關于土壤中重金屬污染的研究

周游

摘? ?要：土壤與人是對立統一體，人類在利用和改造土壤環境的過程中，對土壤影響的性質和程度是不同的。隨著社會經濟和科學技術的快速發展，“三廢”的不斷排放與積累，輸入土壤的有毒有害物質不斷增加，其中重金屬的污染表現尤為突出。筆者從事多年的環境管理工作，總結土壤中重金屬污染的相關經驗：重金屬的來源、特點、遷移及有效性，這些內容是土壤重金屬污染評估和修復方法選擇的重要依據。

關鍵詞：土壤重金屬污染? 重金屬危害? 遷移轉化? 有效性

中圖分類號：X53? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（a）-0125-02

1? 土壤重金屬污染的主要來源及危害

目前土壤中常見的重金屬主要有Cu、Cd、Cr、Pb、Zn、Hg、As、Ni8種，其主要來源于金屬冶煉、礦產企業、電鍍、染料與印染、金屬制品生產、農藥化肥等工業廢氣、廢水、廢渣。工業三廢的排放和農業生產中農藥化肥的不合理利用使得重金屬污染一直沒有得到有效的治理。重金屬污染在近年來越來越受到關注，其中土壤重金屬污染是最為顯著的。重金屬污染在土壤系統中的循環方式如下圖1。大氣中的重金屬主要源于工業生產、運輸和工業材料的生產過程，大氣沉降與雨淋的結合使得重金屬進行了轉移，進入土壤積累。

重金屬污染影響主要體現在其對植物、人畜、土壤微生物方面，其累積效應對植物、人畜、土壤微生物會產生嚴重的危害。在近些年頻繁發生，根據環保部統計，僅2009年就接到12起重金屬、類金屬污染事件，使4035人血鉛超標，182人鎘超標，引發32起群體事件。

2? 土壤重金屬污染的研究

2.1 土壤重金屬污染的特點及形態

當有毒重金屬進入土壤后，通過生物鏈作用、能量交換過程中很難從土壤中快速遷移。由于重金屬污染物容易形成沉積，產生長期積累效應，使得土壤生態本身的緩沖和自凈作用很難將重金屬降解和轉移。隨著時間的累積，重金屬不斷增多，最終會超過土壤容納的閾值，對土壤生態系統、功能、質量產生不良影響。

土壤重金屬元素在土壤剖面中的垂直遷移分布主要受到金屬元素本身的化學性質和土壤的理化性質的影響。由于受到土壤中無機及有機膠體對金屬陽離子的吸附、代換、配合和生物富集作用，重金屬污染物在土壤中的遷移能力較差，大部分會被固定在土壤中的耕作層，不易被遷移至46cm以下的土壤中，且在土壤的剖面分布中呈自上而下遞減的趨勢。

大多數重金屬都是過渡性元素，有獨特的電子層結構，所以具有一些特殊的物理化學特性，這些特性影響了重金屬在土壤中的多變的溶解特性、土壤環境遷移特性等。重金屬主要的物理化學特性如下所示。

（1）具有可變價態，在土壤中容易產生氧化還原反應。不同價態的重金屬離子的活性和毒性都存在較大差異，導致了重金屬污染的復雜性和多樣性。

（2）容易在土壤環境中發生水解反應，還能與土壤中的無機酸發生反應，形成的化合物的溶度積都很小，導致了重金屬形成沉積不易遷移，危害轉移擴大的風險低，但是危害周期較長，危害程度大。

（3）作為中心離子，能夠接受多種孤對電子生成配位絡合物，還可與有機物結合生成螯合物。重金屬鹽的溶解度低，其轉化的絡合物和螯合物增加了其在土壤中轉移的風險。

（4）遷移轉化形式多，重金屬在土壤中的遷移轉化過程近乎囊括了所有已知的物理化學過程。

（5）金屬離子的物理化學行為大多具有可逆性，土壤重金屬離子的物理化學行為多數具有可逆性，屬于緩沖型污染物。

2.2 土壤重金屬的遷移轉化

進入土壤后重金屬將被一系列復雜的化學反應和物理與生物過程所控制。當重金屬進入土壤后，最初的可動性依賴于其來源的形態。形態不同，進入土壤中的金屬離子的形態和總量也有很大區別，并直接影響中重金屬在土壤中的遷移、轉化及植物效應。土壤中重金屬的遷移轉化主要有物理遷移、物理化學遷移、生物遷移等。

（1）物理遷移。

物理遷移是在重金屬不改變自身的化學性質和總量的情況下進行的遷移，如溶于水的重金屬離子或螯合物可以隨著水體流動遷移到其他地方。土壤中的水流速度和重金屬離子在土壤中的阻滯系數決定了重金屬在土壤中遷移的速度，可以用如下公式進行算。

式中：Vme表示土壤中重金屬離子遷移速度（距離/時間）;Vw表示土壤水流速度（距離/時間）;Rd是離子分布常數，Qi其該土壤膠體的等溫吸附量，Ci為該土壤平衡溶液濃度，w%為土壤中水的含量百分比;1/（Rd+1）表示該重金屬在土壤中遷移是的阻滯系數。

由此分析可以看到，土壤中重金屬移動的速度與土壤溶液濃度和土地含水量呈正相關，與土壤膠體的吸附量呈負相關。

（2）物理化學遷移。

物理化學遷移是指土壤膠體對土壤中重金屬的吸附，膠體吸附分為非專性吸附和專性吸附。非專業吸附是由于膠體所帶電荷與重金屬不同，而產生的吸附作用，這種吸附非常容易被解吸或被水洗出。專業吸附是對重金屬離子的深度吸附，被吸附的陰離子進入到了膠體雙層的內層，因此又被成為配位體交換。

（3）生物遷移。

植物吸收土壤中的重金屬離子，并在體內積累;動物通過食用污染的植物，重金屬進一步轉移;受污染動物的排泄、受污染的動植物死亡后的殘體在土壤表面腐敗分解后，被吸收的重金屬重新回到土壤環境中。整個循環過程就是重金屬的生物遷移動態平衡的過程。

2.3 土壤重金屬有效性及提取

重金屬的有效性不僅僅包括土壤中重金屬的總量，還要具有生物有效性并且理化性質活潑的那部分重金屬。生物有效性是重金屬元素在生物體內的吸收、積累或毒性程度。利用萃取劑提取出來的有效態可以用來評估土壤重金屬的有效性，表示的是元素有效態與植物對重金屬的吸收呈正相關。浸提法的應用有一次浸提法和連續浸提法，是采用某種適當組成與組成的試驗溶液（一種或幾種試劑）按照一定的土壤比進行浸提，浸提一次;或者采用不同的試劑溶液（浸提能力是依次加強的）按照一定的順序依次浸提，然后測量浸提液中重金屬的含量。根據萃取劑的不同，可以分為酸試劑浸提法、螯合劑浸提法、中性鹽和緩沖試劑浸提法以及微乳液浸提法。由于萃取劑對重金屬的萃取效果不同，因此選擇萃取劑之前，需要進行培養實驗加以統計檢驗，確定萃取劑與重金屬之間有良好的相關性，才可選用萃取試劑。

3? 結語

土壤重金屬污染具有難降解、隱蔽性強、難擴散的特點，所以重金屬污染一般持續周期長、危害嚴重。當發現重金屬污染時，一般其危害已經持續一定的時間。土壤重金屬污染來源和危害的分析，能夠為重金屬污染物檢測提供檢測依據，準確檢測土壤中重金屬的有效性，是進一步從源頭控制重金屬的污染和產生重金屬污染場地修復工作的重要依據。

參考文獻

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