中国土壤重金属污染现状及治理方法

中国土壤重金属污染现状及治理方法

摘要：土壤的重金属污染与治理一直是国内外的研究热点与难点问题。本文简述了土壤重金属污染的危害、来源，我国土壤重金属污染的现状，包括污灌区土壤重金属污染和工矿区土壤重金属污染，以及当前治理土壤重金属污染的化学方法和生物修复法。

关键词：土壤；重金属；来源；污染；治理

土壤-植物系统是生物圈的基本结构单元，它具有转化太阳能为生物化学能并以碳水化合物形式加以贮存的功能[1]。土壤重金属污染是指由于人类活动使重金属在土壤中的累计量，明显高于土壤环境背景值，致使土壤环境质量下降和生态恶化的现象。其中, 尤其受人们关注的是毒害性较大的Hg、Cd、Pd、Cr以及类金属As[2]。土壤重金属污染是一个难以解决的全球性的棘手问题，中国部分地区土壤重金属污染已相当严重。据初步统计，中国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的1/5[3]。除耕地之外，中国的工矿区、城市也不同程度地存在土壤(或土地)重金属污染问题[4]。大量的研究证实，土壤重金属污染不但损害土壤自身的理化性质，而且影响作物的产量与品质，并通过食物链进入人体，危害人类健康[5-10]。因此，土壤重金属污染的预防与修复具有特别重要的意义。

1 土壤重金属污染的危害

由于自然地理环境各组成要素之间是相互渗透、相互联系、相互作用的，介于无机与有机成分之间的土壤的质量恶化，必然会导致水圈、大气圈、生物圈也相应地发生变化。如土壤中的有害金属会通过雨水的冲刷、携带和下渗向水体中迁移或流失；附着在土壤颗粒表面的重金属容易在风力作用下进入大气；另外，土壤中的有害物质会影响到土壤表面的植物、土壤动物、微生物。总之，最后土壤中的有害金属会通过植物富集经食物链影响人体健康，再者，可能会通过饮用水或大气浮尘来危害人体健康。如广西某铅锌矿区的开发引发了土壤的镉污染，当地居民有很多人出现腰背酸痛、尿镉增高等症状[11-12]。另据美国学者统计表明, 城市儿童血铅与城市土壤铅含量呈显著的指数关系[4]。

另外，土壤重金属污染会抑制植物生长，导致产量下降，中国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，这对于耕地资源有限、人口总量不断增加的中国来说，粮食的数量安全受到威胁；与此同时，由于重金属的污染，其质量安全也无法保障，在许多地方的粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、Cr、As等重金属含量超标或接近临界值。

2 人类活动导致的土壤重金属污染来源

土壤重金属污染除了与成土母质、火山活动、森林火灾等自然因素有关外，现代人类工农业生产、生活活动是造成土壤重金属污染的主要原因。

2.1 污水灌溉

污水灌溉已经造成大面积的农田重金属污染，如沈阳张士灌溉渠在过去20多年的污灌中，污灌面积大2500余km2，其中有330km2土壤含镉5-7mg/kg镉污染十分严重[13-14]。

2.2 化肥农药的使用

有的化肥、农药本身含有重金属，长期过量或不适当的使用会使土壤重金属含量超标。如陕西周至猕猴桃基地土壤的镉污染，初步判定与使用的化肥有关。据广州市磷肥和石灰测定结果：镉含量为2-3mg/kg，砷含量为60-80mg/kg[15-16]，所以，长期使用过磷酸钙肥料有增加土壤中镉、砷含量的危害。由于含砷农药、含汞农药的使用，也会使突然感觉遭受不同程度的重金属污染。

2.3 不合格畜禽粪便肥料的使用

不合格畜禽粪便肥料的使用也会造成土壤重金属污染。由于畜禽饲料中添加铜、钯等微量元素和康申诉、动物生长激素，导致许多未被畜禽吸收的微量元素和有机污染物随粪便排出体外，污染土壤环境[17]。

2.4 工矿业活动

在不同工矿业企业周围，土壤重金属含量表现出明显的特异性[18-19]。如铅锌矿的开采、尾矿的堆放可能会导致周边地区土壤镉污染，再者砷矿开采、硫酸生产、磷肥生产等可能会使周边土壤受到砷的污染。卢瑛等对南京城市土壤重金属污染研究发现，污染强度以矿冶工业区最高[4,20]。

2.5 交通运输

随着交通运输业的发展，由于汽车尾气排放、公路扬尘等因素使公路两侧土壤铅、铜等重金属污染日益突出。陕西太原市农业局环保站对多个土壤观测点进行土壤检测发现，太原部分耕地出现了铅、铜、锌等重金属污染迹象，尤其是靠近公路主干道的土地污染情况更为突出。

2.6 生活垃圾

城市生活垃圾特别是废旧电池、电脑、手机等电子垃圾中重金属危害严重。张辉、马东升以南京市为例，研究了城市生活垃圾对堆放环境土壤张重金属元素含量的影响及其量比关系。研究显示，城市生活垃圾释放到土壤环境中的重金属元素的量与其在环境中的化学形态分布特征有关，重金属元素字垃圾箱环境中的释放量与受其影响的土壤中的重金属元素的有效含量呈正相关。在自然条件下释放率的顺序为：(Hg)>V>Co>Mn>Ni>Cr>Cu>Sb>Pb>Cd>As[21]。

3 污灌引起的土壤重金属污染

中国有几千年利用城市污水灌溉农田、菜地的传统，但真正规模地利用污水灌溉是50年代才发展起来的。统计表明，自60年代初期以来，中国污灌面积迅速扩大。污灌最普遍的是北方旱作地区，包括北京、天津、沈阳、济南、西安、石家庄、郑州、齐齐哈尔、洛阳、保定、哈尔滨等一些著名的污灌区，这些地区占全国污灌面积的90％以上。南方地区的污灌面积仅占全国污灌面积的6％，分布在武汉、成都、长沙等地，其余4％零星分布于西北河青藏高原等地区[22]。

过去，由于中国经济实力较弱和工业技术设备的落后状况，大量工业和城市污水未经处理直接排入农田。由于污水中有毒有害物质的严重超标，因而带来一系列环境污染问题。据报道，受污染的地区约占污灌总面积的45％[22]，比较严重的问题是重金属污染，特别是汞和镉的污染。中国被镉污染的耕地约1.3万km2，

设计11镉省市的25个地区；约有3.2万km2耕地受到汞的污染，设计15个省市的21个地区，生产的稻米中含汞量超过国家食品卫生标准（>0.02mg/kg)。粮食含铅>1mg/kg的产地有11个。有6个地区生产的粮食中含砷量>0.7mg/kg。

根据调查数据，天津市土壤重金属污染已经形成环境问题。宁河、静海和武青等菜地土壤重金属污染均为2级，属于尚清洁水平，东丽、西青和津南菜田土壤重金属污染为3级，属于轻度污染水平，北辰菜田土壤重金属污染达到4级，属于中度污染水平，由此可以看出天津市东丽、西青、津南和北辰等区的土壤重金属污染已经开始影响人类健康[23]。

据统计，目前成都市郊9个乡耕地几乎都在不同程度上受到重金属污染，尤以汞最为严重，峰值高达15.4，其次为镉、铅、铬、镍、砷等[24]。

4 工矿活动引起的土壤重金属污染

工矿地区重金属污染主要由采矿和冶炼中的废水、废渣及降尘所造成，这在中国南方地区表现尤为突出。

鞍山铁矿复垦研究区位于辽宁省鞍山市规划区内，属于温带大陆性季风气候区，年平均气温9.1℃，平均降雨量720mm，平均蒸发量1734.7mm。通过对改地区镉、汞、铅、铜、铬和锌6项土壤重金属污染评价指标的检测，结果表明铁矿区复垦土壤处于清洁和尚清洁2级，污染度较低[25]。

5 土壤重金属污染修复技术

目前，国内外用来降解或消除土壤重金属污染的方法基本上可分为物理法、化学法和生物修复法等3大类。采用物理法不仅成本昂贵，且需要特殊的仪器和经过培训的专业人员，更主要的是无法从根本上解决问题。因此，本文将着重就治理土壤重金属污染的化学方法，特别是生物修复法的最新研究进展作一简要论述，以明确新世纪土壤重金属污染防治研究的重点和趋势，促进农业可持续发展。

5.1 化学法

主要是指通过添加外来物质，以改变土壤的化学性质，如通过调节土壤酸碱度、氧化还原电位和阳离子交换量及其它化学性质( 如土壤氧化铁、氧化锰和氧化硅等的活性)，或者直接与重金属相结合，从而改变重金属的形态及其生物有效性等，最终抑制或降低作物对重金属的吸收。常见的添加物主要有有机物料、化学改良剂、沉淀剂和粘合剂等。

5.1.1 施用有机物料

施用有机物料来降解土壤中的重金属已得到普遍认同。常见的用于治理土壤重金属污染的有机物料主要有稻草、紫云英、泥炭、家畜( 主要是猪、牛) 粪肥以及腐殖酸[26-28]等。有机物料分解生成的有机酸，如胡敏酸、富里酸、氨基酸，或者糖类及含氮、硫杂环化合物等所具有的活性基团(如：COO—、—NH、= NH、= PO4、—S—、—O—等)，很容易作为配位体与重金属元素Zn、Mn、Cu、Fe 等络合或螯合，从而影响其有效性[29]。有机物料可对土壤产生多种多样积极的影响，如通过改变土壤的酸碱度而使重金属(如铜等)的活性相应下降，这在南方酸性土壤中的表现尤为突出。但有机物料对土壤中重金属的影响极其复杂，随其类型、土壤的性质以及重金属种类的不同而异。

5.1.2 施用化学改良剂

常用的有石灰性物质、钢渣、高炉渣、粉煤灰及膨润土等[30]。施用石灰能