关于土壤中重金属污染的研究

周游

摘   要：土壤与人是对立统一体，人类在利用和改造土壤环境的过程中，对土壤影响的性质和程度是不同的。随着社会经济和科学技术的快速发展，“三废”的不断排放与积累，输入土壤的有毒有害物质不断增加，其中重金属的污染表现尤为突出。笔者从事多年的环境管理工作，总结土壤中重金属污染的相关经验：重金属的来源、特点、迁移及有效性，这些内容是土壤重金属污染评估和修复方法选择的重要依据。

关键词：土壤重金属污染  重金属危害  迁移转化  有效性

中图分类号：X53                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0125-02

1  土壤重金属污染的主要来源及危害

目前土壤中常见的重金属主要有Cu、Cd、Cr、Pb、Zn、Hg、As、Ni8种，其主要来源于金属冶炼、矿产企业、电镀、染料与印染、金属制品生产、农药化肥等工业废气、废水、废渣。工业三废的排放和农业生产中农药化肥的不合理利用使得重金属污染一直没有得到有效的治理。重金属污染在近年来越来越受到关注，其中土壤重金属污染是最为显著的。重金属污染在土壤系统中的循环方式如下图1。大气中的重金属主要源于工业生产、运输和工业材料的生产过程，大气沉降与雨淋的结合使得重金属进行了转移，进入土壤积累。

重金属污染影响主要体现在其对植物、人畜、土壤微生物方面，其累积效应对植物、人畜、土壤微生物会产生严重的危害。在近些年频繁发生，根据环保部统计，仅2009年就接到12起重金属、类金属污染事件，使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件。

2  土壤重金属污染的研究

2.1 土壤重金属污染的特点及形态

当有毒重金属进入土壤后，通过生物链作用、能量交换过程中很难从土壤中快速迁移。由于重金屬污染物容易形成沉积，产生长期积累效应，使得土壤生态本身的缓冲和自净作用很难将重金属降解和转移。随着时间的累积，重金属不断增多，最终会超过土壤容纳的阈值，对土壤生态系统、功能、质量产生不良影响。

土壤重金属元素在土壤剖面中的垂直迁移分布主要受到金属元素本身的化学性质和土壤的理化性质的影响。由于受到土壤中无机及有机胶体对金属阳离子的吸附、代换、配合和生物富集作用，重金属污染物在土壤中的迁移能力较差，大部分会被固定在土壤中的耕作层，不易被迁移至46cm以下的土壤中，且在土壤的剖面分布中呈自上而下递减的趋势。

大多数重金属都是过渡性元素，有独特的电子层结构，所以具有一些特殊的物理化学特性，这些特性影响了重金属在土壤中的多变的溶解特性、土壤环境迁移特性等。重金属主要的物理化学特性如下所示。

（1）具有可变价态，在土壤中容易产生氧化还原反应。不同价态的重金属离子的活性和毒性都存在较大差异，导致了重金属污染的复杂性和多样性。

（2）容易在土壤环境中发生水解反应，还能与土壤中的无机酸发生反应，形成的化合物的溶度积都很小，导致了重金属形成沉积不易迁移，危害转移扩大的风险低，但是危害周期较长，危害程度大。

（3）作为中心离子，能够接受多种孤对电子生成配位络合物，还可与有机物结合生成螯合物。重金属盐的溶解度低，其转化的络合物和螯合物增加了其在土壤中转移的风险。

（4）迁移转化形式多，重金属在土壤中的迁移转化过程近乎囊括了所有已知的物理化学过程。

（5）金属离子的物理化学行为大多具有可逆性，土壤重金属离子的物理化学行为多数具有可逆性，属于缓冲型污染物。

2.2 土壤重金属的迁移转化

进入土壤后重金属将被一系列复杂的化学反应和物理与生物过程所控制。当重金属进入土壤后，最初的可动性依赖于其来源的形态。形态不同，进入土壤中的金属离子的形态和总量也有很大区别，并直接影响中重金属在土壤中的迁移、转化及植物效应。土壤中重金属的迁移转化主要有物理迁移、物理化学迁移、生物迁移等。

（1）物理迁移。

物理迁移是在重金属不改变自身的化学性质和总量的情况下进行的迁移，如溶于水的重金属离子或螯合物可以随着水体流动迁移到其他地方。土壤中的水流速度和重金属离子在土壤中的阻滞系数决定了重金属在土壤中迁移的速度，可以用如下公式进行算。

式中：Vme表示土壤中重金属离子迁移速度（距离/时间）;Vw表示土壤水流速度（距离/时间）;Rd是离子分布常数，Qi其该土壤胶体的等温吸附量，Ci为该土壤平衡溶液浓度，w%为土壤中水的含量百分比;1/（Rd+1）表示该重金属在土壤中迁移是的阻滞系数。

由此分析可以看到，土壤中重金属移动的速度与土壤溶液浓度和土地含水量呈正相关，与土壤胶体的吸附量呈负相关。

（2）物理化学迁移。

物理化学迁移是指土壤胶体对土壤中重金属的吸附，胶体吸附分为非专性吸附和专性吸附。非专业吸附是由于胶体所带电荷与重金属不同，而产生的吸附作用，这种吸附非常容易被解吸或被水洗出。专业吸附是对重金属离子的深度吸附，被吸附的阴离子进入到了胶体双层的内层，因此又被成为配位体交换。

（3）生物迁移。

植物吸收土壤中的重金属离子，并在体内积累;动物通过食用污染的植物，重金属进一步转移;受污染动物的排泄、受污染的动植物死亡后的残体在土壤表面腐败分解后，被吸收的重金属重新回到土壤环境中。整个循环过程就是重金属的生物迁移动态平衡的过程。

2.3 土壤重金属有效性及提取

重金属的有效性不仅仅包括土壤中重金属的总量，还要具有生物有效性并且理化性质活泼的那部分重金属。生物有效性是重金属元素在生物体内的吸收、积累或毒性程度。利用萃取剂提取出来的有效态可以用来评估土壤重金属的有效性，表示的是元素有效态与植物对重金属的吸收呈正相关。浸提法的应用有一次浸提法和连续浸提法，是采用某种适当组成与组成的试验溶液（一种或几种试剂）按照一定的土壤比进行浸提，浸提一次;或者采用不同的试剂溶液（浸提能力是依次加强的）按照一定的顺序依次浸提，然后测量浸提液中重金属的含量。根据萃取剂的不同，可以分为酸试剂浸提法、螯合剂浸提法、中性盐和缓冲试剂浸提法以及微乳液浸提法。由于萃取剂对重金属的萃取效果不同，因此选择萃取剂之前，需要进行培养实验加以统计检验，确定萃取剂与重金属之间有良好的相关性，才可选用萃取试剂。

3  结语

土壤重金属污染具有难降解、隐蔽性强、难扩散的特点，所以重金属污染一般持续周期长、危害严重。当发现重金属污染时，一般其危害已经持续一定的时间。土壤重金属污染来源和危害的分析，能够为重金属污染物检测提供检测依据，准确检测土壤中重金属的有效性，是进一步从源头控制重金属的污染和产生重金属污染场地修复工作的重要依据。

参考文献

[1] 何军良，祝亚平，朱密，等.土壤中重金属污染的植物修复强化技术概览[J].安全与环境工程，2019（1）：58-63.

[2] 祝培甜.农用地土壤重金属分布特征及风险评价[D].中国地质大学，2017.

[3] 蒋煜峰，胡雪菲，Uwamungu Jean Yves，等.典型工业区土壤重金属污染特征及生物有效性研究[J].环境科学与技术，2015，38（7）：58-64.