第第土壤污染現(xiàn)狀與重金屬離子在環(huán)境中污染概述1.1土壤現(xiàn)狀土壤是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是人類賴以生存和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，也是物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化和遷移的重要媒介，更是一種極為重要、不可缺少、難以再生的自然資源[2]。地球表面的陸地面積占地球表面總面積的29%，其中現(xiàn)有耕地約占全球陸地總面積的10%。但是，近年來(lái)土壤受污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻[3-4]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高強(qiáng)度的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致各種污染物通過(guò)大氣沉降、污水灌溉等途徑進(jìn)入土壤，并在土壤中不斷富集造成污染[5]。土壤環(huán)境面臨著有機(jī)污染物、重金屬、農(nóng)藥等污染物帶來(lái)的壓力[6]。土壤處于自然環(huán)境的核心位置，大約90%的各類污染物都將進(jìn)入土壤環(huán)境。據(jù)2010年國(guó)土資源部的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌概后的污染耕地3250萬(wàn)畝，固體廢棄物堆放占地和毀田200萬(wàn)畝，合計(jì)約占耕地總面積的1/10以上。全國(guó)每年因重金屬污染的糧食達(dá)1200萬(wàn)噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億元。據(jù)中國(guó)科學(xué)院生態(tài)所的研究預(yù)測(cè)，目前我國(guó)受鎘、砷、絡(luò)、鉛等重金屬污染的耕地面積近萬(wàn)公頃，約占耕地總面積的五分之一，全國(guó)每年因重金屬污染而減產(chǎn)的糧食1000多萬(wàn)噸[7]。2014年4月17日環(huán)保部聯(lián)合國(guó)土部公布了《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，全國(guó)土壤環(huán)境狀況不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，約有3.49億畝遭受污染，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問(wèn)題突出，污染物以重金屬等無(wú)機(jī)物為主。全國(guó)污染土壤總超標(biāo)率達(dá)16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點(diǎn)位比重分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。從土地利用類型看，耕地、林地和草地的點(diǎn)位超標(biāo)率分別為19.4%、10.0%和10.4%。從污染類型看，以無(wú)機(jī)型為主，有機(jī)型次之，復(fù)合型污染比例較小，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)數(shù)占超標(biāo)點(diǎn)總數(shù)的82.8%。從污染物超標(biāo)點(diǎn)看，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無(wú)機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%，1.6%，2.7%，2.1%，1.5%，1.1%，0.9%，4.8%；六六六、滴滴涕、多環(huán)芳烴3類有機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為0.5%，1.9%，1.4%。從污染分布情況看，南方土壤污染重于北方；長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問(wèn)題較為突出，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大；鎘、汞、砷、鉛4種無(wú)機(jī)污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)[8]。我國(guó)當(dāng)前土壤污染形勢(shì)不容樂(lè)觀，土壤污染防治已刻不容緩。1.2重金屬污染現(xiàn)狀重金屬主要是指相對(duì)密度大于4.5g·cm-3的金屬，包括鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鋅(Zn)等大約45種[9]。隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步、工業(yè)迅速發(fā)展等因素在為人們帶來(lái)方面和富足的生活時(shí)，同時(shí)也帶來(lái)了城市環(huán)境惡化、資源枯竭、土壤重金屬污染日益嚴(yán)重等眾多發(fā)展性問(wèn)題?；鹆Πl(fā)電廠、金屬冶煉廠、水泥廠等工業(yè)產(chǎn)生的“三廢”（廢氣、廢水、固體廢棄物）排放，汽車燃油與潤(rùn)滑油的泄漏、汽車尾氣的排放、車輛剎車時(shí)輪胎、制動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械磨損、輪胎的老化等交通運(yùn)輸污染，化肥、農(nóng)藥、糞肥、農(nóng)用膜等的大量使用，這些人為污染源構(gòu)成了重金屬進(jìn)入土壤的主要途徑[10]。重金屬對(duì)土壤帶來(lái)的危害越來(lái)越嚴(yán)重，因其隱蔽性，難降解性、生物累積性和長(zhǎng)期性的原因，重金屬可以通過(guò)生物的累積吸收而進(jìn)入食物鏈。威脅著農(nóng)產(chǎn)品安全，對(duì)人類健康產(chǎn)生巨大的潛在威脅。保護(hù)土壤環(huán)境已成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和人類生存所面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)。自20世紀(jì)60~70年代以來(lái)，研究人員開(kāi)始廣泛關(guān)注土壤重金屬污染的生態(tài)安全問(wèn)題。由于土壤環(huán)境的多介質(zhì)、多界面、多組分和非均一性的特點(diǎn)，以及土壤污染來(lái)源廣泛、污染性質(zhì)特殊等[11]，并且土壤污染具有隱蔽性、長(zhǎng)期性、累積性、不可逆性及難治理性的特點(diǎn)[12]，為土壤污染治理加大了難度。此外，重金屬在土壤環(huán)境中既不能被化學(xué)降解或者微生物分解，也不能通過(guò)填埋，客土等方法從土壤中移除，反而可以在植被中富集或因滲漏作用進(jìn)入地下水系統(tǒng)，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，最終對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類、動(dòng)物健康造成嚴(yán)重威脅。而環(huán)境中重金屬污染又往往為復(fù)合型污染，有無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物及二者的混合物形式存在，為土壤重金屬污染治理增加極大的困難[13]。如圖1-1所示，重金屬進(jìn)入環(huán)境后，會(huì)在大氣、水、土壤等生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)雜的遷移與轉(zhuǎn)化過(guò)程。重金屬會(huì)隨工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣一起進(jìn)入大氣中，進(jìn)入大氣中的重金屬會(huì)在自然風(fēng)和空氣環(huán)流作用下遷移，并且還有一些會(huì)隨著雨水的作用進(jìn)入河流和土壤中；進(jìn)入土壤中的重金屬會(huì)因?yàn)樗锢項(xiàng)l件（流速）、水化學(xué)條件（pH、離子強(qiáng)度）及土壤組分（土壤膠體濃度、腐殖酸濃度、高嶺土濃度）等多種因素發(fā)生遷移行為，滲透到地下水層，通過(guò)地表和地下徑流等進(jìn)入水體中；而進(jìn)入水中的重金屬會(huì)在水體中懸浮以及沉積到水底，此外，水體中的重金屬會(huì)被水生生物，如水草和魚(yú)類吸收積累。最終，人類會(huì)通過(guò)呼吸空氣、飲用地下水、食用水產(chǎn)品接觸到重金屬，從而對(duì)人類的健康造成危害[14]。圖.1-1.重金屬在環(huán)境中的運(yùn)移[15]Fig.1-1.Heavymetalmigrationintheenvironment目前我國(guó)土壤污染修復(fù)技術(shù)研究尚處于發(fā)展階段，多為借鑒國(guó)外成熟技術(shù)。按其性質(zhì)修復(fù)技術(shù)包括客土法、固化/穩(wěn)定化、氧化劑法、化學(xué)淋洗、電動(dòng)修復(fù)等化學(xué)、物理修復(fù)法、生物修復(fù)、植物修復(fù)、鐵反應(yīng)墻等[16-17]。一般環(huán)境中Hg、Cd、Cu、Pb、Zn等重金屬對(duì)人體健康造成的傷害較大，低使用量下就足以致使人體代謝紊亂，甚至死亡。調(diào)查表明，Hg與酶蛋白的結(jié)合，會(huì)抑制多種酶的活性，使細(xì)胞的代謝發(fā)生障礙，引發(fā)一系列的中毒癥狀，如發(fā)生在日本的水誤病。Cd會(huì)引起高血壓、肺氣腫等病癥，還可以取代骨質(zhì)中的元素，導(dǎo)致骨骼軟化、變形等。Cu是植物生長(zhǎng)所必需的微量元素,它在調(diào)整蛋白質(zhì)構(gòu)成、參與光合電子轉(zhuǎn)移、線粒體的呼吸作用和細(xì)胞壁的新陳代謝等方面起著重要作用，微量的Cu對(duì)植物生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，但過(guò)量的Cu則可能會(huì)引起中毒[18]。重金屬鉛對(duì)人的危害很大，成人每日攝入量少于0.32mg時(shí)，可被人體排出體外，此時(shí)人體中沒(méi)有鉛積累下來(lái)；當(dāng)攝入量為0.5～0.6mg時(shí)，會(huì)有少量鉛積累在人體中，但此時(shí)不會(huì)危及人的健康；但當(dāng)攝入量超過(guò)1.0mg時(shí)，人體中會(huì)有明顯的鉛積累下來(lái)[19]，并且鉛不容易被人體代謝排出，會(huì)長(zhǎng)期積累在人體里，對(duì)人的危害實(shí)在很大。而自然環(huán)境中的鉛可以通過(guò)大氣污染（如汽車尾氣等等）、水體污染、食品污染等多種途徑被人體攝入[19]。并且鉛可以透過(guò)大腦屏障進(jìn)入人體，參與體內(nèi)循環(huán)，同時(shí)與多種酶結(jié)合，造成機(jī)體的生理功能紊亂，危及人體健康。兒童由于抵抗力差，比成人更容易受鉛污染，造成永久性的腦受損，且沒(méi)有成年人在人體中代謝快。長(zhǎng)期吸入低濃度鉛可導(dǎo)致一系列心血管疾病和高血壓等癥狀，個(gè)別嚴(yán)重人群，中毒會(huì)出現(xiàn)急性精神錯(cuò)亂、意識(shí)喪失等癥狀[20]。在2009年陜西鳳翔、湖南武岡區(qū)爆發(fā)了大規(guī)模兒童血鉛超標(biāo)事件[21]。因?yàn)楣I(yè)的快速發(fā)展，大量含鉛廢水排到水體中，造成了嚴(yán)重的污染?！兜孛嫠h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）規(guī)定廢水中總鉛濃度小于0.01～0.1mg·L-1，《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-92）是小于0.2mg·L-1[22-24]。鋅是較為常見(jiàn)的一種重金屬，其在現(xiàn)代工業(yè)中被普遍使用在電池制造、電鍍等領(lǐng)域。鋅在生物的生命活動(dòng)中起著極其重要的作用，是許多生物必需的微量元素之一，對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育，智力，免疫功能甚至是視力都有至關(guān)重要的作用。人體攝入過(guò)量的鋅，在胃液中易轉(zhuǎn)化成氯化鋅，對(duì)胃黏膜由較強(qiáng)的腐蝕性，可致胃黏膜充血、水