1、土壤重金属污染是指由于人类活动,土壤中的微量有害元在土壤中的含量超过背景值,过量沉积而引起的含量过高,统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素,以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等,如汞主要来自含汞废水,镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降,砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调,镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高,即使超过食品卫生标准,也不影响作物生长、发育和产量, 汞、砷能 和 土壤中 、 菌活动,影响 素 。重金属污染物在土壤中 动性 ,不 水 ,不
2、为微生物降 , 过食物 人 , 在 害 大, 重金属土壤污染。重金属污染来、currency1理“要fifl 重金属污染物来, 土壤重金属污染currency1理的”作系统的, 土壤中重金属污染物currency1的 物“,用 物currency1理土壤重金属污染物的“,有 、 、 污染及有用金属可 用等 , 的 物 用 景。人 要 高土壤 量 , 生 。重金属系指 4.0以 60 元素 在5.0以 的45 元素。砷、是金属,是 的毒性及 性 重金属 ,以 砷、 重金属污染物 。 污染 指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷, 包括有毒性的重金属锌、铜、镍、等污染物。 的迅
3、速发 ,含重金属的污染物 过各 途径 土壤,造 土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和 量的下降, 可 过食物 害人类的健康,也可以导致大气和水 量的 一步恶 。因 引起世界各的 泛重视。目 ,世界各土壤存在不程 的重金属污染, 世界平均每年排放Hg 1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。中北大城市的蔬菜基地和部商品粮基地也存在不程 的重金属污染,如北京、天津、西安、沈阳、 南、长春、郑州等地;。南 较轻,如福州、宁波、 海、武汉、 都等地。土壤重金属污染 会造 生 系统的严重破坏。从中土壤资状况看,到2000年底中人均耕地仅为0.1 h
4、m2,而且 今 中 社会的发 如生退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等,土壤资 一步 少。因而如何有 地控 及currency1理土壤重金属的污染,改良土壤 量, 为生 ”作中十重要的一项容。重金属污染原理重金属, 是汞、镉、铅、铬等有显著和生物毒性。 在水 中不能被微生物降 ,而只能发生各形 互转 和散、富集过程(即迁 )。重金属污染的 是(1)除被悬浮物带走的 ,会因吸附沉淀作用而富集于排污口附近的底泥中, 为长期的 生污染;(2)水中各 机配位 (氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位 (腐蚀 等)会其生 络合物螯合物,导致重金属有更大的水溶 而使已 底泥的重金属又可能重释放来;(3)重
5、金属的 不,其活性毒性不。其形 又 pH和氧 原而转 。(4)在其 害 的 是微量 即可产生毒性(一 为1 10 / ,汞、镉为0.01 0.001 / );在微生物作用会转 为毒性更 的有机金属 合物(如 基汞);可被生物富集, 过食物 人 ,造 性 。 硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、铜、砷等)人 的 基(-SH)有 大的 合 ,能 的活性, 元素( 、镍)可在人 的 、 、 积,的活性。 铬可能是 和 酸的沉淀剂,可 原 ,导致高 ,可能致,过量的和currency1( 元素)则能损害“ 系统的机能。fi主要从土壤中重金属污染物来、土壤中重金属污染物的 currency1理“ , 土壤中重
6、金属污染物currency1的 物“。在 , 高土壤的 量。1 土壤中重金属污染物来土壤中重金属的来是fi途径的,fl 是 土 含有重金属,不的 、 土过程形 的土壤含有重金属量 大。 ,人类”农业生产活动,也造 重金属大气、水 和土壤的污染。1.1 大气中重金属沉降大气中的重金属主要来于”业生产、汽车 气排放及汽车损产生的大量含重金属的有害气 和”等。 主要在”的和 、 的 。大气中的大fi数重金属是 自然沉降2和 沉降 土壤的。如 中部Falun市的铅污染3, 主要来自于市铜”业、硫酸、和 ”业产生大量废物,由于的 , 微 的铅,从”业废物散地。南京 生产铬的重”业4铬污染 已超过 地背景
7、值4.4 ,污染以车 为中 , 1.5 km2,污染 大 下 1.38 km。 的一 硫酸生产也是由” 排放造 S、V、As的污染。 、 土壤中的重金属污染,主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。 来自于含铅汽的 ,汽车损产生的含锌”等。 带状,以 、 为 重金属污染 ; 的 , 、 土壤重金属污染有 的 性。在宁 南京 的土壤形 Pb、Cr、Co污染带,且 长 ,自 污染 。在宁 一 的土壤铅含量高, 含量 降,且在地 030 cm铅的含量较高。在“ 地A71 高速 8 途严重污染重金属Pb、Zn、Cd,其沉降 子 超过 地土壤背景值28 ,而 重金属 沉降 子中高726 。在
8、 fi9从波 到 各 波 ,铅除在 以 ,地地 和盛的影响,高铅 在地, 顺一 铅含量较高。 过自然沉降和 沉降 土壤的重金属污染,主要以” 、废物和 为中 , 四及 散;由城市郊农, 距城市的距离 大而降, 是城市的郊污染较为严重。 , 城市的人口 、城市土地用率、机动车 正 关;重”业越发 ,污染 就越严重。 ,大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的含量高。大气汞 过干湿沉降 土壤 ,被土壤中的粘土物和有机物的吸附固定,富集于土壤 层,为植物吸 而转 土壤,造 土壤汞的 的 高。1.2 农药、 肥和塑薄膜使用施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用 肥,都可以导致土壤中重金属的污染。一
9、过磷酸盐中含有较fi的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb,磷肥 之,, 肥和钾肥含量较, 肥中铅含量较高,其中As和Cd污染严重。 过 海地菜园土地、粮棉地的,施肥 ,Cd的含量从0.134 mg/kg 到0.316 mg/kg,Hg的含量从0.22 mg/kg 到0.39 mg/kg,Cu、Zn 长2/3。 过西兰50 a 和今一地 58 土样析,自施用磷肥 ,镉从0.39 mg/kg 0.85 mg/kg。在阿根廷由于传统机磷肥的施 , 而导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。农用塑薄膜生产 用的热稳定剂中含有Cd、Pb,在大量使用塑大棚和地膜过程中都可以造 土壤重金属的
10、污染。1.3 污水灌溉污水灌溉一 指使用 过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和”业废水。由于城市”业 的迅速发 ,大量的”业废水涌 河道,使城市污水中含有的许fi重金属离子,污水灌溉而 土壤。在 ,往往是靠近污染头和城市”业土壤污染严重,远离污染头和城市”业,土壤几乎不污染17。近年来污水灌溉已 为农业灌溉用水的重要 部,中自60年代今,污灌 积迅速大,以北旱作地污灌 为普遍, 占 污灌 积的90%以 。南地的污灌 积仅占6%,其余在西北和青藏18。污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的 。 阳污灌自污灌以来,金属Hg、Cd、C
11、r、Pb、As等就 高,19951997年已超过警戒 。太原污灌的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其 地背景值,且积 量 年高。1.4 污泥施肥污泥中含有大量的有机 和 、磷、钾等营养元素, 污泥中也含有大量的重金属, 大量的市政污泥 农田,使农田中的重金属的含量在不断高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的 ,且污泥施用越fi,污染就越严重,Cd、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染;Cd、Hg可引起 麦、玉米的污染;污泥 ,青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也 。Anthony ,用城市污水、污泥改良土壤,重金属Hg、Cd、Pb等的含量也显 。1.5 含重金属废
12、弃物积含重金属废弃物 类繁fi,不 类其 害式和污染程 都不一样。污染的 一 以废弃为中 四散。 过武汉市垃圾放场23、州 铬渣存、城市生活垃圾场25及车辆废弃场26附近土壤中的重金属污染的, 域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于 地土壤背景值,重金属在土壤中的含量和形 征 其垃圾中释放率的影响,且 距离的 大重金属的含量而降。由于废弃物 类不,各重金属污染程 也不尽 ,如铬渣存的Cd、Hg、Pb为重 污染,Zn为中 污染,Cr、Cu为轻 污染。1.6 金属山酸性废水污染金属山的开、冶炼、重金属 、冶炼废渣和渣放等,可以被酸溶含重金属离子的山
13、酸性废水, 山排水和降使之带 水 (如河流等)直接 土壤,都可以 接直接地造 土壤重金属污染。1989年我有色冶金”业 中排放重金属Hg为56 t,Cd为88 t,As为173 t,Pb为226t。山酸性废水重金属污染的 一 在山的河流的下游,在河流中不河的重金属污染往往 污染(山)控 ,河流一污染的下自 游到下游,由于金属元素迁 能 和水 自净 能 的适 恢复,金属 污染 降。江西乐安江沽口中洲由于遭 德兴铜的污染,水 及土壤中的重金属Cu、Pb、Zn、Cr含量高,鄱阳湖重金属含量 降。美科 拉fi州 拉fi流域 的影响,重金属元素Cd、Zn、Pb、As的 ,以污染为 高,之 污染距离 长而
14、 降。莱安河30重金属污染,来自一 大型铜,导致重金属 远远超过 地背景值。流域重金属污染 季节变 而,枯水期重金属的含量显高于丰水期。河流流速 缓可以导致该流重金属含量 。一域土壤中重金属污染物的来途径可以是单一的,也可以是fi途径的。胡永定 过徐州荆马河域土壤重金属污染的 因中指Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的,As是由农灌引起的,Cd是由农灌和垃圾施用引起的,Hg是各 途径都备。王fi祥 过山东省耕地重金属元素污染状况的说,”业 速发 地铅高于农业 ,铅距 远近有关。 业 、 备 ,原用率,造 其 土壤重金属污染 严重。 州1986年的统 , 省 排放汞14.7万kg,土壤中有的
15、地 56.64 mg/kg,超过 污染土壤的84.5 。要引起高 重视。 的来说”业 程 越高的地污染越严重,市高于远郊和农 ,地 高于地下,污染污染 越长重金属积 就越fi,以大气传 土壤重金属污染土壤的有 的 性, 程 越高重金属含量越高。2 土壤中重金属污染物 currency1理“关于土壤重金属污染物的, 于20世 6070年代,如 大、美、德等 土壤重金属较 , 其 大。我在1983年主要类型的土壤 容量作过 步,如 土壤重金属的生 、 界含量地带性 和等。 ,世界各 重视重金属污染currency1理“, 开 泛的”作。 的来说,目 大致有以下四 currency1理 施2.1 ”
16、程currency1理“”程currency1理是指用物理物理 的原理来currency1理土壤重金属污染。主要有 土是在污染的土壤 污染的土; 土是 以污染的土壤 , 污染的土;土是 污染的 土下层; 土是 污染的 土 等。如富“ 流域的发地,就是由于长期食用含镉的稻米而引发的,currency1 过, 土15 cm, 实 土,在 “水的 下,稻米中镉的含量 于0.4 mg/kg; 土 土20 cm, 灌溉稻米中镉的含量也不超标, 土超过30 cm,其 更fi。 fl“是用 fl 来fl污染的土壤;热处理“是 污染土壤 热,使土壤中的发性污染物(Hg)发 集起来 处理; “是使土壤中重金属在
17、 、迁 、和等的作用下在阳 被 走。以 施有 底、稳定等 ,实施复、currency1理用高和 引起土壤肥 降等 。2.2 生物currency1理“生物currency1理是指用生物的 性来适 、 和改良重金属污染。主要有动物currency1理是用土壤中的等动物”、鼠类等吸 土壤中的重金属;微生物currency1理是用土壤中的 微生物等重金属有吸 、沉淀、氧 和 原等作用,降土壤中重金属的毒性如Citrobacter sp产生的 能使U、Pb、Cd形 溶磷酸盐;原 生物( 菌、放 菌) 生物(菌)重金属更 , 兰阳性菌可吸 Cd、Cu、Ni、Pb等。植物currency1理是用 植物能和
18、超量积 重金属的 性来除土壤中的重金属;重金属的植物吸 、 溶和 数量 只于 的有 的fi少,重金属溶 和 的土壤的有 之 关系Freundlich吸附程41;超积 植物可吸 积 大量的重金属,目 已发 400fi ,超积 植物积 Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一 在0.1%以 ,积 Mn、Zn含量一 在1%以 ; 菜(Brassica juncea)可吸 Zn、Cd、Cu、Pb等,在Cu为250 mg/kg,Pb为500 mg/kg、Zn为500 mg/kg 下能生长,在Cd为200 mg/kg 42; 菜(Brassica juncea)可Cr6+、Cd、Ni、Zn、Cu富集 为58,
19、52,31,17和7 ;高草(Agropyron elongatum)能吸 Cu等;的高山属类等,可吸 高 的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd、Zn等。生物currency1理 施的 是实施较 、 资较少和 破坏 , 是currency1理 不显著。2.3 currency1理“ currency1理就是 污染土壤 改良剂、 剂, 土壤有机 、阳离子代 量和粘 的含量,改变pH、Eh和导等理 性 ,使土壤重金属发生氧 、 原、沉淀、吸附、 和 等作用,以降重金属的生物有 性。其中沉淀“是指土壤溶 中金属阳离子在 发生改变(pH值、OH-、SO42-等) ,形 金属沉淀物而降土壤重金属的污染;
20、如 土壤中 放 渣, 在土壤中 被氧 的氧 物,Cd、Ni、Zn的离子有吸附和 沉淀作用,从而使金属固定。在沈阳 污灌 的大 积 改良实 ,每 施 15001875 kg籽实含镉量下降50%18。有机 “是指有机 中的腐 酸能络合重金属离子生 溶的络合物,而 轻土壤重金属的污染;吸附“是指重金属离子能被 土、 、粘土物等吸附固定,从而降土壤重金属的污染。 currency1理 施 是currency1理 和用都适中, 是容 活 。2.4 农业currency1理“农业currency1理是因地 的改变一 耕作 理 来 轻重金属的 害,在污染土壤 植不 食物 的植物。主要有控 土壤水是指 过控
21、土壤水来调节其氧 原位(Eh), 到降重金属污染的目的; 肥是指在不影响土壤 肥的 况下, 能降土壤重金属污染的 肥;施有机肥是指有机肥能 固定土壤中fi 重金属以降土壤重金属污染的 施; 农作物品 是指 污染的植物和不要在重金属污染的土壤 植 食物 的植物;如在含镉100 mg/kg的土壤 改 ,年 ,土壤镉含镉平均降27.6%;因地 地 植玉米、水稻、大、 麦等,水稻根系吸 重金属的含量占整 作物吸 量的58%99%,玉米 吸 重金属的含量占整 作物吸 量的20%40%,玉米籽实吸 量 少,重金属在作物 配 是根 籽实。土壤重金属污染也是导致生 系统破坏的重要因素。合理的用农业生系统”程
22、施,也可以 土壤的肥 ,改良和currency1土壤重金属污染, 高土壤 量, 能自然生 和系统 调 作。如可以在污染 尽可能 、 、 草 作物(如 ), 植草 , 繁 ,不可以美 , 可以净 土壤; 可用作肥的原。也可以 农业改良,即在污染繁育 子(水稻、玉米),之 在污染 植; 植食用作物(高、玉米), 从 , 渣 纤维板, 糠醛, 渣 作沼气作能。农业currency1理 施的 是 操作、用较, 是期长、 不显著。3 土壤中天然物currency1理重金属污染物“土壤的主要物 除粘土物 , 存在大量的天然 currency1铝氧 物及氢氧 物、硅氧 物、碳酸盐、有机 硫 物等天然物。在
23、关于土壤重金属污染物currency1途径中,人 一直 调土壤自的净 能,土壤自净 能 离不开土壤中物 重金属的吸附 吸作用、固定释放作用,土壤中 物的净 能 才正 土壤自的净 能 和容纳能 。土壤中有毒有害元素含量的高, 不是直接判定土壤 量 劣乃土壤生 的唯一标志,关键问题是要揭示 重金属在土壤中各 机物之 有怎样的 平衡关系。在 为寻求地下水和土壤有机污染的修复“而直接土壤中fi 粘土物 改性,即用有机 活性剂 置 天然粘土物中存在的大量可交 的机阳离子,以形 有机粘土物,可有 截住固定有机污染物,阻地下水的 一步污染, 有机污染物在土壤 中迁 散。 需要指的是,在粘土物改性过程中,其中
24、的固定 重金属也一 被置 来,导致土壤系统中业已建立 平衡被打破,使得土壤 中 吸释放 重金属污染物 量大大 。 ,土壤中重金属污染物既来于土壤中活动 的重金属,又来于改性粘土物 被置 释放来的重金属。以实 室正在开 的 物天然 currency1铝氧 物及氢氧 物为例,其中磁 、赤 、针 、软currency1、硬currency1铝土等也正在 为际 关于天然物净 污染“ 的重 之一。我 认为天然 currency1铝氧 物及氢氧 物的有显的 吸附性 征,currency1氧 物氢氧 物 有较完善的孔道 征, 其是Fe、Mn为自然界中少数的属于常见的变 元素,其氧 物和氢氧 物 合物往往可
25、一定的氧 原作用。以说天然 currency1铝氧 物及氢氧 物有 在的净 重金属污染物的功能,能 为土壤 中吸附固定 重金属污染物的有物 。 , 土壤重金属污染 状currency1理, 得一定的 绩,也存在一 理论 和 的问题,如土壤中重金属土壤中物之 的吸附 吸、固定释放的平衡关系的,土壤中重金属形 征、转 迁 的系统,土壤中 污染物的及 处理等。土壤重金属污染fl 从头抓起,控 污染,土壤重金属的污染已 到 严重的程 ,要充认 土壤重金属污染的长期性、隐匿性、不可逆性以及不能完 被 消逝的 。土壤 量问题是 可“发 和社会 步的战略问题, 直接影响土壤 、水 状况、作物生长、农业产量、
26、农产品品 等,过食物 人 健康造 害。”业生产中排放的污染物尚 得到较 底控 , 其在农业生产中大量而盲目使用 肥和农药的今天,江河湖海、地下水及陆地中机和有机污染物积 量俱,使土地 量变得 其脆 。一旦土壤 污染物 其是重金属的消纳容量 到饱和, 污染物耕地生产能的 在毁灭性破坏 有可能一触即发,有人已形 地称之为农业生产中的“定 炸弹”。从 义 来讲,土地 理 ”作不仅是耕地 量的监 , 该 耕地 量的 改善。土壤 量的 是耕地生产能 的 ,更是 高土地用 率的 有 施之一。于我样一 人口众fi的农业大,开 土 量调查评 ,土壤重金属污染物 试 ,开发耕地污染的currency1理“和 ,显得更为必要和迫切。