土壤重金属污染

土壤重金属的总量和分布形态的影响生物毒性和重金属富集能力的两个主要因素，重金属的分布形态决定了其毒性的大小和转移能力，在重金属重量相同的情况下，其分布的情况不同，对生物和环境的影响也会不同。

农业重金属现状：

当前，我国农业重金属污染整体态势不容乐观，全国约有2000万hm2的耕地不同程度的受到镉、砷、铬、铅等重金属污染，约占耕地总面积的1/5。

2014年，从环保部与国土部联合开展的土壤污染调查结果来看，有19.4%的农业耕地重金属污染点位超标，排在前三位的主要重金属污染物为镉、镍、砷等无机物，其中镉的超标点位占到了7%;从公布的污染类型来看，主要是无机型。

可见，目前农业重金属污染区域较大，较大范围内的土壤受到不同程度的重金属污染，尤其是在工业发达地区，且还呈现出流域性污染趋势。

农业重金属来源：

农业重金属污染主要分为内源性污染和外源性污染，内源性污染主要是指农业在不同自然条件下发育的土壤，且土壤中的重金属污染物超标，其背景值具有较大差异性。如贵州省许多土壤重金属背景值很高，是典型的内源性土壤重金属污染。影响内源性土壤重金属污染的因素主要有地形地貌、成土母质等等。

农业重金属污染的主要类型是外源性污染。即通过污水灌溉、农药化肥施用、大气沉降等外源因素输入，加剧农业中的重金属污染物含量超标。

据统计，每年全球有66万kg左右的镉进入到土壤中，其中因施用化肥而导致的镉污染约占55%左右。农膜在生产中使用了热稳定剂中含有镉、铅，在大量使用塑料大棚和地膜覆盖的农田区域，会造成土壤重金属的污染。

1、重金属超标对植物的危害

土壤中的重金属超标会对植物产生一定的毒害作用，引起株高、主根长度、叶面积等一系列生理特征的改变，重金属超标会引起植物体营养不足，酶的有效性降低。

实验表明重金属超标有抑制植物体对Ca、Mg等矿质元素的吸收和转运的能力。当含Cd废水进人土壤后，逐渐在土壤中累积，在较低浓度时既表现出对植物生长的明显抑制作用，使其生长矮小，根系发育生长不良，叶片失绿，穗小粒空，产量降低。

2、重金属超标对人和动物的危害

外界环境条件的变化如酸雨、某些土壤添加剂等因素提高了土壤中重金属的生物可利用性，使得重金属较容易地为植物吸收利用而进入食物链，对食物链上的生物产生毒害。

人在Pb中毒会出现高级神经机能障碍。严重中毒时，引起血管管壁抗力减低，发生动脉内膜炎、血管痉挛和小动脉硬化。金属Hg进入人体后，会影响能量产生、蛋白质和核酸合成，从而影响细胞正常的功能和生长。

经研究癌与土壤环境中Sn元素质量分数的关系时发现，居住在Sn元素质量分数高的地区的人群癌症死亡率较高。重金属污染对土壤动物群落和多样性构成危害，土壤动物群落的组成与数量随着污染的加重而减少，在重金属超标的土壤中，优势类群与常见类群的类明显减少;重金属超标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少的趋势。

经调查与冲积平原土壤进行比较，发现沙质平原土壤蚯蚓数量明显高于重金属超标的疏浚底泥土壤的蚯蚓数。

3、重金属超标对土壤环境的危害

研究发现，重金属超标会影响微生物种类并导致微生物量下降。重金属超标能明显影响土壤微生物群落，降低土壤微生物量和活性细菌数量。重金属超标有时会引起大量营养的缺乏和酶有效性的降低，重金属超标有抑制植物体对Ca、Mg等矿物质元素的吸收和转运的能力。

Hg对土壤中脲酶有着敏感的抑制作用，当土壤中脲酶明显减少时，可以说明土壤受到Hg的污染。通过室内盆栽实验，得出Cu、Zn、Cd元素都降低土壤中脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性。研究发现Hg、Cd对土壤脲酶活性具有显著的抑制作用。

重金属的毒性的大小是由其重量和形态决定的，所以可以通过减少总含量和改变其形态来修复被污染的土壤，将土壤中的重金属分离后在去除和限制游离的重金属游走是目前最有效地的修复策略，通过这两种策略可以减弱甚至去除重金属的毒性。物理修复、生物修复、化学修复是目前最常用的三类土壤重金属污染修复技术，具体如下：

1、物理修复技术

物理修复是运用物理学的原理和方法将重金属从土壤中分离出来，达到去除的目的。其中淋洗技术、固化-稳定化技术、热解吸技术是常用的物理修复技术。

(1)淋洗技术

用水或是其他溶剂对重金属污染等泥土或是沉积物进行冲洗，使重金属溶解于水或是其他溶剂中，达到去除土壤中重金属的目的，冲洗过后的泥土还可以重复利用，这一项技术易操作，成本低，已经被部分国家广泛应用于工业生产中。

根据土壤中重金属种类，选择具有针对性的淋洗剂，可以提高土壤中重金属的去除率。例如土壤中含有铅和锌较多时，可以在淋洗剂中添加适当的柠檬酸，就可以有效提高重金属的去除率。

采用淋洗技术去除土壤中的重金属，需要大量的水，所以一般的土壤修复厂多靠近水源，淋洗后大量的重金属离子会留在废水，如果废水处理不好，还会对土壤和环境造成二次污染，所以如何对这些含重金属的废水进行处理也是一个待解决的难题。

(2)固化-稳定化技术

采用固化稳定剂将土壤中重金属包被起来或是吸附络合的技术称固化稳定化技术，这种技术可以降低重金属对生物的毒性并保持稳定的状态，而且成本低，所以对大面积的土壤重金属污染进行修复时，常会涉及该技术。

固化稳定剂的选择是土壤中重金属去除的关键，水泥、石灰、沥青等都是常见的固化稳定剂，其中水泥应用得较多，但是此技术只能对重金属进行固化，并不能达到去除的目的，所以要长期对固化的土壤进行监测，确保重金属的处于稳定状态。

(3)热解吸技术

热解吸技术就是将重金属污染的土壤进行加热，当温度上升到一定程度时，土壤中重金属就会挥发从而与土壤分离，再对气态的重金属进行收集，就可以达到去除重金属的目的，通过实验证明，热解吸技术可以大大提高重金属的去除率，提别的是汞、砷等。

但是该技术需要的温度较高，是采用直接或间接的热交换，将重金属污染的土壤加热到一定温度，损耗较高的能量，成本过高。但是目前已有研究者尝试将太阳能应用于该技术中，并已取得初步成效，但是该技术让面临很多难题，如如何对挥发出来的气态重金属进行收集和处理等一系列问题。

2、化学修复技术

运用化学原理或是方法将重金属从土壤中分离或是固定，降低其生物毒性的技术称为化学修复技术，常用的化学修复技术有很多，具体如下：

(1)电动修复技术

将电极插入重金属污染的土壤中，在通电的情况下，重金属离子在电离的作用下发生迁移，想电极靠近，并聚集在电极周围，就可以集中对重金属进行处理，达到去除的目的。该技术最先应用于西方的发达国家，并且得到广泛应用。近年来我国也尝试将该技术应用在铜、锌等重金属的去除方面，而且也取得不错的成效。

电动修复技术见效快，效率高，成本低，被广泛应用于小面积的土壤重金属污染的修复。土壤溶液的pH值是电动修复技术的关键，在修复过程中，根据电离原理，重金属阳离子会不断向电极的阴极靠近，而溶液中的氢氧根离子会与重金属阳离子结合生成沉淀，不利于电离的进行，所以控制好溶液的pH值很关键。

(2)有机质改良修复技术

有机质含有腐殖酸，腐殖酸可以和重金属离子发生螯合或是络合反映，生成难容的盐，降低重金属元素的生物毒性，特别是胡敏酸，可以与多种价态的重金属发生反映，生成稳定的沉淀产物。这是一种有效、低成本、生态化的土壤重金属污染修复技术，在土壤修复方面具有非常重要的意义。

3、生物修复技术

土壤中的部分重金属元素可以被微生物、植物、动物吸收利用，通过代谢的作用，改变重金属的形态，降低重金属的毒性，生物修复技术就是利用这一原理来对土壤重金属污染进行修复，此方法不但成本低而且具有良好的效果，同时还不会造成二次污染，非常具有研究意义。

(1)植物提取修复技术

植物提取修复技术是指植物吸收土壤中的重金属，并富集于体内，收割植物进行统一处理，从而达到去除重金属的目的。不同的植物，对重金属的吸收和富集能力不同，所以选择适合的植物是植物提取修复技术的关键。通过研究和统计，已经发现400多种超级累植物，这类植物可以大量吸收重金属。

(2)微生物修复技术

自然界中，有一部分微生物可以富集重金属，且不会对影响自身的生长，通过代谢作用，改变重金属元素的形态，降低毒性，利用这些微生物可以将土壤中的重金属元素进行收集处理。重金属元素可以在微生物体内发生络合反映生产沉淀，或是与硫化氢发生反映生成硫化物沉淀。

土壤重金属标准值表(单位mg/kg)

级别

一级

二级

三级

土壤pH值

自然背景

6.5

6.5～7.5

7.5

6.5

镉≤

0.20

0.30

0.30

0.60

1.0

汞≤

0.15

0.30

0.50

1.0

1.5

砷 水田≤

15

30

25

20

30

砷 旱地≤

15

40

30

25

40

铜 农田等≤

35

50

100

100

400

铜 果园≤

-

150

200

200

400

铅≤

35

250

300

350

500

铬 水田≤

90

250

300

350

400

铬 旱地≤

90

150

200

250

300

锌≤

100

200

250

300

500

镍≤

40

40

50

60

200

六六六≤

0.05

0.50

1.0

滴滴涕≤

0.05

0.50

1.0

注：①重金属(铬主要是三价)和砷均按元素量计，适用于阳离子交换量 5cmol(+)/kg的土壤，若≤5cmol(+)/kg，其标准值为表内数值的半数。

②六六六为四种异构体总量，滴滴涕为四种衍生物总量。

③水旱轮作地的土壤环境质量标准，砷采用水田值，铬采用旱地值。