摘要：土壤重金屬污染問題已成為環(huán)境和土壤科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。著重闡述了土壤中重金屬污染的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸三個(gè)方面的主要來源，介紹土壤中重金屬污染的化學(xué)形態(tài)及其污染特征，并就這一領(lǐng)域今后的研究方向進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：土壤,重金屬污染,化學(xué)形態(tài)

土壤重金屬污染是指由人類活動(dòng)使重金屬在土壤中的累積量，明顯高于土壤環(huán)境背景值，致使土壤環(huán)境質(zhì)量下降和生態(tài)惡化的現(xiàn)象。土壤重金屬污染可以影響農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，并可通過食物鏈危害人類的健康，也可以導(dǎo)致大氣和水環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。

1土壤重金屬污染產(chǎn)生的來源

土壤中重金屬元素主要有自然來源和人為干擾輸入兩種途徑。在自然因素中，成土母質(zhì)和成土過程對(duì)土壤重金屬含量的影響很大[1]。在各種人為因素中，重金屬對(duì)土壤的主要污染途徑是工業(yè)廢渣、廢氣中重金屬的擴(kuò)散、沉降、累積，含重金屬廢水灌溉農(nóng)田，以及含重金屬農(nóng)藥、磷肥的大量施用[2]。外來重金屬多富集在土壤的表層。土壤中重金屬污染來源是多方面的，左倬等[3]在對(duì)上海城市各綠地類型的土壤進(jìn)行研究，綠地土壤Cu、zn、Pb、Cd的平均濃度分別為：39.84±17．37 mg·kg-1，157.0±581．9l mg·kg-1，41．33±23．14 mg·kg-1，0.3425±0.1420±，居住區(qū)、公園、學(xué)校、路旁綠地、廢棄地的內(nèi)梅羅綜合重金屬污染指數(shù)分別為：2.4、2.8、2.6、1.9和1.5；同時(shí)還表明，不同綠地類型中土壤有其不同的污染方式：學(xué)校樣地土壤重金屬污染主要來自于交通因素，路旁綠化樣地土壤的重金屬來自于交通、客土等多方面因素共同作用，廢棄地樣地、公園樣地和居住區(qū)樣地土壤重金屬污染則可能分別來自于固體廢棄物、農(nóng)林業(yè)活動(dòng)和多種人類日常活動(dòng)的共同作用。

1.1工礦企業(yè)對(duì)重金屬積累的影響

工礦企業(yè)廣泛使用重金屬元素，將未經(jīng)嚴(yán)格處理的廢水直接排放，使得它們周圍的土壤容易富集高含量的有毒重金屬[4]。企業(yè)排放的煙塵、廢氣中也含有重金屬，并最終通過自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤[5，6]。礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物在堆放或處理過程中，由于日曬、雨淋、水洗等，重金屬極易移動(dòng)，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴(kuò)散，固體廢棄物也可通過風(fēng)的傳播使污染范圍擴(kuò)大。

1.2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響下的土壤重金屬污染

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，尤其是近代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中含重金屬的化肥、有機(jī)肥、城市廢棄物和農(nóng)藥的不合理施用以及污水灌溉等，都可以導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。重金屬元素是肥料中報(bào)道最多的污染物質(zhì)，化肥中品位較差的過磷酸鈣和磷礦粉中含有微量的As、Cd重金屬元素[7]。與傳統(tǒng)的有機(jī)肥肥源相比，當(dāng)前有機(jī)肥肥源大多來源于集約化的養(yǎng)殖場(chǎng)，大多使用飼料添加劑。據(jù)報(bào)道，目前的飼料添加劑中常含有高含量的Cu和Zn[8]，這使得有機(jī)肥料中的Cu、Zn含量也明顯增加并隨著肥料施入農(nóng)田。許多農(nóng)用化學(xué)品如Cu制劑，含Hg、As的制劑使用后也會(huì)使土壤遭受污染。利用污水灌溉已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分，中國自上世紀(jì)60年代至今，污水灌溉面積迅速擴(kuò)大，以北方旱作地區(qū)污水灌溉最為普遍，約占全國污水灌溉面積的90%以上，污水灌溉導(dǎo)致土壤重金屬Hg、Cd、As、Cu等含量的增加。

此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的畜禽養(yǎng)殖業(yè)也是一個(gè)不可忽視的重要方面。隨著規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，其對(duì)周圍土壤的污染也越來越嚴(yán)重，其原因是使用的配方飼料中往往添加適當(dāng)比例的重金屬元素，飼料本身也存在被污染的問題，飼料中過量的重金屬元素通過所飼養(yǎng)動(dòng)物排泄到土壤或水域中，或通過有機(jī)肥的形式施入農(nóng)田。

1.3交通運(yùn)輸對(duì)土壤重金屬污染的影響

道路兩側(cè)土壤中的污染物主要來自汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵的沉降，而污染元素則主要為Pb、Cu、Zn等元素[9]。它們一般以道路為中心成條帶狀分布，強(qiáng)度因距離公路、鐵路、城市以及交通量的大小有明顯的差異。FAKAYODE和OWOLABI[10]研究了尼日利亞不同交通密度公路邊表層土壤中Pb、Cd、Cu、Ni和Zn的分布，結(jié)果表明，重金屬含量在車流密度大的公路兩側(cè)土壤中要高于車流密度小的公路兩側(cè)土壤，且隨著距公路距離的增大，重金屬含量快速降低，到距公路50m左右的地方，重金屬含量基本降低到背景值水平。

2土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)

重金屬進(jìn)入土壤后，與土壤中的礦物質(zhì)(主要是粘土礦物和硅酸鹽礦物)、有機(jī)物(主要是植物生理代謝的產(chǎn)物，如腐植酸等)及微生物發(fā)生吸附、絡(luò)合和礦化作用，伴隨著能量的變化，導(dǎo)致重金屬元素的賦存形式的改變以及時(shí)空遷移變化。從土壤物理化學(xué)角度來看，土壤中不同形態(tài)的重金屬處于各自不同的能量狀態(tài)，它們?cè)谶m當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，重金屬形態(tài)是決定其對(duì)生物有效性的基礎(chǔ)[11]。研究表明，某一重金屬在土壤中的總量并不能真實(shí)評(píng)價(jià)其環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)，而重金屬在土壤中的形態(tài)含量及其比例才是決定其對(duì)環(huán)境及周圍生態(tài)系統(tǒng)造成影響的關(guān)鍵因素[12-14]。土壤重金屬的形態(tài)分析方法中形態(tài)的定義如下：可交換態(tài)重金屬是指吸附在粘土、腐殖質(zhì)及其它成分上的金屬，可用一價(jià)或二價(jià)的鹽浸提，它們是引起土壤重金屬污染和危害生物體的主要給源。Tessier[15]將沉積物或土壤中重金屬的形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、無定形鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)5種形態(tài)。Shuman[16]將其分為交換態(tài)、水溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、松結(jié)合有機(jī)態(tài)、氧化錳結(jié)合態(tài)、緊結(jié)合有機(jī)態(tài)、無定形氧化鐵結(jié)合態(tài)和硅酸鹽礦物態(tài)8種形態(tài)。Leleyter等[17]將重金屬形態(tài)分為8種，即：水溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、無定型氧化錳結(jié)合態(tài)、無定型氧化鐵結(jié)合態(tài)、晶體型氧化鐵結(jié)合態(tài)、有機(jī)物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)。

3土壤重金屬污染的特征

大多數(shù)重金屬是過渡性元素，而過渡性元素的原子有其特有的電子層結(jié)構(gòu)使其在土壤環(huán)境中的化學(xué)行為具有一系列特點(diǎn)[18]：（1)重金屬能在一定的幅度內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，具有可變價(jià)態(tài)；因重金屬的價(jià)態(tài)不同，其活性和毒性也不同。（2)重金屬易在土壤環(huán)境中發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化物也可以與土壤中的一些無機(jī)酸反應(yīng)生成硫化物、碳酸鹽、磷酸鹽等。這些化合物的溶度積都比較小，使得重金屬累積于土壤中，不易遷移，污染危害范圍擴(kuò)大的可能性較小，但卻使污染區(qū)域內(nèi)的危害周期變長(zhǎng)，危害程度加大。（3)重金屬作為中心離子，能夠接受多種陰離子和簡(jiǎn)單分子的獨(dú)對(duì)電子，生成配位絡(luò)合物；還可與一些大分子有機(jī)物，如腐植質(zhì)、蛋白質(zhì)等生成螯合物。難溶性的重金屬鹽，在少量游離重金屬離子生成絡(luò)合物和螫合物以后，其在水中的溶解度可能增大，進(jìn)而在土壤環(huán)境中遷移，增大其污染危害的范圍。

重金屬的所有這些化學(xué)特性，決定了它在土壤環(huán)境中溶解特性的多變，進(jìn)而影響到重金屬在土壤環(huán)境中的遷移特性多變。重金屬污染的主要特點(diǎn)除了污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)外，還有污染隱蔽性而且無法被生物降解，并可能通過食物鏈不斷地在生物體內(nèi)富集，甚至可轉(zhuǎn)化為毒害性更大的甲基化合物，對(duì)食物鏈中某些生物產(chǎn)生毒害，或最終在人體內(nèi)蓄積而危害健康。

4重金屬污染研究展望

重金屬的危害遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、生物有效性及毒性與其形密切相關(guān)，這點(diǎn)也得到了普遍認(rèn)可，然而其分類和檢測(cè)方還處于發(fā)展階段。因此，積極開展重金屬形態(tài)的研究，應(yīng)用簡(jiǎn)便可靠的分析技術(shù)進(jìn)異步詳細(xì)研究重金屬各種形態(tài)在土壤中的化學(xué)行為及其與生物效應(yīng)的相關(guān)性，以及有關(guān)重金屬各種形態(tài)在土壤中的轉(zhuǎn)化速率及重金屬不同形態(tài)和生物毒性間的關(guān)系，進(jìn)一步完善土壤重金屬危害的評(píng)價(jià)體系。重金屬的可交換態(tài)是生物的直接可利用態(tài)，可作為重金屬毒害的直接評(píng)價(jià)指標(biāo)；重金屬的碳酸鹽、氧化鐵結(jié)合態(tài)和有機(jī)物結(jié)合態(tài)含量可作為重金屬生物潛在毒害評(píng)價(jià)指標(biāo)。規(guī)范重金屬形態(tài)的分類方法，以探索其標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法已逐漸成為該領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。應(yīng)開展重金屬的存在狀態(tài)及其危害的研究，弄清重金屬存的形式及其有效性，為相關(guān)部門制定相關(guān)的限量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

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