淺析污灌區(qū)重金屬污染現(xiàn)狀

李軍

（陽泉市環(huán)境監(jiān)測站 山西 陽泉 045000）

污水灌溉在世界各地具有悠久的歷史。最早將污水作為灌溉使用可追溯到古希臘時代的雅典。生活和應(yīng)用工業(yè)污水在進行農(nóng)業(yè)灌溉方面在世界上已有將近百年的歷史，很多國家的污水灌溉技術(shù)已趨成熟。

隨著工業(yè)化，城市化進程的加快，污水排放量不斷增加，我國的污水灌溉得到了迅速的發(fā)展，從地理位置上看，我國的污水灌溉農(nóng)田主要分布著水資源嚴重短缺的北方一帶，尤其是黃、淮、遼、海幾大流域，大約站了全國污水灌溉總面積的十分之八。從農(nóng)業(yè)利用特點上看，這些污水灌溉區(qū)都屬于水肥并重區(qū)。除此以外，青藏高原以東和淮河、秦嶺以南是我國污水灌溉區(qū)中的重肥污水灌溉區(qū)。

我國西北部黃土高原上有著面積廣大的石灰性土壤（包括山西省）。該地區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤都比較貧瘠，有機質(zhì)含量低。合理地將生活污水進行農(nóng)業(yè)資源化利用，既可以解決其處置問題，又可以使其成為改良、培肥中低產(chǎn)田的有機肥來源。因此，通過研究生活及生產(chǎn)污水中重金屬元素進入石灰性土壤后的形態(tài)和生物有效性的變化，在施用量和連續(xù)使用的年限上為石灰性土壤合理利用生活及生產(chǎn)污水提供科學依據(jù)，具有極大的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染，主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉等使重金屬在土壤中積累。

重金屬形態(tài)是指重金屬的價態(tài)、化合態(tài)、結(jié)合態(tài)和結(jié)構(gòu)態(tài)四個方面，即某一重金屬元素在環(huán)境中以某種離子或分子存在的實際形式。重金屬會因形態(tài)中的一個或幾個方面不同而表現(xiàn)出不同的的環(huán)境行為和毒性。

當元素含量超過土壤的負荷能力時將對生物有一定的毒害作用。而重金屬元素在土壤中的轉(zhuǎn)化、遷移以及對環(huán)境的影響和對植被的毒害程度，除與重金屬在土壤中的含量有關(guān)外，還與重金屬的存在形態(tài)喲喲很大的關(guān)系。重金屬在土壤中的存在形態(tài)不同，活性和毒性以及遷移特征也不同。污染重金屬化合物的類型對其生態(tài)效應(yīng)有著明顯的影響。當土壤中所含化合物的類型不同時，由于這些化合物本身的差異和土壤交互作用的不同，因而產(chǎn)生的生物效應(yīng)有可能不一樣。因此，單單測出土壤中重金屬總的含量有其一定的局限性。土壤重金屬形態(tài)分析能夠在一定程度上反映自然和人為作用對土壤中重金屬來源的貢獻，并反映重金屬的生物毒性。

土壤中重金屬是否富集可以通過重金屬的總量分析給出，但是總量分析不能說明元素在土壤中的遷移能力、賦存狀態(tài)和植物吸收情況的有效性，且不能作為標準來評估它們對生物的影響。因為重金屬在土壤中的存在的方式和聯(lián)系不同，所以導致形成了形態(tài)不同的重金屬，從而使金屬的生物利用率和移動性受到了影響，表現(xiàn)出不同的生物毒性和活性。重金屬在土壤中的形態(tài)處在不同能量狀態(tài)下，所以它們對生物的有效性和活性是不一樣的。這種特性可以通過它們和植物體內(nèi)的累積量來比較獲得或者通過間接的毒性數(shù)據(jù)來進行評價。

重金屬的生物有效性是受土壤類型、性質(zhì)和生物類型以及重金屬之間的相互作用等環(huán)境因素影響的。也就是說凡是會影響重金屬在土壤中分布的因素都會影響到生物的有效性。研究結(jié)果表明，交換態(tài)重金屬是植物可吸收利用的主要形態(tài)，而Cd比Ni、Pb、Cu、Zn等元素在更容易被吸收利用，如果它因被植物吸收而減少，便會從其他形態(tài)來進行補充。非殘留態(tài)重金屬在一定條件下也可以被植物所吸收利用，但因土壤和重金屬的種類而異。

影響土壤中重金屬的生物有效性的因素主要有以下幾方面：

1土壤類型性和土壤性質(zhì)。一般情況下，交換態(tài)重金屬在越粘重的土壤中越低，而殘留態(tài)較高，所以其生物有效性越低。用Sposito提取方法研究，結(jié)果認為：對黑麥幼苗的吸收量貢獻最大的是吸附態(tài)和交換態(tài)的Cd和Pb，有機結(jié)合態(tài)下Cd、Pb是對植物潛在有效的形態(tài)。研究3種紫色土顯示：在弱結(jié)合或者碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb含量比較高的土壤中，鉛對水稻的影響大；交換態(tài)的Cb和Pb在石灰性土壤中對油菜干物的重影響最大；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)是對油菜吸收Cd和Pb貢獻最大的形態(tài)。土壤的PH值和重金屬的生物有效性是密切相關(guān)的。大多數(shù)情況下，重金屬的生物有效性會隨著PH值的降低而增加。土壤中有機物質(zhì)的含量對重金屬的毒性大小有著重要的影響。因為重金屬離子的絡(luò)合作用而使有機質(zhì)含量豐富的土壤中的重金屬含量降低了，毒性也相應(yīng)減小了，但這只是暫時的，因為有機結(jié)合態(tài)可以轉(zhuǎn)化為變換態(tài)再次被植物吸收。

2重金屬在土壤中的交互作用。土壤生態(tài)系統(tǒng)中一般會存在多種不同重金屬污染物，當發(fā)生復合污染時，它們之間就會產(chǎn)生交互作用。所以，當對樣品進行生物毒性測試時，元素間的交互作用比單一元素更具實際價值。大量研究結(jié)果表明，重金屬間的交互作用在不同濃度下對植物吸收的影響是不同的。如Cd、Zn共存對植物吸收Cd、Zn均有影響，高濃度Zn抑制Cd吸收，高濃度Cd促進Zn吸收。同時不同植物類型下的重金屬交互作用的表現(xiàn)也不相同。目前，土壤中的重金屬對生物有效性影響的研究及其在復合污染條件下的形態(tài)分析還處于初級階段。林琦等研究發(fā)現(xiàn)，Cd-Pb復合使水稻根際、非根際交換態(tài)鎘都有所增加，并且隨著鉛濃度的增加而增加，而有機結(jié)合態(tài)則相反。Cd和Pb共存比單因素存在的情況下的有機結(jié)合態(tài)Cd要低很多。

3根際環(huán)境和植物種類。重金屬在非根際和根際環(huán)境中化學形態(tài)的含量和分布在植物根系分泌物的影響下是有所差異的。一般情況下，根際活動可以活化重金屬以促進其生物有效性。也有人認為根際可能存在使生物有效性降低的機制，這種機制是由碳酸鹽結(jié)合態(tài)和交換態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化而成的。植物吸收主要影響根際土壤交換態(tài)Cu和碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cu和Zn的變化，而Cd、Pb形態(tài)變化受到的影響并不大。研究不同蔬菜地中Cu、Zn累積差異很大。在相同情況下，油菜地土壤中的Cu的累積低于生菜地土壤，而生菜地土壤中Zn的累積低于油菜地。其中有機結(jié)合態(tài)Zn和有效態(tài)Cu貢獻了主要力量。所以，關(guān)于植物有效性和土壤中重金屬形態(tài)的關(guān)系研究結(jié)果目前還有所不同。但基本上已可得出交換態(tài)重金屬最易被植物吸收，且植物對重金屬最敏感。原因在于除了連續(xù)提取方法有所不同外，土壤的類型、基本理化性質(zhì)和栽培作物的不同也很重要，且植物吸收土壤中的重金屬是一個復雜、綜合的過程。

重金屬在土壤中不易隨水淋濾，不能被微生物分解，相反地生物體可以富集重金屬，造成重金屬在土壤環(huán)境中的大量積累，而土壤中重金屬元素的遷移、轉(zhuǎn)化，除了與土壤中重金屬的含量有關(guān)外，與重金屬在土壤中的存在形態(tài)有很大關(guān)系，重金屬在土壤中不同的存在形態(tài)決定了重金屬的遷移率和生物利用率，從而使其表現(xiàn)出不同的生物活性與毒性，土壤中的碳酸鹽結(jié)合態(tài)比較容易在土壤中隨水溶液和根際分泌物的影響從而被植物吸收或遷移，而PH的變化則比較容易造成隊對碳酸鹽結(jié)合態(tài)的影響，城市生活污水PH值較易為酸性而使土壤PH值下降，導致部分碳酸鹽結(jié)合態(tài)重金屬溶解出來進入可交換態(tài)，從而增加了土壤重金屬的毒性和活性。氧化還原電位的改變會影響金屬鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)含量。有機結(jié)合態(tài)含量相對都較高，這與土壤中的有機質(zhì)含量有關(guān)。對重金屬化學形態(tài)的研究將有助于了解重金屬在土壤中的分散富集過程，遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其對植物營養(yǎng)和土壤環(huán)境的影響，對預測土壤中重金屬的臨界含量、生物有效性和生物毒性，進而指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

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