土壤中铜和砷的环境化学行为的研究进展

土壤中铜与砷迁移转化的研究进展

刘梁 2011210191

摘要：本文介绍了近年来国内外对土壤中铜和砷的迁移转化过程的以及对其污染监测、评价与修复手段的最新研究进展。列举了研究学者对土壤中重金属的来源、存在形态，迁移与转化特征以及生物效应等方面进行的深入的研究。

关键词：土壤；铜；砷；迁移；转化；

State-of-the-Art of the Migration and Transformation

of Copper and Arsenic in the contaminated soil

Abstract：The state-of-the-art in the field of the Environmental Chemical Behavior of Copper and Arsenic in the soil is introduced. Recently, researchers have taken deeper studies on the Migration and Transformation of heavy metals in different kinds of soil，and they also took a lot of experiments to study the biological effects of heavy metals in the soil. Based on the research, researchers proposed some new methods for monitoring and remediation of heavy metal-contaminated soil.

Keywords：Soil；Copper；Arsenic；Migration and Transformation

近年来，我国土壤污染问题日益凸显，对生态环境以及人体健康构成了严重威胁。而重金属是土壤中重要的污染物质，具有周期长，危害重的特点。其在土壤中的环境化学行为过程、风险及其控制修复问题已经引起全社会的广泛关注。

土壤污染中的重金属主要指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。它们对土壤的污染是短期不可逆的过程，并且重金属污染可以通过食物链进入农产品，影响农产品质量安全，危害人类健康，因此对土壤中重金属元素的化学行为进行深入的研究是非常必要的。本文着重介绍了受污染土壤中铜与砷的来源及分布存在形态、迁移转化情况。

1．土壤中重金属的来源与形态

1.1 土壤重金属来源

重金属矿产的开采、冶炼;金属加工排放的废气、废水、废渣；化石燃料燃烧过程中排放的飘尘；工业排放的废水均含有各种重金属成分[1]～[3]，这些污染物通过灌溉(特别是污灌)、固体废弃物(污泥、垃圾等)、农药和肥料以及大气沉降物等途径进入土壤，造成污染。

1.1.1 土壤中As的来源

土壤中As的来源可分为自然源和人为源。土壤砷的自然源主要来自成土母质，其浓度高低和分布由成土过程的环境因素所决定；除一些特殊的富砷地区外，土壤中砷的平均含量约为3mg/kg[4]。

人为活动同样是土壤砷含量的重要影响因素，例如：1)工矿业活动、废弃物排放和燃煤等。在陶瓷和玻璃、电子产品、涂料、去污剂、化妆品、烟花爆竹等的制造过程中，都可能要使用 As作为原料[5]；砷通常被作为 Cu-As 合金中的微量成分以增强金属的防腐性[6]；砷常以硫化物的形式夹杂在许多重要的有色金属矿如金、铜、铅、锌、硒、钴矿中，在开采和冶炼过程中均有可能造成砷的污染。2）农业活动。在养殖业中，砷化合物由于具有抗寄生虫病、促进动物生长、改善动物产品品质等多重作用，因而通常被作为饲料添加剂使用，这些含砷化合物进入动物体后，通过动物的排泄进入环境，或随着排泄物的农业利用进入农田[7]，从而在土壤中累积；由于砷的毒性较大，长期以来砷化合物作为杀虫剂、消毒液、

杀菌剂和除草剂被广泛应用于农业和园艺业，尽管近年来许多国家已陆续禁止使用这些物质，但在个别地区已经形成了土壤中砷过量累积和超标的现实。

1.1.1 土壤中Cu的来源

土壤中铜的含量与成土母质、成土过程、耕作措施等诸多因素有关，不同类型的土壤含铜量差异性较大，土壤中的平均含铜量估计为20～30mg/kg。

认为因素同样是土壤中铜含量的主要影响因素，工矿尾砂、工业三废及污水、污泥灌溉都是铜素的主要来源。工业废物及污水、污泥中铜的含量很高，平均在400－850mg/kg [8]，是污灌区主要的铜污染源。波尔多液作为一种广泛应用的含铜杀菌剂，长期施用也带来了较严重的土壤污染问题，BesnardE.等 [9]的研究指出，法国某葡萄园因施用含铜杀菌剂使土壤中铜的累积含量最高达到1000mg/kg。

1.2 土壤重金属形态分析

重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。研究证明，重金属的蓄积能力和生物毒性，不仅与其进入土壤的总量有关，更大程度上是由其形态分布决定的，不同形态的重金属具有不同的环境效应和生物可利用性[10]。因此，借助形态分析来阐明重金属在土壤环境中的迁移和转化规律，以揭示重金属污染物在土壤中的行为特性，对研究重金属的环境效应及其污染有着重要意义。

目前应用最广和最具代表性的土壤中重金属形态分析方法是由Tiesser等人

提出的，将沉积物或土壤中重金属元素结合态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰(铝)氧化物结合态、有机物结合态、残渣态等5种形态。

1.2.1 土壤中砷的形态

大量研究表明，土壤中的砷可分为有机态和无机态两种，无机砷包括三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))；有机砷包括一甲基砷和二甲基砷等。土壤中砷以无机态为主，有机态的比率极低。一般认为在氧化性土壤中，As(Ⅴ)为主要形态，而As（Ⅲ）是还原条件下的主要形态。砷入土壤后，一部分留在土壤溶液中；一部分吸附在土壤胶体上，大部分转化为复杂的难溶性砷化物。因此将土壤中的砷形态分为水溶性砷、吸附性砷、难溶性砷三类。前两种形态的砷可称为有效态砷，而难溶性砷又可细分为铝型砷、铁型砷、钙型砷和闭蓄型砷。苏[11]等对台北市关