土壤重金属污染现状、原因、危害及修复研究

赵　铭

（江苏圣泰环境科技股份有限公司江苏南京211100）

土壤重金属污染现状、原因、危害及修复研究

赵铭

（江苏圣泰环境科技股份有限公司江苏南京211100）

土壤重金属污染治理是一个全球性难题。我国土壤重金属污染现状较为严峻，导致土壤重金属污染的原因复杂，土壤重金属污染不仅危害作物的生长，降低作物产量，也会对人的健康构成威胁，加强土壤重金属修复迫在眉睫。本文通过当前我国土壤重金属污染现状、原因的分析，提出了常见的几种土壤修复技术，并就不同技术的优势和不足进行了讨论，旨在为进一步完善土壤重金属污染修复技术提供理论支撑。

土壤重金属污染；现状；成因；修复

土壤是重要的资源，是保障人类生存繁衍的主要自然资源之一，在满足人类社会发展方面发挥着重要作用。但是，近年来，随着经济社会的快速发展，工业化、城镇化进程的加快，大量农药、化肥以及农资的生产和过量使用，进一步加剧了土壤污染，尤其是土壤中的重金属污染。土壤重金属污染源复杂，后期处理难度大，成为一个世界性难题。重金属蔬菜、“镉大米”等诸多食品安全事件频发，有毒有害物质随着农产品进入到了人类的食物链，已经对人类的健康构成威胁。尤其是在经济十分发达的东部沿海地区，以及以前的老工业基地，大量的土壤重金属污染已经成为制约了当地经济社会的发展的一个重要影响因素。在我国，中东部部分经济发达地区，以及长三角、珠三角和东北老工业基地周边的土壤重金属污染现象十分突出，“镉大米”等环境事件的频发，也折射出土壤污染治理成为了迫在眉睫需要解决的时候了，需要相关部门进一步加强土壤重金属污染预防和修复工作。

1　土壤重金属污染现状

2005～2013年12月，我国开展了第一次全国土壤污染状况调查。根据2014年环保部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》公布的结果来看，我国的土壤环境状况整体形势较为严峻，尤其是土壤重金属污染较为严重，在一些工矿废弃周边的土壤重金属污染问题尤为突出，在全国16.1%的土壤总超标率中，轻微超标的占到了11.2%，轻度超标的为2.3%，中度以上的超标情况占到了2.6%。具体来说，我国土壤重金属污染现状呈现出如下特点。

1.1重金属超标情况

据统计，我国土壤受到镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000×104hm2，约占整个耕地面积的1/5，我国每年因重金属污染而减少的粮食产量在1000多万吨。在首次全国土壤污染状况调查的结果来看（见表1），在19%的超标点位中，轻微污染的点位占到14.65%，轻度污染的点位有2.23%，中度和重度污染的点位分别为1.24%、0.88%。由此可见，在受调查的土壤中，轻微污染占据了大多。从污染物类型来看，超标的重金属污染物超标点位中镉、汞、铜、铅、铬、锌、镍的超标比例中镉的超标点位最多，镍次之，占比4.8%，锌的超标率最低。具体情况为镉＞镍＞铜＞汞＞铅＞铬＞锌。

表1　污染物超标情况

1.2重金属超标分布

从公布的土壤重金属污染的地域分布情况来看，我国土壤重金属污染超标整体呈现出的特点是北方土壤重金属污染要轻于南方发达地区，东北老工业基地、珠三角、长三角等经济发达地区的土壤重金属污染超标要明显高于西部地区。在土壤重金属超标的范围来看，西南以及中南等矿种富集地区的土壤重金属污染范围较大。

1.3重金属污染典型区域

从《全国土壤污染状况调查公报》公布的结果来看，我国土壤重金属污染中较为典型的地区主要集中在企业用地、工业园区以及部分采矿区和公路的沿线两侧等等。在公布的重金属污染情况来看，排在前三位的分别是重污染企业用地、工业废弃地和采矿区，这三个典型地块的土壤重金属污染的超标率分别达到了36.3%、34.9%和33%。

2　土壤重金属污染原因及危害

土壤重金属污染除自然因素外，还与现代工矿业和农业的生产以及人类的活动影响有关，是造成土壤重金属污染的主要原因[1]。从环保部和国土资源部公布的调查的结果来看，我国土壤环境状况总的来看，不容乐观，尤其是一些老工业基地和采矿地区的土壤重金属污染较重，土壤环境问题较为突出。

2.1土壤重金属污染成因分析

从土壤重金属的污染成因来看，一些大型工矿业较为集中地区的土壤重金属污染或重金属超标现象十分突出。（1）工矿企业的无序开采。一些工矿企业过于追求经济效益，环保相关设施投入不足，一些设备往往成为摆设，没有充分的加以利用。此外，工矿企业在生产过程中所产生的大量污水、尾矿渣和粉尘等未经处理，便直接排入到周边的土壤中，这些尾矿渣等富含较多的重金属元素，加剧了周边的土壤重金属污染程度。（2）农用物资的不合理施用。施用含有铅、汞、镉、砷等得农药和不合理施用化肥，都是导致土壤重金属污染的重要因素之一。一般过磷酸盐中含有较多的重金属汞、铜、锌、铅等，磷肥次之，其中氮肥的含铅量较高。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有铜和铅，在大量施用塑料大棚和地膜过程中会加剧土壤重金属污染。（3）高背景值地区的土壤重金属超标。金属矿山的开采、冶炼，以及重金属尾矿、冶炼废渣和废渣的堆放等，随着矿山排水和降雨带入水环境或直接排入土壤，直接或间接地造成土壤重金属污染。比如云南、贵州、广西土壤中，镉、铅、锌、铜、砷等背景值远远高于全国土壤的背景值。这些地区主要是重金属含量高的岩石，比如石灰岩、喀斯特地区，在风化过程中释放的重金属富集于土壤而产生。

2.2土壤重金属污染危害

土壤重金属污染具有长期性、隐匿性、难消逝、不可逆等特点，受污染的重金属在土壤中移动性差，滞留时间长，此外，重金属难以被微生物降解，一旦经水、植物等介质后，被动植物吸收后容易进入到人类的食物链中，影响人类的身体健康。具体来看，土壤重金属污染的危害主要表现在：（1）影响作物的生长。重金属在土壤-作物系统中迁移直接影响到作物的生理生化和生长发育，影响作物的产量和品质。比如镉是危害植物生长的有毒元素，土壤中如果镉过高，会破坏植物叶片的叶绿素结构，减少根系对水分和养分的吸收，抑制根系生长，造成植物生理障碍而降低产量。（2）影响人的健康安全。重金属通过食物链最终危害人类健康。比如：镉的生物毒性显著，会给人体带来高血压、心脑血管疾病、肾功能失调等一系列问题。汞食入人体后直接沉入肝脏，对大脑视力神经破坏极大。

3　常见的土壤重金属污染修复方法

我国是在1982年对主要类型的土壤环境容量进行过初步研究，提出土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分异规律和分区等。目前，各国都十分重视对土壤重金属修复技术方法的研究。

3.1工程治理法

工程治理法是指利用物理或物理化学原理进行土壤重金属污染治理的方法。目前，属于工程治理法主要有淋洗法、热处理法、电解法等等。工程治理法处理土壤重金属具有效果彻底、工艺稳定等优点，不足之处是实施较为复杂、治理费用高，容易降低土壤肥力。

图1　淋洗法

3.2生物治理法

生物治理法是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良土壤重金属污染。生物治理法中常用到的方法有动物、微生物和植物治理。例如，利用蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属。植物治理则是利用植物对重金属的忍耐和积累达到清楚土壤重金属污染效果，例如选择使用印度芥菜可以在含有Cu、Pb、Zn等土壤条件下生长，可对其中的铜离子、锌等具有很好的富集效果。生物治理具有投资少、易管理，对环境的破坏小等诸多优势，但不足之处是治理慢等。

表2　常见吸附土壤重金属植物

.3化学治理法

化学治理是向污染的土壤中投入改良剂、抑制剂等化学物质，增加土壤中的有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，从而改变土壤的pH、Eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀和吸附、抑制、拮抗等作用，以实现降低土壤中的重金属效果。例如向土壤中投放钢渣，它在土壤中容易被氧化成铁的氧化物，对铜、锂、锌等离子具有很好的吸附、共沉淀作用，实现固定金属效果，沈阳张士污灌区大面积石灰改良，在每公顷土壤中投入1500kg～1875kg的石灰，含镉量下降了50%。

图2　化学修复法

4　结语

（1）工程、物理化学法在土壤重金属污染修复中具有成本高，破坏土壤本身结构，对环境的扰动较大且易造成二次污染等局限性，导致这类方法在实际应用中具有一定的局限性。（2）生态修复具有周期长，效果不显著等缺陷。但是植物修复法作为新兴的绿色、生态、高效的修复技术得到了各界认可，具有良好的发展前景，下一阶段作为植物修复技术关键的超富集植物的筛选及培育将是研究土壤重金属污染治理的热点和关键[2]。

在生物修复法中，植物的筛选、目标植物的生物量和修复的时间都将成为限制其发展的关键问题。由于污染的伴生性，对复合污染的修复效率及农用土壤的修复都将受到一定的束缚。而农业工程的深耕则会破坏土壤的自然性状。目前普遍采用物理化学处理方法是向被污染土壤添加一些钝化修复剂，降低重金属在土壤中的有效浓度或改变其氧化还原状态，从而有效较低其迁移性、毒性及生物有效性，最终实现降低土壤重金属含量，实现土壤修复的预期效果。

[1]赵美微,塔莉,李萍.土壤重金属污染及其预防、修复研究[J].环境科学与管理,2007,32（6）：70-72.

[2]陈婧,王博,郭昱言,等.土壤重金属污染及其修复技术研究[J].中国环境管理干部学院学报,2010,20（5）66-67.

赵铭（1981—），男，汉，江苏南京人，硕士研究生，工程师，主要从事水污染工程、土壤修复工程、环境影响评价研究。