什么是重金属污染物的传播特征

重金属污染物的传播特征与重金属污染源位置

摘要：文章阐明了重金属污染物来源与分布，同时对国内外土壤重金属污染治理的研究工作做了系统的综述，提出了土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法，利用环境矿物材料治理土壤重金属污染物的方法，具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点，展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。并提醒人们要提高土壤质量意识，保护生态环境。
1） 工业三废引起的重金属污染

近年来，由于部分矿产开发中选矿、冶炼工艺水平落后，个别矿区没有环保治理设备，废水、废气排放而带来的大量废弃物的产生未经处理直接投放环境，而其中的重金属随着自然的沉降、雨水的淋溶等途径进入土壤，进入正常循环的生态系统，造成重金属污染严重危害人们的生产生活。

2）化肥农药的过度使用

重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，化肥中品位较差的过磷酸钙和磷矿粉中含有微量的As、Cd重金属元素（WILLIAMS C H，1973）。含铅及有机汞的农药发挥作用的同时也为土壤重金属污染埋下了祸根，造成土壤的胶质结构改变，营养流失，对农作物的产量及品质都造成极大的不良影响。目前的饲料添加剂中也常含有高含量的Cu和Zn（夏家淇，1996），这使得有机肥料中的Cu、Zn含量也明显增加并随着肥料施入农田。

3）汽车尾气的排放

以公路、铁路为中心成条带状分布的重金属污染土壤主要是由于汽车尾气的排放、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降所引起的，污染元素中主要为Pb、Cu、Zn等元素（李波，2005）。这些物质随风飘落，进入土壤中引起重金属污染。实验证明，道路两旁土壤中重金属的污染比较严重，并随着离公路距离的由近到远，土壤的污染程度渐轻
。

重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。
随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起世界各国的广泛重视。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万 t、Cu为340万 t、Pb为500万 t、Mn为1500万 t、Ni为100万 t。中国北方大城市的蔬菜基地和部分商品粮基地也存在着不同程度的重金属污染，如北京、天津、西安、沈阳、济南、长春、郑州等地；。
南方相对较轻，如福州、宁波、上海、武汉、成都等地。土壤重金属污染将会造成生态系统的严重破坏。从中国土壤资源状况看，到2000年底中国人均耕地仅为0.1 hm2，而且随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少。因而如何有效地控制及治理土壤重金属的污染，改良土壤质量,将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。
重金属污染原理
重金属，特别是汞、镉、铅、铬等具有显著和生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。重金属污染的特点是：(1)除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。(4)在其危害环境方面的特点是：微量浓度即可产生毒性(一般为1～10毫克/升，汞、镉为0.01～0.001毫克/升)；在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如洋－甲基汞)；可被 生物富集，通过食物链进入人体，造成慢性路线。亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力，能抑制酶的活性，亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积，抑制精氨酶的活性。六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌，过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。
本文主要从土壤中重金属污染物来源与分布、土壤中重金属污染物的现行治理方法入手，提出土壤中重金属污染物防治的环境矿物学新方法。旨在保护环境，提高土壤的环境质量。
1 土壤中重金属污染物来源与分布
土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外，人类工农业生产活动，也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。
1.1 大气中重金属沉降
大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大气中的大多数重金属是经自然沉降[2]和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun市区的铅污染[3]，它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物,由于风的输送，这些细微颗粒的铅,从工业废物堆扩散至周围地区。南京某生产铬的重工业厂[4]铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍，污染以车间烟囱为中心，范围达1.5 km2，污染范围最大延伸下限1.38 km。俄罗斯的一个硫酸生产厂也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。公路、铁路两侧土壤中的重金属污染，主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。在宁—杭公路南京段两侧的土壤形成Pb、Cr、Co污染晕带，且沿公路延长方向分布，自公路向两侧污染强度减弱。在宁—连一级公路淮阴段两侧的土壤铅含量增高，向两侧含量逐渐降低，且在地表0~30 cm铅的含量较高。在法国索洛涅地区A71号高速公路[8]沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd，其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2~8倍，而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7~26倍。在斯洛文尼亚[9]从居波加到扎各瑞波公路两侧，铅除了分布在公路两侧以外，还受阶地地貌和盛行风的影响，高铅出现在低地，公路顺风一侧铅含量较高。 经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散；由城市—郊区—农区，随距城市的距离加大而降低，特别是城市的郊区污染较为严重。此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。
此外，大气汞的干湿沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。大气汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的粘土矿物和有机物的吸附或固定，富集于土壤表层，或为植物吸收而转入土壤，造成土壤汞的浓度的升高。
1.2 农药、化肥和塑料薄膜使用
施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之,，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高，其中As和Cd污染严重。经过对上海地区菜园土地、粮棉地的研究，施肥后，Cd的含量从0.134 mg/kg升到0.316 mg/kg，Hg的含量从0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg，Cu、Zn 增长2/3。通过新西兰50 a前和现今同一地点58个土样分析，自施用磷肥后，镉从0.39 mg/kg升至0.85
mg/kg。在阿根廷由于传统无机磷肥的施入,进而导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。
农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。
1.3 污水灌溉
污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不污染[17]。近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分，中国自60年代至今，污灌面积迅速扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上。南方地区的污灌面积仅占6%，其余在西北和青藏[18]。污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。淮阳污灌区自污灌以来，金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高，1995~1997年已超过警戒级。太原污灌区的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其当地背景值，且积累量逐年增高。
1.4 污泥施肥
污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥施用越多,污染就越严重，Cd、、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染；Cd、Hg可引起小麦、玉米的污染；污泥增加，青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加]。Anthony研究表明，用城市污水、污泥改良土壤，重金属Hg、Cd、Pb等的含量也明显增加。
1.5 含重金属废弃物堆积
含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场[23]、杭州某铬渣堆存区、城市生活垃圾场[25]及车辆废弃场[26]附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值，重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的加大重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同，各重金属污染程度也不尽相同，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染。
1.6 金属矿山酸性废水污染
金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境（如河流等）或直接进入土壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t，Cd为88 t，As为173 t，Pb为226 t。矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流中不同河段的重金属污染往往受污染源（矿山）控制，河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金属元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复，金属化学污染强度逐渐降低。江西乐安江沽口—中洲由于遭受德兴铜矿的污染，水体及土壤中的重金属Cu、Pb、Zn、Cr含量增高，至鄱阳湖段重金属含量逐渐降低。美国科罗拉多州罗拉多流域受采矿的影响，重金属元素Cd、Zn、Pb、As的浓度，以污染源为最高，之后随着与污染源距离延长而逐渐降低。莱安河[30]重金属污染，来自一个大型铜矿，导致重金属浓度远远超过当地背景值。流域重金属污染随季节变化而异，枯水期重金属的含量明显高于丰水期。河流流速减缓可以导致该流段重金属含量增加。
同一区域土壤中重金属污染物的来源途径可以是单一的，也可以是多途径的。胡永定通过研究徐州荆马河区域土壤重金属污染的成因中指出：Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的，As是由农灌引起的，Cd是由农灌和垃圾施用引起的，Hg是各种途径都具备。王文祥通过对山东省耕地重金属元素污染状况的研究说明，工业快速发展地区铅高于农业环境，铅与距公路远近有关。乡镇企业技术、设备落后，原材料利用率低，造成其周边土壤重金属污染相当严重。据贵州1986年的统计，全省乡镇排放汞14.7万kg，土壤中有的地方达56.64 mg/kg，超过未污染土壤的84.5倍。要引起高度重视。
总的来说：工业化程度越高的地区污染越严重，市区高于远郊和农村，地表高于地下，污染区污染时间越长重金属积累就越多，以大气传播媒介土壤重金属污染土壤的具有很强的叠加性,熟化程度越高重金属含量越高。

2 土壤中重金属污染物现行治理方法
关于土壤重金属污染物的研究，国外始于20世纪60~70年代，如澳大利亚、美国、德国等国家对土壤重金属较深入，尤其澳大利亚。我国在1983年对主要类型的土壤环境容量作过初步研究，如提出研究土壤重金属的生态效应、临界含量地带性分异规律和分区等。
当前，世界各国很重视对重金属污染治理方法研究，并开展广泛的研究工作。总的来说，目前大致有以下四种治理措施：
2.1 工程治理方法
工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有：客土是在污染的土壤上加入未污染的新土；换土是将以污染的土壤移去，换上未污染的新土；翻土是将污染的表土翻至下层；去表土是将污染的表土移去等。如日本富士县神通川流域的痛痛病发源地，就是由于长期食用含镉的稻米而引发的，他们通过研究，去表土15 cm，并压实心土，在连续淹水的条件下，稻米中镉的含量小于0.4 mg/kg；去表土后再客土20 cm，间歇灌溉稻米中镉的含量也不超标，客土超过30 cm，其效果更佳。此外淋洗法是用淋洗液来淋洗污染的土壤；热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物（Hg）挥发并收集起来进行回收或处理；电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。
以上措施具有效果彻底、稳定等优点，但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。
2.2 生物治理方法
生物治理是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。主要有：动物治理是利用土壤中的某些低等动物蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属；微生物治理是利用土壤中的某些微生物等对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，降低土壤中重金属的毒性如Citrobacter sp产生的酶能使U、Pb、Cd形成难溶磷酸盐；原核生物（细菌、放线菌）比真核生物（真菌）对重金属更敏感，格兰氏阳性菌可吸收Cd、Cu、Ni、Pb等。植物治理是利用某些植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属；重金属的植物吸收、淋溶和无效态数量将只依赖于它们的有效态的多少，重金属溶液浓度和它们的土壤的有效态之间关系遵循Freundlich吸附方程[41]；超积累植物可吸收积累大量的重金属，目前已发现400多种，超积累植物积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量一般在0.1%以上，积累Mn、Zn含量一般在1%以上；印度芥菜（Brassica juncea）可吸收Zn、Cd、Cu、Pb等，在Cu为250 mg/kg，Pb为500 mg/kg、Zn为500 mg/kg条件下能生长，在Cd为200 mg/kg出现黄化现象[42]；印度芥菜（Brassica juncea）可对Cr6+、Cd、Ni、Zn、Cu富集分别为58，52，31，17和7倍；高杆牧草（Agropyron elongatum）能吸收Cu等；英国的高山莹属类等，可吸收高浓度的Cu、Co、Mn、Pb、Se、Cd、Zn等。
生物治理措施的优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小，缺点是治理效果不显著。
2.3 化学治理方法
化学治理就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，改变pH、Eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。其中沉淀法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变（pH值、OH-、SO42-等）时，形成金属沉淀物而降低土壤重金属的污染；如向土壤中投放钢渣，它在土壤中易被氧化成铁的氧化物，对Cd、Ni、Zn的离子有吸附和共沉淀作用，从而使金属固定。在沈阳张士污灌区进行的大面积石灰改良实验表明，每公顷施石灰1500~1875 kg籽实含镉量下降50%[18]。有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难溶的络合物，而减轻土壤重金属的污染；吸附法是指重金属离子能被膨润土、沸石、粘土矿物等吸附固定，从而降低土壤重金属的污染。
化学治理措施优点是治理效果和费用都适中，缺点是容易再度活化。
2.4 农业治理方法
农业治理是因地制宜的改变一些耕作管理制度来减轻重金属的危害，在污染土壤上种植不进入食物链的植物。主要有：控制土壤水分是指通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位（Eh），达到降低重金属污染的目的；选择化肥是指在不影响土壤供肥的情况下，选择最能降低土壤重金属污染的化肥；增施有机肥是指有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染的措施；选择农作物品种是指选择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物；如在含镉100 mg/kg的土壤上改种苎麻，五年后，土壤镉含镉平均降低27.6%；因地制宜地种植玉米、水稻、大豆、小麦等，水稻根系吸收重金属的含量占整个作物吸收量的58%~99%，玉米茎叶吸收重金属的含量占整个作物吸收量的20%~40%，玉米籽实吸收量最少，重金属在作物体内分配规律是根>茎叶>籽实。土壤重金属污染也是导致生态系统破坏的重要因素。合理的利用农业生态系统工程措施，也可以保持土壤的肥力，改良和防治土壤重金属污染，提高土壤质量，并能与自然生态循环和系统协调运作。如可以在污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草或经济作物（如蓖麻），种植草皮或观赏树木，移栽繁殖，不但可以美化环境，还可以净化土壤；蓖麻可用作肥皂的原料。也可以进行农业改良，即在污染区繁育种子（水稻、玉米），之后在非污染区种植；或种植非食用作物（高梁、玉米），收获后从秸秆提取酒精，残渣压制纤维板，并提取糠醛，或将残渣制作沼气作能源。
农业治理措施的优点是易操作、费用较低，缺点是周期长、效果不显著。

3 土壤中天然矿物治理重金属污染物新方法
土壤的主要矿物组成除粘土矿物外，还存在大量的天然铁锰铝氧化物及氢氧化物、硅氧化物、碳酸盐、有机质硫化物等天然矿物。在国内外关于土壤重金属污染物防治途径研究中，人们一直强调土壤自身的净化能力，但土壤自净化能力离不开土壤中矿物种对重金属的吸附与解吸作用、固定与释放作用，土壤中具体矿物的净化能力才真正体现土壤自身的净化能力和容纳能力。土壤中有毒有害元素含量的高低，并不是直接判定土壤环境质量优劣乃至土壤生态效应的唯一标志，关键问题是要揭示这些重金属在土壤中与各种无机物之间具有怎样的环境平衡关系。在国内外为寻求地下水和土壤有机污染的修复方法而直接对土壤中多种粘土矿物进行改性研究，即利用有机表面活性剂去置换天然粘土矿物中存在着的大量可交换的无机阳离子，以形成有机粘土矿物，可有效截住或固定有机污染物，阻止地下水的进一步污染，限制有机污染物在土壤环境中迁移扩散。但特别需要指出的是，在粘土矿物改性过程中，其中的固定态重金属也一并被置换出来，导致土壤系统中业已建立环境平衡被打破，使得土壤环境中解吸释放态重金属污染物总量大大增加。至此，土壤中重金属污染物既来源于土壤中活动态的重金属，又来源于改性粘土矿物时被置换释放出来的重金属。以本实验室正在开展研究的环境矿物材料—天然铁锰铝氧化物及氢氧化物为例，其中磁铁矿、赤铁矿、针铁矿、软锰矿、硬锰矿与铝土矿等也正在成为国际上关于天然矿物净化污染方法研究方面的重点对象之一。我们认为天然铁锰铝氧化物及氢氧化物的表面具有明显的化学吸附性特征，锰氧化物与氢氧化物还具有较完善的孔道特征，尤其是Fe、Mn为自然界中少数的但属于常见的变价元素，其氧化物和氢氧化物化合物往往可表现出一定的氧化还原作用。所以说天然铁锰铝氧化物及氢氧化物具有潜在的净化重金属污染物的功能，能成为土壤环境中吸附固定态重金属污染物的有效物质。
综上所述，国内外对土壤重金属污染现状与治理，取得了一定的成绩，也存在一些理论上和技术上的问题，如土壤中重金属与土壤中矿物之间的吸附与解吸、固定与释放的平衡关系的研究，土壤中重金属形态特征、转化与迁移规律的系统研究，土壤中二次污染物的及时处理等。
土壤重金属污染首先应从源头抓起，控制污染源，土壤重金属的污染已经达到相当严重的程度,要充分认识土壤重金属污染的长期性、隐匿性、不可逆性以及不能完全被分解或消逝的特点。土壤质量问题是经济可持续发展和社会全面进步的战略问题，它直接影响土壤质别、水质状况、作物生长、农业产量、农产品品质等，并通过食物链对人体健康造成危害。对工业生产中排放的污染物尚未得到较彻底控制，尤其在农业生产中大量而盲目使用化学肥料和农药的今天，江河湖海、地下水及陆地中无机和有机污染物积累总量与日俱增，使土地环境质量变得极其脆弱。一旦土壤对这些污染物尤其是重金属的消纳容量达到饱和，这些污染物对耕地生产能力的潜在毁灭性破坏便有可能一触即发，有人已形象地称之为农业生产中的“定时炸弹”。从这个意义上来讲，土地管理与保护工作不仅是对耕地总量的监管，还应该加强对耕地质量的保护与改善。对土壤质量的保护便是对耕地生产能力的保护，更是提高土地利用效率的强有力措施之一。对于我国这样一个人口众多的农业大国，开展国土质量调查评价，对土壤重金属污染物进行试验研究，开发耕地污染的治理方法和技术，显得更为必要和迫切。

随着工业，城市污染的加剧和农用化学物质种类，数量的增加，我国土壤重金属污染日益严重。污染程度在加剧，面积逐年扩大。根据农业部环保监测系统对全国24个省市，320个严重污染区约548万公顷土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20％，其中重金属污染占80％，对全国粮食调查发现，重金属Pb，Cd，Hg，As超标率占10％〔3〕。重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，大多数微生物不能使之降解。并可经水，植物等介质最终危害人类健康。2.1.1 随着大气沉降进入土壤的重金属人类活动产生的重金属粉尘以气溶胶的形式进入大气，经过自然沉降和降水进入土壤，造成土壤污染。特别是汽车运输对公路沿线污染严重。江苏省高速公路两边的土壤“病情”严重，公路两边100米成为铅污染区，铅对土壤的污染已深达30cm，而这一深度往往正是农作物生长的深度，这直接导致蔬菜等农作物中铅含量超标，在30个观测点中，蔬菜中的铅含量最高超标居然高达6倍。专家研究认为污染来源于汽车尾气排放的铅和未燃尽的四乙基铅残渣以及汽车轮胎磨损产生的粉尘进入土壤。专家呼吁在交通干线两侧多种植树木和花卉，不要种植蔬菜和粮食作物〔4〕。我国地质化学勘查学科的创始人，中科院资深院士谢学锦指出，部分地区土壤重金属污染加重与我国当前粗放式的生产方式有很大关系。由于煤炭等资源消耗量大，加重了大气污染，导致了酸雨增加，从而加速了土壤中镉，汞，铅，砷等重金属的累积，造成“中毒”土壤增加。在宁杭公路南京段两侧的土壤形成Pb，Cr，Co污染带，且沿公路延长方向分布，自公路两侧污染程度减弱。大气中经自然沉降与雨淋进入土壤的重金属污染，与重工业发达程度，城市人口密度，土地利用率，交通发达程度有直接关系。污染强弱顺序为：城市-郊区-农村〔5〕。2.1.2 随着污水灌溉进入土壤的重金属污水按来源和数量可分为城市生活污水，石油化工污水，工矿企业污水和城市混合污水等。由于我国工业迅速发展，工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混和排放，从而造成污灌区重金属Hg，Cd，Cr，Pb等含量逐年增加。根据我国农业部进行的全国污灌区调查，在约140万公顷的污灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8％，其中轻度污染占46.7％，中度污染占9.7％，严重污染占8.4％〔5〕。根据《2004年辽宁省环境质量通报》披露，辽宁省8个主要污灌区的土壤环境质量均受到不同程度污染，污染面积达6.46万公顷。污灌区主要污染物质为镉，其次为镍，汞和铜。个别重污染区域70-100cm深处土壤中镉和汞仍然超标〔6〕。中国科学院地理科学与资源研究所陈同斌研究员研究发现广西、云南等地遇到洪水时，上游堆积的开采矿产中含高浓度重金属的污水就顺势蔓延下来，造成下游上百公里的河道和农田遭受污染，从而大面积稻田严重减产，甚至绝收。郑州污灌区中Hg的浓度达0.242mg/kg,而土壤中Hg含量0.194 mg/kg就会造成严重污染〔5〕。据许书军，魏世强等对三峡重庆16个市，县，区污灌旱地和水田土样分析，库区土壤重金属As,Cd,Cu,Ni的含量均超标，Cd有最大超标。淮阳污灌区土壤Hg,Co,Cr,Pb,As等重金属早在1995年就超过警戒线，其他灌区部分重金属含量也远远超过当地背景值〔7〕。江苏宜兴污灌区，经中科院南京土壤研究所赵其国院士的检测发现，其稻米中含有120多种致癌物质。该所在江苏省部分地区检测也发现，其小麦，大米，面粉里铅检测率高达88.1％，根据无锡市疾病预防控制中心副主任徐明透露，无锡市最近几年肝癌，胃癌，肺癌发病率明显上升，据分析人士透露这与宜兴污灌区的大米一度畅销有关，而江苏宜兴的陶瓷企业废水违规排放仍在进行〔1〕。

随固体废弃物进入土壤的重金属固体废弃物种类繁多，成分复杂。其中矿业和工业固体废弃物污染最为严重。这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒，雨淋，水洗重金属极易移动，以辐射状，漏斗状向周围土壤扩散。我国固体废弃物堆放污染约5万公顷〔2〕，其中的废旧电池对土壤的污染危害巨大。浙江省地质调查研究院对长兴县蓄电池企业最为集中的煤山镇进行调查结果显示，长兴县煤山镇一带的重金属镉，铅含量已超过国家标准。其污染源就是蓄电池废旧材料的乱堆放。土壤污染使长兴县林城镇上狮村玫瑰花种植基地玫瑰花铅含量超标，销路困难，不光玫瑰花，上狮村的大米，茶叶，桃子，青梅等农产品都被检测含铅量超标，市场前景暗淡〔8〕。而由于固体废弃物的大量堆积，南京城老居民区土壤中含铅量平均值达到141.6mg/kg，远远超过24.8mg/kg的土壤背景值〔8〕。随着电子产业的发展，废旧干电池，锂电池，蓄电池等电子垃圾目前已成为重要的土壤污染源。据测算，1节一号含汞电池烂在土壤中，可以使1平方米土地失去利用价值，江苏宜兴的大量陶瓷企业乱堆乱放的废料废渣同样是造成当地土壤重金属含量超标的重要原因。2007年3月26日据湖南省株洲市有关部门证实，茶陵县洣江乡一家炼铅企业的堆放废料污染土壤造成14名儿童铅中毒，株洲市环保局在含铅废料堆积处附近约3平方公里范围内采集样本进行检测，发现土壤，蔬菜，稻谷铅含量均超标，个别严重超标〔9〕。对武汉市垃圾堆放场，杭州路渣堆放区附近土壤重金属含量的研究发现，这些区域土壤中Cd,Hg,Cr,Cu,Zn,Pb,As等重金属含量均高于当地背景值〔10〕。一些含重金属固体废弃物因含有一定养分而被大量作为肥料施入农田，造成了农田土壤重金属含量超标〔5〕。磷石膏属于化肥工业废物，由于其含有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物，可以改良酸性土壤，从而被大量施入土壤，造成了土壤中Cr,Pb,Mn,As含量增加〔5〕。北京农田施入燕山石化污泥一年后，Hg,Cd浓度均超标〔5〕。据房世波，潘剑君等对南京市土壤污染调查表明，南京市近郊土壤污染以汞和锌为主，江宁县附近为污染重区，污染原因有工矿企业废物的乱堆放，生活垃圾的农用，和各类肥料和农药的施用〔11〕。湖南省彬州市一砷制品厂附近村民被检测尿砷超标143人，共249人住院治疗，具廖晓勇，陈同斌等人调查发现，砷厂附近的水，蔬菜，土壤，谷物均受到不同程度的砷污染，因砷污染导致该区域约50公顷稻田及菜地弃耕荒芜，在污染土壤上种植的大白菜，萝卜，菠菜等砷含量严重超标，原因是该砷厂所产生的废渣都倾倒在厂区附近的自然洼地上〔12〕。2.2 土壤有机物污染现状土壤中的有机物污染物质主要来源有机农药和“工业三废”，较常见的有有机农药类、多环芳烃（PAHs）、有机卤代物中的多氯联苯（PCBs）和二恶英（PCDDs）以及油类污染物质、邻苯二甲酸酯等有机化合物。另外，农膜对土壤的污染也相当严重。部分污染物质由于其独特的热稳定性能，化学稳定性能和绝缘性能，在生产和生活中用途很广，常造成严重的累积后果，特别是某些有激素效应的种类，对人和其他动物的生殖功能有干扰作用或负面影响，对其毒害效果的消除治理是人类面临的一大环境课题。2.2.1 有机农药我国是农药生产和使用大国，每年使用的农药量达到50- 60 万吨, 其中约有80%的农药直接进入环境, 每年使用农药的土地面积在2.8 亿公顷以上〔26〕。农药品种有120余种〔16〕，大多为有机农药。田间施药大部分农药将直接进入土壤环境中。另外，大气中的残留农药及喷洒附着在作物上的农药，经雨水淋洗也将落入土壤中，污水灌溉和地表径流也是造成土壤农药污染的原因。我国平均每公顷农田施用农药13.9kg,比发达国家高约1倍，利用率不足30％，造成土壤大面积污染有机农药按其化学性质可分为有机氯类农药，有机磷类农药，氨基甲酸酯类农药和苯氧基链烷酸酯类农药。前两类农药毒性巨大，且有机氯类农药在土壤中不易降解，对土壤污染较重，有机磷类农药虽然在土壤中容易降解，但由于使用量大污染也很广泛。后两类农药毒性较小，在土壤中均易降解，对土壤污染不大。

农药、化肥和塑料薄膜使用
施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥，都可以导致土壤中重金属的污染。一般过磷酸盐中含有较多的重金属Hg、Cd、As、Zn、Pb，磷肥次之,，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量较高，其中As和Cd污染严重[13]。经过对上海地区菜园土地、粮棉地的研究[14]，施肥后，Cd的含量从0.134 mg/kg升到0.316 mg/kg，Hg的含量从0.22 mg/kg升到0.39 mg/kg，Cu、Zn 增长2/3。通过新西兰[15]50 a前和现今同一地点58个土样分析，自施用磷肥后，镉从0.39 mg/kg升至0.85 mg/kg。在阿根廷[16]由于传统无机磷肥的施入,进而导致土壤重金属Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。
农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂中含有Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属的污染。
污水灌溉
污水灌溉一般指使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由于城市工业化的迅速发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水中含有的许多重金属离子，随着污水灌溉而进入土壤。在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不污染[17]。近年来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分，中国自60年代至今，污灌面积迅速扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上。南方地区的污灌面积仅占6%，其余在西北和青藏[18]。污灌导致土壤重金属Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加。淮阳污灌区自污灌以来，金属Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐渐增高，1995~1997年已超过警戒级[19]。太原污灌区的重金属Pb、Cd、Cr含量远远超过其当地背景值，且积累量逐年增高[20]。
污泥施肥
污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属,随着大量的市政污泥进入农田，使农田中的重金属的含量在不断增高。污泥施肥可导致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加，且污泥施用越多,污染就越严重，Cd、、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染；Cd、Hg可引起小麦、玉米的污染；污泥增加，青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加[21]。Anthony[22]研究表明，用城市污水、污泥改良土壤，重金属Hg、Cd、Pb等的含量也明显增加。
含重金属废弃物堆积
含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场[23]、杭州某铬渣堆存区[24]、城市生活垃圾场[25]及车辆废弃场[26]附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值，重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的加大重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同，各重金属污染程度也不尽相同，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染。
金属矿山酸性废水污染
金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，可以被酸溶出含重金属离子的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境（如河流等）或直接进入土壤，都可以间接或直接地造成土壤重金属污染。1989年我国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t，Cd为88 t，As为173 t，Pb为226 t[27]。矿山酸性废水重金属污染的范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流中不同河段的重金属污染往往受污染源（矿山）控制，河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金属元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复，金属化学污染强度逐渐降低。江西乐安江沽口—中洲[28]由于遭受德兴铜矿的污染，水体及土壤中的重金属Cu、Pb、Zn、Cr含量增高，至鄱阳湖段重金属含量逐渐降低。美国科罗拉多州罗拉多流域[29]受采矿的影响，重金属元素Cd、Zn、Pb、As的浓度，以污染源为最高，之后随着与污染源距离延长而逐渐降低。莱安河[30]重金属污染，来自一个大型铜矿，导致重金属浓度远远超过当地背景值。流域重金属污染随季节变化而异，枯水期重金属的含量明显高于丰水期[31]。河流流速减缓可以导致该流段重金属含量增加[32]。
同一区域土壤中重金属污染物的来源途径可以是单一的，也可以是多途径的。胡永定[33]通过研究徐州荆马河区域土壤重金属污染的成因中指出：Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的，As是由农灌引起的，Cd是由农灌和垃圾施用引起的，Hg是各种途径都具备。王文祥[34]通过对山东省耕地重金属元素污染状况的研究说明，工业快速发展地区铅高于农业环境，铅与距公路远近有关。乡镇企业技术、设备落后，原材料利用率低，造成其周边土壤重金属污染相当严重。据贵州1986年的统计，全省乡镇排放汞14.7万kg，土壤中有的地方达56.64 mg/kg，超过未污染土壤的84.5倍。要引起高度重视。
总的来说：工业化程度越高的地区污染越严重，市区高于远郊和农村，地表高于地下，污染区污染时间越长重金属积累就越多，以大气传播媒介土壤重金属污染土壤的具有很强的叠加性,熟化程度越高重金属含量越高。

所谓重金属污染，指的是由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉以及使用重金属制品等人为因素所致；因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。

国家环保部污染防治司副司长汪键在接受本报记者采访时表示，不同于其他污染物的可降解特性，重金属污染物有着永远在环境里循环、无法降解的特点，这也就加重了其对人群的危害。他说，蓄电池制造、冶炼等生产企业违规生产造成周边人群的“血铅”事件就是非常严重的。

据介绍，自2009至2010年间，全国共发生重金属污染事件达31起。目前，我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴、砷等进入大气、水、土壤，造成了严重的环境污染。

“重金属污染物极难降解。”汪键介绍，尤其是存在于水和土壤中的重金属兼具富集性，是不可逆转的。他强调，对此国家将尽快建立完善相关的法律体系，特别是对包括重金属企业在内的所有高排放企业的监管将是国家下一步重点要做的。

重金属污染治理有待突破

对于重金属污染的成因，多数观点认为，由于国家早前有关矿区开采的政策体系不完善、缺乏全局统筹、开采工艺落后以及监管不力等因素，矿区多采用粗放开采、随意排污的方式，日积月累，方现如今的污染境地。

中科院地理科学与资源研究所自然资源与环境安全研究部研究员封志明对本报记者表示，当前国家重金属污染主要集中于开采的矿区，西南地区矿藏丰富，由于开采不慎势必造成重金属对当地的污染。

对于当前的污染现状，采取怎样的措施才能予以改善？中国农科院农业资源与农业区划研究所土壤研究室副主任杨俊诚对本报记者表示，土壤污染，必须防治结合，首先严把入口，完善监管，尽量杜绝污染源；再有就是治理，尽管当前针对重金属对土壤的治理很难，但还是有所突破的。

据了解，在湖南郴州、云南、广西等地开展产业化示范工作的“蜈蚣草”种植已经在被重金属污染、无法耕种的土地上取得了成效，因此“蜈蚣草”也被称为“土壤清洁工”。

“蜈蚣草”种植，作为“砷污染土壤植物修复技术”，首先由同属中科院地理科学与资源研究所自然资源与环境安全研究部的陈同斌研究员率先发现并开发出来。

尽管陈同斌并未接受本报记者的进一步采访要求，但据其介绍，蜈蚣草吸收土壤中砷的能力相当于普通植物的20万倍，通过蜈蚣草的吸附、收割，三至五年内，被污染土地就可“恢复健康”。

此外，我国还有包括对土壤施加改良剂、控制土壤氧化－还原状况、改变耕作制度、客土深翻等防治土壤污染的具体措施。

首个“十二五”专项规划

剑指重金属污染

中国农科院农业环境与可持续发展研究所生态安全研究室主任张庆忠对本报记者说，由于当前国家还没有形成一个对重金属污染监测的全局体系，对污染防治显然不利。正如媒体报道，重金属污染十分严重，污染防治，已刻不容缓。

土壤中重金属污染物来源与分布 大气中重金属沉降 农药、化肥和塑料薄膜使用 污水灌溉 污泥施肥 含重金属废弃物堆积