速提取系统提取了重金属复合污染农田的DNA并进行分析,结果表明:重金属复合污染导致了农田土壤微生物在基因上的损伤,影响了农田土壤生态系统的细菌丰富度,改变了土壤环境的优势菌群,从而使农田土壤微生物群落结构多样化发生变化,重金属复合污染严重的农田土壤DNA含量较低.

2.2对植物的影响

吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的质,间接引起植物伤害.如某些重金属胁迫下植物体内产生过氧化氢、乙烯等类物质对体内代谢和酶活性的负效应,同时也能够对其带来直接伤害.如镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基酸蛋白质的失活,甚至导致植物的死亡[9].重金属的胁迫有时会引起大量营养元素(N、P、K)的缺乏和有效性的降低,较高浓度的重金属含量有抑制植物体对钙、镁等矿物质元素的吸收和转运的能力.重金属处理引起植物铁含量的下降或缺乏,导致铁参与生理过程的异常,呈现铁缺乏症状.如较高浓度的锌处理使大豆出现叶片失绿的毒害症状,在铁供应条件下叶片也不能复绿.经过镉处理的小麦幼苗叶和根的生长明显受到抑制,其茎和叶中富集的镉量增加,铁、镁、钙和钾等营养元素的含量下降,重金属也影响钙离子在植物

体内的分配.研究证明:当镉超过一定浓度后对叶绿素有破坏作用,并促进抗坏血酸分解,使游离脯氨酸积累,抑制硝酸还原酶活性[10].土壤较高的镍水平显著抑制了小麦对氮的吸收,外界较高的镉浓度也引起玉米植株磷浓度和吸收量的下降.刘秀梅等人在研究农作物的分布规律时发现,高浓度的铅严重阻碍作物的生理活动.研究发现:Cr、Hg使小麦、玉米受到污染:Cr、Zn、Cu能引起水稻、蔬菜的污染.茂名市茂南污灌区由于Cd、Pb污染严重,每年有4万吨稻谷不能食用.土壤农作物受Cd污染导致“镉米”的地区还有上海的沙川灌区、广东的广州和韶关地区,广西的阳朔、湖南的衡阳等[11].在我国,由于重金属污染而引起的粮食减产达1000万t/a,直接经济损失达100多亿元[12].

2.3对人体健康的危害

重金属污染的土壤,农产品质量下降,对人体健康造成很大伤害,尤其是区域性疾病的发生.据沈阳市卫生防疫站的调查结果表明:有30年污灌历史的张士污灌区,由于使用“镉米”,人尿中Cd含量增高,风湿性关节炎、肾炎、溃疡病平均死亡率均高于对照组,癌症平均死亡率增加.Cd还影响酶的正常活动,并可造成贫血、高血压、骨痛病等疾病,其危害可达几十年.陕西

省华县龙岭村,面粉中镉的含量超出国家标准1.6倍,铅超标2.98倍;芹菜中Hg、Cd、Pb、Cr、As全部超标,其中汞超标16倍,

铅83.5倍,属于严重污染和特级污染,现已成为一个“癌症村”,经查明:铅、砷污染是致癌的主要原因.曾昭华、曾雪萍研究了癌症与土壤环境中Sn元素的关系[13]发现:癌的产生和发展与土壤环境中锡元素质量分数有关,居住在锡元素质量分数高的地区的人群,食管癌、宫颈癌死亡率一般较低,而肝癌、鼻咽癌死亡率较高,反之亦然.通过对河南、山西等地的食道癌发病区研究表明:病区土壤中Cu、