土壤重金屬來源與分布分析

1、1 土壤重金屬來源與分布1.1隨著大氣沉降進(jìn)入土壤的重金屬大氣中的重金屬主要來源于能源、運輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵。 除汞以外，重金屬基本上是以氣溶膠的形態(tài)進(jìn)入大氣，經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)人 土壤。據(jù)Lisk報道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金屬，石油中含有相當(dāng)量的 Hg(O.0230mg/kg),這類燃料在燃燒時，部分懸浮顆粒和揮發(fā)金屬隨煙塵進(jìn)入 大氣，其中1O%30%沉降在距排放源十幾公里的范圍內(nèi)，據(jù)估計全世界每年 約有1600噸的汞是通過煤和其它石化燃料燃燒而排放到大氣中去的。例如比利 時每年從大氣進(jìn)入每公頃土壤的重金屬量就有Pb 250g、Cd 19g、As 15g、

2、Zn 3750g。運輸，特別是汽車運輸對大氣和土壤造成嚴(yán)重污染。主要以Pb、Zn、Cd、Cr、 Cu等的污染為主。它們來自于含鉛汽油的燃燒和汽車輪胎磨損產(chǎn)生的粉塵，據(jù) 有關(guān)材料報導(dǎo)，汽車排放的尾氣中含Pb量多達(dá)2050 pg/L，它們成條帶狀分 布，因距離公路、鐵路、城市中心的遠(yuǎn)近及交通量的大小有明顯的差異。BepuH兄 等研究發(fā)現(xiàn)在公路兩側(cè)50m的距離有被污染的痕跡，每月每平方米累積的易溶 性污染物在440 9。進(jìn)入環(huán)境的強(qiáng)度順序為：Cu、Pb、Co、Fe和Zn。在寧- 杭公路南京段兩側(cè)的土壤形成Pb、Cr、Co污染帶，且沿公路延長方向分布，自 公路兩側(cè)污染強(qiáng)度減弱。經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入

3、土壤的重金屬污染，與重工 業(yè)發(fā)達(dá)程度、城市的人口密度、土地利用率、交通發(fā)達(dá)程度有直接關(guān)系，距城市 越近污染的程度就越重，污染強(qiáng)弱順序為：城市-郊區(qū)-農(nóng)村。1.2 隨污水進(jìn)入土壤的重金屬利用污水灌溉是灌區(qū)農(nóng)業(yè)的一項古老的技術(shù)，主要是把污水作為灌溉水源來利 用。污水按來源和數(shù)量可分為城市生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水和城 市混合污水等。生活污水中重金屬含量很少，但是，由于我國工業(yè)迅速發(fā)展，工 礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排人下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區(qū)土 壤重金屬Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加?；搓栁酃鄥^(qū)土壤Hg、Ca、 Cr、Pb、As等重金屬1995年已超過警戒線。其

4、它灌區(qū)部分重金屬含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過當(dāng)?shù)乇尘爸?。隨著污水灌溉而進(jìn)入土壤的重金屬，以不同的方式被土壤截留固定。95%的Hg 被土壤礦質(zhì)膠體和有機(jī)質(zhì)迅速吸附，一般累積在土壤表層，自上而下遞減。鄭州 污水灌區(qū)水中Hg的濃度達(dá)到O.242mg/kg，而土壤Hg含量O.194 mg/kg就會 造成重度污染。污水中的As多以3價或5價狀態(tài)存在，進(jìn)入土壤后被鐵、鋁氫 氧化物及硅酸鹽粘土礦物吸附，也可以和鐵、鋁、鈣、鎂等生成復(fù)雜的難溶性神 化合物。而Cd很容易被水中的懸浮物吸附，水中Cd的含量隨著距排污口距離 的增加而迅速下降，因此污染的范圍較少。Pb很容易被土壤有機(jī)質(zhì)和粘土礦物 吸附。Pb的遷移性弱，污灌區(qū)Pb

5、的累積分布特點是離污染源近土壤含量高， 距離遠(yuǎn)則土壤含量低。污水中Cr有4種形態(tài)，一般以3價和6價為主，3價Cr 很快被土壤吸附固定，而6價Cr進(jìn)入土壤中被有機(jī)質(zhì)還原為3價Cr，隨之被吸 附固定。因此，污灌區(qū)土壤Cr會逐年累積。1.3隨固體廢棄物進(jìn)入土壤的重金屬固體廢棄物種類繁多，成分復(fù)雜，不同種類其危害方式和污染程度不同。其中礦 業(yè)和工業(yè)固體廢棄物污染最為嚴(yán)重。這類廢棄物在堆放或處理過程中，由于日曬、 雨淋、水洗重金屬極易移動，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤、水體擴(kuò)散。沈陽冶 煉廠冶煉鋅的過程中產(chǎn)生的礦渣主要含Zn、Cd，1971年開始堆放在一個洼地 場所，其浸入液中Zn、Cd含量分別達(dá)6.6

6、g/L和75mg/L，目前已擴(kuò)散到離堆放 場700米以外的范圍，重金屬污染物濃度是以同心圓狀分布。對武漢市垃圾堆 放場，杭州銘渣堆放區(qū)附近土壤中重金屬含量的研究發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域土壤中Cd、 Hg、Cr、Cu、Zn、Pb、As等重金屬含量均高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸怠Ｓ幸恍┕腆w廢棄物被直接或通過加工作為肥料施入土壤，造成土壤重金屬污染。 如隨著我國畜牧生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)生大量的家畜糞便及動物加工產(chǎn)生的廢棄物，這 類農(nóng)業(yè)固體廢棄物中含有植物所需N、P、K和有機(jī)質(zhì)，同時由于飼料中添加了 一定量的重金屬鹽類，因此作為肥料施入土壤增加了土壤Zn、Mn等重金屬元素 的含量。磷石膏屬于化肥工業(yè)廢物，由于其有一定量的正磷酸

7、以及不同形態(tài)的含 磷化合物，并可以改良酸性土壤，從而被大量施入土壤，造成了土壤中Cr、Pb、 Mn、As含量增加。磷鋼渣作為磷源施入土壤時，土壤中發(fā)現(xiàn)有Cr的累積。隨著工業(yè)的發(fā)展以及城鎮(zhèn)環(huán)境建設(shè)的加快，污水處理正在不斷加強(qiáng)。我國現(xiàn)有 80余座污水處理廠，估計污泥產(chǎn)生量在400萬噸以上，由于污泥含有較高的有 機(jī)質(zhì)和氮、磷養(yǎng)分，因此土壤成為污泥處理的主要場所。一般來說，污泥中Cr、 Pb、Cu、Zn、As極易超過控制標(biāo)準(zhǔn)。北京褐土施用燕山石化污泥一年后Hg、 Cd濃度分別達(dá)到O.94mg/kg、O.22mg/kg。許多研究指出，污泥的施用可使土 壤重金屬含量有不同程度的增加。其增加的幅度與污泥中的

8、重金屬含量、污泥的 施用量及土壤管理有關(guān)。固體廢棄物也可以通過風(fēng)的傳播而使污染范圍擴(kuò)大，土壤中重金屬的含量隨距污 染源的距離增大而降低。如大冶冶煉廠，每年排放數(shù)千噸的粉塵，引起大冶縣廣 大農(nóng)田的污染，直徑20km范圍內(nèi)的土壤Cr、Zn、Pb、Cd含量均大大高于背 景值。1.4隨農(nóng)用物資進(jìn)入土壤的重金屬農(nóng)藥、化肥和地膜是重要的農(nóng)用物資，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著重大的推動作用， 但長期不合理施用，也可以導(dǎo)致土壤重金屬污染。絕大多數(shù)的農(nóng)藥為有機(jī)化合物， 少數(shù)為有機(jī)-無機(jī)化合物或純礦物質(zhì)，個別農(nóng)藥在其組成中含有Hg、As、Cu、 Zn等重金屬。如隨著西力生消毒種子進(jìn)入每公頃土壤的Hg為69g；在農(nóng)業(yè) 地區(qū)

9、，特別是在西方國家的家庭園林中，由于經(jīng)常施用含As農(nóng)藥，土壤中As 的殘留量明顯增加，美國的密執(zhí)安州土壤中As含量達(dá)到112mg/kg。殺真菌農(nóng) 藥常含有Cu和Zn，被大量地用于果樹和溫室作物，常常會造成土壤Cu、Zn 累積達(dá)到有毒的濃度。如在莫爾達(dá)維亞，葡萄生長季節(jié)要噴512次波爾多液 或類似的制劑，每年約有60008000噸的銅施入土壤。重金屬元素是肥料中報道最多的污染物質(zhì)。氮、鉀肥料中重金屬含量較低，磷肥 中含有較多的有害重金屬，復(fù)合肥的重金屬主要來源于母料及加工流程所帶入。 肥料中重金屬含量一般是磷肥復(fù)合肥鉀肥氮肥。Cd是土壤環(huán)境中重要的污 染元素，隨磷肥進(jìn)入土壤的Cd 一直受到人們的關(guān)注。許多研究表明，隨著磷肥 及復(fù)合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不斷增加，作物吸收Cd量也相應(yīng)增 加。據(jù)馬耀華等對上海地區(qū)菜園土研究發(fā)現(xiàn)，施肥后，Cd的含量從O.13mg/kg 上升到O.32mg/kg。美國橘園每年每公頃施磷量為175kg，36年后土壤Cd量 由O.07mg/kg提高到1.0 mg/kg；新西蘭在同一地點施用磷肥50年后取土分析， 土壤Cd含量由O.39mg/kg提高到O.85mg/kg。肥