我国土壤和农作物重金属污染现状及转化规律

孙 树

我国土壤和农作物重金属污染现状及转化规律

孙 树

(淮北市环境保护局,安徽淮北 235000)

各类调查研究表明,我国土壤和农作物重金属污染现状令人堪忧,农用土壤和农作物重金属污染主要是以Pb、Cd、Hg、Cu、Zn五种元素为主,其污染程度与人口密度和周边工业环境有密切关系。必须采取措施来控制、减缓污染,以造福人类健康。

重金属;土壤;植物;转化

重金属污染已经成为全球性的环境问题,严重影响到了人们的生活和身体健康。日本水污染的“水误病”事件、汞污染的“骨痛病”事件都是因消费者长期食用受汞污染的食品所致。重金属对人类健康的危害很多时候是通过其对土壤及农作物的污染这一途径,污染土壤的污染源主要来自工业三废和农药、化肥。污染物可通过灌溉水进入土壤,也可通过大气污染、空中的颗粒物(含重金属和致癌物质等)干湿沉降地面造成土壤污染,并随着时间的推移,农田表层土壤铜、锌、铅等重金属含量有增加的趋势。因此,了解和研究我国土壤和农产品的重金属污染状况及重金属的转化有十分重要的意义。

1 我国土壤和农作物重金属污染现状

土壤是环境的重要组成部分,农用土壤是受人类活动强烈影响的一类特殊土壤,其环境质量与人们的身体健康密切相关。在土壤——植物系统中,重金属污染具有多源性、隐蔽性。在个别区域,出现过某些重金属元素的严重富集,它类似岛屿现象。

李秀兰等人2003年至2004年对上海宝山区蔬菜进行的采样分析表明:上海市蔬菜已经受到重金属污染,尤其以Pb和Cd最为严重,分别超标81.97%和54.1%。刘重苋等人的调查则表明:在成都地区,重金属除Cr以外,其它元素的含量都高于背景值,且人口密集区高于郊区。陈亚华等人报道,南京地区农田有12%的土壤Pb、56%的土壤Cu、18%的土壤Zn和58%的土壤Cd总量超过国家土壤环境质量二级标准限。这些调查同时也表明,我国农产品重金属污染以Pb、Cd、Hg、Cu、Zn五种元素为主。

另外,其他特殊土壤类型的重金属污染也具有各自的特点。

王贵荣、邓伟妮、姚锐的研究表明:矸石样与土样中Cr、Cu、Cd、Zn四种重金属的含量均高于当地的土壤本底值,煤矸石的堆放使得周边耕作层受到了不同程度的重金属污染;随着距矸石堆距离的增大,土壤中重金属含量逐渐减小。刘世梁等以纵向岭谷区景洪—思茅段公路沿线为研究区研究区路域土壤重金属污染的空间分异特征及其主要的影响因子,结果表明:公路沿线不同土地利用类型下土壤重金属元素的含量存在较大的差异,但不同类型下含量的变化趋势较为一致,除了p H值、总钾、总磷和重金属关系较为密切外,研究区其它土壤养分和重金属之间的含量相关不显著,重金属元素含量之间相关性显著,表明该段道路重金属污染具有同源性,即来自道路,距公路的距离对重金属含量影响较大,农田土壤重金属含量随距离公路增加逐渐降低。王开峰等人研究发现:长期施用有机肥加大了稻田土壤受重金属污染的风险。仅施化肥对土壤Zn,Cu,Cd和Pb全量、有效态含量及活化率的影响均较小,而中、高量有机肥处理明显提高了重金属元素的全量、有效态含量及活化率。且高量有机肥处理下其增幅最大。有机肥的“激活”效应是导致土壤有效态重金属含量大幅提高的主要机制。钟晓兰等人研究了土壤重金属的生物有效性与不同功能区、不同土壤类型不同成土母质存在密切的关系,Cd、Cu、Ni、Pb、Co以冶金电镀区最高,Cr以化工区最高,Zn以菜地区最高。不同土壤类型中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的生物有效性均表现为乌栅土>青泥土>黄泥土。不同母质发育的土壤上重金属生物有效性则表现为江海沉积物最高,湖相沉积物最低,且成土母质对土壤重金属的生物有效性的影响程度要大于土壤类型。李静,谢正苗等研究了锌矿区周边土壤重金属污染状况,结果表明,土壤中Pb、Zn、Cd、Cu的平均含量都表现为Pb> >Zn>>Cu>>Cd;土壤中重金属Pb、Zn、Cd、Cu含量所引起的成人与儿童平均个人风险均是Pb>>Cd>Cu >Zn;儿童比成人更易受到土壤重金属的影响,健康危害风险是成人的3倍左右。

2 土壤——植物系统中重金属迁移转化的规律及其影响因素

2.1 土壤中重金属的赋存形态

土壤重金属污染的严重性及重金属在土壤中的环境行为并不完全取决于其总量,而取决于其化学形态。重金属进入土壤后,通过溶解—沉淀、吸附—解吸、络合等各种物理化学反应,形成不同的化学形态。重金属在土壤中的迁移和传输都是以一定的形态进行的,其生物有效性也与存在形态密切相关。通常以萃取法探讨重金属的化学型态,并间接评估重金属在环境的植物有效性,其中大多数改进的萃取法都是基于Tessier提出的方法。欧盟参比司将土壤中重金属分离为四种化学型态:酸可提取态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态。不同形态的重金属,其活性和毒性均有差异。土壤中重金属的形态以稳定的残渣态为主,酸可提取态的比例较小,但不同元素之间,不同功能区之间各种形态所占比例有很大差异。另外,随着重金属的积累,土壤的各形态重金属数量增加,其组成也发生相应变化,其中酸可提取态的重金属比例近年来有上升趋势,而残渣态的重金属比例呈下降趋势。

重金属在土壤中以不同形态存在,其活性随其不同形态有较大的差别,如果活性态重金属比例高,则表明土壤的缓冲能力低,重金属对环境影响的风险大。残渣态重金属在自然环境中很难被释出几乎不具生物有效性,因此常将非残渣态总量可以作为活性态重金属的一种指标。

2.2 金属元素和营养元素之间的交互作用

一般来说,土壤中重金属活动性越强,越容易向植物体内迁移转化。而影响重金属活性最主要的是土壤的p H值,由于土壤胶体一般带负电荷,而金属离子带正电荷,所以土壤p H越低,重金属被解吸的越多,其活动性就越强,越容易往植物体内迁移。但也有例外,陈国斌发现p H升高则土壤溶液中的总As浓度增大。

除p H外,某些元素也影响着重金属的迁移活动,具体表现为交互作用。我们把土壤——植物这一体系中的一种元素对另一种元素、一种元素对另多种元素或多种元素对多种元素的影响称为这种体系中多元素之间的交互作用。即一种元素或多种元素含量的变化可以引起其余多种元素或一种元素在这一体系中的迁移和转化。一般来讲,在一个系统中,总会有交互作用的现象出现,土壤——植物体系作为一个系统也不例外,而且这种交互作用是隐蔽的。一方面,它表现为土壤中某种元素的存在可能抑制植物对另一种元素的吸收,例如,植物容易吸收离子态的Ni,Cu、Zn离子浓度高时,就会抑制植物对Ni的吸收。Oliver等在澳大利亚南部的临界缺锌和严重缺锌的土壤中施加Zn肥,生长的小麦籽粒中Cd的质量分数比未施Zn的降低了约50%。相反,另一方面是某种元素的存在可能促进作物对另一种元素的吸收。例如大量K的存在会促进作物对Mn和吸收。

此外,土壤Eh值、土壤物质的化学组成、土壤质地、土壤重金属元素含量与水溶态含量、施肥对重金属元素迁移也有影响。在植物的不同部位,重金属被吸收的难易程度也会发生一定的变化,如小麦根中重金属的富集系数的顺序为Cd>Cu>Pb>Zn;茎富集能力是Cd>Cu>Zn> Pb;叶片富集能力是Cd>Cu>Pb>Zn。且从对单一金属来讲,植物不同部位吸收顺序一般为根—茎—颖壳—籽实。

3 结论

由文献而看,我国大部分地区基本上都存在重金属污染问题,而且在工业城市和人口密度大的区域尤为严重,在某些特殊地区也尤为突出。如:矿山冶金区域、采煤石化区域、公路铁路路域等。我们必须要采取一定的措施并出台相关政策来控制重金属污染。我们可以从以下几个方面考虑减缓土壤重金属污染:

全面调查我国土壤重金属污染含量、分布和来源,建立综合的土壤数据库;研究土壤污染的生物效应和人体健康风险评价;通过模拟实验和野外采样相结合的手段研究金属元素与营养元素之间的交互作用,以期达到利用施加某一种元素肥料来控制重金属元素的迁移转化和生物有效性的目的;鼓励施有机肥,提高土壤对重金属的缓冲性,调整种植结构,大力加强无公害蔬菜基地的建设;严格控制开山采矿、冶金石化中的重金属对土壤的污染;严格控制因人口过多、工业发展对土壤环境的影响。严格确保使用无铅汽油,等等。协调经济与环境的关系不仅是对我国经济社会发展有利,更是为了保证人民及其子孙后代的健康。

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责任编辑:之 者

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孙树(19782),男,安徽肥东人,淮北市环境保护局助理工程师。