土壤重金属污染特点及治理的方法探讨

曹建锋，王 震，崔丽君，张和林

（1.山东省泰安生态环境监测中心，山东 泰安 271000；2.泰安市岱岳区污染物排放总量控制中心，山东 泰安 271000）

土地是自然界的重要资源和财产，在推动工农业发展中发挥了巨大作用。但是由于人们的不合理开发﹑土地滥用等原因导致土壤污染状况十分严重。大量工业废水不合理排放﹑农药和肥料的广泛应用以及在采矿和冶金过程中忽略了对废弃炉渣的收集，都导致土壤中重金属浓度的严重超标，并在持续累积下产生隐蔽﹑长期﹑表聚﹑不可逆影响健康的特点。土壤中的重金属能够被植物所吸收，再经食物链富集，最后直接影响人们的身体健康。因此土壤重金属污染的治理刻不容缓。

1 土壤重金属污染简介

随着工业和经济的发展，铅﹑镉﹑汞﹑铜﹑锌等重金属元素直接和间接的进入土壤环境，使得其含量超过土壤环境质量相关标准，造成土壤质量下降或者功能损害，从而称为重金属污染。重金属污染具有隐蔽性，其直接危害在短期内无法得以完全体现。但由于重金属可以经由食物链等途径进入人体，最终可能会危及到人类的身体健康。重金属是一类很难自然降解的化学物质，如铅﹑镉等，因此对人类健康的危害具有长期性。土壤中的有毒重金属可能通过渗滤等进入地下水，将会对地下水产生污染。如果产生水源地污染，可能通过饮用污染的水造成人体健康危害。此外，在污染的土地上耕种，会导致重金属物质进入到作物体内，如大麦﹑水稻﹑玉米等。进而会经由饮食而进入到人体，从而危害人类健康。

2 土壤重金属污染的主要成因

土壤重金属污染的原因主要分为自然原因和人为因素两个方面，自然原因主要是指在大自然中产生的火山爆发以及降雨﹑降雪等大气干湿沉降等因素，以及土壤含岩母质风化，使岩石中的重金属元素进入到土壤中。人为原因包括工业﹑农业﹑交通运输等因素，也是导致土壤重金属污染的关键因素[1]。工业生产领域日益发达的大背景下，金属冶炼技术对于经济社会发展有着非常关键的意义，在冶金过程中会产生大量的重金属，若不能及时对重金属加以适当无害化处置，就直接释放到自然环境中，导致对土地的重金属污染。在都市发展中人民的生活水平日益提升，会导致车辆保有量大大增加，而机动车也会产生大量机动车废气，这种机动车废气会直接污染大气，通过暴雨冲刷会造成土壤中重金属污染进入到土地里面[2]。另外部分有机肥料来源于城市建设废弃物﹑河流泥沙等，这些原料本身含有大量重金属单质。在进入到土壤中后也会导致土壤的有色重金属浓度显著增加，对土壤结构产生损害。

3 土壤重金属污染来源

（1）随大气沉降流入土壤的水重金属。大气环境中的重金属污染大部分来自于燃料﹑运输﹑冶金和建材等生产产生的废气和尘埃。除镉之外，城市土壤中的有色重金属物质大体上都要以气溶胶污染物的形态排入大气环境，再经过自然沉淀和雨水流入土地。经自然沉淀和雨淋下沉后流入土地的有色重金属污染，与重工业生产发展﹑大中城市的人群密集程度﹑土地利用率﹑城市交通发展等有直接关联，离大中城市愈近，环境污染的程度也越重。

（2）随污水进入土壤的重金属。城市污水按来源和数量，可分成城市生活污泥﹑石油化工污水﹑工业矿山污泥和城市混合污泥等。日常生活污水中的重金属浓度极少。但是，随着中国制造业的快速发展，工矿企业污水由于没有分流管理，而进入城市下水道和日常生活污水中混杂排出，由此导致了污水灌区土壤中重金属铅﹑镉﹑汞﹑溴﹑锰等的浓度逐渐上升，由于污染灌溉而流入土地的重金属，以不同的方法逐渐被土地拦截下来固定。

（3）随固体废弃物进入土壤的重金属。固体污染物类型很多，成分繁杂，各个类型其为害途径和危害范围有所不同。其中矿业与工业固体污染物较为严重[3]。这类垃圾在长期存放或处理中，受到日晒﹑雨淋﹑水洗，泥土中的重金属污染物质极易移动，以放射形﹑漏斗状形式向附近土地﹑水域等传播。还有部分固体物质被直接或通过加热成为肥料后投入土地，从而引起土壤重金属污染。

表1 土壤重金属污染的主要来源

4 我国土壤重金属污染的现状

中国土壤重金属的污染状况十分严重，尤其在工矿业废地尤为严峻，就中国土壤重金属污染区域划分来说，在南部区域的污染程度明显超过了北方地区，特别在中南区域和西南部的超标程度尤为明显。

（1）具有明显的地域分布特点。我国土壤重金属污染布局存在着鲜明的地域性，中部﹑东方﹑西部三个区域的土壤重金属污染状况存在着显著差别。同时，西部的土壤重金属污染状况较为严峻，而东方和西地区的土壤重金属污染状况相对较轻，原因是由于中东部地区是我国最主要的金属矿和煤炭分布区域，由于矿山储存与开采导致了大部分土地中重金属废水外泄，而中部的河南﹑山西和湖南，东方区域的广东省﹑辽宁和江苏，西部的云南﹑贵州﹑成都和陕西，这三个区域内共有十四个省份已成为了我国土壤重金属污染的重灾区，需要对上述区域的土壤重金属污染状况进行高度重视。我国三大区域土壤重金属污染详情，如表2所显示。

表2 我国三大地区土壤重金属污染分布

（2）污染物以无机元素为主。现阶段，中国土壤重金属污染已出现了土地点位严格超标的现状，从具体土地点位的超标比率表明，主要污染源中以无机化学元件居多，而土地点位超标比率排在前八位的主要无机化学元件还有铅﹑锰﹑镉﹑锌﹑砷﹑钴﹑铜和汞，尤其以镉元素的超标点位最大，汞元件和镍元件的超标点位最小，锰和锌元件超标点位最轻。就区域分布特征来说，中国不同区域的重点污染分布情况各有不同，在中国东北的黑龙江﹑吉林和辽宁等老制造业地带，城区﹑城市近郊以及部分农耕区均遭遇到重大的镉﹑砷﹑汞﹑铅和锰等重金属元素污染，在中国西南部土壤重金属污染较为突出的四川﹑云南和内蒙古等地遭遇到重大的铅﹑镉﹑砷等重金属污染，中国华南地区也有接近一零点五的农村农田遭遇到重大的镉﹑铅﹑镉等重金属单质污染。其中，内蒙河套区土地土壤镉元素重度超标，对当地市民的生命安全及健康都带来了很大的危险[4-8]。

（3）污染治理具有较大的难度。重金属污染在自然界条件下很难自我降解，而土壤在遭遇到重金属污染物之后也几乎无法自动回复到原来的状况，同时，重金属污染在土壤环境中也极易被土壤中的胶状吸收，而随着历史推移不断积累。另外，由于土壤重金属污染物在土壤环境中产生的形式比较复杂，土壤重金属单质中的过渡重金属单质的化学反应活性也比较强烈，因此这种过渡重金属单质比较易于产生复杂化学反应，从而导致土壤pH值不断改变。而土壤中的过渡重金属单质也会引起各种化学反应，最后造成重金属单质在土壤中的各种形式和价态出现。

5 土壤重金属污染修复治理建议

（1）统一思想认识。农业产地是农业生产的重要物质基础，而农作物产地安全又是农业质量安全的重要源头，因此当前重金属污染问题已引起社会各界的普遍重视，并成为了当前关系民生的焦点问题和热点问题。做好土壤重金属污染修复治理工作，要把政治思想意识提升到保障农业质量与安全﹑维护农村社会稳定与可持续发展﹑维护农村粮食安全和社会安定﹑推动农村增效和农民增收以及推进生态文明建设的新高度上来，深刻领会工作的重大意义和现实意义。认清工作的艰巨性和长期性，克服群众恐惧心理，提高责任心﹑使命感和紧迫性，进一步挖掘土壤重金属污染修复治理的新内涵。

（2）全面开展普查。以土地和农作物中镉﹑砷﹑锰﹑汞和铅等主要有毒重金属为检测对象，遵循标志性原则上﹑全局性原则上和针对性原则上，经过收集分析方法化验检测土地和农作物土壤重金属，对土壤重金属污染情况做出科学合理评估，合理确定主要重金属污染危害程度区域，确定主要重金属污染危害级别，全面了解农业重金属污染危害状况，了解土壤重金属污染与农业重金属污染危害关系，了解农业污染威胁原因，进行土壤重金属危害对农业环境的直接影响和安全性评价，为土地重金属污染的有效控制与恢复提出科学技术根据[9]。

（3）开展动态监测。建立并健全中国土壤与农业品牌综合竞争力的重金属检测系统，建设与完善重金属监测系统，强化农业科技保障与人才保障；建设了动态监控机制，定期对工矿企业的生活废水排出情况﹑土地和农作物等重金属污染物变化状况开展监控，以了解重金属污染物的变化动态。

（4）加强技术研究与推广应用。单纯的植物修复科技的运用往往很难取得预期成效，在全面了解土壤重金属污染物特征与胁迫原因的基础上，以植物修复技术为主，辅以化工﹑微生物和农业生态恢复措施，进一步强化植物修复综合科技的研发和推广与应用，并进一步挖掘重金属污染物恢复防治的深度与广度，突出科技研发的系统性与实用性，以做到既能实现修复防治的目的，又能有效维护我国粮食安全，保护广大乡村农民群众集体权益，保障乡村社区安全。目前，中国国内发现的高富集植物种类有五百多个，但可大规模推广与应用的却非常少，主要原因是后期管理水平跟不上，所以，在植被恢复关键技术研发方面着重做好高富集植物品种的后期使用管理与研究。因此，在蚕桑恢复技术研发方面，在深入研究对养蚕的恢复效果基础上，可做好对低吸收﹑低积累养蚕品种的筛选。我国运用烟叶进行植被恢复和运用烟叶实现生物质发电的成功经验也可以学习和参考。土壤重金属污染具有高度隐蔽性特征，其危害性也大多是通过植物生长体现出来的，所以，做好土壤重金属污染修复防治科研必须要把研究范围扩展到农业重金属环境污染方面，做好对低营养﹑低积累农作物种类的甄别与选择等工作，并进行大规模推广应用，以实现保护农作物质量安全的目的。重金属污染面临着许多的不确定因素，不少地区还存在着土壤重金属浓度不超标或农作物重金属浓度超标的现状，所以，加强重金属污染防治修复工作应当实行与防治结合的思路，重点应做好适用农艺恢复措施和土壤改善剂修复技术的研发与推广应用，以确保农业质量安全。

（5）加大投入保障。重金属污染主要是由长期环境所导致的，其恢复防治也必须有一段长久的工作过程。当前，土壤重金属污染物涉及面宽﹑污染物防治区域范围大，急需巨大的人才﹑物资和财源。地方各级党委和人民政府要把土壤重金属污染物修复整治工作纳入重大议程，形成固定资金投入制度，进一步加强对土壤重金属污染物修复整治工作的资金支持力度，认真做好土壤管理立法工作，进一步健全环境监管制度，以确保修复整治工作的顺利实施[10]。

（6）加强土壤环境监管，大力发展空气清洁生产方式。通过强有力的政策措施来尽最大可能的遏制和减少土地污染源，同时发动并协同相关科研部门，共同研究出一种切实可行的环境污染土地的恢复对策，以便为在全县范围内进行修复土壤污染的依据。就这样在实践﹑认知﹑再实验，再认知的过程中逐渐累积了知识。合理使用污染土壤，对重度环境污染的土地，以及"无可救药"的土地，可以改种为非食物他用经济作物，或栽植树木，建设公园来相应降低或消除环境污染食品的。采取科学地方式进行低污染灌溉，强化管理，并进行有效的监测，不失时机的监测土地水中污染物的成分﹑浓度，并密切严格观测其演变情况及动态，以防止仍有无法降解的高殘留渗透到土地。

6 土壤重金属污染治理的研究展望

工程措施﹑物理恢复和生化修复等重金属方法污染了土地，但弊端较多，规模化处理对污染的土地并不实际，同时还会损伤土壤结构，减少土地生态活力，使土壤的肥力下降，而农业生态措施则周期较长，但效益并不突出。生态修复技术因其高效率，以及良好的社会﹑生态综合经济效益已被社会大众所认可，应用前景广泛。以下几点将成为未来科研的热门话题。

（1）超累积植物筛选与培育。超累积植株一般生长发育较迟缓，生物量少，环境的适应能力也较差，但仍可以吸收一些重金属。所以，筛选和栽培吸收能力较强，吸附土壤中重金属种类较多，而且微生物含量较大的植株是生态恢复的一种重点。

（2）基因工程技术的应用。把筛选和培育出的超累积植物和细菌基因组，引入生物学量大﹑繁殖速率快﹑适应性好的植株中去已经实现，所以通过运用植物遗传工程技术增强的植株修复能力，将获得突破性发展。

（3）生物修复综合技术的研究。重金属污染对土地的恢复是一项整体性的系统工程，因此需要多重修复技术。植物修复技术加上化工﹑细菌和农业生态等措施，能够提升土壤重金属的生物学效能，从而促进了植株的繁殖与吸收，能够更好地提升土壤重金属恢复的效果。因此生物修复综合科技发展前景巨大。

图1 植物修复重金属污染土壤机理图

（4）农业生态修复技术。农业生态恢复技术主要是指利用农业技术手段，通过改善土壤湿度含量﹑耕作制度及其杀虫剂施用情况等方法，进行对农业土壤污染的恢复工作。在农业生态恢复环节，科研人员可通过控制土壤中含水量的方法，来合理控制土壤Eh值，因为一些重金属在土壤氧化还原下其迁移性不断变化，而导致土壤氧化还原的最主要原因就是土壤水份浓度，所以在农业恢复环节中，可采用控制土壤水份浓度的方法，来合理地提高土壤氧化还原效率，并以此方法来减少土壤中重金属的转移，从而保证了土壤恢复工作的顺利开展。

7 结语

土地的重金属污染治理实际上是一种普遍性的环境问题，在如何综合治理上有待更多的研究，这也就是土地安全问题是与人类生命健康密切相关的，而庄稼的生长又关乎着食品安全，所以对于以上进行的土地重金属污染综合治理方法也只是一点小小的探索，期望能够为日后进行的环境综合治理开展工作提供一点借鉴，从而更好的综合治理土地重金属污染问题。