土壤重金属污染研究综述*

谢博文，王　艺，赵晟雯，陈　浩，刘轩吉

(南京工程学院环境工程学院，江苏　南京　211167)



土壤重金属污染研究综述*

谢博文，王艺，赵晟雯，陈浩，刘轩吉

(南京工程学院环境工程学院，江苏南京211167)

随着我国工业产业，城市经济的发展，废水排放量增加，土壤重金属污染变的越来越严重，有些地区的土壤重金属污染已危及到我们的正常生活。中国又恰恰是污染最严重的国家之一，有关重金属污染的问题也成为时下研究的热门。本论文首先介绍了土壤中重金属的来源、重金属的存在形态及土壤重金属的危害，然后综述了土壤中重金属的研究现状及土壤重金属污染的防治措施。

土壤重金属;研究现状;形态分布;防治措施

随着工业化发展，城市化发展的加快，土壤中重金属污染情况日益严重，这些重金属污染元素主要指汞、铬、铅、砷、铜、锌，钴等。土壤中的重金属残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点。这些重金属离子不但可以直接通过吞食、吸入、皮肤接触等方式进入人体，从而损害造血系统甚至中枢系统等，损害人们的身体健康，通过食物链富集，对其他动物造成伤害。

1　土壤中重金属来源

1.1城市土壤重金属来源

家庭活动带来的重金属污染。城市居民在日常生活中，对于生活垃圾的不恰当处理，随意丢弃电池，电池的重金属会渗入土壤中，对土壤造成污染。废弃物处理不当造成的污染。城市中大量废弃物的随意堆放，使得重金属元素向四周环境渗透，对土壤造成局部严重的重金属污染，部分重金属含量超标[1]。

城市发展愈快，交通运输结构愈复杂。车辆产生的大量尾气，向周围环境中释放大量的污染物，造成重金属污染物积累的越来越多。Pb、Cd、Cu、Zn等重金属进入周围的土壤环境, 既是城市大气的主要污染源, 也引起公路两侧农业土壤的重金属污染[2]。城市周边工厂带来的外源污染物，冶炼、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要来源，以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属。

1.2农业用地土壤中重金属来源

引用污水灌溉是农业用地土壤重金属污染的主要原因。污水按来源可分为城市生活污水、工业生产污水和农业污水。生活污水中重金属含量很少，但是由于我国部分城市未将生活污水和工业污水进行分流处理，导致生活污水重金属含量增高，灌区部分重金属含量远远超过当地背景值[3]。

2　土壤重金属污染的危害

2.1土壤重金属污染的内涵及特点

土壤重金属污染是指土壤中的重金属元素含量比土壤中元素的平均值高，并且对生态、环境质量造成破坏和产生不良影响的现象[4]。由于重金属元素本身所具有的特点以及土壤环境复杂多变的特点，决定了土壤重金属污染具有污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性、无法被生物降解的特点[5]。

2.2土壤重金属污染的危害

2.2.1对植物的危害

土壤中的重金属会对植物的形态、生长、繁衍等有一定的危害，会引起植物的高度、根茎的长度、叶片的面积等一系列生理特征的变化[6]。

2.2.2对土壤动物的危害

土壤中的重金属元素会通过各种不同的途径富集到土壤动物的体内，有些被吸收到土壤动物体内，这对土壤动物的生长发育及繁衍都带来了危害。随着重金属污染的加剧，土壤动物群落的组成与数量在相应逐渐减少，在被重金属污染的土壤中，优势类群与常见类群的种类明显减少；与此同时，重金属元素对土壤动物群落的多样性指数、均匀性指数、密度类群指数都有减小的趋势。

2.2.3对土壤酶的危害

土壤酶是一种生物催化剂，是反映土壤肥力的一个敏感性生物指标，能够直观地反映土壤生化过程的强度和方向[7]。土壤中不同酶活性的变化可以表明土壤受何种重金属的污染。

2.2.4对人体健康的危害

土壤尤其是表层土壤中的重金属，如Cr、Pb、Ni、Hg、Sn等极易进入人体，直接对人体健康造成威胁，会引起呼吸系统紊乱，免疫力降低，各器官一系列病变等。

3　土壤中重金属的存在形态

3.1重金属存在形式

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,具体来说是指某一重金属元素在环境中存在的实际形式，比如是离子或分子。重金属污染物进入土壤后,与土壤中各种各样的固体物质的表面发生多种复杂的反应。经过一系列包括酸碱反应、氧化还原反应、沉淀溶解反应、络合离解反应、吸附解吸反应、生化反应等物理、化学和生物的过程最终以重金属的形态变化表现出来[7]。土壤中重金属主要有Ni、Cr、Pb、Cu、Zn、Cd等金属元素，且各形态的分布存在很大差异。Ni、Cr、Zn的存在形式主要是残渣态。Pb则大都以残渣态和铁锰氧化态的形式存在；Cu的存在形式主要为残渣态和有机结合态；Cd在残留态中比例最小，碳酸盐结合态和交换态含量比例很高[8]。

3.2铜的存在形式

我们以铜为例，由于铜与有机配体的鳌合物稳定性很强，因此会生成多种形态的铜。经研究发现，土壤中的重金属铜存在形式主要可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态。由于土壤中含水率及pH值的转变，土壤中各种形态铜之间的相互转化也会发生改变。

(1)可交换态铜：是土壤中活动性最强的的一部分，在中性条件下易被释放，最容易受到土壤环境变化的影响。并且可交换态铜元素也是最容易发生反应转化为其他形态，具有最大的生物有效性、毒性和可移动性，是引起土壤重金属污染和危害生物体的最主要来源。

(2)碳酸盐结合态铜：该形态铜主要通过沉淀和共沉淀赋存在碳酸盐上，对于土壤的pH值反应最为敏感。随着土壤pH值的降低，该形态铜的生物活性和移动性会显著提高。相反，随着土壤pH值的升高有利于该形态铜的形成，具有潜在威胁性。

(3)铁锰氧化物结合态铜：该形态铜一般以较强的离子键结合吸附在土壤中的其他金属盐上生成结合体或者包裹在沉积物的表面。该形态金属还可以进一步分为无定型氧化态铁、晶体形氧化铁结合态以及无定型氧化态锰等三种形态。

(4)有机结合态铜：该形态铜主要通过配合作用存在于土壤之中，一般由有机质和重金属铜发生络合，形成螯合物或者土壤中的硫离子也会与重金属铜形成难溶于水的硫化物。该形态铜较为稳定，释放过程较慢，一般不易被生物吸收利用。

(5)残渣态铜：对于非污染态的土壤环境下，残渣态的铜是最主要的结合形式。主要受矿物成分和风化程度的影响，在土壤中稳定性最强，不易迁移转化，因此该形态铜的生物可利用性和迁移性不大，毒性也最小。

4　土壤重金属污染研究现状

近年来我国学者对土壤中重金属污染状况做了大量调查，发现重金属污染范围广泛，不管是城市绿地，河口淤积还是农田耕地等都存在着不同程度的重金属污染。由于重金属能在一定幅度内发生氧化还原反应，具有可变价态，且因重金属的价态不同，其活性和毒性也不同。在不同的土壤环境条件下，包括土壤类型、土地利用方式、阳离子交换量、土壤pH、Eh值、土壤胶体的种类与含量等因素的差异，都可以引起土壤中重金属元素存在形态的转化，从而对动物植物都有着很大的危害。

我国在与重金属相关的城市绿地土壤分布特征和污染状况上面开展了很多富有建设性的研究，例如在对上海市区的44个公园土壤中重金属含量的调查中，史贵涛等[9]发现，绝大部分公园受到轻度污染。其中9个为中等污染；7个为重度污染,比例高达16%。潜在的污染源来自交通和工业。对哈尔滨市不同绿地功能区土壤重金属污染状况的研究后，陈立新等[10]发现土壤中Hg，Pb，Cr，Cd均有不同程度的污染，并且不同功能的绿地的污染状况相差甚多，交通尾气的大气降尘为主要污染源。但这些研究主要集中在北上广深等大城市，而针对中小型城市不同功能区重金属污染状况的研究任较少。随着中小型城市的城市化的进程不断加快，大量土地分化为不同职能的区域，如交通职能区，商业职能区以及远离市中心的工业职能区。这无形中给城市的土壤环境增添了巨大的压力。由于城市区域职能的分配不协调，原有的绿色植物生长区转变为城市的污染集聚地和净化区，使得维持绿色植物生长的土壤质量开始下降。

在对海河流域主要河口区域沉积物中重金属空间分异及生态风险评价[11]中，吕书丛等得出海河重金属的相关结论：(1) 海河流域主要河口沉积物重金属均高于流域内主要土壤类型环境背景值。在空间分布上，以非常规水源补给为主的海河水系中，永定新河、子牙新河和北排河的河口区域重金属含量明显较高；而以自然水源补给的滦河水系和自然水源补给与非常规水源补给相结合的徒骇马颊水系重金属含量则相对较低。(2) 河口区域的重金属分布和该流域内经济发展水平有相关联系。铬，镍，铜，铅等重金属受到该流域内总人口数的影响十分显著，并且陆源污染成为主要污染因素。而镉和铅与该流域内社会经济发展水平的关联性不明显。 (3) 海河流域主要河口的重金属综合生态风险指数属于轻微风险等级。 但其中最主要的潜在风险元素任然是镉，并且在大多数河口均达到了中等风险级别。铜，镍，铅虽仍属轻微风险等级，但其潜在生态风险系数也相对较高，很有可能上升到中等风险级别。

5　土壤中重金属污染的治与防

5.1治，需要完善的机制

在我国所有调查的4.46万家化学品生产企业里，有72%的企业地处长江、黄河、珠江、大湖等重点流域沿岸，而其中与饮用水水源保护地、重要生态功能区等距离不足1公里的占12.2%。这些重要水源的污染必定会导致城市土壤及农业用地土壤中重金属污染的加剧[10]。

2006年，株洲霞湾港由于水利设施不当，造成湘江镉污染严重。2007年，湖南省下令关闭停产洞庭湖畔234家造纸企业，渐渐地洞庭湖水恢复到三类水质[11]。

土壤重金属污染现行的治理方法：(1)工程治理法；(2)生物治理方法；(3)化学治理方法；(4)农业治理方法。

土壤重金属污染治理已是刻不容缓。然而我国土壤污染治理却有诸多难点。首先，目前我国没有专门的土壤环境保护的法律法规，法制建设明显跟不上。其次，目前的污染治理几乎都是发现一起治理一起，而在发生事故后，那些负责的企业等基本都已无法承担相关责任。因此治理的重任就全都落在了政府的肩上。而这些治理往往需要耗费大量的资金，这无疑是加重了政府的财政负担。这些问题都是治理过程中棘手的问题，需要有效地解决[12]。

5.2防，从源头抓起

对于重金属污染的预防措施，治理修复固然重要，然而边治理边污染却是在浪费大量的人力财力。因此在重金属防治中，要树立防大于治、先于治的理念，从源头控制污染源的不达标排放。

首先要对有关重金属的工厂企业要实施严格的监控，不能放宽在企业总排水口或者是在企业污水处理厂排水口取样监测，更不能放宽在企业在入河排污口的取样监测或在其相应的自动监测站的监测。另外在农业方面，要推广无害化肥的使用，避免含有重金属的化肥对土壤造成重金属污染。像这样建立起“源头监控”就能有效遏制我国的土壤重金属污染日益严重的势头。

企业应履行自己自己的义务，做到不让污染物出厂，这也正是企业的责任所在，这是大小企业都应该共同努力地目标。如果这个目标能实现，那么无疑治理的同时，还在继续污染的现状能够得到较大的改变。土壤重金属污染问题也会慢慢变小甚至消失，还我们一片生机盎然的土地。

6　重金属污染总结

重金属污染无处不在，他以形形色色的存在方式潜伏在我们身边。同时它的危害又是如此巨大，在人类工业发展的历史进程中，一次次的悲剧让我们对它闻风丧胆。就像20世纪60年代日本的水俣病，直至今日幸存者仍在饱受着病痛的折磨。重金属的积累性也大大增强了其毒性与消除难度。在我国工业化进程日新月异的年代，重金属污染的防治势在必行。不管是农业还是工业都应该严格遵守国家相关规定，同时监管部门也要严厉打击取缔不合理的污染企业。在食品药品等直接关系到人们生命安全的环节要加大管理力度，不能让毒胶囊等事件再次发生。重金属污染的防治不是一时半会之事，而是一个需要人人践行，长久且不可停止的过程，是一场持久战。

[1]肖锦华.中国城市土壤重金属污染研究进展及治理对策[J].环境科学与管理,2009,34(4):22-34.

[2]史贵涛, 陈振楼, 李海雯,等. 城市土壤重金属污染研究现状与趋势[J].环境监测管理与技术,2006,18(6): 9-12.

[3]刘春阳,张宇峰,滕洁.土壤中重金属污染的研究进展[J].污染防治技术,2006,14(4):42-45.

[4]高翔云,汤志云,李建和,等.国内土壤环境污染现状与防治措施[J].环境保护,2006(2B):50-53.

[5]王圣瑞,颜昌宙,金相灿,等.关于化肥是污染物的误解[J].土壤通报,2005,36(5):799-801.

[6]杨志新,冯圣东,刘树庆.镉、锌、铅单元素及其复合污染与土壤过氧化氢酶活性关系的研究[J].中国生态农业学报,2015,13(4):138-141.

[7]毛竹,王浩.土壤重金属形态分布特性及其影响因素[J]. 科技资讯,2013(8):163-164.

[8]马祥爱,秦俊梅,冯两蕊.长期污水灌溉条件下土壤重金属形态及生物活性的研究[J].中国农学通报,2010,26(22):318-322.

[9]史贵涛,陈振楼,许世远,等.上海市区公园土壤重金属含量及其污染评价[J].土壤通报,2006,37(3):439-454.

[10]陈立新,赵淑苹,段文标.哈尔滨市不同绿地功能区土壤重金属污染及评价[J].林业科学,2007,43(1):65-71.

[11]吕书丛,张洪,单保庆,等. 海河流域主要河口区域沉积物中重金属空间分异及生态风险评价[J].环境科学,2013,34(11),126-139.

[12]郑喜坤,鲁安怀,高翔,等.土壤中重金属污染现状与防治方法[J].土壤与环境,2002,11(1):79-84.

Review of Soil Heavy Metal Pollution*

XIE Bo-wen, WANG Yi, ZHAO Sheng-wen, CHEN Hao, LIU Xuan-ji

(School of Environment Engineering, Nanjing Institute of Technology, Jiangsu Nanjing 211167, China)

Heavy metals pollution of soil become worse and worse with the development of industry and the discharge of unprecedented volumes of wastewater. Heavy metals pollution of soil has been infected our normal life. China is one of the countries most affected by heavy metal pollution, and questions about heavy metal pollution have become a hot research now. The source of heavy metals,the heavy metals existing speciation and the harm of it were introduced. The present research status and prevention measures of heavy metals pollution were summarized.

heavy metals of soil; research status; existing speciation; prevention measures.

南京工程学院大学生科技创新基金项目(N20151213)。

谢博文(1994-)，男，本科生，研究方向为水质科学技术。

X53

A

1001-9677(2016)01-0021-03