土壤重金属污染

土壤中重金属元素主要有自然来源和人为干扰输入两种途径。在自然因素中，成土母质和成土过程对土壤重金属含量的影响很大。而在各种人为因素中，工业、农业和交通等来源引起的土壤重金属污染所占比重较高。

1．自然来源

土壤是由岩石风化而来，不同的岩石含有各种重金属元素，成土母岩的化学元素决定了土壤中化学的最初含量，影响着土壤中重金属元素的环境背景值：同时母岩在形成土壤过程中的影响因素也影响着土壤中的重金属含量，如抗风能力强的石英质岩石对发育于其上的土壤中重金属含量起控制作用，然而抗风能力弱的碳酸盐类岩石对其上发育的土壤中重金属含量控制作用则不强。大气中重金属降尘也是影响土壤中重金属含量的主要自然因素之一。火山爆发、森林火灾、海浪飞溅、植被排出、风力扬尘等过程使很多重金属尘浮于空中。空气中的重金属元素部分被植物吸收，部分通过尘降进入水体、土壤。在自然界中土质污染也影响着土壤重金属的含量。在岩石圈深部，由于岩浆作用、质变作用等复杂的地球化学过程可能形成重金属富集的工业矿床，在矿床附近矿化地层发育的土壤，由矿床流出的富含重金属的地下水流动过程中形成的分散晕上发育的土壤，及以被搬运的矿化物质为母岩所发育的土壤重金属含量往往异常的高。

2．人为因素造成的土壤重金属污染

随着人类社会工农业现代化、城市化的发展，人为因素造成土壤重金属污染是当今世界越来越不容忽视的环境问题。重金属多为有色金属，在人类生产、生活各方面应用广泛，同时也伴随着重金属的严重环境污染。有色重金属矿床的开发冶炼是向环境中排放重金属最主要的污染源。通过“三废”向环境中排放重金属的工矿企业，如：采矿、选矿、冶金、电镀、电工、染料、纺织、炼油等。

由于这些污染源大多是点性污染源，故对土壤环境来说是不均匀污染，在局部地区土壤重金属污染可能相当严重。随着城市化的发展和市内工业、交通排放各种废弃物的增多，城市土壤中重金属含量显著增加，其中以汞和铅最为突出。随着人为活动向大气中排放的重金属污染物的增多，通过沉降重金属污染土壤也表现得越来越严重，特别是化石燃料的燃烧，如：燃烧释放的汞占人为释放量的57%～71%；燃煤、燃油向大气输入镍占人为释放量的60%～78%；由于汽车使用的汽油中加入抗爆剂——四甲基铅和四乙基铅，故在汽车尾气中排放的铅含量为20～50ug/L。在农业中，农药、化肥、污泥的施用，污水灌溉，也是加剧土壤重金属污染的主要途径之一。在化肥中，其原料矿石本身的杂质及生产工艺流程的污染使其重金属的含量颇高，如：有的过磷酸钙肥料中的镉和砷含量较高，据广州市磷肥和石灰测定结果，镉含量为2～3mg/kg，砷含量为60～80ng/kg，汞含量为l～2ng/kg。在农药中以含汞、砷和铅的较多，如：含有机汞制剂有赛力散、西力升等，含有机砷制剂有稻脚青、苏农6401，含砷铅的砷酸钳、亚砷酸铅等，含其他重金属的农药有代森铅等。故长期施用化肥、农药可使土壤遭受重金属污染。 [1]

在土壤中一般不易随水淋溶，不能被土壤微生物分解；相反，生物体可以富集重金属，常常使重金属在土壤环境中逐渐积累，甚至某些重金属元素在土壤中还可以转化为毒性更大的甲基化合物，还有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。重金属对土壤环境的污染与水环境的污染相比，其治理难度更大．污染危害更大。

汞汞是一种对动植物及人体无生物学作用的有毒元素。土壤中的汞按其存在的化学形态可分为金属汞、无机化合态汞和有机化合态汞。无机汞化合物的主要存在形式有HgS、HgO、HgCO3、HgHPO4、HgCl2和Hg（NO3）2等；有机汞化合物主要有甲基汞和有机配合汞等。除甲基汞、HgCl2、Hg（NO3）2外，大多均为难溶化合物。在各种含汞化合物中，甲基汞和乙基汞的毒性最强。土壤中汞的迁移转化比较复杂，主要有以下几种途径：（1）土壤中汞的氧化-还原（2）土壤胶体对汞的吸附（3）配位体对汞的配合-整合作用（4）汞的甲基化作用

镉镉的污染主要来源于铅、锌、铜的矿山和冶炼厂的废水、尘埃和废渣、电镀、电池、颜料、塑料稳定剂和涂料工业的废水等。农业上，施用磷肥也可能带来镉的污染。

铅铅是人体的非必需元素。土壤中铅的污染主要来自大气污染重的铅沉降，如铅冶炼厂含铅烟尘的沉降和含铅汽油燃烧所排放的含铅废气的沉降等。另外，其他铅应用工业的“三废”排放也是污染源之一。土壤中铅主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态。植物从土壤中吸收铅主要是吸收存在于土壤中的可溶性铅。植物吸收的铅绝大多数积累于根部，而转移到茎叶、种子中的则很少。另外，植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。

铬铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害。土壤中铬的污染主要来源于某些工业，如铁、铬、电镀、铬酸盐和三氧化铬工业的“三废”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。

砷砷是类金属元素，不是重金属。但从它的环境污染效应来看，常把它作为重金属来研究。土壤中砷的污染主要来自化工、冶金、炼焦、火力发电及电子等工业排放的“三废”。土壤中砷主要以正三价和正五价存在于土壤环境中。其存在形式可分为水溶性砷、吸附态砷和难溶性砷。三者之间在一定的条件下可以相互转化。当土壤中含硫量较高时，在还原性条件下，可以形成稳定的难溶性As2S3。一般认为，砷不是植物、动物和人体的必需元素。但植物对砷有强烈的吸收积累作用，其吸收作用与土壤中砷的含量、植物品种等有关。砷在植物中主要分布在根部。浸水土壤中，土壤中可溶性砷含量比旱地土壤高，故在浸水土壤中生长的作物，其砷含量也较高。所以，为了有效地防止砷的污染及危害，可采取提高土壤氧化-还原电位的措施，以减少三价亚砷酸盐的形成，降低土壤中砷的活性。

1、切断污染源：切断污染源就是采取有效措施，以削减、控制和消除污染源，尽可能避免工矿企业重金属污染物的任意排放，尽量避免重金属输入土壤环境。切断污染源是土壤重金属污染防治工作中带有战略意义和指导性的基本原则。

2、提高土壤环境容量：土壤具有一定的自然净化功能，在调控与防止土壤污染时应充分利用这一特点，采取有效措施以增加和改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害物质的吸附能力和吸附量，从而降低污染物在土壤中的活性，增强土壤环境的自净能力，提高土壤环境容量。当输入土壤环境中的重金属污染物的数量和速度不大或土壤遭受轻度污染时，采取相应措施提高土壤环境容量，对于防止土壤污染的发生或减轻重金属对作物的污染危害是有效的。

3、控制或切断重金属进入食物链：采取有效措施控制植物对重金属的吸收，减少重金属在植物体内，特别是在可食部分的累积量，或利用非食用植物如树木、绿化用草等来吸收除去土壤中的重金属，从而达到控制或切断重金属进入食物链的目的。

4、避免二次污染：这是环境污染防治措施中必须共同遵守的原则。

治理土壤重金属污染的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定．降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。围绕这两种治理途径，已提出各自的物理、化学和生物的治理方法。

1.汞污染的防治主要有以下措施：

（1）对土壤进行灌溉和施肥时，要严格控制使用汞含量高的污水和污泥。

（2）对已受汞污染的土壤，可施用石灰-硫磺合剂，其中硫是降低汞由土壤向作物迁移的一种有效方法。在施入硫以后，汞即被更牢固地固定在土壤中。

（3）施用石灰以中和土壤的酸性，可降低作物根系对汞的吸收。当土壤pH提高到6.5以上时，可能形成碳酸汞、氢氧化汞或水合碳酸汞等汞的难溶化合物。另外，钙离子能与任何微量的汞离子争夺植物根系表面的交换位，从而降低汞向作物内的迁移。

（4）施入硝酸盐，可使土壤内汞化合物的甲基化过程减弱，因高浓度的硝酸盐能抑制甲基化微生物的生长，从而减少汞向作物体内的迁移及毒害。

（5）施用磷肥，由于汞的正磷酸盐比其氢氧化物或碳酸盐的溶解度小，所以施用磷肥也是降低土壤中汞化合物毒害作用的一种有效办法。

2.镉污染的防治

土壤镉污染的防治对策重点在于防，而不在于治。因为进入土壤中的镉，由于土壤的强吸附作用，常常积累于土壤表层，而很少发生输出迁移，也不可能像有机污染那样可能发生降解作用。主要对策如下：

（1）采用客土法或换土法，使高背景或污染区土壤中镉的浓度下降，但这种措施的经济支出太高，故只适用于小面积严重污染土壤的治理。

（2）在土壤中加入石灰性物质，提高土壤环境的pH，使镉生成不易被植物吸收的Cd（OH）3或CdCO3沉淀，此法较适合在旱田条件下使用。

（3）在土壤中使用促进还原的有机物，使土壤中的镉与土壤中的硫生成CdS沉淀。

（4）在土壤中施加磷酸盐类物质，使之生成磷酸镉沉淀，在水田条件下更重要。

（5）种植富集镉的植物如苋科植物，以吸收污染土壤中的镉，但应注意植物残体的处理。

3.铅污染的防治

铅在土壤中的迁移性较差，进入土壤中的铅主要累积于土壤表层。土壤中铅的污染主要是通过空气、水等介质形成的二次污染。对于已污染的土壤，应根据污染程度及土地利用类型，采取相应的治理措施，主要措施如下：

（1）采取客土法或换土法，有效的改善或消除铅污染。

（2）种植某些非食用但可富集铅的植物，以逐渐降低土壤中铅的污染程度。

（3）提高土壤的pH，当pH>6时，重金属离子很易被黏土矿物吸附而阻止植物对铅的吸收。

（4）在铅污染的土壤中施用钙、镁及磷肥等改良剂，以降低土壤中铅的活性，减少作物对铅的吸收。

4.铬污染的防治

（1）在Cr3+污染的土壤中，施用石灰石、硅酸钙或磷肥等调节土壤呈微碱性，使铬形成Cr(OH)3状态而加以固定，可减少铬对作物的危害。

（2）施用有机肥，使土壤处于还原环境，有效减轻或消除六价铬对植物的危害。 另外，有机肥能够通过吸附作用．降低六价铬对植物的毒害

（3）选择种植非食用植物，利用植物累积铬的作用净化污染的土壤。

（4）实行水旱轮作是轻度铬污染的有效改良措施。水旱轮作使土壤pH增高，EC值下降，有利于铬的吸附固定．从而降低土壤中铬的含量。

5.砷污染的防治

（1）施加砷的吸附剂，提高土壤对砷的吸附能力，降低砷的活性，从而避免砷害。

（2）在土壤中施加硫粉，降低土壤pH，加强土壤排水，可提高土壤固砷的能力，降低砷的活性，从而避免砷害。

（3）在土壤中施加各种铁、铝、钙和镁的化合物，可使砷生成不溶性物质而加以固定从而降低砷的活性。

（4）采用客土、深耕，利用增加低砷土壤的手段，稀释含砷土壤中的砷含量，降低砷的污染。 [2]

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