土壤中重金屬污染研究進展

尚衛薛智鳳艾昊王高紅李華馮娟成星

(1.陜西省地質調查院，陜西 西安 710000；2.陜西省地質調查院實驗中心，陜西 西安 710000；3.生態環境損害鑒定評估中心，陜西 西安 710000)

引言

伴隨著經濟的高速發展，人們對于生活質量以及居住環境的要求也在不斷提升，其中土壤環境污染問題引起人們的高度重視。2006—2013年開展的全國土壤污染專項調查結果顯示，全國土壤總點位超標率達到了16.1%，輕微污染占比11.2%，輕度污染點位比2.3%，中度污染占比1.5%，重度污染占比1.1%[1]。本文主要通過對相關文獻資料的研究分析，分析土壤中重金屬污染情況的成因以及現狀，希望引起人們的重視，同時為相關部門研究人員，治理土壤中重金屬污染提供參考。

1 重金屬污染的由來

1.1 重金屬的定義

對于重金屬的定義，當前因為各個學科門類的研究方向范圍不同，所以還沒有標準統一的解釋。一般情況下，以密度作為區分標準，>4.0g·cm-3的金屬元素就被認為是重金屬，>5.0g·cm-3的其他元素也可以被認為是重金屬，常見的Cd、As、Pb、Hg、Cu、Zn、Ni等都在此列。其中，Se、As這2種元素并不是金屬元素，但因其性質與重金屬相似且具有一定的毒性，所以也被劃分到重金屬的范圍之內[2]。

1.2 重金屬污染的危害

1.2.1 危害人體生命安全

重金屬元素號稱“化學定時炸彈”，在自然條件下極難通過降解方法消除。重金屬不僅可以通過直接接觸進入人體，對人體健康造成危害，還可以利用周圍被污染的環境對人體產生影響。2009年8月，陜西省鳳翔縣因為違規進行Pb排放導致大規模重金屬污染事故，造成615名兒童鉛中毒。2009年12月，山東省臨沂市出現含砷污水下排事件，致使下方的水流區域全部砷含量超標，數以百萬計的人民群眾生活受到影響。據研究統計表示，僅2009年就發生了重金屬污染事故12起，導致4000余人身體健康受到傷害。造成如此嚴重后果的原因是由重金屬本身性質所決定的。人體維持正常的生命活動需要攝取多種元素，某些重金屬元素也是人體所必需的，適量的金屬元素會保證生命的健康活動，但是過量將會危害人體的生命健康安全。大部分重金屬都擁有降低生物酶活性的能力，從而危害人體生命健康，這種影響的表現并不明顯，通常在幾年后才會被發現。如，鉛會導致貧血癥，鎘會影響腎臟和骨骼，汞會造成腦損傷，鉻會對呼吸道、皮膚產生影響。

1.2.2 影響農作物產量及質量

相比于對人類的影響，重金屬污染對于農作物的影響更為巨大。生長在被重金屬污染土壤中的植物，吸收土壤中的重金屬元素，對重金屬元素產生富集作用，最終被富集的重金屬元素儲存在產出的作物中，導致農作物污染無法食用。隨著土壤重金屬污染狀況日益嚴重，人類可食用的農作物將越來越少，甚至會造成糧食嚴重短缺。因此治理土壤重金屬污染，保護土壤環境刻不容緩。

1.3 土壤中重金屬污染的來源

1.3.1 自然來源

自然界中本身就蘊含著許多重金屬元素，其廣泛存在于各種金屬礦物和巖石之中。隨著自然界的不斷演化，巖石礦物逐漸風化，到處飄散，經過雨水沖涮，自然演化，隨之進入土壤和自然界中。

1.3.2 人為影響

自然因素影響只占土壤中重金屬污染來源的很小一部分，真正造成土壤中重金屬污染嚴重的是人類活動。各種工業礦業的發展產生大量富含重金屬的廢料，過去為了經濟發展，部分企業走上先污染后治理的錯誤道路，大量的工業廢料處理不當，造成我國大面積土地出現重金屬污染，尤其以工業礦業廠區附近最為嚴重，嚴重影響附近居民的身體健康和居住環境。

隨著人們生活水平的提高，家家戶戶利用汽車代步。當前我國部分城市重金屬污染的土壤中，汽車尾氣排放是重要污染源之一。1kg的汽油中就含有0.65g左右的Pb，在汽車運行過程中，將有35μg的Pb隨尾氣排放而出[3,4]。資料顯示,我國的汽車保有量達到了3.95億輛，有近80個城市擁有超100萬輛汽車，隨著時間的累計，排放出的重金屬的量已經十分龐大。除了尾氣，汽車的零部件也造成了大量的重金屬污染，在汽車運行過程中，這些零部件也會隨之產生磨損，導致出現大量含有重金屬的微粒隨風進入土壤之中，從而造成土壤重金屬污染。

生活中廢棄電子產品的不正當處理也是造成土壤重金屬污染的一大原因。廢舊電池、廢舊手機等電子制品，都必須經過專業的處理，否則其中蘊含的重金屬便會進入到土壤造成嚴重的污染。20g的智能手機電池，可以造成1km2的土壤污染，且50a內無法自然消除。此外，日常生活垃圾中含有的重金屬也都會造成污染，研究顯示，生活垃圾中的重金屬含量一般夏季高于冬季，商業區高于居民區[5-7]。

2 重金屬污染的現狀

2.1 全國土壤重金屬污染情況

國土資源部和環境保護部公布的全國土壤污染狀況調查公告顯示，我國土壤重金屬污染情況已經十分嚴峻，全國16.1%的土壤經檢測都有不同程度污染情況。有將近1000萬hm2的農業土地遭到污染，造成糧食作物損失1200萬t。在第一次全國污染源普查中發現，我國在廢水中的重金屬污染物排放量就達到了0.09萬t[8]，2017年，我國開展了第二次全國污染源普查工作，經過一系列的降低污染的措施，全國污染情況得到一定的抑制，重金屬排放量從原來的900t降低到了如今的182.54t，環保工作已經卓有成效。但由于重金屬的危害性巨大，且治理困難，目前我國土壤重金屬污染情況仍然不容樂觀。

2.2 城市土壤重金屬污染情況

我國城市土壤發生重金屬污染主要與8種元素有關，分別是砷、汞、鋅、鎳、銅、鎘、鉻，其中鎘污染最為嚴重[9]。各種重金屬含量參數具體見表1。

表1 城市土壤中重金屬含量統計參數

因為城市功能、定位、人口數量等差異，各個城市土壤中重金屬含量各有不同。工業城市要大于非工業城市，特大城市高于中型城市，中型城市大于小型城市。多礦地區要高于其他地區[10]。長江以南高于長江以北，西南高于東北[11]。雖然各個城市的污染程度不同，但是隨著時間的推移，城市土壤重金屬污染的程度都在加重[12]。城市土壤環境的治理已經刻不容緩。

2.3 農業土壤重金屬污染情況

我國目前被重金屬所污染的土壤有2000萬hm2，相當于全國總耕地面積的20%，情況已經十分嚴峻。隨著農業現代化的不斷進行，對于農藥和化肥的使用也越來越多，大部分靠近城市的農田都被檢測出不同程度的重金屬含量超標，其中鎘元素造成的污染最為嚴重。鎘元素污染對于有機生命體具有毒性，受到鎘元素污染的農作物會生長緩慢，且產量變低。除了鎘元素污染外，耕地土壤中還存在著許多其他元素的污染[13]，其中甘肅省白銀市的農業土壤中就被檢測出了6種重金屬元素超標[14]。造成農業土壤重金屬嚴重超標的原因是種植作業中污水灌溉和濫用化肥農藥，由于沒有相關概念，人們將日常生活中產生的未經處理的污水直接倒入了農田之中，造成土壤污染。

3 重金屬污染的檢測方法

3.1 光譜檢測技術

光譜檢測技術是當前使用范圍最廣的檢測方法，也是測定重金屬污染國家標準規定所使用的檢測方法。將樣品預處理后放入離子體發射光譜儀，使重金屬元素氣化，觀測激發特征譜線的強度即可得到重金屬含量[15]。表2為標準重金屬檢測方法，該方法的缺點是程序復雜，需要對樣本進行提前處理，進行1次檢驗的成本過高，且無法直接在現場進行檢測。

表2 土壤環境質量標準中的重金屬元素檢測方法

3.2 質譜法

質譜法是伴隨著科技發展而出現的檢測方法。將樣品霧化后轉變為帶電離子，之后注入質譜計中，按比荷值進行分離、計算。優點是可以隨時隨地進行土壤中重金屬含量檢測，避免運輸工程中產生的損耗[16]。缺點是檢測儀器成本較高，不具備大規模配備檢驗的可能性，而且被檢測樣品中水分含量會對檢測結果產生很大的影響，不能保證其準確性。

3.3 原子熒光法

原子熒光法主要用于銻、鉍和汞的檢測。樣本經過預處理后，通過酸性硼氫化鉀或者酸性硼氫化鈉的還原，會產生對應的氫化物和汞原子。在發射光的激發之下，汞原子和氫化物形成的基態原子將會出現熒光。樣品內重金屬含量越高，則熒光強度越大[17]。

3.4 石墨爐原子吸收分光光度法

石墨爐原子吸收分光光度法可以用于多種重金屬元素的檢驗檢測。原理是把經過預處理后的樣本放入石墨爐原子化器中，其中重金屬轉變為基態原子蒸汽，空心燈與放電燈發射的特征譜線在特定區域內的吸光度和重金屬的質量濃度成正比，觀測吸光度就能得到重金屬含量。

4 重金屬污染的治理途徑

4.1 物理途徑

通常對于土壤重金屬的污染治理的物理途徑就是通過物理手段，阻斷其繼續污染其他土壤，或者降低土壤污染途徑。土壤封裝技術是將被污染的土地取出進行封裝，阻止其繼續污染其他土壤，適用于剛剛被污染的土壤環境。土壤填埋技術適用于某些特定場地的重金屬污染處理，如工廠遺址的重金屬污染處理。換土技術是將表層受污染的土壤與底層的干凈土壤進行互換，利用自然環境進行土壤重金屬污染的治理，這種處理方法雖然效果顯著，但是工程量大，成本消耗太高，只適用于小面積的污染治理。電動修復是利用重金屬離子在通電狀態下會出現電遷移的現象進行修復，但對于土壤環境的導電性要求過高，成本也過高。熱處理技術是根據重金屬污染物遇熱會揮發的特性，加熱受污染的土壤區域，使重金屬污染物揮發出來，通過使用相應氣體收集裝置進行收集，進行集中處理。

4.2 化學途徑

治理土壤重金屬污染的化學途徑主要是通過各種化學反應使重金屬元素變成其他易收集的存在。土壤淋洗法是使用特定的試劑對重金屬離子進行吸附，從而治理土壤重金屬污染，但是目前淋洗劑的效率還不夠高，且容易造成二次污染。化學固定法是目前治理污染效果最好的、風險最低的一種方法，所以其應用率較高，但缺點是固化后產生的蘊含大量重金屬的固體塊的處理問題。

4.3 生物途徑

生物途徑處理方法主要是靠一些生物對于重金屬的吸附作用來進行。植物修復法，依靠植物對于重金屬元素的吸附效果以及富集作用來進行處理。微生物修復法，利用微生物生活過程中產生的酶降解重金屬的影響。相比于傳統的物理化學途徑，生物途徑在經濟上成本更低，且不會產生二次污染，是未來應該大力開發的治理重金屬污染的手段。

5 總結

解決我國土壤中重金屬污染的問題迫在眉睫。本文介紹了土壤中重金屬污染問題的由來、危害，當前污染現狀以及相應的檢測治理方法，以期引起有關部門和相關研究學者的注意。對于土壤中重金屬污染的治理主要分為2步，減少重金屬污染的產生，治理已經被重金屬污染的土地。環境保護保衛戰是一項漫長而持久的任務，需要每個人的不懈努力。