土壤中重金属污染研究进展

尚卫薛智凤艾昊王高红李华冯娟成星

(1.陕西省地质调查院，陕西 西安 710000；2.陕西省地质调查院实验中心，陕西 西安 710000；3.生态环境损害鉴定评估中心，陕西 西安 710000)

引言

伴随着经济的高速发展，人们对于生活质量以及居住环境的要求也在不断提升，其中土壤环境污染问题引起人们的高度重视。2006—2013年开展的全国土壤污染专项调查结果显示，全国土壤总点位超标率达到了16.1%，轻微污染占比11.2%，轻度污染点位比2.3%，中度污染占比1.5%，重度污染占比1.1%[1]。本文主要通过对相关文献资料的研究分析，分析土壤中重金属污染情况的成因以及现状，希望引起人们的重视，同时为相关部门研究人员，治理土壤中重金属污染提供参考。

1 重金属污染的由来

1.1 重金属的定义

对于重金属的定义，当前因为各个学科门类的研究方向范围不同，所以还没有标准统一的解释。一般情况下，以密度作为区分标准，>4.0g·cm-3的金属元素就被认为是重金属，>5.0g·cm-3的其他元素也可以被认为是重金属，常见的Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn、Ni等都在此列。其中，Se、As这2种元素并不是金属元素，但因其性质与重金属相似且具有一定的毒性，所以也被划分到重金属的范围之内[2]。

1.2 重金属污染的危害

1.2.1 危害人体生命安全

重金属元素号称“化学定时炸弹”，在自然条件下极难通过降解方法消除。重金属不仅可以通过直接接触进入人体，对人体健康造成危害，还可以利用周围被污染的环境对人体产生影响。2009年8月，陕西省凤翔县因为违规进行Pb排放导致大规模重金属污染事故，造成615名儿童铅中毒。2009年12月，山东省临沂市出现含砷污水下排事件，致使下方的水流区域全部砷含量超标，数以百万计的人民群众生活受到影响。据研究统计表示，仅2009年就发生了重金属污染事故12起，导致4000余人身体健康受到伤害。造成如此严重后果的原因是由重金属本身性质所决定的。人体维持正常的生命活动需要摄取多种元素，某些重金属元素也是人体所必需的，适量的金属元素会保证生命的健康活动，但是过量将会危害人体的生命健康安全。大部分重金属都拥有降低生物酶活性的能力，从而危害人体生命健康，这种影响的表现并不明显，通常在几年后才会被发现。如，铅会导致贫血症，镉会影响肾脏和骨骼，汞会造成脑损伤，铬会对呼吸道、皮肤产生影响。

1.2.2 影响农作物产量及质量

相比于对人类的影响，重金属污染对于农作物的影响更为巨大。生长在被重金属污染土壤中的植物，吸收土壤中的重金属元素，对重金属元素产生富集作用，最终被富集的重金属元素储存在产出的作物中，导致农作物污染无法食用。随着土壤重金属污染状况日益严重，人类可食用的农作物将越来越少，甚至会造成粮食严重短缺。因此治理土壤重金属污染，保护土壤环境刻不容缓。

1.3 土壤中重金属污染的来源

1.3.1 自然来源

自然界中本身就蕴含着许多重金属元素，其广泛存在于各种金属矿物和岩石之中。随着自然界的不断演化，岩石矿物逐渐风化，到处飘散，经过雨水冲涮，自然演化，随之进入土壤和自然界中。

1.3.2 人为影响

自然因素影响只占土壤中重金属污染来源的很小一部分，真正造成土壤中重金属污染严重的是人类活动。各种工业矿业的发展产生大量富含重金属的废料，过去为了经济发展，部分企业走上先污染后治理的错误道路，大量的工业废料处理不当，造成我国大面积土地出现重金属污染，尤其以工业矿业厂区附近最为严重，严重影响附近居民的身体健康和居住环境。

随着人们生活水平的提高，家家户户利用汽车代步。当前我国部分城市重金属污染的土壤中，汽车尾气排放是重要污染源之一。1kg的汽油中就含有0.65g左右的Pb，在汽车运行过程中，将有35μg的Pb随尾气排放而出[3,4]。资料显示,我国的汽车保有量达到了3.95亿辆，有近80个城市拥有超100万辆汽车，随着时间的累计，排放出的重金属的量已经十分庞大。除了尾气，汽车的零部件也造成了大量的重金属污染，在汽车运行过程中，这些零部件也会随之产生磨损，导致出现大量含有重金属的微粒随风进入土壤之中，从而造成土壤重金属污染。

生活中废弃电子产品的不正当处理也是造成土壤重金属污染的一大原因。废旧电池、废旧手机等电子制品，都必须经过专业的处理，否则其中蕴含的重金属便会进入到土壤造成严重的污染。20g的智能手机电池，可以造成1km2的土壤污染，且50a内无法自然消除。此外，日常生活垃圾中含有的重金属也都会造成污染，研究显示，生活垃圾中的重金属含量一般夏季高于冬季，商业区高于居民区[5-7]。

2 重金属污染的现状

2.1 全国土壤重金属污染情况

国土资源部和环境保护部公布的全国土壤污染状况调查公告显示，我国土壤重金属污染情况已经十分严峻，全国16.1%的土壤经检测都有不同程度污染情况。有将近1000万hm2的农业土地遭到污染，造成粮食作物损失1200万t。在第一次全国污染源普查中发现，我国在废水中的重金属污染物排放量就达到了0.09万t[8]，2017年，我国开展了第二次全国污染源普查工作，经过一系列的降低污染的措施，全国污染情况得到一定的抑制，重金属排放量从原来的900t降低到了如今的182.54t，环保工作已经卓有成效。但由于重金属的危害性巨大，且治理困难，目前我国土壤重金属污染情况仍然不容乐观。

2.2 城市土壤重金属污染情况

我国城市土壤发生重金属污染主要与8种元素有关，分别是砷、汞、锌、镍、铜、镉、铬，其中镉污染最为严重[9]。各种重金属含量参数具体见表1。

表1 城市土壤中重金属含量统计参数

因为城市功能、定位、人口数量等差异，各个城市土壤中重金属含量各有不同。工业城市要大于非工业城市，特大城市高于中型城市，中型城市大于小型城市。多矿地区要高于其他地区[10]。长江以南高于长江以北，西南高于东北[11]。虽然各个城市的污染程度不同，但是随着时间的推移，城市土壤重金属污染的程度都在加重[12]。城市土壤环境的治理已经刻不容缓。

2.3 农业土壤重金属污染情况

我国目前被重金属所污染的土壤有2000万hm2，相当于全国总耕地面积的20%，情况已经十分严峻。随着农业现代化的不断进行，对于农药和化肥的使用也越来越多，大部分靠近城市的农田都被检测出不同程度的重金属含量超标，其中镉元素造成的污染最为严重。镉元素污染对于有机生命体具有毒性，受到镉元素污染的农作物会生长缓慢，且产量变低。除了镉元素污染外，耕地土壤中还存在着许多其他元素的污染[13]，其中甘肃省白银市的农业土壤中就被检测出了6种重金属元素超标[14]。造成农业土壤重金属严重超标的原因是种植作业中污水灌溉和滥用化肥农药，由于没有相关概念，人们将日常生活中产生的未经处理的污水直接倒入了农田之中，造成土壤污染。

3 重金属污染的检测方法

3.1 光谱检测技术

光谱检测技术是当前使用范围最广的检测方法，也是测定重金属污染国家标准规定所使用的检测方法。将样品预处理后放入离子体发射光谱仪，使重金属元素气化，观测激发特征谱线的强度即可得到重金属含量[15]。表2为标准重金属检测方法，该方法的缺点是程序复杂，需要对样本进行提前处理，进行1次检验的成本过高，且无法直接在现场进行检测。

表2 土壤环境质量标准中的重金属元素检测方法

3.2 质谱法

质谱法是伴随着科技发展而出现的检测方法。将样品雾化后转变为带电离子，之后注入质谱计中，按比荷值进行分离、计算。优点是可以随时随地进行土壤中重金属含量检测，避免运输工程中产生的损耗[16]。缺点是检测仪器成本较高，不具备大规模配备检验的可能性，而且被检测样品中水分含量会对检测结果产生很大的影响，不能保证其准确性。

3.3 原子荧光法

原子荧光法主要用于锑、铋和汞的检测。样本经过预处理后，通过酸性硼氢化钾或者酸性硼氢化钠的还原，会产生对应的氢化物和汞原子。在发射光的激发之下，汞原子和氢化物形成的基态原子将会出现荧光。样品内重金属含量越高，则荧光强度越大[17]。

3.4 石墨炉原子吸收分光光度法

石墨炉原子吸收分光光度法可以用于多种重金属元素的检验检测。原理是把经过预处理后的样本放入石墨炉原子化器中，其中重金属转变为基态原子蒸汽，空心灯与放电灯发射的特征谱线在特定区域内的吸光度和重金属的质量浓度成正比，观测吸光度就能得到重金属含量。

4 重金属污染的治理途径

4.1 物理途径

通常对于土壤重金属的污染治理的物理途径就是通过物理手段，阻断其继续污染其他土壤，或者降低土壤污染途径。土壤封装技术是将被污染的土地取出进行封装，阻止其继续污染其他土壤，适用于刚刚被污染的土壤环境。土壤填埋技术适用于某些特定场地的重金属污染处理，如工厂遗址的重金属污染处理。换土技术是将表层受污染的土壤与底层的干净土壤进行互换，利用自然环境进行土壤重金属污染的治理，这种处理方法虽然效果显著，但是工程量大，成本消耗太高，只适用于小面积的污染治理。电动修复是利用重金属离子在通电状态下会出现电迁移的现象进行修复，但对于土壤环境的导电性要求过高，成本也过高。热处理技术是根据重金属污染物遇热会挥发的特性，加热受污染的土壤区域，使重金属污染物挥发出来，通过使用相应气体收集装置进行收集，进行集中处理。

4.2 化学途径

治理土壤重金属污染的化学途径主要是通过各种化学反应使重金属元素变成其他易收集的存在。土壤淋洗法是使用特定的试剂对重金属离子进行吸附，从而治理土壤重金属污染，但是目前淋洗剂的效率还不够高，且容易造成二次污染。化学固定法是目前治理污染效果最好的、风险最低的一种方法，所以其应用率较高，但缺点是固化后产生的蕴含大量重金属的固体块的处理问题。

4.3 生物途径

生物途径处理方法主要是靠一些生物对于重金属的吸附作用来进行。植物修复法，依靠植物对于重金属元素的吸附效果以及富集作用来进行处理。微生物修复法，利用微生物生活过程中产生的酶降解重金属的影响。相比于传统的物理化学途径，生物途径在经济上成本更低，且不会产生二次污染，是未来应该大力开发的治理重金属污染的手段。

5 总结

解决我国土壤中重金属污染的问题迫在眉睫。本文介绍了土壤中重金属污染问题的由来、危害，当前污染现状以及相应的检测治理方法，以期引起有关部门和相关研究学者的注意。对于土壤中重金属污染的治理主要分为2步，减少重金属污染的产生，治理已经被重金属污染的土地。环境保护保卫战是一项漫长而持久的任务，需要每个人的不懈努力。