中國(guó)部分地區(qū)耕地重金屬污染現(xiàn)狀及原因分析

中國(guó)部分地區(qū)耕地重金屬污染現(xiàn)狀及原因分析

環(huán)境中的重金屬元素通常指對(duì)生物有顯著毒性的因素，如hg、cd、pb、cr、zn、cu、co、ni、sn、ba和bs。據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界每年平均排放Hg約1.5萬t、Pb約500萬t、Cu約340萬t、Ni約100萬t、Mn約1500萬t。因此,世界各國(guó)的土壤都存在不同程度的重金屬污染。土壤中的重金屬對(duì)農(nóng)作物、農(nóng)產(chǎn)品及地下水會(huì)產(chǎn)生不良影響,并通過食物鏈危及人類健康。近年來世界各國(guó)都非常重視土壤污染和修復(fù)技術(shù)的研究,有關(guān)生物修復(fù)技術(shù)的研究引起眾多研究者的關(guān)注。1重金屬污染狀況據(jù)統(tǒng)計(jì),1980年中國(guó)工業(yè)三廢污染耕地面積266.7萬hm2,1988年增加到666.7萬hm2,1992年增加到1000萬hm2。目前,全國(guó)遭受不同程度污染的耕地面積已接近2000萬hm2,約占耕地面積的1/5。農(nóng)業(yè)部調(diào)查表明:中國(guó)污灌區(qū)面積約140萬hm2,遭受重金屬污染的土地面積占污染總面積的64.8%,其中輕度污染占46.7%,中度污染占9.7%,嚴(yán)重污染面積占8.4%,其中以Hg和Cd的污染面積最大。據(jù)報(bào)道,目前中國(guó)污灌區(qū)有11處生產(chǎn)的大米中Cd含量嚴(yán)重超標(biāo),中國(guó)每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過1000萬t,被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬t,合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200億元。表1給出了中國(guó)部分地區(qū)耕地重金屬含量。從表1可見,各大城市的耕地土壤都存在不同程度的重金屬污染,其中Hg、Cd、Pb污染尤為明顯。如沈陽市郊區(qū)與西安污灌區(qū)土壤的Hg、Cd污染,北方地區(qū)的土壤受重金屬污染程度普遍高于南方,主要污染物是Hg、Cd、Pb等;南方地區(qū)土壤受重金屬污染的主要原因與北方相似,但由于雨水相對(duì)充足,污灌面積相對(duì)較小,加上降水稀釋,污染程度相對(duì)較低。由于大量重金屬被帶入土壤,造成耕地的重金屬污染,使得農(nóng)作物的重金屬污染也日趨嚴(yán)重。表2是中國(guó)部分地區(qū)農(nóng)作物重金屬含量。對(duì)比表1與表2可見,蔬菜與土壤中的重金屬濃度一般呈正相關(guān)關(guān)系,但又顯得相當(dāng)復(fù)雜。如西安、沈陽市郊耕地土壤中的Pb的含量并未超標(biāo),但農(nóng)作物卻已嚴(yán)重污染。而表1中南寧市耕地土壤里Pb含量(37.38mg/kg)遠(yuǎn)低于土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)含量(≤250mg/kg),但當(dāng)?shù)厥卟薖b含量卻已超標(biāo),其污染指數(shù)Pi為1.23。西安市耕地土壤中Cd的含量嚴(yán)重超標(biāo),Pi為2.06,但其蔬菜的Cd含量卻比較低(0.032mg/kg)。這表明重金屬的復(fù)合污染存在頡抗和協(xié)同作用,頡抗作用降低了污染元素毒性的臨界值。吳燕玉等研究發(fā)現(xiàn),Cd、Pb、Cu、Zn、As元素間交互作用表現(xiàn)為Pb、Zn、As在有利于土壤Cd的解吸與植物的吸收。另有文獻(xiàn)報(bào)道,在Cd、As調(diào)作用下,Cd3(ASO4)2可透過植物細(xì)胞膜,說明復(fù)合污染會(huì)提高Cd的吸收系數(shù),增強(qiáng)聯(lián)合毒性。因此在研究土壤與農(nóng)作物的重金屬污染時(shí),不能僅考慮單一的重金屬污染。多元素的重金屬?gòu)?fù)合污染是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程,其生態(tài)效應(yīng)受多種因素的影響,有待進(jìn)一步研究。2重金屬污染的來源農(nóng)田重金屬污染的污染源主要有以下幾種:(1)隨大氣沉降進(jìn)入土壤。重金屬以氣溶膠的形態(tài)進(jìn)入大氣,經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)入土壤。據(jù)調(diào)查,公路附近的土壤和水體要比遠(yuǎn)離公路地區(qū)污染嚴(yán)重,這是因?yàn)槠嚭湍ν熊囕喬ゼ叭加椭泻兄亟饘俚木壒省?2)隨污水進(jìn)入土壤。大量的工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接進(jìn)入水體并隨灌溉進(jìn)入農(nóng)田,使重金屬以不同形態(tài)在土壤中吸附和轉(zhuǎn)化。(3)隨固體廢棄物進(jìn)入土壤。大量的工業(yè)廢棄物在堆放和處理過程中,由于日曬雨淋水洗,使重金屬向周圍土壤、水體擴(kuò)散,隨著污泥進(jìn)入土壤。(4)隨農(nóng)用物資進(jìn)入土壤?；室鸬闹亟饘傥廴局饕獊碜粤追?由于磷礦中含有痕量的鎘,從而導(dǎo)致成品肥料鎘污染。這些隨磷肥進(jìn)入土壤的鎘與土壤中自然存在的鎘相比具有較大的可溶性。許多研究表明,隨磷肥及復(fù)合肥的大量施用,土壤有效鎘的含量不斷增加,作物吸收鎘的量也相應(yīng)增加。3生物復(fù)合過程植物修復(fù)是以植物忍耐和超量積累某種或某些污染物的理論為基礎(chǔ),利用自然生長(zhǎng)或遺傳工程培育的植物及其共存微生物體系,清除環(huán)境中污染物的環(huán)境污染治理技術(shù).植物修復(fù)為從根本上解決土壤重金屬污染提供了一條重要的修復(fù)和治理途徑.根據(jù)修復(fù)作用過程與機(jī)理,重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為以下三種類型:(1)植物穩(wěn)定(Phytosabilization)是通過耐重金屬植物及其根際微生物的分泌作用螯合、沉淀土壤中的重金屬,以降低其生物有效性和移動(dòng)性,并防止其進(jìn)入地下水和食物鏈,減少對(duì)環(huán)境和人類健康危害的風(fēng)險(xiǎn).對(duì)土壤環(huán)境中Pb的固定研究表明,一些植物可降低Pb的生物有效性,緩解Pb對(duì)環(huán)境中生物的毒害。此外,植物可以通過根際微生物改變根際環(huán)境的pH值和EH值來改變重金屬的化學(xué)形態(tài),固定土壤中的重金屬。(2)植物揮發(fā)(Phytovolatilization)是利用植物去除環(huán)境中的一些揮發(fā)性污染物的方法,即植物將污染物吸收到體內(nèi)后,又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì),釋放到大氣環(huán)境中,從而減輕土壤污染.在這方面,已有的研究主要針對(duì)易于形成生物毒性低的揮發(fā)性有機(jī)物的元素Se和揮發(fā)性重金屬Hg。許多植物可從污染土壤中吸收Se并將其轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)態(tài)。雖然現(xiàn)在還未發(fā)現(xiàn)能直接揮發(fā)Hg的自然生長(zhǎng)的植物,但有研究利用轉(zhuǎn)基因植物揮發(fā)汞?？梢哉f,植物揮發(fā)為土壤中Se和Hg等元素的去除提供了一種潛在的可能性。(3)植物提取(Phytoextracion)是目前研究最多并且最有前景的方法,用超積累植物的根系從土壤中吸取重金屬,并將其轉(zhuǎn)移、貯存到植物的地上部分,然后收割地上部分,連續(xù)種植超積累植物即可將土壤中的重金屬降到可接受水平.能用于污染土壤植物修復(fù)的超積累植物應(yīng)具備以下幾個(gè)特性:即使在污染物濃度較低時(shí)也有較高的積累效率;在體內(nèi)積累高濃度的污染物;能同時(shí)積累多種重金屬;生長(zhǎng)快,生物量大;抗蟲抗病能力強(qiáng)。目前發(fā)現(xiàn)的對(duì)重金屬具有超積累能力的植物有45科約400多種,其中73%為Ni的超積累植物。4種植植物過程管理植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)與其他物理的、化學(xué)的和工程方面治理土壤污染的技術(shù)相比,利用植物修復(fù)的方法來治理重金屬污染土壤有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(1)成本低。據(jù)估計(jì),把土壤鉛含量從1.4g/kg降到0.4kg/kg,每年種植植物3季、每季收獲干物質(zhì)40t/hm2,共種植10a,植物收獲物在填埋場(chǎng)進(jìn)行處理,在美國(guó)的條件下所需費(fèi)用為279000美元/hm2,而用挖掘和填埋方法處理的費(fèi)用為1620000美元/hm2,用土壤淋洗法處理的費(fèi)用為790000美元/hm2。(2