土壤重金属污染对农作物的影响及防治措施

任宏鹏 孔诗雯

土壤生态系统对自然生态有着重要的作用。但随着工业化的不断发展，大量污染物无节制地排放，导致土壤中的重金属进一步提升，土壤生态系统不断恶化，破坏了自然生态环境平衡。由于重金属在土壤中难以被降解，因此当土壤中的重金属浓度达到一定程度时，会使土壤中生物和微生物大量减少，导致农作物光合作用降低，最终导致减产甚至绝产。除此以外，农作物在生长期间也会吸收土壤中的重金属元素，最终通过食物链进入人体内。因此研究土壤重金属污染对农作物的影响并提出相应的防治措施刻不容缓。

重金属很难被分解，由于其具有特殊的毒害作用，所以当土壤的理化性质改变，其毒害作用只会相应减弱或变化但不会消失，当土壤重新达到适宜活性的条件时，重金属污染又能重新恢复。因此土壤一旦受到重金属污染，如果不对其进行回收处理，即使使用了一系列的物化或生物手段将其去除或富集，重金属污染也还是会迁移并造成更多污染，继续对土壤及农作物生产造成不可恢复的影响。

1.1 土壤重金属含量与农作物中重金属含量的关系

相关文献的研究表明，土壤中重金属含量与农作物中重金属含量呈明显的正相关性。土壤重金属浓度增加会直接导致农作物中重金属污染的增强。在重金属污染的土壤中生产的糙米、小麦等体内平均重金属含量比正常情况下生产的糙米、小麦平均重金属含量高。另外，土壤重金属污染程度与农作物产量呈明显的负相关性。植物富集重金属量的增加会抑制植物的生长发育。杜健等实验结果表明土壤中镉、铅含量升高，稻谷中各个器官的镉、铅含量也随之升高，且两者镉、铅含量水平呈明显的线性关系，这是由于植物根系会吸附土壤中重金属元素且会转移到植物的各个器官中，抑制植物生长、影响农作物生产。

1.2 重金屬在农作物不同器官的分布

不同植物体内重金属的存留情况都不尽相同。大量研究实验表明：

一是不同重金属在相同农作物内的各器官内积累含量不同。在调查有色金属冶炼厂周边生长的薄荷发现，其体内各器官的镉含量排序：根>叶>根状茎>茎；铅含量排序，根=叶>根状茎=茎；在实验室将番茄培育在含有一定浓度的砷的土壤中，番茄的根和叶内砷元素浓度几乎与土壤砷浓度相当，其他器官几乎不含砷元素；在菜豆、青椒的土壤汞元素的累积实验中，汞元素几乎全部累积在他们的果实中；同时番茄汞元素的累积实验证明，汞元素基本累积到番茄叶中，其他器官几乎不含汞元素。

二是同种重金属在相同农作物不同器官内分布不同。将小麦种植在含有一定浓度的汞元素的土壤中，实验结果表明，小麦的根中含汞量最高且远高于其他器官，其次是茎、叶、籽粒，汞在麦粒中主要集中在麸皮和胚芽内。

三是同种重金属在不同农作物的各器官分布不同。这是由于不同农作物对重金属的耐受能力有差异，而且他们对重金属的吸收和累积能力各不相同。针对不同农作物对汞元素的累积实验可以看出不同植物对汞的积累量不同。例如在稻田作物汞元素累积实验中可以得出结论，水稻>粱>麦。不同的农作物生理功能和耐受性能不同以及汞元素等重金属元素的毒害性质和形态不同都是导致其累积和分布不同的原因。

2.1 重金属对农作物的影响

第一，当重金属在土壤中累积超过一定含量后，就会抑制农作物的生长发育。经研究，当土壤中铜元素到达一定浓度时，农作物的根系部分对其几乎全部吸收，但不会继续向上部移动，累积在根部的重金属元素会使根部腐烂甚至变性，最终导致农作物枯死。此外，在牛羊等畜牧业所需的饲料用农作物中，若累积过量的重金属，会使牲畜生病甚至死亡。

第二，汞、镉等重金属对农作物的细胞具有极强的毒性危害。这类重金属在较低浓度下几乎不会对农作物产生影响或者说危害较小。但是当这类重金属的浓度增高时则会对农作物的细胞膜进行破坏，进而影响其细胞结构，影响作物的细胞器结构和功能，若浓度更高的话甚至会导致作物所在土壤肥料流失。通过相关实验研究笔者发现，白菜、青稞等作物在土壤镉元素超标10%的情况下，就会引起作物根系减少、作物生长高度低、作物产量明显下降等抑制情况。因此对这类重金属的土壤污染进行控制十分必要。

2.2 重金属对人类健康的危害

在土壤中存在的重金属也会通过食物链到达人体内。目前发现许多医疗上无法治愈的疾病大多源于重金属的毒害作用。1956年的日本水俣病的病因就是由于人体内汞元素超标导致患者口齿不清、步履蹒跚甚至精神失常直至死亡。20世纪美国铅浓度超标导致儿童智力普遍下降，对成人神经系统带来了难以恢复的干扰。十多年前的湖南省稻米镉元素过量的罪魁祸首就是湖南省攸县湘江流域的土壤镉元素超标，导致全国各地吃了该地区的大米的患者轻者出现头晕目眩，重者出现骨痛病等症状，这也给政府对于土壤重金属污染及时防治和修复敲响了警钟。

各种重金属污染引发的农作物减产以及人类疾病爆发的惨痛历史告诉我们，对重金属污染的防治迫在眉睫。作为自然生态重要的组成部分—土壤首当其冲地成为重金属污染治理的焦点话题。本文将对土壤重金属污染防治提出三点建议。

3.1 防止重金属污染发生

防止污染发生在任何污染防治领域都有着举足轻重的地位，对于土壤的重金属污染当然也要以预防为主，防治结合。随着我国工业化飞速发展，如何避免工厂重金属排放以及减少加工工艺重金属残渣的产生是防止污染发生的关键。对此，政府应该大力加强环境监察制度和排污管理，对工厂超标排放重金属的情况严肃处理；同时相关研究部门也应该尽快对重金属回收工艺进行研究。

3.2 重金属污染治理

既要预防为主也要防治结合。对重金属的治理方法主要包括两种。一是通过添加化学试剂与重金属元素发生反应形成无毒络合物或沉淀物，亦或者将重金属元素吸收用水流冲洗回收。对于镉、铅、砷等污染物一般使用磷酸盐与这些重金属发生反应形成难溶物且不会被农作物吸收。二是通过改变土壤环境条件将重金属转化为无毒或者低毒性的物质，其中包括改变土壤的pH和氧化还原条件。研究表明，在特定体系下的镉例如Cd-H2O体系中，若将体系pH提升到7以上，镉会形成氢氧化镉沉淀不会被作物吸收；土壤氧化还原条件的变化也会直接影响重金属的形态和性质。

3.3 农药的科学使用

农药是最直接的农作物的重金属污染源也是最容易预防的，因此科学的农药投加方式是降低重金属污染的重要一环。政府需要严格控制制造工厂的农药质量、完善农药使用标准、向广大农民普及科学使用的农药知识，以及切断重金属与农作物接触条件，从而减少农药对土壤的污染。