浅析污灌区重金属污染现状

李军

（阳泉市环境监测站 山西 阳泉 045000）

污水灌溉在世界各地具有悠久的历史。最早将污水作为灌溉使用可追溯到古希腊时代的雅典。生活和应用工业污水在进行农业灌溉方面在世界上已有将近百年的历史，很多国家的污水灌溉技术已趋成熟。

随着工业化，城市化进程的加快，污水排放量不断增加，我国的污水灌溉得到了迅速的发展，从地理位置上看，我国的污水灌溉农田主要分布着水资源严重短缺的北方一带，尤其是黄、淮、辽、海几大流域，大约站了全国污水灌溉总面积的十分之八。从农业利用特点上看，这些污水灌溉区都属于水肥并重区。除此以外，青藏高原以东和淮河、秦岭以南是我国污水灌溉区中的重肥污水灌溉区。

我国西北部黄土高原上有着面积广大的石灰性土壤（包括山西省）。该地区的农业土壤都比较贫瘠，有机质含量低。合理地将生活污水进行农业资源化利用，既可以解决其处置问题，又可以使其成为改良、培肥中低产田的有机肥来源。因此，通过研究生活及生产污水中重金属元素进入石灰性土壤后的形态和生物有效性的变化，在施用量和连续使用的年限上为石灰性土壤合理利用生活及生产污水提供科学依据，具有极大的现实意义和应用价值。

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉等使重金属在土壤中积累。

重金属形态是指重金属的价态、化合态、结合态和结构态四个方面，即某一重金属元素在环境中以某种离子或分子存在的实际形式。重金属会因形态中的一个或几个方面不同而表现出不同的的环境行为和毒性。

当元素含量超过土壤的负荷能力时将对生物有一定的毒害作用。而重金属元素在土壤中的转化、迁移以及对环境的影响和对植被的毒害程度，除与重金属在土壤中的含量有关外，还与重金属的存在形态哟哟很大的关系。重金属在土壤中的存在形态不同，活性和毒性以及迁移特征也不同。污染重金属化合物的类型对其生态效应有着明显的影响。当土壤中所含化合物的类型不同时，由于这些化合物本身的差异和土壤交互作用的不同，因而产生的生物效应有可能不一样。因此，单单测出土壤中重金属总的含量有其一定的局限性。土壤重金属形态分析能够在一定程度上反映自然和人为作用对土壤中重金属来源的贡献，并反映重金属的生物毒性。

土壤中重金属是否富集可以通过重金属的总量分析给出，但是总量分析不能说明元素在土壤中的迁移能力、赋存状态和植物吸收情况的有效性，且不能作为标准来评估它们对生物的影响。因为重金属在土壤中的存在的方式和联系不同，所以导致形成了形态不同的重金属，从而使金属的生物利用率和移动性受到了影响，表现出不同的生物毒性和活性。重金属在土壤中的形态处在不同能量状态下，所以它们对生物的有效性和活性是不一样的。这种特性可以通过它们和植物体内的累积量来比较获得或者通过间接的毒性数据来进行评价。

重金属的生物有效性是受土壤类型、性质和生物类型以及重金属之间的相互作用等环境因素影响的。也就是说凡是会影响重金属在土壤中分布的因素都会影响到生物的有效性。研究结果表明，交换态重金属是植物可吸收利用的主要形态，而Cd比Ni、Pb、Cu、Zn等元素在更容易被吸收利用，如果它因被植物吸收而减少，便会从其他形态来进行补充。非残留态重金属在一定条件下也可以被植物所吸收利用，但因土壤和重金属的种类而异。

影响土壤中重金属的生物有效性的因素主要有以下几方面：

1土壤类型性和土壤性质。一般情况下，交换态重金属在越粘重的土壤中越低，而残留态较高，所以其生物有效性越低。用Sposito提取方法研究，结果认为：对黑麦幼苗的吸收量贡献最大的是吸附态和交换态的Cd和Pb，有机结合态下Cd、Pb是对植物潜在有效的形态。研究3种紫色土显示：在弱结合或者碳酸盐结合态Pb含量比较高的土壤中，铅对水稻的影响大；交换态的Cb和Pb在石灰性土壤中对油菜干物的重影响最大；铁锰氧化物结合态和碳酸盐结合态是对油菜吸收Cd和Pb贡献最大的形态。土壤的PH值和重金属的生物有效性是密切相关的。大多数情况下，重金属的生物有效性会随着PH值的降低而增加。土壤中有机物质的含量对重金属的毒性大小有着重要的影响。因为重金属离子的络合作用而使有机质含量丰富的土壤中的重金属含量降低了，毒性也相应减小了，但这只是暂时的，因为有机结合态可以转化为变换态再次被植物吸收。

2重金属在土壤中的交互作用。土壤生态系统中一般会存在多种不同重金属污染物，当发生复合污染时，它们之间就会产生交互作用。所以，当对样品进行生物毒性测试时，元素间的交互作用比单一元素更具实际价值。大量研究结果表明，重金属间的交互作用在不同浓度下对植物吸收的影响是不同的。如Cd、Zn共存对植物吸收Cd、Zn均有影响，高浓度Zn抑制Cd吸收，高浓度Cd促进Zn吸收。同时不同植物类型下的重金属交互作用的表现也不相同。目前，土壤中的重金属对生物有效性影响的研究及其在复合污染条件下的形态分析还处于初级阶段。林琦等研究发现，Cd-Pb复合使水稻根际、非根际交换态镉都有所增加，并且随着铅浓度的增加而增加，而有机结合态则相反。Cd和Pb共存比单因素存在的情况下的有机结合态Cd要低很多。

3根际环境和植物种类。重金属在非根际和根际环境中化学形态的含量和分布在植物根系分泌物的影响下是有所差异的。一般情况下，根际活动可以活化重金属以促进其生物有效性。也有人认为根际可能存在使生物有效性降低的机制，这种机制是由碳酸盐结合态和交换态向铁锰氧化物结合态转化而成的。植物吸收主要影响根际土壤交换态Cu和碳酸盐结合态Cu和Zn的变化，而Cd、Pb形态变化受到的影响并不大。研究不同蔬菜地中Cu、Zn累积差异很大。在相同情况下，油菜地土壤中的Cu的累积低于生菜地土壤，而生菜地土壤中Zn的累积低于油菜地。其中有机结合态Zn和有效态Cu贡献了主要力量。所以，关于植物有效性和土壤中重金属形态的关系研究结果目前还有所不同。但基本上已可得出交换态重金属最易被植物吸收，且植物对重金属最敏感。原因在于除了连续提取方法有所不同外，土壤的类型、基本理化性质和栽培作物的不同也很重要，且植物吸收土壤中的重金属是一个复杂、综合的过程。

重金属在土壤中不易随水淋滤，不能被微生物分解，相反地生物体可以富集重金属，造成重金属在土壤环境中的大量积累，而土壤中重金属元素的迁移、转化，除了与土壤中重金属的含量有关外，与重金属在土壤中的存在形态有很大关系，重金属在土壤中不同的存在形态决定了重金属的迁移率和生物利用率，从而使其表现出不同的生物活性与毒性，土壤中的碳酸盐结合态比较容易在土壤中随水溶液和根际分泌物的影响从而被植物吸收或迁移，而PH的变化则比较容易造成队对碳酸盐结合态的影响，城市生活污水PH值较易为酸性而使土壤PH值下降，导致部分碳酸盐结合态重金属溶解出来进入可交换态，从而增加了土壤重金属的毒性和活性。氧化还原电位的改变会影响金属铁锰氧化物结合态含量。有机结合态含量相对都较高，这与土壤中的有机质含量有关。对重金属化学形态的研究将有助于了解重金属在土壤中的分散富集过程，迁移转化规律及其对植物营养和土壤环境的影响，对预测土壤中重金属的临界含量、生物有效性和生物毒性，进而指导农业生产具有重要意义。

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