土壤重金屬

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土壤重金屬污染危害及防治措施

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土壤重金屬污染危害及防治措施

地球巖石圈經歷了千百萬年的漫長的地質變化后才形成

了土壤。土壤和人類之間保持著一種自然平衡關系,土壤和其他

環境因素一樣對人類起作用,人類活動也可以影響土壤環境,他

們之間互相依賴、互相制約、緊密地聯系在一起,人通過生產活

動從自然界取得資源和能量,再以三廢形式向土壤系統排放,

造成土壤污染,然后被植物吸收并在體內積累,人吃了污染的糧

食、蔬菜等食物后,重金屬元素就在人體蓄積,產生各種危害,所

以充分認識土壤污染及危害,保護土壤,防治污染是十分重要的

任務。

1土壤重金屬污染

在土壤的無機污染物中,突出表現為重金屬的污染。重金屬不能為

土壤微生物所分解,而易于積累,轉化為毒性更大的甲基化合物,甚至有

的通過食物鏈以有害濃度在人體內蓄積,嚴重危害人體健康。土壤重金

屬污染物主要有鉛、鎘、汞、砷、鉻、銅、鐵、鋅等,砷雖不屬于重金

屬,但因其行為與來源及危害都與重金屬相似,故通常列入重金屬類進

行討論。就對植物需要而言,可分為兩類:一類是植物生長發育不需要的

元素,而對人體健康危害比較明顯,如鎘、汞、鉛等,另一類是植物正常

發育所需元素,且對人體又有一定生理功能,如銅、鋅等,但過多會發生

污染,妨礙植物生長發育。同種金屬,由于它們在土壤中存在的形態不同,

其遷移轉化特點和污染性質也不同,因此在研究土壤中重金屬的危害時,

不

僅要注意它們的總含量,還必須重視各種形態的含量。汞土壤的汞

污染主要來自于污染灌溉、燃煤、汞冶煉廠和汞制劑廠(儀表、電氣、

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氯堿工業)的排放。如一個700兆瓦的熱電站,每天可排放汞215公斤,

估計全世界僅由燃煤而排放到大氣中的汞,一年就有3000噸左右。含汞

顏料的應用、用汞做原料的工廠、含汞農藥的施用等也是重要的汞污染

源。汞進入土壤后95%以上能迅速被土壤吸持或固定,這主要是土壤的粘

土礦物和有機質有強烈的吸附作用,因此汞容易在表層積累,并沿土壤

的縱深垂直分布遞減。土壤中汞的存在形態有金屬汞、無機態與有機態,

并在一定條件下相互轉化。在正常EH和PH范圍內,汞能以零價狀態存

在是土壤中汞的重要特點。植物能直接通過根系吸收汞,在很多情況下,

汞化合物可能是在土壤中先轉化為金屬汞或甲基汞后才能被植物吸收。

無機汞有HgSO4、Hg(OH)2、HgCL2、HgO,它們因溶解度低,在土壤中遷移

轉化能力很弱,但在土壤微生物作用下,轉化為具有劇烈毒性的甲基汞,

也稱汞的甲基化。微生物合成甲基汞在好氧或厭

氧條件下都可以進行。在好氧條件下主要形成脂溶性的甲基汞,可

被微生物吸收、積累而轉入食物鏈,造成對人體的危害;在厭氧有酶催化

下,主要形成二甲基汞,它不溶于水,在微酸性環境中,二甲基汞也可轉

化為甲基汞。汞對植物的危害因作物的種類不同而異,汞在一定濃度下

使作物減產,較高濃度下甚至可使作物死亡。植物吸收和累積與汞的形

態有關,其順序是:氯化甲基汞氯化乙基汞醋酸苯汞氯化汞氧化汞硫化

汞。不同植物對汞吸收能力是:針葉植物落葉植物;水稻玉米高果葉菜類

根菜類果菜類。土壤中汞含量過高,汞不但能在植物體內累積,還會對植

物產生毒害,引起植物汞中毒,嚴重情況下引起葉子和幼蕾掉落。汞化合

物侵入人體,被血液吸收后可迅速彌散到全身各器官,當重復接觸汞后,

就會引起腎臟損害。鎘鎘主要來源于鎘礦、冶煉廠。因鎘與鋅同族,常

與鋅共生,所以冶煉鋅的排放物中必有ZnO、CdO,它們揮發性強,以污

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染源為中心可波及數千米遠。鎘工業廢水灌溉農田也是鎘污染的重

要來源。鎘被土壤吸附,一般在0-15cm的土壤層累積,15cm以下含量顯

著減少。土壤中的鎘以CdCO3、Cd(PO4)2、及Cd(OH)2的形態存在,其中

以CdCO3為主,尤其是在PH7的石灰性土壤

中,土壤中的鎘的形態可劃分為可給態和代換態,它們易于遷移轉

化,而且能被植物吸收,不溶態鎘在土壤中累積,不易被植物吸收,但隨

環境條件的改變二者可互相轉化。如土壤偏酸時,鎘的溶解度增高,而且

在土壤中易于遷移;土壤處于氧化條件下(稻田排水期及旱田)鎘也易變

成可溶性,被植物吸收也多。土壤對鎘有很強的吸著力,因而鎘易在土壤

中造成蓄積。鎘在土壤中吸附遷移還受伴隨離子如Zn2+、Pb2、Cu2+、

Fe2+、Ca2+等的影響,

如鋅的存在就可抑制植物對鎘的吸收。

鎘是植物體不需要的元素,但許多植物均能從水中和土壤

中攝取鎘,并在體內累積。累積量取決于環境中的鎘的含量和形

態。鎘在植物各部分分布基本上是:根葉枝的干皮

花、果、籽粒。水稻研究表明同樣規律,即主要在根部累積,為總

量的8215%,地上部分僅占1715%,其順序:為根莖葉稻

米糙米。

土壤中過量的鎘,不僅能在植物體內殘留,而且也會對植物

的生長發育產生明顯的危害。鎘能使植物葉片受到嚴重傷害,致

使生長緩慢,植株矮小,根系受到抑制,造成生物障礙,降低產

量,在高濃度鎘的毒害下發生死亡。

鎘對農業最大的威脅是產生鎘米、鎘菜,人食用這種被

鎘污染的農作物,則會得骨痛病。另外,鎘會損傷腎小管,出現糖

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尿病,鎘還會造成肺部損害,心血管損害,甚至還有致癌、致畸、

致突變[2]

的報道。

鉛鉛是土壤污染較普遍的元素。污染源主要來自汽油里添

加抗爆劑烷基鉛,汽油燃燒后的尾氣中含大量鉛,飄落在公路兩

側數百米范圍內的土壤中。另外礦山開采、金屬冶煉、煤的燃燒

等也是重要的污染源。在礦山、冶煉廠附近土壤含鉛量高達

1500cm?kg以上[3]

。隨著我國鄉鎮企業的快速發展,三廢中的鉛也大量進入農田,一般

進入土壤中的鉛在土壤中易與有機物

結合,不易溶解,土壤鉛大多發現在表土層,表土鉛在土壤中幾乎不

向下移動。

植物對鉛的吸收與積累,決定于環境中鉛的濃度、土壤條

件、植物的葉片大小和形狀等。植物吸收的鉛主要累積在根部,

只有少數才轉移到地上部分。積累在根、莖和葉內的鉛,可影響

植物的生長發育,使植物受害。鉛對植物的危害表現為葉綠素

下降。阻礙植物的呼吸及光合作用。谷類作物吸鉛量較大,但多

數集中在根部,莖稈次之,籽實較少。因此,鉛污染的土壤所生產

的禾谷類莖稈不易作飼料。

鉛對動物的危害則是積累中毒。鉛是作用于人體各個系統

和器官的毒物,能與體內的一系列蛋白質、酶和氨基酸內的官能

團絡合,干擾機體多方面的生化和生理活動,導致對全身器官產

生危害。

鉻鉻的污染源主要是鉻電鍍、制革廢水、鉻渣等。鉻在土壤

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中主要有兩種價態:Cr

6+

和Cr

3+

。土壤中主要以三價鉻化合物存

在,當它們進入土壤后,90%以上迅速被土壤吸附固定,在土壤

中難以再遷移。Cr

6+

很穩定,毒性大,其毒害程度比Cr

3+

大100

倍。而Cr

3+

則恰恰相反,Cr

3+

主要存在于土壤與沉積物中。土壤

膠體對三價鉻具有強烈的吸附作用,并隨PH的升高而增強。土

壤對六價鉻的吸附固定能力較低,僅有815%-3612%。不過普

通土壤中可溶性六價鉻的含量很小,這是因為進入土壤中的六

價鉻很容易還原成三價鉻,這其中,有機質起著重要作用,并且

這種還原作用隨著PH的升高而降低。值得注意的是,實驗已證

明,在PH615-815的條件下,土壤的三價鉻能被氧化為六價

鉻,同時,土壤中存在氧化錳也能使三價鉻氧化成六價鉻,因此,

三價鉻轉化成六價鉻的潛在危害不容忽視。

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植物對鉻的吸收,95%蓄積于根部。據研究,低濃度Cr6+能提高植物

體內酶活性與葡萄糖含量,高濃度時,則阻礙水分和營

養向上部輸送,并破壞代謝作用。

鉻對人體與動物也是有利有弊。人體含鉻過低會產生食欲

減退等癥狀。而Cr

6+

具有強氧化作用,對人體主要是慢性危害,

長期作用可引起肺硬化、肺氣腫、支氣管擴張,甚至引發癌癥[5]

砷土壤砷污染主要來自大氣降塵、尾礦與含砷農藥,燃煤

是大氣中砷的主要來源。通常砷集中在表土層10cm左右,只有

在某些情況下可淋洗至較深土層,如施磷肥可稍增加砷的移動

性。土壤中砷的形態按植物吸收的難易劃分,一般可分為水溶性

砷、吸附性砷和難溶性砷,通常把水溶性砷、吸附性砷總稱為可

給性砷,是可被植物吸收利用的部分。土壤中砷大部分為膠體吸

收或和有機物絡合--螯合或和磷一樣與土壤中鐵、鋁、鈣離子

相結合,形成難溶化合物,或與鐵、鋁等氫氧化物發生共沉。PH

和EH值影響土壤對砷的吸附,PH值高,土壤砷吸附量減少而

水溶性砷增加;土壤在氧化條件下,大部分是砷酸,砷酸易被膠

體吸附,而增加土壤固砷量。隨EH降低,砷酸轉化為亞砷酸,可

促進砷的可溶性,增加砷害。植物在生長過程中,吸收有機態砷

后可在體內逐漸降解為無機態砷。砷可通過植物根系及葉片的

吸收并轉移至體內各部分,砷主要集中在生長旺盛器官。作物根

莖葉、籽粒含砷量差異很大,如水稻含砷量分布順序是稻根莖葉谷

殼糙米,呈自下而上遞降變化規律。

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砷中毒可影響作物生長發育,砷對植物危害的最初癥狀是

葉片卷曲枯萎,進一步是根系發育受阻,最后是植物根、莖、葉全

部枯死。

砷對人體危害很大,在體內有明顯的蓄積性,它能使紅血球

溶解,破壞正常的生理功能,并具有遺傳性、致癌性和致畸性

等[5]

2治理措施

土壤受污染后,蓄積在土壤中的有害物質能遷移到水、空氣

和植物中,最終進入人體。土壤污染一旦形成,就會造成長遠的

影響,而且難以消除。因此,我們應以預防為主,積極做好土壤

的保護工作。

土壤污染的防護要采取綜合措施,首先要控制和消除土壤

的污染源,同時對已經污染的土壤采取措施,消除土壤中的污染

物或控制污染物遷移轉化,使其不能進入食物鏈。

生物防治土壤污染物質可通過生物降解或植物吸收而凈

化土壤。如羊齒鐵角蕨屬的一種植物,有較強的吸收土壤重金屬

能力,對土壤中鎘的吸收率可達到10%,連種多年可使土壤鎘含

量降低50%。

施加抑制劑輕度污染的土壤,施加某種抑制劑,可改變污

染物在土壤中的遷移轉化,減少作物吸收,如使用石灰可增加土

壤PH,使銅、鋅、汞、鎘等金屬或氫氧化物沉淀。據實驗,施用石

灰后稻米含鎘量可降低30%。堿性磷酸鹽可與土壤中的鎘形成

磷酸鎘沉淀,對消除鎘污染具有重要意義。

增施有機肥有機膠體和粘土礦物膠體,對土壤中重金屬和農藥有一

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定吸附力。因此增加土壤有機質,改良砂性土壤,能促

進土壤對土壤有毒物的吸附作用,增加土壤容量,提高土壤的自

凈能力。

加強水漿管理水稻土壤的氧化還原狀態可影響水稻土中

重金屬的遷移轉化。淹水可明顯抑制水稻對鎘、銅、鉛、鋅的吸

收,落干將促進水稻的吸收。

客土、深翻被重金屬嚴重污染的土壤,若面積不大,可用客

土換土法,對換出土壤要妥善處理,防止次生污染。亦可將污染

土壤翻到下層,深埋程度以不污染作物而定。

參考文獻

[1]吳沈春等環境與健康北京人民衛生出版社1982.9

[2]陳炳卿等食品污染與健康北京化學工業出版社.環境

科學與工程出版中心2002.7

[3]劉靜玲等環境污染與控制北京化學工業出版社.環境

科學與工程出版中心2001.2

[4]胡望鈞等常見有毒化學品環境事故應急處置技術與監

測方法北京中國環境科學出版社1993.3

[5]徐厚恩等中國污染物有毒危險性評價北京北京醫科

大學.中國協和醫科大學聯合出版社1997.5

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