我国重金属污染物的分布特征及来源分析

张宝强

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075）

自然界的重金属主要分布在自然界的大气、水体以及土壤中。大气中重金属的浓度已成为评判大气污染程度的重要指标，随着我国经济建设进程的加快，重金属污染会愈发严重。大气中重金属对人体的危害主要体现在两个方面，一是通过呼吸途径直接进入人体，二是重金属颗粒物以迁移扩散的形式在植物叶片中富集，从而通过沉降作用转移到地表土壤以及地表的水体，对地表土壤以及地表水体形成了二次污染，经过长时间的生物化学作用后进入到动植物体内，最终进入人的身体[1]。重金属污染物通过各种形式进入水体内，经过长期的积累，水体中所含有的重金属会不断增加，从而导致水体中的水质受到极大的影响[2]。相关数据表明，目前我国土壤环境中存在较大的污染问题，尤其是土壤重金属污染，已对我国土壤的安全产生了极大的威胁[3]。因此，当前的重金属污染的问题亟待整治解决，早日恢复生态健康。

1 大气重金属

大气重金属是在一定的环境条件下，依靠自身的重力因素自然降落的颗粒物所导致，其所含重金属元素浓度随着季节和时间的改变呈规律性的变化；由于空间的差异导致大气颗粒物的排放量会随着区域的不同而影响其暴露水平；大气颗粒物重金属中所含化学形态不同，影响着其重金属的生物有效性和化学活性，很大程度上决定着大气中所含重金属可能产生的毒害效应；不同的粒径决定着大气颗粒物在空气中的含量，粗粒径的颗粒物含量明显不及细粒径的，大气颗粒物的75﹪～90﹪为细颗粒物。大气中产生的污染物主要由Pb、Cd、As、Cr、Mn、Ni等，主要来源于化石燃料的燃烧、化肥额使用、交通废弃排放以及金属冶炼等，其中化石燃料的燃烧是主要的污染物来源。大气重金属污染较为严重的区域主要分布在我国京津冀、珠江三角洲以及环渤海地区。其中，重金属Cd污染在南方城市较为严重，而Mn污染集中分布于我国的华北和华东地区，其余的4种重金属分布较为平衡，没有明显的地域性。

大气降尘是大气污染的重要污染物之一，衡量一个城市环境重金属污染的主要指标是大气颗粒物的物质组成以及含量。通过分析比对不同地区大气颗粒物中旅重金属的含量，结果表明，工业较为发达地区大气颗粒物重金属的含量最高，交通流动区域大气颗粒物重金属的含量最低，人类活动较多的商业区和居民文教区大气颗粒物的重金属含量处于中等水平。而在4个不同区域之间，重金属Zn和Pb是大气颗粒物水平分异变化较大的元素，不同功能区大气颗粒物中含量差异较小的是Cu和Cd。工业区大气颗粒物重金属含量最高的原因很大程度上是由金属冶炼、钢铁生产、机械加工、汽车制造等引起；交通流动区域大气颗粒物主要受汽车活动等影响，包括轮胎的磨损、零件的损耗、尾气排放、道路扬尘等因素所产生。人类活动较多的商业区和居民生产生活区大气颗粒物重金属的来源复杂多样，有交通活动的影响，土壤中细小重金属颗粒的悬浮、空气的沉降、商品的磨损、建筑垃圾的不适当处理以及人类活动所产生的灰尘[4]。通过对我国大气降尘中重金属进行了生态风险评价，评价结果表明，降尘中汞、砷、镉、铬、铅、锌、镍、铜元素的浓度的对数表现为正态分布趋势，大气颗粒物中重金属元素的污染程度排序为镉＞铅＞锌＞铜＞汞＞砷＞铬＞镍。造成大气颗粒物重金属污染的主要原因是煤炭的燃烧和工业污染物未经处理的排放，导致了工业城市大气颗粒物重金属含量较高，较发达的东南沿海地区以及大型工矿企业较多的西南地区重金属污染较为严重[5]。

2 水体重金属

水体中重金属含量受pH值的影响，碱性条件下重金属易沉淀于底泥，酸性条件下易释放。矿冶、电镀、火力发电、电子制造等重污染企业是水体中重金属的主要来源。其中，矿冶引起的水体重金属污染主要是由矿山开采中雨水将大量的重金属物质冲刷流入河流中，对区域水体造成了严重的污染。电镀行业主要产生铬、镍、锌、铜等重金属。电镀企业由于违规偷排、乱排等行为导致了镀液的泄露，其产生的重金属主要是铜、铬、镍、锌。火力发电行业主要是因为煤炭、石油等燃料是火力发电行业的主要的主要能源物质，其燃烧过程会产生大量含重金属的粉尘，粉尘进入大气后经过沉降进入河流、湖泊，最终汇聚到大海引发水体严重污染。电子制造行业在生产电脑、电视、电池等产品过程中均会产生大量的铅、锌、砷等重金属。水体中不同来源的重金属最终都将汇聚到海水，重金属Pb主要受到大气沉降的影响，重金属Cd受到盐度和pH的影响，海水中有机碳影响影响Hg较多[6]。过多的重金属进入水体，易导致水生植物的生长变慢。对于在水中生存的动物而言，重金属将会导致动物体的发育生长迟缓、出现代谢功能障碍，同时也会对胚胎产生极大的影响，污染较为严重则会影响其胚胎畸形或死亡。目前，在我国有部分企业将未经处理的废水直接排放到水体中，导致重金属、悬浮物、有机物在水中严重超标。根据调查显示：在工业分布十分广泛的区域，水体重金属的污染也十分严峻。研究表明，重金属污染物进入水体后经过一段时间基本由水相转为固相，通过缓慢沉降从而进入沉积物。通过对我国水系表层沉积物中重金属污染状况进行评价，其评价结果是：Cd＞Hg＞Pb＞As＞Zn＞Cr＞Cu。变化范围较大的是城市的污泥重金属，数据显示为较大的离散程度，表现出了较大的变异系数，从超标倍数看其数据分布类型均为偏态分布，w(Cd)、w(Ni)、w(Hg)的超标最严重。因此，在需要优先关注对污泥的处置[8]。2006年～2013年我国城市污泥重金属含量的大小依次排序为Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Ni＞As＞Cd＞Hg。由于南方地区的工业密集程度高、金属矿区分布集中、开发程度高等原因，使得南方地区的城市污泥重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Ni含量较高，而在北方地区由于燃煤取暖，因此北方地区As和Hg的含量相对较高[9]。

表1 无机污染物超标情况[11]

3 土壤重金属

根据相关调查数据显示，我国土壤遭受重金属污染严重，约有五分之一的不同土地遭受了不同程度的污染，使得农用地的环境质量问题令人堪忧，重金属污染土壤环境问题突出。我国土壤重金属污染呈现出区域性分布，东部、西部、中部三个地区的污染程度存在明显差异，中部地区土壤重金属污染的程度最严重，东部和西部地区相比之下污染程度较低。造成这种现象的原因可能是中部地区煤炭、金属矿的大量开采。我国的平均污染率为16.7%，其中东部地区的污染率为11.39%，主要污染地为江苏、广东、辽宁；中部地区的污染率为33.33%，污染较为严重的省份为山西、河南、湖南；西部地区的污染率为17.24%，污染主要分布在云南、广西、贵州[10]。我国土壤污染的类型可以分为三种，其中以无机型污染为主，有机型污染次之，复合型污染比重最小，无机污染物占全部污染类型的82.8%。

土壤重金属污染受多方面因素的影响，不仅与工业生产、农业活动等人为活动有关，同时还受母质风化过程的影响。因此，可将耕地土壤重金属污染来源分为两大类，分别是外源污染和内源污染。其中土壤重金属的主要外源物质是大气沉降，除此之外，化肥施用、污水灌溉是土壤重金属污染的其他外源污染来源。金属矿山的开采冶炼、污水灌溉、化肥施用、化工生产、含重金属的农药等是土壤重金属污染的来源，其中金属矿山的开采与冶炼是重金属污染的主要来源。从整体情况来看，以镉-铜、砷-镉-铅等多种重金属元素复合污染为主，是我国土壤重金属污染的代表类型。土壤重金属有两方面的主要来源，一是成土母质，不同的母质和成土过程形成的土壤，其重金属含量存在着明显差异。二是人类活动：工矿企业的固体废弃物、工业(三废)的排放、长期污灌、大气和酸雨沉降、交通污染、化肥和农药的大量施用等。

4 结论

通过分析大气、水体、土壤中重金属污染的来源与分布特征，可以明显看出我国自然环境受到了严重的重金属污染。大气重金属污染主要来源于化工企业以及交通尾气排放等，其中化石燃料的燃烧是重金属污染物的源头。大气重金属污染主要分布在华北、环渤海以及珠江三角洲地区。由于城区的工业密集程度较高、人类活动频繁等，使得城市污泥重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Ni等成为水体污染的主要物质。根据土壤重金属污染的情况，我国南方土壤污染超过北方；西南、中南地区土壤重金属超标较多；从西北到东南、东北到西南镉、汞、砷、铅等无机污染物呈现出逐渐升高的趋势。