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土壤重金属污染来源研究综述

   发布时间:2018-01-03   [点击量:499]  


摘 要:土壤重金属污染现象日益严重,受到学者的重视,已成为研究的热点和重要方向。该文在大量查阅相关文献的基础上对土壤重金属污染来源情况进行了综述,可分为农业生产和工业生产2个方面,农业生产包括地膜、施肥和污水灌溉;工业生产包括工业废渣堆放、燃煤电厂和采矿。
  
  关键词:土壤;重金属污染;来源
  
  我国学者对土壤重金属污染现状进行了大规模的调查研究,发现此污染来源范围十分广泛,经进一步分析确定人类在工、农业生产方面的活动是导致重金属进入土壤的重要途径,甚至造成土壤重金属污染。土壤中的重金属在一定条件下可以发生氧化还原反应,受土壤类型及其利用方式,土壤理化性质,土壤胶体的种类与含量的影响,重金属发生价态转化,表现出不同程度的活性和毒性,从而对动植物造成很大的危害[1].本文在充分认识不同来源的土壤重金属污染现状及其危害的基础上进行深入研究,以期更加有效地实施防治措施以保护土壤。
  
  1 农业生产
  
  1.1 地膜 在农业生产上农用地膜因其稳定性得到广泛应用。Cd、Zn、Pb、Ba、Sn等重金属元素的盐类具有热稳定性,在地膜生产过程中作为热稳定剂加入。农用地膜覆盖在作物表层,长期暴露于自然环境条件下,经过阳光照射,风吹雨淋等过程,不断老化至破碎。作物收获后,破碎的地膜遗留在田间土壤,由于其难降解性,随着地膜使用量和使用年限的不断增加,经过长期积累,易造成土壤重金属的污染,对农业生产安全与生态健康构成了严重的威胁[2].相关实验表明,土壤中大量地膜残留会导致重金属Pb、Cd的含量超标,且土壤中重金属Pb、Cd的含量与地膜残留量成正相关。对不同量的地膜残留土壤中生长的植株研究发现,生长在高倍地膜残留量的土壤中植株中Pb和Cd的含量高于生长在低倍残留量的土壤中的植株[2].地膜的使用不但会使得土壤中相关重金属元素含量的增加,而且会改变土壤中重金属元素的生物有效性[2].受协同作用影响,土壤中可交换态的重金属含量增加,对土壤环境安全构成威胁。
  
  相关重金属通过质流、扩散、截获作用到达作物根部,作物通过主动吸收、被动吸收等方式吸收重金属,通过食物链重金属随之进入人体。随着地膜在农业生产上的广泛应用,由于地膜使用而造成的土壤重金属污染现象日益受到重视,地膜中重金属对土壤-作物系统影响的研究将成为一个重要的研究课题。
  
  1.2 施肥 在农业生产中,为达到高产,施肥量日益增加,除了以磷肥为代表的化肥中含有重金属,日益兴起的垃圾肥、污泥肥也是土壤重金属污染的重要来源[3],土壤环境对重金属元素的容量是有限的,受过量、短周期等不合理施肥因素的影响,土壤中重金属迅速富集,甚至污染土壤[3].同时,由于化肥的过量使用导致土壤的酸化,而对处于酸性条件下的土壤重金属离子活性提高,毒性效应则加强。因此,由施肥引起的土壤重金属污染问题受到中外学着的广泛关注[4].
  
  1.2.1 磷肥 由于磷矿石中含有一定量的重金属元素,多数磷矿石含镉5~100mg/kg,在将其用作生产磷肥的原料时,重金属大部分或全部进入肥料中。一方面,施肥导致重金属随进入土壤生态系统。另一方面,氮、磷和有机肥配施后,作物生长明显改善,作物对Cd、Cr的吸收能力增强;土壤中增加的有机质与重金属作用形成络合物,重金属的生物有效性得以提高[5-6].相关研究表明,土壤中有效态Cd的含量受磷肥及复合肥施用量的影响,与肥料用量呈正相关;同时,此环境下生长的作物中Cd元素含量增加。
  
  1.2.2 垃圾肥 生活垃圾堆肥中含有大量的氮、磷、钾等营养元素[7]以及重金属元素,相关成分会随施肥过程进入土壤。由于大量施用垃圾堆肥,重金属在土壤中大量富集甚至土壤承受力达到自身的限度,将导致作物和蔬菜产量减少[8].杨新华等对在连续2年使用垃圾堆肥的土壤中种植的玉米进行研究,发现在玉米籽粒中的重金属含量较低,不会导致玉米产量显着降低或者对人体造成威胁[9].因为土壤中重金属的毒性受存在形态的影响,而存在形态又与土壤理化性质有关,可交换态重金属(迁移能力较强)随pH升高而减少,而碳酸盐结合态铁、锰化合物结合态重金属(迁移能力较弱)随pH升高而增加[10],故在碱性土壤中重金属表现的毒性低于酸性土壤的,而试验区土壤pH恰在8.0左右。对于垃圾肥进行农业推广利用需要针对不同类型的土壤[11],而且考虑到重金属的富集性及难降解性,所以还要进一步对不同类型土壤进行短期及长期肥效实验。
  
  1.2.3 污泥肥 施用污泥堆肥的土壤Cr和Hg含量虽显着增加,但均低于“GB15618-1995(《土壤环境质量标准》)”的一级标准,因而也远远低于农业用地二级标准[11].短期内施入污泥堆肥后,对相关土壤和在施用污泥肥的土壤中收获的作物籽粒进行重金属含量分析[12],结果显示,土壤未受相关重金属的污染。若长期将污泥肥农用是否会造成土壤重金属污染则要考虑污泥肥中重金属的含量[11],还需开展进一步的相关研究。
  
  1.3 污水灌溉 中国是贫水大国之一,同时也是水污染现象较为严重的国家。重金属相关工业生产是污灌水中重金属的来源,不合理的无水灌溉措施为土壤重金属污染埋下隐患。在我国北方地区普遍引污水灌溉农田,以缓解农业用水短缺现象[13],而且污灌能显着提高土壤肥力、促进粮食生产。但与此同时,伴随污灌产生的是各种重金属元素在土壤中富集问题,重金属通过土壤-作物系统迁移和食物链传输作用[14],对人体健康构成严重威胁[15-17].实验表明,土壤受重金属污染的程度受污水灌溉历史的影响,并且距离灌溉渠道愈近受污染现象愈严重及潜在土壤环境风险构成显着影响。鉴于污水灌溉区土壤重金属表现出的较强的生态危害性,应及时采取必要防治措施,调整土壤利用结构,确保农田环境及农产品安全生产[18].
  
  2 工业生产
  
  2.1 工业废渣 工业废渣中富集有大量重金属元素,长期露天堆放于空地上,经过大气沉降、雨雪淋溶、浸透等方式可溶成分随水向土壤迁移转化,致使废渣堆放及其周边地区的土壤受到不同程度的重金属污染[19].对长期堆放工业废渣的周边土壤进行检测发现,Cr、Zn、Pb、Cu等4种重金属含量均高于监测当地土壤背景值1倍以上[13],表明长期堆放的工业废渣经过一系列的迁移转化,会对土壤造成重金属污染。
  
  2.2 燃煤电厂 刘雯等对电厂周围的土壤进行重金属含量及污染程度2项指标的监测,数据显示燃煤电厂周围Cu、Pb、Zn等典型重金属的含量均高于当地土壤背景值[20],且土壤中相关重金属的含量与低频和高频磁化率呈现显着的正相关,与频率磁化率成明显的负相关[21]故提出用磁化率反映土壤中重金属含量,此指标为环境磁学方法监测土壤重金属污染提供科学依据[22].由于环境磁学方法简便、快速,不会对研究土壤造成破坏,成为研究土壤重金属污染问题的新手段[22].利用磁学方法,监测土壤重金属污染的分布、范围、程度和来源,分析污染成因和发展趋势,筛选重金属污染高风险区域[23],为政府部门提供环境管理和士壤污染治理的科学依据。此外,以各种工、农业生产过程等人类活动引起污染的重金属载体磁性氧化铁为中心[24],探索各种成因的重金属污染过程和污染机理、迁移转化规律及其环境行为等,将成为今后研究重点内容[25].
  
  2.3 采矿 矿物中富含有重金属元素,尾矿处理不当会对周边土壤生态系统构成威胁。龙健等通过对矿区微生物(学术界公认的最有潜力的用于评价土壤环境质量的重要指标)特征进行深入研究发现,矿区微生物受重金属污染的影响表现出呼吸速率减弱、qCO2值明显升高、生物量显着降低、酶活性多被抑制的生理现象[26],从而确定了实验所在矿区土壤受到重金属污染的状况。
  
  3 结语
  
  土壤污染现象被形象的描述为“化学定时炸弹”,我国土壤污染日益严重,通过制定相关的法律法规来防范土壤重金属污染,将此项工作步入法制化轨道已是刻不容缓[26].防止污染是防治污染的重要手段,找出一切可能造成土壤重金属污染的途径,从源头上控制污染物的不达标排放,切断污染源,防止重金属对土壤造成污染[1].规范污水灌溉标准,确保灌溉农田用水符合《农田灌溉水质标准》;合理使用化肥、农药和地膜,将农业生产措施规范化管理;对有关重金属的工厂企业的“三废”排放进行严格监控等,建立起“源头监控”的机制,从而有效缓解我国的土壤重金属污染的程度,最终使得土壤重金属污染问题从根本上得到解决[1].

  参考文献

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