土壤重金属污染源解析及防治研究综述

摘要：在经济高速发展的今天，工业、农业生产及人类活动造成的土壤重金属污染已成为一个复杂严峻的课题，其影响已波及农业生态和环境保护等诸多方面。本文对土壤重金属污染的研究现状进行了综述，侧重分析土壤重金属污染对耕地质量及农作物的影响，根据不同情况，可酌情选择最适宜的源解析方法，从而对污染源进行精准定位并进行科学防治与修复。

关键词：土壤重金属；污染源解析；污染防治

土壤环境质量对我国农业的发展有着至关重要的作用。近年来，在农业生产过程中，由于不合理地施用农药、污水灌溉、污泥农用等，使得各类污染物通过农事活动进入耕地土壤中。然而，土壤的自净能力有限，当污染物存在于土壤中的数量超过其可自净的能力范围时，土壤质量则会发生恶化，对耕地土壤的生产力及农作物品质均产生一定程度的影响。多项研究表明，某些重金属，如铅、镉等，具有潜在的生物积累性，常常被土壤农作物富集于体内，进而通过食物链危害人类健康。因此，对土壤重金属污染现状及其污染源解析进行持续性的研究，对土壤环境的可持续发展及人类健康都有着重要且深远的意义。

1 土壤重金属污染现状

1.1 土壤重金属污染现状分析

土壤是介于生物界与非生物界之间的重要枢纽，而土壤环境也直接决定了植物的数量和质量，最终通过食物链影响到动物及人类的生存与发展【1】。我国土壤重金属污染主要来源于农业和工业生产，其中，工业生产主要包括污水灌溉、城市垃圾、工业废渣、大气沉降以及工业废弃物堆放【2】，通过对废水来源的调查统计，工业废水在污水总量中的占比为最大，构成土壤重金属污染的重要来源之一【3】。有研究表明，在磷肥、钾肥等化肥的生产过程中，经常会使用到含有镍、钒、铷、铯等重金属元素的矿石，在肥料的生产过程中，这些重金属元素往往会被不同程度地带入，最终随着施肥的过程进入土壤。除此之外，长期施用有机肥以及农药的频繁施用，也是造成农田重金属污染及潜在风险加剧的主要原因【4】。

1.2 耕地土壤重金属污染现状

在我国耕地土壤中，重金属污染除来自岩石的风化、土壤的形成过程以及生物地球化学循环等过程带来的自然层面的污染以外，更为重要的是工业、农业生产及生活过程中，人为造成的重金属污染，这也是造成农田生态系统重金属污染的最主要因素【5】。有资料表明，我国大约已有20%以上的耕地受到不同来源及不同类型环境污染物的污染【6】，其中遭受重金属污染的耕地面积已接近0.1亿hm2，污水灌溉污染耕地约为216.7万hm2。我国农田土壤重金属污染相对严重的地区主要有华中（湖南、江西等地）、西南（云南、贵州等地）、长江三角洲及珠江三角洲等地【7】。

1.3 土壤重金属污染对农作物的影响

土壤—农作物是一个动态体系，输入重金属元素的量过高容易造成土壤、地下水或产出作物的重金属污染【8】。有研究表明，在种植白菜和萝卜的土壤中施加猪粪，发现耕层土壤和作物可食用部分中Cu、Zn显著累积【9】。对种植大豆的农田中，连续数年施用猪粪，发现其 大豆中，镉含量全部超标，且存在向地下水迁移的风险【10】。由于水稻较易从土壤中吸收和富集镉，在水稻土中施用动物粪便、有机肥，不仅大大降低土壤环境质量，还会带来稻米镉超标的风险【11】。玉米等农作物能够在一定程度上吸附土壤中重金属，从而造成农作物自身的重金属含量超过其背景值，进而转化成为有毒的化合物，而这些有毒物质将会通过食物链的方式进入到人体中，对人类生命健康造成一定程度的威胁[12]。当农田土壤遭到较为严重的重金属污染后，会使农作物大幅减产，从而导致土地利用率下降，与此同时，也对自然环境造成破坏。因此，科学有效地防治土壤重金属污染及因地制宜地进行土壤修复是极其必要的。

综上所述，要想科学系统有效地做好土壤重金属污染的治理与预防，首先要做好充分准确的污染源解析，这对保障农产品安全和人体健康有着十分重要的意义【13】。目前，被广泛应用的土壤重金属污染源解析技术可按照定性源识别和定量源解析两种方式进行分类。

2 土壤重金属污染源解析

2.1 定性源识别

2.1.1 描述性统计

重金属元素的描述性统计法是通过计算研究区元素含量的变异系数，变异系数可以反映人类活动对环境介质的干扰程度。一般来讲，土壤中元素的残渣态是由母质风化而来，而有效态多数受人为活动影响。因此，如果有效态含量占比越高，则残渣态含量占比越低，那么可推断人为来源的占比越高。

2.1.2 GIS空间分析

GIS（地理信息系统）空间分析法，可以将庞大而抽象的数据信息转换为直观的空间分布图。因此，在用于区分面源污染和点源污染的情况下，可优先采用GIS空间分析的方法。

2.1.3 元素相关性分析

在土壤重金属元素定性源识别的普遍方法中，元素相关性分析法属于相对简单便捷的方法。它是对土壤重金属进行元素相关性分析的目前应用最为广泛的方法，通常可利用Pearson进行分析。判断标准为：当两个元素呈显著正相关时，则可判定为同源；而两个元素呈负相关时，则可能不同源。

2.1.4 富集因子计算

利用富集因子法来解析土壤重金属污染物，可以不区分人为来源与自然来源，而是根据被污染的载体中元素的富集程度，去判断载体中元素的来源。由于采样制样以及环境介质对浓度会有不同程度的影响，通常可引入适合条件的元素作为参比元素进行标准化来降低这些影响。

2.2 定量源解析

2.2.1 PMF分析法

PMF分析法是一种多元因子分析工具，它是利用正定矩阵因子的方法，对土壤重金属污染源进行分析。先通过权重计算的方法确定受体中是否存在误差及误差的大小，然后用最小二乘法确定主要污染源。此方法不需要测量源成分谱，解析结果更有实际意义，并且对于每个单独数据点使用误差估计，可更加合理地处理遗漏和不精确数据。

2.2.2 清单法

清单法在进行土壤污染源解析的工作中，属于较为常用的一种定量解析法。首先对污染受体进行污染源识别，然后对各污染源的输入通量进行监测和计算，最后计算出各污染源输入通量占总通量的比值。此方法结果精度较高，但较为耗时费力，对于人力物力成本要求较高。

2.2.3 铅同位素分析法

铅元素在自然界中存在四种稳定性同位素，在通过定量分析法，测算污染源相对贡献率时，样品中的铅可能为两个污染源的混合，利用二元模型的方法计算污染源对样品中铅的相对贡献率，因此，此方法只可用于定量分析污染源的相对贡献率。

3 土壤重金属污染的防治措施

3.1 农业生产方面

在农业生产方面，目前我国对重金属污染的防治主要是源头控制和修复防治。在源头上规范农药化肥的生产、农业实践以及农业生产的废弃物管理，减少重金属的排放和输入，以及综合利用秸秆、移出高富集污染物秸秆等农业废弃物，通过堆肥、饲料化、能源化等方式将其转化为有价值的资源等方式。

对于防治土壤重金属污染极其重要的是科学施肥，尤其是合理施用有机肥，通过提高土壤对重金属的吸附能力的方式来提升自净能力。还可以利用植物或微生物具有吸附、蓄积和转移重金属的能力，在受污染土壤中种植具有超富集能力的植物，通过植物的吸收和蓄积作用，可有效降低土壤中的重金属含量。利用微生物降解和吸附作用，对重金属污染的土壤也有良好的修复效果。因此，向土壤中施入降解能力较强的微生物，并使其在土壤中繁殖，可有效降低土壤重金属的污染程度。

除此之外，修复重金属污染土壤，还可通过理化手段来实现。其中物理方法主要是以改变土壤结构为基础，从而减少重金属在土壤中的迁移，具体方法有：翻土法、热解吸法和换土法等。化学方法主要是通过向土壤中添加化学物质，如有机酸、无机酸和氧化剂等，这些化学物质在土壤中，可使得重金属元素发生氧化还原以及沉淀等化学反应，通过这些化学反应来有针对性地降低重金属污染物在土壤中的迁移及生物可利用性。

3.2 工业生产方面

在工业生产过程中，通过推动企业从原材料到产品的生产全周期采用清洁生产技术的方式，从源头减少重金属废物的产生和排放。在严格控制工业废弃物的超标准排放的同时，也要尽量降低废弃物中重金属的含量。加强固体废弃物的处置，如加强含重金属废物如电池的回收和煤矸石山、尾矿山的绿化及整治。

在工业生产的过程中，应建立完善的重金属污染土壤监测体系，对重金属的排放进行严格监测与控制。通过对受污染区域进行长期或定期监测，确保及时发现问题，准确评估治理效果，为后续治理工作提供科学依据。

4 结语

综上所述，土壤重金属污染问题，不仅涉及地球生态环境，更直接影响到农作物品质及人类饮食安全与生活质量。在生产实践中，应根据不同需求与条件，通过定性源识别或定量源解析两大途径，对土壤重金属污染进行科学精准地分析。通过源头控制、土壤修复、监测评估以及法律法规与公众参与的综合措施，有效减轻重金属污染带来的危害，从而更好地保护土壤环境和保障人类健康。

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