地球化學(xué)如何在環(huán)境污染與防治中發(fā)揮自身優(yōu)勢

陳平峰

（安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230000）

現(xiàn)階段，隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的提高，國家大力支持環(huán)保行業(yè)，環(huán)境污染控制及防治各方面的研究得到大力發(fā)展。但是，在單學(xué)科研究、解決環(huán)境問題的同時，單學(xué)科無法良好的解決如此龐大的環(huán)境問題，需要多學(xué)科協(xié)同共同致力于我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。地球化學(xué)主要是研究上地殼、地球外部圈層巖石、土壤、水體和大氣中物質(zhì)的組成、形成條件、影響因素以及物質(zhì)或元素的遷移變化規(guī)律。土壤污染、水體污染和大氣污染與人類生活息息相關(guān)，環(huán)境中污染物易通過人體直接吸收和在食物鏈上的間接傳播進(jìn)入人體。按照污染物類型分為有機(jī)污染和無機(jī)污染，無機(jī)污染主要有重金屬污染和N、P等污染，以土壤和水體中重金屬污染為甚，尤其是我國長期以來的工礦業(yè)活動，導(dǎo)致大量的土壤、水體受到各類重金屬污染[1]。有機(jī)污染主要以持久性有機(jī)污染物為主，其以通過各種環(huán)境介質(zhì)能夠長距離遷移并長期存在于環(huán)境，具有長期殘留性、生物蓄積性、半揮發(fā)性和高毒性的天然或人工合成的有機(jī)污染物質(zhì)為主，對人類健康和環(huán)境具有嚴(yán)重危害。在當(dāng)今如此嚴(yán)峻的環(huán)境背景下，如何發(fā)揮地學(xué)的優(yōu)勢，如何運(yùn)用地球化學(xué)的知識更好的解決環(huán)境科學(xué)中的難題，地球化學(xué)應(yīng)突出研究以下幾個方面：①污染物組成、濃度及污染范圍；②污染物的來源；③污染物濃度變化的影響因素；④污染物的遷移與轉(zhuǎn)化。

1 污染物的組成、濃度及污染范圍調(diào)查

近年來隨著環(huán)境質(zhì)量的日益改變，我國對現(xiàn)階段的環(huán)境污染調(diào)查更加重視。為了解某地區(qū)某種污染物的組成、濃度和污染范圍均可以通過生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查，實(shí)地采樣、化驗(yàn)、分析等手段來完成[2]。例如為全面了解土地質(zhì)量現(xiàn)狀而開展的，以地球化學(xué)為手段的地質(zhì)調(diào)查工作，主要調(diào)查土壤中的養(yǎng)分元素(例如氮、磷、鉀、鈣、鐵、銅、鋅等)、生命健康元素、重金屬污染元素和有機(jī)污染物含量等54種化學(xué)指標(biāo)及其生態(tài)效應(yīng),進(jìn)而對土地質(zhì)量級別進(jìn)行評定在全國開展1:5萬土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查和1:25萬多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查等。其能夠有效服務(wù)于國土資源管理、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和精準(zhǔn)扶貧的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作，也是一項(xiàng)利國利民的基本國情調(diào)查，是國土資源系統(tǒng)踐行綠色發(fā)展理念的重要舉措，是了解環(huán)境污染情況并開展環(huán)境污染防范與控制的基礎(chǔ)。

生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的作用主要體現(xiàn)在：①查明土壤、水體、大氣中的有毒、有害物質(zhì)含量、組成和范圍，為當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后續(xù)污染物的監(jiān)測和防治提供有效支撐，避免出現(xiàn)大范圍群體事件。②通過生態(tài)環(huán)境質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查，獲取耕地土壤、水體中的有益元素、有害元素含量數(shù)據(jù)，可以作為耕地分等定級的評價依據(jù)并指導(dǎo)土地規(guī)劃對建設(shè)用地的布局和基本農(nóng)田的劃定;服務(wù)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,優(yōu)質(zhì)土地資源開發(fā)利用,助力地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。③通過調(diào)查,優(yōu)質(zhì)土地(比如富硒土地)水體及其農(nóng)產(chǎn)品隱藏的綠色健康價值被發(fā)掘出來,因地制宜的發(fā)展綠色無公害農(nóng)產(chǎn)業(yè),推廣地方特色農(nóng)副產(chǎn)品,可以提高市場競爭力及經(jīng)濟(jì)效益。為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展拓寬了道路,受到越來越多地方政府的重視。

2 污染物來源調(diào)查

盡管現(xiàn)階段的環(huán)境大背景下，受到國家政策的支持，環(huán)境污染防治相當(dāng)火熱，但是絕大多數(shù)只是為了污染而修復(fù)，花費(fèi)大量的財力、物力，實(shí)際取得的污染修復(fù)效果并不理想，亦或者絕大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究，并不能真正高效、經(jīng)濟(jì)的解決實(shí)際污染問題，主要原因是，實(shí)際地質(zhì)體、土壤、水體、和大氣均是非常復(fù)雜的環(huán)境，污染修復(fù)過程受到自然界諸多方面因素的影響。實(shí)驗(yàn)室的研究過于理想化，并且對污染物的來源，污染物濃度變化的影響因素以及污染物遷移變化規(guī)律研究調(diào)查不清楚所致。地球化學(xué)講求從根本上解決這些問題，探討、查明環(huán)境介質(zhì)中污染物的來源，主要通過野外地質(zhì)調(diào)查、樣品的采集與分析、介質(zhì)中污染物的變化規(guī)律分析以及穩(wěn)定同位素示蹤等手段對污染物溯源。

3 污染物濃度變化的影響因素研究

不同類型的污染物在不同的環(huán)境介質(zhì)中會表現(xiàn)出不同的活性和遷移變化規(guī)律。復(fù)雜多變的外界環(huán)境條件會對污染物濃度、活性、遷移變化規(guī)律甚至環(huán)境污染的修復(fù)效率產(chǎn)生顯著的影響。例如，現(xiàn)階段對人類威脅較大的幾種毒性金屬元素Cd、Pb、As、Cr、Hg等，在不同的pH、溫度、氧化還原環(huán)境、有機(jī)質(zhì)等條件下，其活性、生物有效性、遷移轉(zhuǎn)化能力會有著顯著的差異。Cr、Cd、Pb在酸性環(huán)境中活性更強(qiáng)、更不穩(wěn)定、更容易發(fā)生遷移，生物毒性更大，隨著介質(zhì)pH的上升，活性逐漸變?nèi)酰灰淄ㄟ^遷移而隨食物鏈進(jìn)入人體，生物有效性降低。pH對As的影響同樣明顯，不過其在酸性環(huán)境中反而表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，而且介質(zhì)中有機(jī)質(zhì)的含量對As濃度的影響較大，研究表明當(dāng)水土介質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量較高時，As的濃度更高。Hg也是較為嚴(yán)重的一類毒性污染物，其性質(zhì)受到溫度的影響較大，從而針對于Hg這一特性，有專門應(yīng)對與Hg以及易揮發(fā)毒性物質(zhì)的熱解析法。

4 污染物的遷移轉(zhuǎn)化研究

污染物的遷移轉(zhuǎn)化也是環(huán)境地球化學(xué)研究的重點(diǎn)，這包括污染物在環(huán)境介質(zhì)（水、土、氣、沉積物、地質(zhì)體）之間的遷移，以及污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化。絕大多數(shù)污染物均具有較強(qiáng)的遷移能力，例如有機(jī)污染物能夠在大氣中長距離遷移，隨著溫度冷凝遷移至土壤或水體中；土壤中的無機(jī)污染物基本都可以在地下水、土壤孔隙水之間遷移；土壤中的有機(jī)污染物會揮發(fā)遷移至大氣，在氣、土、水之間遷移循環(huán)。因此研究清楚污染物的遷移規(guī)律，影響因素后才能從實(shí)質(zhì)上了解清楚污染物的來源，污染物的范圍，以及制定更好的修復(fù)、應(yīng)對方案。

污染物的轉(zhuǎn)化，包括化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化，即對應(yīng)的化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。在研究、查明這些有毒有害的污染物如何轉(zhuǎn)化為輕毒或無毒物質(zhì)后，可將污染物轉(zhuǎn)化為其它污染物物質(zhì)。化學(xué)修復(fù)是指，通過添加化學(xué)試劑或材料使污染物轉(zhuǎn)化為無毒、低毒性的物質(zhì)，或者降低使這些污染物的活性降低，遷移能力降低，生物有效性降低。生物修復(fù)通常是利用植物或天然微生物的新陳代謝將有毒污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)。例如應(yīng)用于As污染土壤的植物修復(fù)，通過種植As超累積植物（蜈蚣草），吸收土壤中的As，再將這些草割掉、焚燒集中處理；應(yīng)用于有機(jī)污染物的微生物修復(fù)，通過所培養(yǎng)特定微生物的新陳代謝活動，使得污染物被分解或降解為其它無毒無害的物質(zhì)。

5 結(jié)語

總體來說，地球化學(xué)在現(xiàn)代環(huán)境污染與防治中扮演中不可替代的角色，它能帶領(lǐng)我們從根本上更全面、更理性地了解污染物、治理污染物。同時，環(huán)境污染防治是一個非常復(fù)雜的全球問題，需要環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)、材料科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物化學(xué)、分析測試等諸多行業(yè)、學(xué)科的協(xié)同發(fā)展與努力，共同致力于大自然的與人類的和諧發(fā)展。