土壤复合型污染及其控制技术

一、土壤复合污染的概念和内涵

土壤复合污染通常定义为2 种或2 种以上的污染物在土壤中同时存在，并

且每种污染物的浓度均超过国家土壤环境质量标准或已经达到影响土壤环境质

量水平的土壤污染。

复合污染应该同时具有以下3 个基本条件:

1) 一种以上的化学污染物同时或先后进入同一环境介质或生态系统同一分室;

2) 化学污染物之间、化学污染物与生物体之间发生交互作用;

3) 经历化学的和物理化学的过程、生理生化过程、生物体发生中毒过程或解毒适应过程等3 个阶段.

（重点是重金属的复合污染）

土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属引入到土壤中，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，其污染源主要是由

采矿、冶炼、电镀、化工、电子和制革染料等工业生产的“三废”以及污灌、

农药、化肥的农业上不合理施用等引起的。土壤中的重金属污染往往是以某一

重金属元素为主，并伴随有其他元素的存在，即多重金属并存的复合污染。例

如在废蓄电池加工回收处理场地，土壤Pb 的浓度高达12 000 mg /kg，而Cu 和Zn 也严重超标( 1 800 ～ 2 200 mg /kg) ; 在一些工矿区或污灌区的土壤也

常受Cd、Pb、Cu 的复合污染。

二、复合污染发生的主要类型

1、重金属元素之间构成的复合污染

重金属复合污染现有的研究以下两点是明确的:

1) 重金属在复合污染条件下对植物的毒害及其在土壤中的迁移转化,要比

单一元素的污染复杂得多;

2) 重金属元素之间的交互作用各类型的表现,与各种重金属在环境中的浓

度及其组合关系、作物的种类、作物的部位和暴露方式等因素密切相关,但有关的生态过程及其微观机理并不清楚.

2、有机污染物之间构成的复合污染

有机污染物在土壤环境中的毒性效应往往是非单一性的行为,如各种杀虫剂、除草剂、石油烃、多环芳烃、多氯联苯、有机染料等之间的相互作用,由于能够形成毒性更大的降解产物或中间体,因此要比无机污染物之间的相互作用更为复杂,其结果也更难以预测. 在我国,土壤植物系统的有机污染物所构成的复合污

染,主要以有机农药之间构成的复合污染为主

3、重金属与有机污染物所构成的复合污染

例如污水处理厂的污泥、城市生活垃圾、各种农药(杀虫剂、除草剂和杀真菌剂等) 的施用以及工业废水等造成的污染 ,同一环境介质中往往同时存在一些难

降解的有机污染物和重金属.

4、有机污染物与病原微生物构成的复合污染

有机污染物与病原微生物的复合污染是一个重要的复合污染类型. 随着污

水处理事业的发展,大量的污泥产生并应用于农业土壤或在林地、休闲地进行堆置,都会产生有机污染物-病原微生物的复合污染. 而对那些没有进行处理的生

活或工业污水,随着灌溉农田进入土壤,容易产生这种类型的复合污染. 同时土

壤历来是作为废物的堆放、处置和处理的场所,使大量的有机污染物和病原微生物随之进入土壤-植物系统而发生这种类型的复合污染. 农业化学物质和有机肥的施用,也会带入某些病原微生物,与农药本身及其分解残留物或者其他有机污

染物也能构成这种类型的复合污染。

三、土壤重金属复合污染

3. 1 重金属的复合作用

重金属之间相互作用影响生物对某种金属的累积过程或不同层次上的生物

毒性，一般表现为加和效应、拮抗效应和协同效应3 种( 表1) 。

拮抗作用是指一种金属元素阻碍或抑制另一种金属元素的吸收、生理效应

的现象。从某种程度上可以将位点竞争视作重金属之间产生拮抗作用的直接原因，这些位点包括细胞及代谢系统的活性部位和存在介质中的吸附点，如金属

硫蛋白、特定组织器官上的结合位点，植物螯合素、细胞壁的结合点，植物根

系的吸附位点、土壤吸附点等。

协同作用是指一种金属元素促进另一种或多种金属元素的吸收，且2 种或

多种金属元素的联合效应超过各自效应之和的现象。协同作用的产生和强度与

重金属加入的顺序和比例有关，重金属混合物的组成及各组分( 元素) 的比例

也是决定混合物毒性的重要因素。

当然有些重金属并不存在两者之间相互作用，即通常所说的加合作用。另

外在土壤重金属复合污染中既存在协同作用又存在拮抗作用。

在土壤介质中，多重金属之间不仅发生相互作用，而且它们与土壤颗粒也发生复杂的界面反应。Appel 等利用吸附-解吸与连续萃取相结合的方法测定重金属Pb、Cd 以不同顺序加入土壤沿着土壤的特殊吸附点上的相互作用，结果表明: Pb 与Cd之间存在着竞争吸附作用; Pb 对Cd 的吸附有较强的抑制作用，反之，

相对较小; Cd 在Pb 之后加入土壤相对于Cd 在Pb 之前加入具有更强的活性，

因此在一定的条件之下，Pb 的存在会增加Cd 在土壤中的活性。通过观察类似

Cd 和Pb 这种竞争作用得出结论: 如果有2 种或更多的金属竞争相同的结合位点，强吸附能力的金属会促使吸附能力相对较弱的金属留在弱的位点。

3. 2 土壤重金属复合污染的生态效应

重金属复合污染所导致的生态效应，主要是通过土壤生物表现出来的。首

先表现为植物反应。植物根部具有非常大的表面积和高亲和性，在吸收营养元

素的过程中，根表面结合许多化学污染物质，因此，植物的根部是吸收污染物

最初受体。宋玉芳等研究表明，土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd复合污染对西红柿

种子发芽和根伸长在较低浓度下表现为拮抗作用，高浓度表现为协同作用。复

合污染物可以通过影响生物的细胞结构特别是膜结构而发生相互作用，有些金

属离子还可以改变细胞膜的渗透性，对植物根系造成伤害。另外，重金属还能

通过影响植物体内酶的活性而产生毒性效应。相关研究表明在复合条件下，重

金属胁迫使植物体内的超氧化物歧化酶( SOD) 、过氧化氢酶( CAT) 和过氧化

物酶( POD) 等主要保护酶活性比例失调，导致清除植物体内活性氧的能力降低，造成植物代谢紊乱，加速植物衰老，在重金属达到一定含量时，将会使抗氧化

酶系统功能失去，导致植物死亡。重金属复合污染对生物大分子的结构和功能

方面的影响也有少量报道。例如，通过盆栽实验研究表明: Cd和Pb 复合污染对小麦植物的生长表现出协同效应，显著增加了小麦根系植物络合素( PCs) 的合成水平，而谷胱甘肽( GSH) 的合成受到抑制; 小麦根部PCs 的含量与小麦地上部分的生物量抑制存在明显的线性关系，进一步研究表明，PCs 的诱导水平可

作为生物标记物用于土壤环境Cd 和Pb 复合污染的生态毒性评价。另外，土壤