中國部分地區(qū)耕地重金屬污染現狀及原因分析

中國部分地區(qū)耕地重金屬污染現狀及原因分析

環(huán)境中的重金屬元素通常指對生物有顯著毒性的因素，如hg、cd、pb、cr、zn、cu、co、ni、sn、ba和bs。據統(tǒng)計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,世界各國的土壤都存在不同程度的重金屬污染。土壤中的重金屬對農作物、農產品及地下水會產生不良影響,并通過食物鏈危及人類健康。近年來世界各國都非常重視土壤污染和修復技術的研究,有關生物修復技術的研究引起眾多研究者的關注。1重金屬污染狀況據統(tǒng)計,1980年中國工業(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。農業(yè)部調查表明:中國污灌區(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%,嚴重污染面積占8.4%,其中以Hg和Cd的污染面積最大。據報道,目前中國污灌區(qū)有11處生產的大米中Cd含量嚴重超標,中國每年因重金屬污染導致的糧食減產超過1000萬t,被重金屬污染的糧食多達1200萬t,合計經濟損失至少200億元。表1給出了中國部分地區(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,但由于雨水相對充足,污灌面積相對較小,加上降水稀釋,污染程度相對較低。由于大量重金屬被帶入土壤,造成耕地的重金屬污染,使得農作物的重金屬污染也日趨嚴重。表2是中國部分地區(qū)農作物重金屬含量。對比表1與表2可見,蔬菜與土壤中的重金屬濃度一般呈正相關關系,但又顯得相當復雜。如西安、沈陽市郊耕地土壤中的Pb的含量并未超標,但農作物卻已嚴重污染。而表1中南寧市耕地土壤里Pb含量(37.38mg/kg)遠低于土壤質量標準含量(≤250mg/kg),但當地蔬菜Pb含量卻已超標,其污染指數Pi為1.23。西安市耕地土壤中Cd的含量嚴重超標,Pi為2.06,但其蔬菜的Cd含量卻比較低(0.032mg/kg)。這表明重金屬的復合污染存在頡抗和協同作用,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,Cd、Pb、Cu、Zn、As元素間交互作用表現為Pb、Zn、As在有利于土壤Cd的解吸與植物的吸收。另有文獻報道,在Cd、As調作用下,Cd3(ASO4)2可透過植物細胞膜,說明復合污染會提高Cd的吸收系數,增強聯合毒性。因此在研究土壤與農作物的重金屬污染時,不能僅考慮單一的重金屬污染。多元素的重金屬復合污染是一個相當復雜的過程,其生態(tài)效應受多種因素的影響,有待進一步研究。2重金屬污染的來源農田重金屬污染的污染源主要有以下幾種:(1)隨大氣沉降進入土壤。重金屬以氣溶膠的形態(tài)進入大氣,經過自然沉降和降水進入土壤。據調查,公路附近的土壤和水體要比遠離公路地區(qū)污染嚴重,這是因為汽車和摩托車輪胎及燃油中含有重金屬的緣故。(2)隨污水進入土壤。大量的工業(yè)廢水未經處理直接進入水體并隨灌溉進入農田,使重金屬以不同形態(tài)在土壤中吸附和轉化。(3)隨固體廢棄物進入土壤。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、水體擴散,隨著污泥進入土壤。(4)隨農用物資進入土壤。化肥引起的重金屬污染主要來自磷肥,由于磷礦中含有痕量的鎘,從而導致成品肥料鎘污染。這些隨磷肥進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增加。3生物復合過程植物修復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,利用自然生長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.植物修復為從根本上解決土壤重金屬污染提供了一條重要的修復和治理途徑.根據修復作用過程與機理,重金屬污染土壤的植物修復技術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性,并防止其進入地下水和食物鏈,減少對環(huán)境和人類健康危害的風險.對土壤環(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后,又將其轉化為氣態(tài)物質,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易于形成生物毒性低的揮發(fā)性有機物的元素Se和揮發(fā)性重金屬Hg。許多植物可從污染土壤中吸收Se并將其轉化為可揮發(fā)態(tài)。雖然現在還未發(fā)現能直接揮發(fā)Hg的自然生長的植物,但有研究利用轉基因植物揮發(fā)汞。可以說,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的超積累植物應具備以下幾個特性:即使在污染物濃度較低時也有較高的積累效率;在體內積累高濃度的污染物;能同時積累多種重金屬;生長快,生物量大;抗蟲抗病能力強。目前發(fā)現的對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的優(yōu)點與其他物理的、化學的和工程方面治理土壤污染的技術相比,利用植物修復的方法來治理重金屬污染土壤有其獨特的優(yōu)點:(1)成本低。據估計,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40t/hm2,共種植10a,植物收獲物在填埋場進行處理,在美國的條件下所需費用為279000美元/hm2,而用挖掘和填埋方法處理的費用為1620000美元/hm2,用土壤淋洗法處理的費用為790000美元/hm2。(2