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关键词：韩城；土壤重金属；空间分布特征；污染评价
中图分类号：S163.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0798-04
Situation of Heavy Metals Pollution in the Agricultural Soil of Hancheng City
HU Ming
（College of Chemistry and Life Science，Weinan Normal University / Key Laboratory for Eco-environment of Multi-River Wetlands in Shaanxi Province，Weinan 714000，Shaanxi， China）
Abstract： In order to study the soil distribution characteristics of heavy metals in Hancheng city， contents of 5 heavy mentals in surface sediments were sampled and analyzed. The single factor pollution index and comprehensive pollution index were used to evaluate the data. The results showed that the pollution of Cr， Cu were serious. Pb was in the state of light pollution and the levels of Zn， Mn were the lowest. Analyzed with the comprehensive pollution index， the heavy metal pollution of agricultural soil in Hancheng city was in the state of high pollution. With the view of spatial distribution， heavy metal pollution in the southwest area of Hancheng was the most serious， and the northwest area was the lightest. It was suggested that appropriate measures should be taken to prevent and control metal pollution in the region to avoid making harm to human health.
Key words： Hancheng city； soil heavy metal； spatial distribution characteristics； pollution assessment
农田土壤重金属污染状况、污染机理及其修复直接关系到人们的身体健康与社会稳定发展，倍受各级政府的关注，是当今土壤科学和环境科学研究所面临的重要课题。农田土壤污染因素很多，在自然条件下土壤中重金属含量高低受到成土母质以及生物残落物的影响。除此以外，在现代社会背景下，土壤处在自然环境的中心位置，承纳着来自工业、农业以及生活污水、固体废弃物、农药化肥、大气降尘及其酸雨等多方面的约90%的污染物[1]。农田土壤中重金属含量的高低直接影响到农产品的质量安全。全国大约有20%的粮食、34%的农畜产品和56%的蔬菜因质量安全问题危及着人们的身体健康[2]。
关中灌区在工业的影响下，河流重金属污染相对比较严重，根据汪新生等[3]的研究，陕西省2007年工业重金属，主要是重金属铅、镉、六价铬被排放到渭河流域，而关中地区农业依赖渭河灌溉，这对当地农产品质量势必产生较大影响。已有学者对关中灌区土壤污染状况开展过研究，郑国璋[4]以背景值为指标，对于关中地区宝鸡峡灌区、交口灌区、洛惠东灌区农业土壤中Cd、As、Cr、Pb等重金属元素的污染程度进行研究，得出关中灌区土壤重金属综合累积程度从高到低依次为交口灌区、宝鸡峡灌区、洛惠东灌区，灌区农田土壤重金属Pb的累积程度普遍较高，主要是长期污水灌溉所致。易秀等[5]对泾惠灌区土壤中Hg、Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn等7种重金属含量的研究发现部分点位属于中度污染。
本研究以陕西省韩城市农田土壤为研究对象，对受到渭河灌溉以及金矿开采影响下的农业土壤污染现状进行评价，并绘制出农田土壤中重金属累积与空间分布状况图，以期为当地农产品的质量安全及其土壤管理提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究对象为韩城，区域地理坐标34°37′-35°19′N，110°17′-110°29′E，属暖温带大陆性半干旱季风气候。
1.2 研究方法
1.2.1 样品采集 在研究区域内共选取了25个采样地块，采样点布局见图1，每个地块设置15个重复，采集0～20 cm耕层的土壤样并充分混合，用四分法取500 g样品放入聚乙烯塑料袋。
1.2.2 样品前处理 将采集的土壤样品在室内风干，风干前尽可能剔除枯枝落叶、根茎、石子、动物残体等杂质，待完全风干后，用木棒碾碎过2 mm筛，将每个样品取出100 g左右，供测定土样有机质和重金属的含量用。
1.2.3 样品分析 土壤样品经过浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸、高氯酸消解后，利用原子吸收光谱法进行测定[6]。
1.2.4 评价方法 采用单因子污染指数法和综合污染指数法相结合的方法，评价研究区土壤重金属的污染程度。单因子污染指数评价，即以介质中某污染物含量值与该污染物的评价标准之比作为污染指数；通常用来评价单污染元素对土壤质量的污染程度，单项污染指数愈小，说明环境介质中受这种元素的污染程度愈轻[7]，其计算公式为：
式中，Pi为i污染物的污染指数；Ci为i污染物的实测值；Si为i污染物的评价标准。Pi≤1，表示未受污染；Pi>1表示已受污染，其值越大受污染程度越严重。根据式（1）计算出的污染指数可以对元素污染程度进行分级，单项污染指数的评价方法，其实是计算超出背景值的倍数。本研究以当地土壤中元素背景值[8]作为污染指数的基数进行单因子评价。
综合污染指数采用内梅罗污染指数[7]，计算公式如下：
式中，Piave和Pimax分别是平均单项污染指数和最大单项污染指数。内梅罗污染指数较多地强调了最大污染指数对环境的影响，易造成计算结果的失真，而采用姚志麒[9]对平均值赋予较大权系数（X/Y）的方法可解决该问题。X代表最大单项污染指数，Y代表平均单项污染指数，则公式（2）可写成公式（3）：
在式（3）中，P综为内梅罗污染指数；Pi为单因子污染指数；Pimax为最大单项污染指数；n为污染项目数。
空间分析利用ARCGIS 9.3地理系统统计分析模块获取研究区域土壤重金属的空间分布情况。
2 结果与分析
2.1 土壤重金属统计与对比
对所采样品进行一定的筛选，剔除可能因为分析失误所造成的可疑数据，然后把选出的数据进行统计分析。表1为韩城土壤中5种重金属含量基本统计信息。从表1可以看出，Zn、Pb、Cr、Cu、Mn 5种元素的变异系数介于0.21～0.40之间。变异系数反映一个数据集的离散程度，其值越大表示数据离散度越高，其值越小越离散度越小。由此可见，这5种重金属各样点间具有一定的离散度，Cu的离散程度相对于其他4种重金属元素较高。
研究区综合污染指数的范围为2.49～5.97，平均值为3.61。划分等级后，研究区土壤样点主要集中在重度污染，占到了总样本数的64%，其余36%为中度污染，说明当地农业土壤重金属污染情况较为严重，在农业操作当中应该重视重金属对土壤的污染。有研究表明土壤中的重金属污染的原因主要有矿石开采、城市化建设、固体废弃物堆积、施用化肥、污水灌溉等原因[10，11]，当地农田土壤又主要依赖黄河、渭河的污水漫灌以及长期施用化学肥料，这些是造成当地农业土壤重金属污染程度较高的主要原因。总体而言，韩城市农业土壤重金属污染较为严重。
2.3 土壤重金属污染分布情况
从图2中Zn的分布可以看出，在研究区的西南部地区土壤Zn的富集程度较高，整个北部地区的含量较低，其他地区都处于中间水平。但从整体上来看，农业土壤中Zn的污染水平较低，仍处于一个相对安全的范围内。图3中土壤Pb的污染范围及程度与Zn相近。
农业土壤中Cr的分布为西南部地区污染程度较高，中部偏东污染程度相对较高，其他地区污染程度较一致（图4）。但从表2可以看出，研究区Cr污染已经非常严重，再结合Cr的空间分布情况可以得到当地农业土壤中Cr的污染在西部及西南部地区最为严重。从图5可以看出韩城农业土壤中Cu的污染现状，其空间分布为南部地区污染最为严重，向东北部污染程度逐渐降低，但在中部偏东土壤中Cu含量相对较高，中部及西北部地区的Cu污染程度最低。结合表2来看，研究区农业土壤中Cr、Cu的污染程度非常高，应加强农业土壤重金属Cr和Cu的治理。
从Mn在研究区的空间分布情况（图6）来看，土壤中Mn污染较以上几种重金属有所差异，除南部地区污染严重外，其他地区也有污染相对严重的点，但并未造成较大面积的集中污染。结合表2可以看出， Mn只在少部分采样地块出现了轻度污染，其他大部分样地仍然处于清洁、尚清洁水平。
由于受到Cr、Cu两种重金属的影响，研究区域内农业土壤重金属的综合污染指数分布规律也与Cr、Cu的分布规律相似，即西南部地区污染严重，西北部地区污染相对较轻，其他地区的污染程度处于两者之间（图7）。
3 结论
1）研究区内农业土壤重金属中Cr、Cu污染情况最为严重，污染指数平均值分别为4.93、4.55，已达到重度污染水平。在所有的监测点中，Cr、Cu重度污染点分别占100%和84%。Pb在研究区内主要为轻度污染。Zn、Mn处于较安全的范围。
2）从农业土壤中Zn、Pb、Cr、Cu的空间分布可以看出，西南部地区重金属的积累程度较高。
3）从综合污染指数空间分布来看，研究区内农业土壤的重金属污染处于重度污染水平，且研究区农业土壤西南部污染较为严重，西北部污染较轻。
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关键词：土壤；城市：污染；重金属元素
土壤中的重金属污染已经成为当今环境科学中重要的研究内容，尤其是城市的土壤重金属污染越来越多的被人们关注。城市作为人们生活和生产高度聚集的场所，人口相对集中，种种人类活动都非常容易造成城市的污染。本文针对土壤重金属污染的来源及危害加以阐述，增加读者对土壤污染的重视。
1 土壤重金属污染概况
重金属指的是密度大于5.0g/cm3的45种化学元素，但是因为每一种重金属元素在土壤中的毒性区别很大，所以在环境科学中通常关注锌、铜、锡、钒、汞、镉、钴、镍、铅、铬、钴等。硒和砷两种非金属元素它们的毒性及某些性质与重金属相似，因此也将硒元素和砷元素列入重金属污染物的范围内[1]。由于土壤中本身含有的铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在某些强还原条件下，铁和锰所引起的毒害却不能被忽视[2]。
中国作为发展中国家，工业科学上的发展越来越重要，但是由此造成的污染也在加剧。城市作为人口密集的区域，汽车尾气的排放成为了土壤中重金属污染的主要来源。吴学丽[3]等人运用地累积指数法研究了沈阳地区浑河、细河及周边农田的土壤中重金属污染状况，发现这些地区土壤中汞元素和锌元素含量较高。兰砥中[4]等人研究湘南某铅锌矿区事故之后导致周围土壤的重金属污染情况，运用单因子指数和潜在生态风险指数评价土壤污染状况，发现该地区土壤中铅、锌、铜、镉等重金属污染严重，其中镉的污染指数最高。
国外学者早在20世纪末就针对城市中土壤中重金属污染进行研究，在英国的几大城市中对土壤中的汞、铅等重金属元素进行调查，他们观察到这几个城市中的土壤重金属污染与英国的工业发展活动与周围居民区的繁荣与否有着直接的关系。世界各个国家正逐步开展城市中土壤中重金属污染的研究。在对葡萄牙、苏格兰、斯洛文尼亚、西班牙、意大利和瑞典这6个欧洲国家城市土壤中的重金属总浓度进行调查研究，发现葡萄牙地区中汞的浓度比苏格兰低，可能是由于燃煤发电和取暖导致的[5]。
2 土壤中重金属元素的污染来源
一般来说，城市中土壤重金属污染来源主要有两类：自然因素和人为外源输入。
2.1 自然因素：某些地区的土壤由于地壳运动导致本身就含有很多的重金属元素，成土母质是造成城市土壤中重金属含量高的重要原因。如陈雪龙[6]等对大庆龙凤湿地土壤中重金属元素的空间分布特征进行了研究，发现土壤中的铅和锌随着土壤深度的增加而增加，表明重金属在土壤中的含量与土壤的理化性质、成母土质和岩石风化有着极大的关系。
2.2 人为外源输入：这类污染为土壤中重金属元素污染的主要来源，包含三大类
2.2.1 工业污染源：为了提高经济水平，现代工业的开发越来越广泛，加上环保理念没有普及，金属冶金厂、化工厂、油漆厂的三废没有达到排放标准就流入到环境中，造成土壤中重金属元素的污染。
2.2.2 农业污染源：如今科学的发展，人们在种植农作物的时候为了提高庄稼的产量，施用了大量含有重金属的化肥，这些污染直接的作用到土壤中。
2.2.3 生活污染源：城市中交通高度发达，虽然给人们带来的便利，但是交通工具的尾气排放却给土壤中带来的很多的重金属元素[7]。另外，城市中人们的生活垃圾中常常含有各种重金属元素，加上固体废弃物处置不完善，这些垃圾也会流入到城市土壤中。
3 土壤中重金属污染的危害
3.1 土壤中重金属污染引起的直接危害
3.1.1 对土壤中的生态环境系统的稳定性造成破坏
土壤环境是一个很复杂的生态环境，其中包含这许多种类的微生物群落与蠕虫类动物，这些生物的存在保持了土壤环境的稳定也保证了土壤的活性，但是当过量的重金属被引入到土壤中时，会对这些生物带来毒害，大量研究证明：重金属污染的土壤中土壤微生物群落的多样性被严重减少[8]。
3.1.2 影响植物代谢循环和生长
据研究表明，重金属对植物形态、生殖、繁衍各方面都有影响。吸收到植物体内的重金属能诱导其产生某些对酶和代谢都有毒害作用和不利影响的物质，引起植物伤害。某些重金属在胁迫作用下有时会引起大量营养元素的缺失和有效性的降低，较高浓度的重金属含量有抑制植物体对镁元素的吸收和转运的能力。
3.2 土壤中重金属污染带来的间接危害
3.2.1 促使水体污染
土壤环境中遭受重金属污染时，污染浓度较高的表层土壤能在地表或地下径流作用下，进入水体环境，导致地下水的重金属污染。
3.2.2 导致大气环境污染加重
由于土壤环境与空气环境有着直接的联系，通过空气中的湍流交换作用，土壤颗粒能够被带入到大气中，使得空气中的污染物变得复杂，当土壤中含有重金属元素时，则可能导致大气污染和生态系统退化等等的环境问题[9]。
3.2.3 对人体和动物的健康影响
土壤中重金属元素通过植物由食物链逐级传递到人体中，城区内部种植的观赏和净化空气用的花草树木也能累积一定的重金属污染物，人们居住在这种环境中，经过皮肤接触和无意由口摄入这些被污染的土壤[10]。
结束语
土壤重金属污染逐渐被各个国家的环境科学工作者重视，由于土壤中含量复杂，修复将是一个复杂的系统工程，传统修复技术很难达到理想的预期效果，针对工业迅速发展，环保部门的管理力度也应该加强，从根本上减少重金属污染物的来源才是修复土壤的最有力的手段。■
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关键词：土壤污染 重金属 危害 修复方法
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分[1-2]。随着近年来经济发展，工农业生产不断扩大，所产生的废水和废渣也不断增多，不但破坏地表植被，而且其中有毒有害重金属还随废水的排放及废渣堆的风化和淋滤进入周边土壤环境[3-6]。目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近2，000万公顷，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1，000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。
1. 土壤重金属污染的定义
在自然界，重金属以各种形态存在，常见的金属元素有铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钼、金、银等；其中既有对生命活动所需要的微量元素，如锰、铜、锌等；但大多数重金属元素在环境中对环境都会有一定的污染作用，主要包括汞、镉、铅、铬以及类金属砷等对生物体具有显著毒害作用的元素[7]。重金属的密度一般在4.0以上，约60种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。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。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。
土壤重金属污染是指由于人类在生产活动中将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属累积到一定程度，含量明显高于背景，并可造成土壤质量的退化、生态与环境的恶化现象[8]。土壤本身含有一定量的重金属元素，如植物生长所必需的Mn、Cu、Zn等。因此，只有当叠加进入土壤的重金属元素累积的浓度超过了作物需要和忍受程度，作物才表现出受毒害症状，或作物生长并未受害但产品中某种金属的含量超过标准，造成对人畜的危害时，才能认为土壤已被重金属污染[9]。如土壤环境质量标准值（GB15618-1995）[10]。
2. 土壤中重金属的来源、种类
土壤重金属污染主要是由工业产生的“三废”以及污水灌溉、农药和化肥的不合理施用等农业措施引起的。随着工农业生产的发展，重金属对土壤和农作物的污染问题越来越突出，部分地区土壤重金属污染现象十分严重。总体来讲，土壤重金属污染源较广泛，即有自然来源，又有包括人类活动带入土壤的部分，目前主要来源为人为因素。主要包括大气尘降、污水灌溉、工业废弃物得不当堆放、采矿及冶炼活动、农药和化肥的过多施用等[11-12]。
2.1 污水灌溉
污水灌溉通常指的是使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。中国水资源较为紧缺，部分灌区常把污水作为灌溉水源来利用。污水的种类按其来源可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金属含量虽然不多，但由于我国工业发展迅速，许多工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金属含量逐年累积[15-16]。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，土壤几乎不受污水中的重金属污染。
污灌在北方比较严重，因为我国北方比较干旱，水资源短缺严重，并且许多大城市都是重工业大城市，所以农业用水更加紧张，污水灌溉在这些地区较为普遍。据统计，我国北方旱作地区污灌面积约占全国90%以上。南方地区相对较小，仅占6%，其余则在西北地区。污灌不仅导致土壤中重金属元素含量的增加，而且还会在人体内富集。研究显示我国沈阳、温州和遂昌等地由于污水灌溉引发了人体镉中毒；鞍山宋三污灌区土壤中Hg、Cd的累积显著，污染严重；用处理过的污水灌溉是解决干旱地区作物需水问题的一条可行途径。但由此导致的土壤污染特别是重金属污染必须引起重视。
2.2 农药和化肥污染
农药和化肥是重要的农用物资，对农业生产发展起到重要的推动作用，但如果不合理施用，则可导致土壤中重金属污染。部分农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属元素，过量或不合理使用将会造成土壤重金属污染。肥料中含有大量的重金属元素，其中氮、钾肥料含量相对较低，而磷肥中则含有较多的有害重金属，另外复合肥的重金属含量也相对较高。施用含有重金属元素的农药和化肥，都可能导致土壤中重金属的污染。
2.3 矿山开采和冶炼加工
我国重金属矿产相对丰富，在金属矿山的开采、冶炼过程中，会产生大量废渣及废水，而这些废渣和废水随着矿山排水和降雨进入土壤环境中，便可直接地造成土壤重金属污染，这在我国南方地区表现得尤为突出。
3. 重金属污染的特点及危害
3.1 重金属元素污染土壤的主要特点
在土壤环境中重金属污染特点可以分为两部分：一是土壤环境中重金属自身的特点，二是重金属元素在不同介质中所表现的特点。具体特点如下：（1）形态变换较为复杂，重金属多为过渡元素，有着较多的价态变化，且随环境Eh，pH配位体的不同呈现不同的价态、化合态和结合态。重金属形态不同则其毒性也不同；（2）有机态比无机态的毒性大；（3）毒性与价态和化合物的种类有关；（4）环境中的迁移转化形式多样化；（5）生物毒性效应的浓度较低；（6）在生物体内积累和富集；（7）在土壤环境中不易被察觉；（8）在环境中不会降解和消除；（9）在人体内呈慢性毒性过程。（10）土壤环境分布呈区域性；
过量的重金属会引起动植物生理功能紊乱、营养失调、发生病变，重金属不易被土壤微生物降解，可在土壤中累积，也可通过食物链在人体内积累，危害人体健康。土壤一旦遭受重金属污染，就很难彻底消除，污染物还会向地下水和地表水中迁移，从而扩大其污染。因此重金属对土壤的污染是一类后果非常严重的环境问题。
3.2人类因土壤重金属污染而遭受的危害[25]
（1）土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺；（2）土壤污染给农业发展带来很大的不利影响；（3）土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染；（4）土壤污染严重危及后代人的利益，不利于可持续发展；（5）土壤污染造成严重的经济损失；（6）土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁；（7）土壤污染也是造成其他污染的重要原因。
4. 对重金属污染的防治及修复
4.1 对土壤污染的预防
目前，仍未找到可广泛应用且行之有效的重金属污染治理方法，但控制污染源，是防止土壤污染的根本措施之一，同时利用土壤的自净作用对污染物净化具有一定的预防作用。控制土壤重金属污染源，即控制进入土壤中的重金属污染物的数量和速度，通过土体自身的净化作用，降低污染。
（1）控制和消除工业“三废”
尽量利用循环无毒工艺，减少和消除重金属污染物的排放，对工业“三废”进行回收改善，使其化害为利，并严格控制工业生产中污染物排放量和浓度，使之符合排放标准。
（2）土壤污灌区的监测和管理
在污灌区对灌溉污水的重金属元素进行控制，监测水中重金属污染物质的成分、含量及其变化，避免引起土壤污染。
（3）合理施用化肥和农药
对于农药和化肥的施用，应以环保无毒为准则，禁止或限制使用高残留农药，大力发展高效、低毒、低残留农药，发展生物防治措施。为保证农业的增产，合理施用化学肥料和农药是必需的，但需控制好施用量，否则会造成土壤或地下水的污染。
（4）土壤容量和土壤净化能力的提高
在农业生产过程中，施用有机肥，改良松散型沙土，改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害重金属的吸附能力和吸附量，从而减少重金属在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金属，提高土壤净化能力。
4.2 土壤中重金属污染的修复方法
（1）工程措施
工程治理措施是指在土壤环境中，用物理或物理化学的原理来减少重金属污染物的措施。主要包括客土，换土，翻土，淋洗液热处理以及电解等方法。以上方法措施的治理效果相对彻底，但实工过程复杂、所需治理费用较高且比较容易引起土壤肥力效果降低。
（2）生物措施
生物治理是指利用能够在土壤中生存的生物的某些习性来抑制和改良土壤重金属污染。Nanda Kumar P B A等发现某些特殊植物对土壤中的重金属元素具有富集作用。寇冬梅等研究认为食用菌对重金属具有吸附作用。所用方法有动物治理，微生物治理，植物治理等。生物措施的优点是实施较为简便易行、投资较少且对环境破坏小，而缺点是在短期内不易得到治理效果。
（3）化学措施
化学治理方法是利用化学物质和天然矿物对重金属污染进行的原位修复技术，目前，在许多区域得到应用。化学治理措施主要包括利用土壤改良剂、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。化学治理措施优点是治理效果相对较明显，而缺点是容易再度活化。
（4）农业措施
农业治理措施是通过改变耕作方式和管理制度来达到降低土壤重金属危害的方法。M.Puschenreiter等探讨了利用农业耕作措施治理土壤重金属的方法，得出在不同污染地区种植不同的农作物可有效降低重金属的污染。治理方法主要包括控制土壤水分，选择合适的农药、化肥，增施有机肥，选择农作物品种等。农业治理措施的优点在于操作简单、费用不高，而缺点是需要较长治理周期却治理效果不显著。
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关键词：蔬菜 重金属 措施
中图分类号：X503 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）004-129-02
蔬菜作为人们日常饮食当中重要的食物，为人体提供了所必须的多种矿物质和维生素。根据联合国国际粮农组织统计的结果，人体所需维生素C的90%、维生素A的60%来自于蔬菜。另外，蔬菜中还有很多种植物化学物质，被公认为对人体很有益的成分，如胡萝卜素、类胡萝卜素等。因此，蔬菜的安全性问题直接关系到人民的身体健康。
1 蔬菜重金属污染
密度在5*103kg/m3以上的金属被称为重金属，如金、银、铜、汞、铅、镉等。重金属对蔬菜的污染不同于有机化合物的污染。重金属在土壤中的污染具有长期性、不可逆性和隐蔽性的特点，在土壤中不能被淋洗，不能被微生物分解。目前中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、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。
土壤受到污染后，最直接的受害者则是蔬菜，未处理的生活废水、工业废水、废气、废渣的排放是汞、镉、铅、砷等重金属及其化合物对蔬菜构成污染的主要来源。蔬菜则通过根茎从土壤中吸收金属元素并富集。
重金属对蔬菜的危害很多，重金属会破坏膜透性，影响植物的光合作用、呼吸作用、酶的活性以植物脯氨酸含量。总之，会引起蔬菜的生长不良，导致减产。重金属对人体的危害相当严重，如铅会在神经系统、造血系统、血管方面损伤人体；长期接触砷会引起细胞中毒，有时会诱发恶性肿瘤；汞会通过食物链的传递而在人体蓄积，对人体的神经系统、肾、肝脏等可产生不可逆的损伤。因此，对蔬菜重金属污染的研究具有重大的意义。
2 重金属对蔬菜污染现状
土壤作为植物生长所需要营养成分的储存库，因此土壤当中重金属含量的多少在很大程度上左右着蔬菜受污染的程度。目前，我国菜地土壤重金属污染形势非常严峻。特别是城市郊区地带，由于城郊与城市相连，交通方便，作为蔬菜生产并供给城市的重要基地，同时城郊往往又与工业生产区、污灌区、交通干线接近，成为其成为重金属污染的重要区域。对国内蔬菜重金属污染调查结果表明，珠三角地区接近一半菜地重金属含量超标，其中十分之一属于严重超标。上海蔬菜重金属的污染，以Cd（镉）和Pb最为严重。南京市郊区菜田除Cd含量没有超标外，其它重金属如：Hg、As、Pb和Cr含量均超出南京地区原始土壤背景值。
陈同斌等人对北京市菜地土壤和蔬菜中镉含量和铅含量进行了研究调查，通过对采集的97种蔬菜363个样品和54个土壤样品进行研究发现，北京市菜地土壤镉含量较多，对不同蔬菜进行了研究发现，叶菜类和根茎类蔬菜的镉含量相对高于瓜果类和特菜， 地蔬菜镉含量显著高于设施蔬菜。北京市居民每人从蔬菜中摄入镉的量为12.2 g・d-1。在对蔬菜铅含量的研究中发现北京市本地产的蔬菜和地蔬菜含铅量相对高于市售外地产蔬菜和设施栽培蔬菜；北京市成人和儿童蔬菜铅人均每天的摄入量为16.6 和13.6 g。蔬菜中镉和铅对北京市居民（尤其是儿童）的健康存在较大威胁。
王丽慧等人以长沙城郊菜地为例，发现菜园土壤普遍存在铅、镉含量超标王丽慧等人还发现，N、P、K 肥不仅可以通过对土壤重金属形态的改变影响植物的吸收，而且它们能提供大量营养元素保证植物正常生长，增强抗逆性，从而有效地减少植物对重金属的吸收。
3 蔬菜对重金属吸收的富集规律
不同植物生长特性和遗传性质的差异性导致不同植物对重金属的吸收、富集具有显著的差异性，根据土壤中污染元素的不同，有选择的种植蔬菜，可以减少蔬菜中重金属的含量。植物对重金属的吸收与如下因素密切相关，如土壤中重金属的含量、土壤的理化性质、重金属在土壤内的存在形态、植物的类型及其生长周期等。
3.1 不同种类、品种的蔬菜对重金属吸收的差异
蔬菜种类的不同对重金属的吸收也不同，国内大量研究发现：叶菜类蔬菜中重金属的含量最高，叶菜类蔬菜的Cd和Pb含量较高；其次是根茎类，根茎类蔬菜的Zn含量较高；瓜果类最弱。同种蔬菜的不同品种对重金属的吸收也有所差异。
3.2 蔬菜的不同器官对重金属吸收的差异
蔬菜中重金属元素主要来源于土壤，由根吸收后现在根部积累，然后再将部分重金属转到蔬菜的其他器官。因此不同器官对重金属的积累量是不同的。一般情况下，植物的地下部高于地上部。
3.3 土壤环境引起的蔬菜对重金属吸收的富集规律
大多数研究表明，pH值对土壤中重金属的生物有效性影响较大。由于土壤胶体带负电荷，而绝大多数金属离子带正电荷，所以土壤pH值越高，金属离子被吸附的越多，进入蔬菜体内也越少。廖凌发现通电和加入KCl处理的情况下，污泥的pH值降低，提高了野芋对Cu、Zn的吸收。
4 重金属对蔬菜污染的防治措施
由于蔬菜生产基地自然生态环境遭受重金属污染，应贯彻“预防为主、防治结合、综合治理”的环境保护方针，采取有效措施：
（1）控制和消除污染源。预防为主，首先要严格控制“三废”的排放，加强废旧蓄电池、铅管、铅板的回收循环再利用；蔬菜生产环节当中对化肥、农药的不合理投入，导致蔬菜中重金属、硝酸盐、农药污染等问题，在现阶段比较突出。因此要减少含铅农药、化肥的使用量，合理施肥。
（2）蔬菜产地的选择。生产蔬菜的农田选择在远离工厂、矿区、交通主干线、垃圾场等场所，且该地区的土壤、大气、水等环境因素的相关污染物含量不允许超出国家相关标准规定。
（3）因地制宜。根据不同种类（品种）对重金属富集能力的差异选择蔬菜种类（品种）。
（4）制定并完善蔬菜的食品卫生标准，加强食品安全监督与检验。提高公民环保意识，加强对食品安全的教育，加强群众及媒体监督，共同保护农田生态环境，保持人体健康。
5 结语
目前，重金属对蔬菜的污染迫在眉睫，已引起相关部门和相关专家的高度重视，可重点从以下方面着手：（1）生产商方面，肥料中重金属的含量达到最低限度。（2）加强环保意识，加大对环境保护的宣传力度，减少工业“三废”的随意排放，对一些环境污染严重的企业要给以相应处罚。（3）加强政府监管力度，建立食品安全保护的长效机制。（4）相关专家应对蔬菜深入研究，有目的地培育出耐、抗重金属污染的蔬菜优良品种，加强多学科协作与渗透，重点开展控制蔬菜重金属污染的生态措施研究。
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关键词 土壤；重金属污染；现状；修复技术
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）09-0229-03
重金属是指比重大于5.0 g/cm3的金属元素，包括Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Hg、As、Fe、Mn、Mo、Co等。通常自然界中重金属元素的背景值很低，其暴露不会对周围环境造成影响。但由于工业生产规模扩大，城镇化迅速发展，在农业生产中，污水灌溉和化肥、农药的使用量加大，导致土壤系统中重金属不断累积，明显高于其背景值，从而恶化了生态环境的质量，并通过食物链直接危害人体健康。据统计，全世界平均每年排放Hg约1.5万t，Cu 340万t，Pb 500万t，Mn 1500万t，Ni 100万t[1]。随着重金属污染问题的日益突出，土壤污染防治工作已在“十一五”期间被提上中国环境保护工作的重要议程，并成为第1个“十二五”国家规划。针对上述情况，笔者结合我国土壤重金属污染的现状，对当前土壤重金属污染的修复技术及其作用机理进行分析，并总结其各自的优势与不足，以期为综合治理土壤重金属污染提供参考依据。
1 我国土壤重金属污染现状
我国面临着相当严峻的土壤重金属污染问题。农业部调查数据显示[2]，我国约140万hm2的农业用地采用污水灌溉，受到重金属污染的土地面积占污染总面积的64.8%。据有关资料表明，我国重金属污染的农业土地面积为2 500 hm2左右，导致粮食减产逾1 000万t，并造成1 200万t以上的粮食被重金属污染，将各项经济损失进行合计，至少高于200亿元[3]。污染土地中，严重污染面积占8.4%，中度污染面积占9.7%，轻度污染面积占46.7%。Hg 和Cd 的污染面积最大。如上海农田耕层土壤Hg、Cd含量增加了50%，江西大余县污灌引起的Cd污染面积达5 500 hm2，沈阳张士灌区Cd污染面积达2 533 hm2。我国农田土壤污染除Cd、Hg污染外，Pb、As、Cr和Cu的污染也比较严重。以保定市污水灌区为例，其Zn、Cu、Pb、Cd的检出超标率分别达到100.0%、27.5%、50.0%、87.5%[4]。此外，我国菜地土壤重金属污染也较为严重[5-7]。广州市蔬菜地Pb污染最为普遍，As污染次之；重庆近郊蔬菜基地土壤重金属Hg和Cd出现超标，超标率分别为6.7%和36.7%；珠三角地区近40%菜地重金属污染超标，其中10%属严重超标。近年来，由于工业“三废”、机动车废气和生活垃圾等污染物的排放，我国城市土壤普遍受到不同程度的重金属污染，主要污染元素为Pb、Cd、Hg。且城市土壤中大部分重金属污染含量普遍高于郊区农村土壤，并具有明显的人为富集特点[8]。
2 土壤重金属污染修复技术
2.1 物理修复
物理修复是指通过各种物理过程将污染物从土壤中去除或分离的技术，主要包括土壤淋洗法、工程措施法、电热修复法等。
2.1.1 土壤淋洗法。该方法是应用最多、应用最早、技术最成熟的物理修复方法。采用淋洗液（包括无机溶液清洗剂、复合清洗剂、清水、表面活性剂、有机酸及其盐清洗剂、螯合剂等）对土壤进行淋洗，使固相重金属转化为液相，重金属从土壤中转移到废水，再通过对废水进行回收处理，从而实现土壤的修复。Wasay et al[9]研究发现，EDTA和DTPA能有效地去除土壤中Hg以外的重金属元素，同时也提取出大量土壤营养元素。土壤淋洗法简便、成本低、处理量大、见效快，适用于大面积重度污染土壤治理，尤其是轻质土和砂质土。但这种方法在去除重金属的同时，易造成地下水污染及土壤养分流失。因此，既能提取各种形态重金属又不破坏土壤结构的淋洗液，将为该方法修复重金属污染土壤提供广阔的应用前景。
2.1.2 工程措施法。该方法是较为经典和传统的土壤重金属污染修复方法，包括深耕翻土、换土、客土等。深耕翻土与污土混合，或者通过换土和客土等手段，可以使土壤中重金属的含量有效降低，从而降低其对植物的毒害。不同的方式适宜于不同污染程度的土壤，重污染区的土壤宜使用换土和客土方法改良，而轻度污染的土壤则适宜于采用深耕翻土的方法进行修复。工程措施法的优势在于效果稳定和彻底，但是也存在一定的不足，如费用高、工程量大、易降低土壤肥力和破坏土壤结构，还有换出的污染土壤也存在二次污染的隐患，应妥善处理。据报道，对1 hm2面积的污染土壤进行客土治理，每1 m深土体需耗费高达800万～2 400万美元[10]。因此，工程措施不是一种理想的污染土壤修复方法。
2.1.3 电热修复法。该方法利用高频电压产生电磁波，再通过电磁波作用而产生热能，从而促使土壤中挥发性重金属得以分离，实现土壤的修复和改良。目前，该方法适用于修复受Hg或Se等可挥发性重金属污染的土壤。有研究表明，采用该法可使砂性土、黏土、壤土中Hg含量分别从15 000、900、225 mg/kg降至107、112、115 μg/kg，回收的Hg蒸气纯度达99%[11-12]。这种方法虽然操作简单、技术成熟，但能耗大、操作费用高，也会影响土壤有机质和水分含量，引起土壤肥力下降，同时重金属蒸气回收时易对大气造成二次污染。
2.2 化学修复
化学修复也是一种原位修复技术，即通过向重金属污染土壤中添加改良剂，以调节和改变土壤的理化性质，使重金属发生沉淀、吸附、拮抗、离子交换、腐殖化和氧化还原等一系列化学反应，降低其在土壤中的迁移性和被植物所吸收的可能性，从而达到治理和修复污染土壤的目的。常用的改良剂有石灰性物质[13-15]、磷酸盐化合物[16-17]、硅酸盐化合物[18]、金属及其氧化物[19-20]、黏土矿物[21-23]、有机质[24-26]等，其作用机理见表1。这种方法虽然简单易行，但其不足在于它只是改变了重金属在土壤中的存在形态，却没有把重金属从土壤中真正分离出来，如果土壤环境发生变化，容易造成其再度活化，引起“二次污染”。
2.3 生物修复
生物修复是利用生物（主要是微生物、植物和动物）的新陈代谢作用吸收去除土壤中的重金属或使重金属形态转化，降低毒性，净化土壤。该方法是运用生物技术治理污染土壤的一种新方法，具体包括微生物修复法、植物修复法、动物修复法等。由于该方法效果好、易于操作，日益受到人们的重视，已成为污染土壤修复研究的热点。
2.3.1 微生物修复。该方法是通过微生物进行作用，将土壤中重金属元素进行沉淀、转移、吸收、氧化还原等，从而对污染土壤进行修复。如柠檬酸菌能够与Cd形成CdHPO4沉淀；无色杆菌、假单胞菌能够使亚砷酸盐氧化成砷酸盐，从而降低As的转移和毒性；还有些微生物能够把剧毒的甲基汞降解为毒性小、可挥发的单质Hg[3]。尽管微生物修复引起极大重视，但大多数技术仍局限在科研和实验室水平，很少有实例报道。但随着分子生物学的发展，一些如细菌表面展示技术、噬菌体抗体库技术、酵母表面展示技术等[27]，有望在治理土壤重金属污染中发挥重要作用。
2.3.2 植物修复。植物修复广义上是指利用植物提取、吸收、分解、转化、固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技术的总称；狭义上是指利用耐性和超富集植物将污染土壤中的重金属浓度降低到可接受的水平。根据其修复过程和机理，植物修复法可分为以下4种：①根部过滤[28]，即通过耐性植物根系对重金属的吸收并保持在根部。常用的植物有水生植物、半水生植物以及个别陆生植物，如向日葵、耐盐野草、宽叶香蒲等。该法多应用于修复水体的重金属污染。②植物稳定[29]，即利用植物根际的一些特殊物质，使土壤中污染物转化为相对无害物质的方法。常用的植物有印度芥菜、油菜、杨树、苎麻等。该法多应用于治理废弃矿场和重金属污染严重地区。③植物挥发[30]，即利用植物吸收土壤中的重金属，并将其转化为可挥发状态，通过植物叶片等部位挥发出去，以降低土壤中重金属的含量。常用的植物有印度芥菜以及湿地上的一些植物。该法多应用于修复污染土壤中含有挥发性的重金属（如Hg、Se等），但易造成大气污染。④植物提取[31]，即利用超富集植物从土壤中吸取重金属，并将其转移、贮存到地上部，然后通过收获，从而达到去除污染土壤中重金属的目的。目前，已发现超富集植物有700种以上，且广泛分布于约50科中，并主要集中在十字花科。该法适用面广，对于修复多种重金属污染土壤均有效。
植物修复法成本低，对环境扰动小，能绿化环境，具有良好的社会、经济、环境综合效益，适用于大规模污染土壤的修复，属于真正意义上的绿色修复技术。但该方法也有一定的缺点：一是超富集植物生长缓慢，常受土壤类型、气候、水分、营养等环境条件限制，导致修复污染较严重土壤的周期长；二是修复过程局限在超富集植物根系所能伸展的范围内；三是超富集植物只能积累某一种重金属，而土壤污染大多是重金属的复合污染；四是超富集植物需收割并作为废弃物妥善处置，将对生物多样性存在一定的威胁。
2.3.3 动物修复。动物修复是利用土壤中的某些低等动物（如蚯蚓等）吸收重金属的特性，在一定程度上降低受污染土壤的重金属比例，以达到修复重金属污染土壤的目的。有研究表明[32]，蚯蚓在其耐受浓度范围内，对重金属的富集量随着重金属浓度的增加而增加，同时对重金属的选择性受其体内酶的影响。但这种修复方法不足在于低等动物吸收重金属后可能再次释放到土壤中，造成二次污染。
2.4 农业生态修复
农业生态修复是近几年新兴的修复技术，它是通过改变耕作制度、调整作物品种、调控土壤化学环境（包括土壤pH值、水分、氧化还原电位等）、改变土地利用类型、增施有机肥（堆肥、厩肥、植物秸秆等）、控施化肥等措施，以减轻重金属对土壤的危害[33]。我国在这一方面研究较多[34-36]，并取得了一定的成效。这种方法具有投资少、无副作用等特点，适用于中轻度污染土壤，但也存在修复周期较长、效果不太显著等不利因素。
3 结语
综上所述，目前重金属污染土壤的修复技术很多，但就单一技术来看，任何一种修复技术都有其局限性，难以达到预期效果，进而无法大力推广。而且土壤重金属污染修复作为一项系统工程，不仅需要土壤学、植物生理学、遗传学、环境工程学、分子生物学等多个学科的共同努力，还需要多种修复技术的综合应用，即将物理修复、化学修复、生物修复科学地结合起来，取长补短，才能达到更好的效果。
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关键词：重金属；污染；土壤；植物修复
中图分类号：X24文献标识码：A文章编号：1674-9944（2015）12-0226-03
2土壤重金属污染现状
随着社会经济的发展，越来越多的工矿企业被建立。资源的紧张也导致越来越多的污水被灌溉到农田中。污灌区的污水是经过简单处理的日常用水以及工业废水，其中大部分是来自于附近厂区的工业用水。随着我国城镇建设的不断增强，各个大中小城市对污水的处理也得到了进一步的改善。但是其中潜在的污染风险也一直是人们研究的对象，尤其是近年来粮食安全问题层出不穷，长期累计的土壤问题开始显露，并呈现不断加强的趋势。
近年来，在全国土壤调查的基础上我国研究学者对部分地区农用地土壤展开了调查研究。其中天津、沈阳、保定、兰州等工业城市的污灌区表层土壤呈现不同程度的重金属污染[6～10]。张丽红等[11]以国家土壤环境质量标准为标准，采样调查分析了100个河北省清苑县及清苑县附近的农田土壤样品，结果显示：土壤中Cd污染最为严重，超标率65%，达中度污染水平；Pb、Zn、Cu超标率分别为37%、44%和33%，达到轻度污染水平，足以引起各位学者关注。茹淑华等[12]对河北石家庄典型污灌区进行取样调查，结果显示：污灌区Cu 、Zn 、Pb 、Cd 和Cr存在不同程度的富集现象，而清灌区仍处于清洁水平。虽然污灌区土壤重金属含量总体上均未超过我国农产品产地土壤环境质量标准，但土壤样品仍有个别样点的Cd出现超标现象。因此，对污灌区土壤重金属修复迫在眉睫。
3土壤中重金属污染的植物修复措施
针对环境污染，越来越多的污染修复方式被人类利用。其中植物修复是以清除污染，修复或治理为目的利用绿色植物从环境中转移容纳或转化污染物的环境污染治理技术[13～15]。其根据修复植物的特点和功能用于重金属污染土壤等接种的植物修复技术主要有4种类型：植物挥发、提取、过滤以及稳定或固化[16]。
3.1普通植物对土壤重金属的修复
近年来，我国对植物修复重金属污染土壤作出了很多研究。陈同斌等[17]试验小组分别发现在我国湖南、广西南方等地存在大面积的蜈蚣草等蕨类植物，并指出其具有超富集砷能力，且其植物体内氮磷养分的含量远远低于其叶片含砷量。刘金林等[18]对一年蓬进行实验研究发现，该原产自北美的一年蓬对土壤中重金属的富集能力较强。同时lin等[19]以汞污染的稻田为实验材料，研究了改作苎麻对土壤中重金属的净化作用，研究显示改作苎麻能净化汞污染的稻田，其中年净化率达41%，并连种稻田土壤的自净时间缩短了8.5倍。黄会一等[20]也发现杨树对汞和镉有很好的耐性和净化功能。
3.2花卉植物对土壤重金属的修复
随着经济和社会的不断发展，越来越多的研究学者也将目光转向花卉植物。花卉植物具有一定的观赏性，而且种类繁多。同时花卉植物对重金属有一定能力的积累转移作用。周霞等[21]对鸭脚木、小叶黄杨等8中花卉植物进行研究发现：花卉植物对重金属的转移能力大小顺序为Zn>Cd>Cu>CrPb 。对重金属的积累能力大小顺序为Cr>Zn>Cu>Cd>Pb。其中，亮叶忍冬、小叶黄杨、金叶假连翘对土壤中Cd的修复效果较为理想；鸭脚木、亮叶忍冬、小叶黄杨对土壤中Zn的修复效果较好；鸭脚木、金光变叶木、细叶鸡爪槭、胡椒木、等花卉植物对土壤中Cr的富集能力均较高，且根部积累系数都大于1，这说明对土壤中Cr的修复效果较好。
3.3草本能源植物对土壤重金属的修复
草本能源植物作为生物生长和人类发展的生物能源基础在社会发展及人类生存过程中占有重要地位[22，23]。同时在倡导低碳经济的当今社会，草本能源植物作为草本植物的一种，其同样具有非常高的应用生态价值及经济价值[24～27]。最重要的是，部分草本能源植物具有较强的生态适应能力使其在污染土地的治理中具有一定的应用潜力。侯新村等[28]对柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草、四种草本能源植物的规模化种植并对其积累重金属作用进行研究，研究结果表明：草本能源植物对砷汞铜铬铅镉等重金属的绝对富集量较为可观。对于砷铜铅镉均以杂交狼尾草的绝对富集量最高，柳枝稷、荻、芦竹次之；杂交狼尾草对污染土壤中污染物汞的绝对富集能力最高；芦竹对铬的绝对富集能力最高，最高达1 333.37 g/hm2，这说明草本能源植物可以作为重金属污染植物修复的一类修复植物，其具有一定的修复潜力。
4结语
土壤的重金属污染危及粮食生产、食物质量、生态安全、人体健康以及区域可持续发展。以预防为主[29]，预防、控制和修复相结合的土壤保护政策迫在眉睫。我国虽然在植物修复上起步较晚，但是仍然发展迅速。植物修复是利用具有修复性能的植物的生命活动对重金属污染土壤进行积累修复的一项新技术。与此同时，我国很多的研究学者也就此问题展开过多种研究且证明植物修复是一种极具有潜力的土壤重金属修复方式。因此接下来仍需要在找到具有较强积累能力的植物之后对其生长发育规律及发育调控措施进行研究从而不断提高植物修复的效率以加快对土壤重金属污染的修复进程。
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