发布时间：2024-04-01 15:02:27
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关键词：塌陷区；土壤；重金属；评价
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.119
1 背景概况
随着经济的高速发展，各类含有重金属的污染物通过各种渠道进入土壤中，造成土壤中重金属富集。土壤中重金属会通过各种途径进入大气，水体以及动植物，进而在人体类富集，危害人类健康。随着近年来多地出现重金属污染影响人类健康事件的发生后，重金属问题日益被人们重视。
淮南矿业谢桥煤矿位于安徽省颍上县东北部，谢桥煤矿位于淮南煤田潘谢矿区西部，处于凤台、颍上两县交界，距颍上县城约20公里。并且隶属于安徽省淮南市矿业集团的谢桥矿区共划分为东一、东二、西一、西二四个采煤区，总面积大约为50km2[1]。
由于煤炭的过量开采，导致地面塌陷，从而出现采煤沉陷区这一环境问题。采煤沉陷区形成后，其巨大洼地在下雨积水后，形成了大面积的水域，并且随着时间的推移，水底逐渐长出水草并且产生微生物，由于附近居民在沉陷水域中养殖鱼类，使得之前的陆生环境完全演变为了水生环境。谢桥矿区采煤塌陷水域周边堆积的煤矸石矿山等给水体，给塌陷塘输入了大量的持续性有机污染物、重金属等[2]。随着后期煤炭开采规模的不断增加，沉陷区水域面积不断扩展，水体水质受到严重影响，渔牧业等也会受到影响，严重制约了当地经济水平和养殖业的发展[3]。
2 材料与方法
2.1 研究区域概况
研究区域位于安徽省淮南市谢桥矿区，谢桥沉陷水域主要分为西北沉陷水域和东南沉陷水域。所选择的土壤采样点位于沉陷水域的两侧，塌陷水域北侧依次分布5个采样点，南侧接近村庄和河流布设2个采样点（如图所示）。每个采样点采取1个表层土壤样品，土壤深度为0～20cm。
2.2 样品分析测定
将土壤样品烘干研磨过0.149mm尼龙筛，称取0.5g样品置于聚四氟乙烯坩埚中，用去离子水润湿样品，然后加入10ml 浓盐酸；在电热板上低温消解蒸发至剩5ml左右，加入15ml 浓硝酸；接着加热使液体蒸发至粘稠状，然后加入10ml氢氟酸继续加热；坩埚中溶液快干时，加入5ml的高氯酸，继续消解至冒白烟，残渣呈现均匀的浅色取下坩埚，加入1ml（1+1）硝酸，加热溶解残渣，至溶液完全澄清，转入50ml容量瓶中，定容，过滤，上原子吸收分光光度计检测。
2.3 污染评价方法
评价方法采用指数法，分别求出各重金属离子的单因子指数和区域土壤重金属的综合污染指数，对谢桥区塌陷水域各采样点的土壤中重金属污染现状进行评价分析。
（1）单因子指数法：国内外常用的评价方法之一，是用区域某污染物的实测值与土壤背景值进行相比，用比值表示该区域内此项污染物受污染的程度。
Pi=Ci/Si
式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为土壤中污染物i的实测浓度（mg/kg）；Si为该区域土壤中污染物i的环境背景值（mg/kg）。
（2）综合指数法：采用内梅罗污染指数法计算其综合污染指数
式中：PN 为内梅罗污染综合指数；maxPi为各项污染物中污染指数最大值；为各项污染物污染指数平均值。
根据单因子指数法和内梅罗综合污染指数法，可以将土壤重金属污染等级分为5个污染级别。
3 实验结果与讨论
3.1 土壤重金属检测结果
采样点土壤中重金属含量如下图所示：
由表2可知，1号采样点处各项理化性质含量均较高，主要原因可能是因为其距离河流较近，河流的汇入给塌陷区土壤带来大量的污染物质。由上面三个折线图可知，Hg、Cu、Pb、Ni、Zn和Fe在各点位土壤中分布较为均匀；Cd、Cr在各点位土壤中分布变化较大；4号采样点出Cd含量比其他点位高，可能与该处点源污染有关。谢桥区土壤中不同重金属平均污染程度为：Cd
3.2 谢桥塌陷区土壤重金属污染评价
参照1997年杨晓勇等人对淮南市土壤重金属背景值的研究结果，分别计算淮南谢桥塌陷区土壤重金属单因子污染指数和综合污染指数[6]。
从单因子指数结果可知，研究地区土壤的重金属污染以Zn最为突出，7个采样点处污染以达到严重污染；4号采样点土壤中Cd也达到严重污染，5号点土壤中Cd指数也大于2，属于中度污染；并且大部分采样点中的Ni污染均达到轻度污染，其他点属未污染。所有采样点处Cr和Cu的污染指数都小于1，属于未污染，说明塌陷水域附近基本无Cr污染；Hg除了6号点超过1，其他采样点处均未污染；1号点处Pb指数超过1，其他点处土壤均未污染。总结为，谢桥塌陷区土壤重金属污染水平为Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr。
从内梅罗综合指数结果可以看出，谢桥塌陷区土壤各采样点污染程度为：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006。各点处的综合污染指数均大于3，属于严重污染。因为内梅罗指数法中最大污染因子Zn值较大，故综合指数法夸大了重金属Zn值对土壤的污染。由于内梅罗指数法突出了污染指数最大的污染物对环境质量的影响和作用，此种计算方法对所得结果的影响很大，有些时候可能会存在人为夸大了一些因子的影响作用的情况，同时根据内梅罗指数法计算出来的综合污染指数，只能在一定程度上反映污染的程度而难以反映出污染的质变特征[1]。因此研究中，内梅罗综合指数法存在一定的局限性。
4 结论
（1）谢桥区土壤中不同重金属平均污染程度为：Cd
（2）根据单因子指数法，谢桥塌陷区土壤重金属污染水平为Zn>Cd>Ni>Pb>Cu>Hg>Cr，以Zn污染较为突出。内梅罗指数法显示，谢桥塌陷区土壤各采样点污染程度为：TR004>TR007>TR001>TR005>TR002>TR003>TR006，并且内梅罗指数法在本项研究中适用性较低。
参考文献：
[1]苏桂荣.淮南潘谢矿区底泥与土壤中重金属竖向分布规律研究[D].安徽理工大学，2012.
[2]苏桂荣，姚多喜，李守勤等.基于ARCGIS的塌陷塘水质特征研究及评价――以淮南矿业集团谢桥矿为例[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2012，32（01）：39-42.
[3]淮南市环境保护局.淮南市生态环境现状调查报告[R].淮南：淮南市环境保护局出版，2001.
[4]郭伟，孙文惠，赵仁鑫等.呼和浩特市不同功能区土壤重金属污染特征及评价[J].环境科学，2013，34（04）：1561-1567.
[5]土壤环境质量标准GB15618-1995.
[6]杨晓勇，孙立广，张兆峰等.淮南市土壤元素背景值与土壤环境质量评估[J].土壤学报，1997（03）：344-347.
[7]方涛，刘剑彤，张晓华等.2002.河湖沉积物中酸挥发性硫化物对重金属吸附及释放的影响[J].环境科学学报，22（03）：324-329.
实验部分
1仪器及分析方法
分析仪器分别为:PE－AAnalyst原子吸收分光光度计，砷化氢发生装置。砷采用二乙氨基二硫代甲酸银光度法，镍、铜、铅、镉采用原子吸收分光光度法。
2数据处理与质量控制
数据统计分析采用均值型污染指数法，评价标准采用清洁对照点监测值进行评价。质量控制是保证监测结果准确可靠的必要措施。在监测过程中，根据质控程序对所用仪器参数进行校准。对实验室分析采用带国家标准样品和加标回收措施进行准确度控制。结果表明，曲线斜率b、截距a和相关系数r均在规定的范围内，标准样品和加标回收率实验均符合要求。
结果与分析
1蔬菜基地环境空气中重金属污染特征
按照环境空气综合污染指数法，对环境空气中重金属污染分级(分级依据为国家环境监测总站环境质量报告书编写技术规定)。即:P＜4轻污染;4＜P＜6中污染;6＜P＜8重污染;P＞8严重污染。环境空气质量分级见表1。环境空气中重金属污染区域特征为:西湾、东湾、下四分、中盘一带远郊区(蔬菜种植区)为轻污染区;白家嘴一带近郊区为中污染区;高崖子近城区为重污染区。环境空气中重金属监测指标污染特征主要以Ni、Cu污染为主，Cd、Pb污染为辅，并且Ni、Cu污染为重污染，Cd为中污染，Pb为轻度污染，As无污染。
2蔬菜基地土壤中重金属污染特征
依据中国文化书院《环境影响评价》中关于土壤环境质量评价方法中的土壤分级方法，由于土壤本身尚无分级标准，所以土壤的分级一般都按综合污染指数而定。P＜1定为未受污染，P＞1为已污染，P值越大，污染越严重。根据这一分级规则，由表2可见，新华、东湾、西湾一带的土壤未受重金属污染，土壤环境质量较好;其余测点均为轻度污染。土壤重金属污染特征表现为以Cd污染为主，其次为Ni，两项指标均为轻度污染，其它三项指标无污染，但Cu却处于将要污染的临界值。由此可见，金昌市土壤中重金属污染表现出很强的地域特征，即以冶炼厂为座标，沿东南方向，从高崖子至西湾、东湾，污染程度依次减轻。
3蔬菜中重金属污染特征
由于蔬菜中无重金属评价标准和分级标准，故本次评价是参照土壤的分级方法，采用对照点新华测点监测值作为评价标准的，其污染特征具有一定的区域性。根据土壤的分级规则，城郊蔬菜种植区西湾与东湾所采集的四种最常见蔬菜中，重金属含量相对新华而言均属轻度污染，且污染水平基本相当，其中西红柿相对而言污染偏高，辣椒与豆角偏低。蔬菜的区域污染特征为:离市区较近的西湾蔬菜中重金属污染重于离市区较远的东湾，即离市区越近，重金属污染越重。蔬菜中各项重金属指标的污染特征为:各项指标中重金属污染特征不十分显著，表现为As污染略高于其它指标，Cd污染略低于其它指标，其余指标污染水平相当。
污染原因分析
1环境空气
从环境空气中重金属污染特征分析，可清楚地看到，环境空气中重金属污染地域特征很明显是以冶炼厂为中心，向东南、西北两个方向展开，并且呈逐渐减弱之势，由此也说明造成环境空气中重金属污染的原因，主要是冶炼烟气中排放的大量金属粉尘。其次气象因素也是很重要的原因之一，这两个方向区域的环境空气中重金属污染严重，是因为金昌市夏季的主导风向为西北风与东南风，因此，导致这部分区域环境空气中重金属污染加重。
2土壤
根据土壤中重金属污染特征，再加上这一带灌溉用水为金川峡水库地表水，而金昌市地表水中重金属指标均达到《地表水环境质量标准》GB3838－2002中二级标准，不会对土壤造成污染，由此可以得出造成高崖子一带土壤中重金属污染的主要原因是金川公司冶炼烟气所致。
3蔬菜
根据蔬菜中重金属污染特征，各区域蔬菜中重金属监测结果同清洁对照点相比，相差不是很大，但还是表现出了地域特点，即离冶炼厂越近，蔬菜中重金属污染越重，可以说造成蔬菜中重金属污染的原因是由冶炼烟气造成的。
结语
通过对金昌市蔬菜基地环境空气、土壤、蔬菜中重金属污染特征研究，得出蔬菜基地环境空气已不同程度受到重金属的污染，且表现为离城区越近重金属污染程度越重;而土壤、蔬菜未受重金属污染，但仍表现出很明显的污染地域特征，即离市区较近区域土壤及蔬菜中重金属含量高于离市区较远的区域。表明金川公司冶炼烟气对金昌市蔬菜基地环境质量造成了不同程度的影响，应引起各方面的关注。
防治措施
1制定污染防治规划
金昌市有关部门应结合市区环境空气中重金属污染现状，划定重金属污染规划区，制定规划区重金属污染防治规划，确定目标，逐年实施，控制污染。
2形成各部门齐抓共管机制
污染防治工作涉及部门广泛，如环保、城建、林业、水利等部门，应建立起由政府对规划区环境空气质量负责，环保部门统一组织协调、监督管理，各部门通力合作，齐抓共管的管理运行机制。
3建立制度，规范管理
环境空气中重金属污染防治工作，技术难度大，没有成熟的管理经验可以借鉴。因此，要建立切实可行的管理制度，使污染防治工作有章可循，有法可依，逐步走上法制化轨道。
4强化源头管理，推行清洁生产
金昌市的环境污染与生产工艺技术落后、管理不善密切相关。冶炼过程的采掘率和金属回收率较低，这样，既浪费了资源，又污染了环境。因此，要依靠科技进步，积极探索研究冶炼烟气中重金属回收利用的新途径，推行清洁生产工艺，以减少污染物排放。
5加强“菜篮子”产品产地环境管理
在所划定的“菜篮子”产地设置必要的防治污染的隔离带或缓冲区，在其周边要严格控制工业污染源的排放，对已经投产的有污染且不达标的建设项目，必须严格监管，依法停产治理，对逾期不能达标的企业，建议政府对其关闭。加强对“菜篮子”产品产地的环境监督管理力度，及时调查处理“菜篮子”产地环境污染事故与纠纷，并对“菜篮子”产品产地环境质量实施动态监测与评价，为政府选择划定“菜篮子”产品产地提供依据。
6充分发挥环境监测的技术监督作用
环境监测要充分发挥其技术监督、技术支持、技术服务的作用，根据国家和省、市环保部门的实际需求，进一步补充完善环境监测技术路线，组织制定“菜篮子”产品产地专项环境监测规划或方案，开展对“菜篮子”产品产地大气、水质、土壤等环境要素的监测，为市政府决策并加强污染防治提供科学依据。
关键词：土壤；重金属污染；修复标准；效果评价
引言
在进行土壤重金属污染修复的过程中，土壤本身的特性也会随之变化，土壤中重金属污染物的减少，并不意味着土壤从生态学的角度就是清洁的和安全的。因此，重金属污染的土壤经修复后能否够达到我们对于修复效果的预期、土壤的生态功能能否最大限度的恢复，我们就需要通过科学的方法进行评价，从而确定修复后的土壤能否达标，能否从根源消除土壤污染对人类健康和生态系统产生的威胁。
1 土壤重金属污染评价方法
主要的土壤重金属污染评价方法包括单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法，具体方法如下：
1.1 单因子污染指数法
该方法是基于单因子污染指数法对土壤中各种重金属做单一污染评价，其公式如下：
Pi=Ci/Si
式中：Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为污染物i的实测质量分数（mg・kg-1）；Si为污染物i的评价标准（mg・kg-1）[1]，一般取二类标准。
1.2 内梅罗综合污染指数法
该方法是综合考虑个重金属的污染情况，从而更加全面反应重金属的联合污染程度，同时突出某一种严重污染的重金属的危害，其公式如下：
P综=■
式中：P综为某地区的综合污染指数；（Ci/Si）max为土壤污染物中污染指数最大值；（Ci/Si）av为土壤污染物中污染指数平均值。P综>1表示污染，P综
1.3 潜在生态风险指数法
该方法是将重金属的含量、生态影响及毒性特点综合在一起考量的，其公式如下：
式中：T■■为重金属i的毒性相关系数；P■■为重金属i的污染参数；E■■为重金属i的单因子潜在风险，能反应各种金属的风险程度；Ri为重金属综合因子潜在生态风险指数，能反应多重重金属的综合风险。
2 土壤重金属污染修复效果评价方法
主要的土壤重金属污染修复效果评价方法包括形态分析评价、植物毒性评价、陆生无脊椎动物评价、土壤微生物评价，具体方法如下：
2.1 形态分析评价
该方法通常采用连续提取来描述土壤中重金属形态的分布。连续提取法主要分为分步提取法和BCR法。土壤中重金属的形态分为可交换态、有机结合态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态为主。而BCR连续提污染土壤修复的过程中，对修复后的土壤进行观察，并结合科学的方法及土壤进行诊断和评价。可以明确判断修复后的土壤是否达到我们预期，以及是否消除土壤重金属污取法通常将土壤中重金属的形态分为氧化还原态、酸溶态、残渣态，其中氧化还原和酸溶态的重金属形态容易被植物吸收利用，而可氧化态和残渣态比较稳定，不易被植株吸收利用，采用ICP-MS测定土壤修复前后重金属形态含量的变化来判断土壤重金属污染的修复效果。
2.2 植物毒性评价
该方法是通在修复后在土壤中栽种植物，结合植物的生长状况、出苗率，以及生物量使植物体内酶活性的变化和植物体内重金属的量富特征，来表征经过土壤修复后重金属在土壤中毒性的变化，其原理是大多数重金属离子与外源物质结合后，就具备了在土壤中迁移和被植物吸收的可能。而植物在土壤中的形态变化特征可以通过肉眼观察，以及通过分子或细胞水平上对植物毒性评定，从而判断土壤重金属污染的修复效果，该法具有测定灵敏度高、测定周期较短的优点。
2.3 陆生无脊椎动物评价
该方法是将不同的陆生无脊椎动物或对土壤具有敏感指示的动物作为研究的对象，将它们投放在经修复的重金属污染的土壤中，通过记录经修复的土壤对这些动物的危害影响程度来评价对重金属污染修复效果。
2.4 土壤微生物评价
该方法是结合土壤中蕴含的大量且种类繁多的微生物，由于微生物直接或间接的能够参与土壤中的气体交换和降解土壤肥料等。因此可以通过检测经修复土壤中微生物的相关参数，从而来判断来判断土壤重金属污染的修复效果。
3 展望
土壤重金属污染及修复评价过程中，涉及多门学科的相互交叉，其中包括生态学、环境科学、土壤学、地理学、生态毒理学、灾害学等，而整体的评价又是一个复杂的过程，无论是对于基础的理论研究还是在实践的工作都存在着较大的不足，因此，需要我们在以后的研究工作不断地深入和完善评价方法，才能使评价结果更为切实有效。
参考文献
[1].农田土壤重金属Cd、Cu和As污染评价及修复技术研究[D].武汉理工大学，2011.
[2]赵乾程，杨欣，曹田，等.土壤重金属污染原位钝化修复及效果评价进展研究[J].环境科学与技术，2016，12.
[3]李燕.污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨[J].资源・环境，2016.
[4]李淑燕，谢t彬.重金属污染场地修复效果评价研究[J].海南师范大学学报（自然科学版），2015，6.
[5]王涛，李惠民，史晓燕.重金属污染农田土壤修复效果评价指标体系分析[J].土壤通报，2016，6.
建立健全重金属防治体系和污染事故应急体系，保证环境平安。全面排查辖区内重金属污染物排放企业（以下简称“重金属排放企业”及其周边区域的环境隐患，摸清重金属污染情况，建立监管台帐，确定重点防控区域（流域）行业、企业和高风险人群；强化环境执法，依法查处重金属污染环境违法行为；
二、工作重点
根据我市实情，确定重点防控的重金属污染物是铅、汞、镉、铬和类金属砷，重点防控的区域（流域）重金属污染物排放相对集中的地区，重点防控的行业是有色金属矿（含伴生矿）采选业、有色金属冶炼业、含铅蓄电池业、电镀业、皮革及其制品业、化学原料及化学制品制造业等，重点防控的企业是具有潜在环境危害风险的重金属排放企业（特别是集中式饮用水水源地上游的企业）
三、主要措施
（一）做好对重金属排放企业及其周边区域环境隐患的全面检查，摸清重金属污染情况，建立监管台帐，确定我市重点防控区域（流域）和重点防控企业名单。为了确保环境平安，各县（市、区）政府必需与辖区内的所有重金属重点防控企业签订环境平安责任状。
1．对检查中发现的违法行为要依法严处，对污染治理设施不能稳定达标或超总量排污的重金属污染企业，依法责令整改直至关闭。对不符合产业政策的重金属企业依法实施关闭，坚决取缔无经营许可证从事危险废物利用处置活动。
2．建立对重金属排放企业的巡查制度，加强对重金属污染企业的监控，严防超标排放。将整治重金属违法排污企业作为全市环保专项行动的重点，不时加大对违法行为的奖励力度，维护社会公平。
（二）严格执行建设项目环评审批和“三同时”验收制度，提高新建排放重金属污染物项目的准入门槛，对排查发现的未经环评审批且危害群众健康的已建成项目，报请县级以上人民政府予以关停撤除。
（三）严禁在重金属排放企业1公里范围内新建居民点，此范围内现有的居民点应按规定要求地方政府实施搬迁；地方政府对此有承诺的必需按许诺予以兑现。
（四）进一步规范重金属排放企业的环境管理，督促企业建立特征污染物发生、排放台帐和日常监测制度，定期演讲监测结果，并向社会公布重金属污染物排放和环境管理情况。督促企业提升污染治理水平，规范原料、产品、废弃物堆放场和排放口，建立和完善重金属污染突发事件应急预案，督促重点防控企业开展清洁生产审核。对不实施清洁生产审核或者虽经审核但不如实演讲审核结果的责令限期改正。
（五）要按照《市重金属污染防治工作实施方案》要求，切实加强组织领导，明确任务，落实责任。对因重金属污染造成群发性健康危害事件或造成重特大环境污染事故的按有关规定对负责人实施问责，并从该重金属排放企业的立项、审批、验收、生产和监管全过程，对有关责任单位和责任人追究责任，对构成犯罪的依法移送司法机关处置。
四、时间布置
（一）准备阶段
各县（市、区）政府根据本方案，制定辖区内具体实施方案，进行动员部署，并于月日前将实施方案及联系人报市专项行动领导小组办公室（市环保局）
（二）集中整治阶段
各县（市、区）组织相关部门对辖区内的重金属排放企业及其周边区域环境隐患进行全面检查，摸清重金属污染情况，建立监管台帐，确定重点防控区域（流域）行业、企业和高风险人群。对检查中发现的违法行为要依法严处，对污染治理设施不能稳定达标或超总量排污的重金属污染企业，依法责令整改直至关闭。
（三）督查阶段
市环保局将对辖区内整治行动的开展情况进行督查，确保对违法排污企业处分到位、整改到位，各项措施落实到位，省环保厅也将会适时对我市的整治行动开展情况进行督查。
（四）总结阶段
各县（市、区）对专项整治工作进行总结，对存在问题进行整改，完善相关政策措施，并于月日前将工作总结报市专项行动领导小组办公室（市环保局）
五、具体要求
（一）加强领导，统一部署。各地政府必需对辖区内的重金属污染防治工作负责，要精心组织，切实加强领导，研究制定辖区专项整治行动方案，并组织实施。严格依照国家法律法规和方针政策，处置解决整治行动中遇到问题。
我们已知综合系数比较严重的区域，以及污染比较严重部分取样点。综合考虑自变量，本地用地类型，综合周围区域用地类型，以及题中的实际数据，比较全面的分析了该城区不同区域重金属元素对土壤污染的原因。
关键词：表层土壤 重金属分析 模糊数学 高斯模型 尺度空间理论
土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外，人类工农业生产活动，也造成重金属对大气、水体和土壤的污染。
一、 交通区和工业区大气中重金属沉降
大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘等。它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧。大气中的大多数重金属是经自然沉降[2]和雨淋沉降进入土壤的。如瑞典中部Falun市区的铅污染它主要来自于市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化学工业产生大量废物，由于风的输送，这些细微颗粒的铅，从工业废物堆扩散至周围地区。南京某生产铬的重工业厂铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍，污染以车间烟囱为中心，范围达1.5 km2，污染范围最大延伸下限1.38 km。俄罗斯的一个硫酸生产厂也是由工厂烟囱排放造成S、V、As的污染。
公路、铁路两侧土壤中的重金属污染，主要是Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染为主。它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等。它们成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧重金属污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性。公路或铁路两侧的土壤铅含量增高，向两侧含量逐渐降低，且在地表0～30 cm铅的含量较高沿途严重污染重金属Pb、Zn、Cd，其沉降粒子浓度超过当地土壤背景值2～8倍，而公路旁重金属浓度比沉降粒子中高7～26倍铅除了分布在公路两侧以外，还受阶地地貌和盛行风的影响，高铅出现在低地，公路顺风一侧铅含量较高。
经过自然沉降和雨淋沉降进入土壤的重金属污染，主要以工矿烟囱、废物堆和公路为中心，向四周及两侧扩散；由城市—郊区—农区，随距城市的距离加大而降低，特别是城市的郊区污染较为严重。此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度成正相关；重工业越发达，污染相对就越严重。
此外，大气汞的干湿沉降，也可以引起土壤中汞的含量增高。大气汞通过干湿沉降进入土壤后，被土壤中的粘土矿物和有机物的吸附或固定，富集于土壤表层，或为植物吸收而转入土壤，造成土壤汞的浓度的升高。
所以该地区的各地区Pb含量均较高，而且交通区Zn、Cd、Cr、Co、Cu均较高，同时工业区由于产生大量化学废物Cd、Cr、Cu、Ni、Pb也较严重。
二、工业区含重金属废弃物堆积
含重金属废弃物种类繁多，不同种类其危害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃圾堆放场[23]、杭州某铬渣堆存区[24]、城市生活垃圾场及车辆废弃场，附近土壤中的重金属污染的研究，这些区域的重金属Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于当地土壤背景值，重金属在土壤中的含量和形态分布特征受其垃圾中释放率的影响，且随距离的加大重金属的含量而降低。由于废弃物种类不同，各重金属污染程度也不尽相同，如铬渣堆存区的Cd、Hg、Pb为重度污染，Zn为中度污染，Cr、Cu为轻度污染。[1]
三、生活区废弃垃圾堆积
日常生活中人们经常不注意，垃圾的分类和回收，经常随便的处理废电池，旧电器等具有化学元素的日常用品造成了许多重金属元素在土壤中的沉降和堆积，而且人们大量的使用塑料袋均会造成表层土壤的重金属污染。这些都是生活区的污染原因。
关键词：土壤；重金属；修复措施
重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题之一。土壤中重金属污染不仅降低土壤肥力和作物的产量与品质，而且恶化环境，并通过食物链危及人类的生命和健康。由于重金属污染毒性机制和生物效应的复杂性，重金属污染一直是当前研究的热点。因此，土壤重金属污染的治理对于环境质量的改善十分重要，土壤重金属污染的修复也是环境可持续发展的必然要求。
1. 土壤重金属污染概述
土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属引入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于原有含量，并造成生态环境恶化的现象。例如在废蓄电池加工回收处理场地，土壤Pb 的浓度高达12 000mg/kg，而Cu 和Zn 也严重超标（1 800～2 200mg/kg）；在一些工矿区或污灌区的土壤也常受Cd、Pb、Cu 的复合污染。土壤中多重金属元素或化合物之间以及重金属与土壤界面之间存在相互作用，使其污染土壤修复技术具有挑战性。
据统计，1980 年我国工业“三废”污染耕地面积266.7万公顷，1988 年增加到666.7 万公顷，1992 年增加到1 000万公顷。目前，全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近2 000 万公顷，约占耕地面积的1/5。全国目前约有1.3 万公顷耕地受到Cd 的污染，涉及11 个省市的25 个地区；约有3.2 万公顷的耕地受到Hg 的污染，涉及15 个省市的21 个地区。部分地区的重金属污染已相当严重，如广州郊区老污灌区，土壤中Cd 的含量竟高达228mg/kg，平均含量为6.68mg/kg；沈阳张士灌区有2 533hm2土地遭受Cd 的污染，其中严重污染的占13%。据报道，目前我国污灌区有11 处生产的大米中Cd 含量严重超标。
2. 土壤重金属迁移规律的影响因素
重金属在土壤—农作物系统中的迁移规律与元素本身的化学特性、土壤理化性质、农作物种类等有关，并且会因各种污染元素数量和迁移速度的差异，在不同类型土壤剖面中的积累状况不同。
2.1 重金属元素自身理化性质对迁移规律的影响
不同种类重金属因其自身理化行为与生物有效性的差异，在土壤-农作物系统中的迁移化规律明显不同。研究表明同一土壤剖面中的Pb和Cr容易被土壤吸附而难以迁移，Cd的迁移率明显高于其他元素，Cd、As、Zn、Cu较易在农产品中积累，而Cr难以被吸收。重金属存在形态可分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态。作物对重金属元素的吸收与重金属元素在土壤中的存在形态密切相关，一般认为可交换态含量与蔬菜中重金属元素含量间有较好的相关性，在土壤中迁移能力也强。
2.2 土壤理化性质对重金属在土壤中迁移规律的影响
土壤的理化性质是影响重金属在土壤中的存在形态以及重金属生物有效性的主要因素，土壤的理化性质主要包括pH值、土壤质地、土壤氧化还原电位（Eh 值）、有机质含量等。土壤pH值主要通过影响土壤重金属的存在形态和土壤对重金属的吸附量，从而影响重金属的迁移和淀积行为。有机质对土壤重金属的影响极其复杂，小分子量有机质与重金属络合或螯合增加其移动性，大分子有机质通过提高土壤CEC而使重金属元素有效性降低，随着土壤有机质含量的上升，大部分重金属元素浓度降低，生物有效性降低。
3. 修复措施
3.1 生物修复
（1）植物修复技术对土壤性质和周围生态环境的影响小，是真正意义上的“绿色修复技术”。植物修复技术的效果与重金属在土壤中的生物可利用性密切相关。重金属元素主要富集在根部，茎叶含量相对较少。植物各部位对重金属的吸收与土壤中可交换态和碳酸盐结合态含量具有一定的相关性，尤其是茎叶相关性更强。由于土壤中残余态不能被植物吸收，植物主要吸收土壤中可交换态的含量，而土壤中铁锰氧化物结合态和有机结合态与土壤中可交换态的含量互相转换，因此，即使在没有新污染源的情况下，土壤中重金属并不能完全被植物吸收达到安全值。
（2）微生物修复。微生物对金属元素有浸出作用，主要包括胞内和胞外累积作用、胞外络合作用、氧化还原作用、甲基化和脱甲基化作用以及微生物在新陈代谢过程中改变介质的物理化学环境而促使金属元素溶出等作用。微生物通过向胞外周围环境释放无机和有机酸可以扰乱金属元素的地球化学形态。细胞外有机化合物中含有具多功能团分子结构的低分子量有机物，其可以改变可溶性金属离子的形态，使它们沉淀下来。
3.2 化学修复
在一定条件下施用碳酸盐、磷酸盐、氧化物质促进沉淀形成，减少重金属对土壤的副作用和进入土壤的数量。土壤改良剂的选择必须根据生态系统的特征、土壤类型、作物种类、污染物的性质等来确定。但通过投加改良剂来治理重金属污染的土壤，需防止重金属的再度活化。淋洗法，通过淋洗使重金属移出根层，一般有以下2种方式：① 含有某种配位体的溶液淋洗土壤，配位体倾向于与重金属形成具有一定稳定常数的络合物。② 对轻壤质土壤消除重金属污染物时，应选用能与已知污染阳离子形成络合物的配位体的溶液冲洗土壤，用含有能与污染阳离子产生难溶性沉淀物的阴离子溶液继续冲洗土壤，调节冲洗液的组成与用量，使重金属在土壤一定深度形成难溶的间层。
4. 结束语
土壤重金属污染是当前面临的重大难题之一，迫切需要解决。而今植物修复技术的发展和广泛应用，为解决土壤重金属污染提供了一条绿色通道。同时，作为微生物最大的聚居场所的土壤系统，不可忽视微生物的强大作用，应该积极开展研究，使其发挥更大的作用。单一化学手段治理土壤重金属污染，虽然有一定的成效，但是不可避免二次污染；而化学手段也不可摒弃，化学手段可以改良土壤，在一定程度上是其他手段所不可替代的。因此，建议可以继续推进生物修复技术的发展，同时，将物理、生物、化学修复手段结合起来，更好地治理土壤重金属的污染。
参考文献
[1] 顾继光，周启星，王新.土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J].应用基础与工程科学学报，2003，11（2）：143-151.
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[4] LEE SW，GLICKMANN E，COOKSEY DA.Chromosomal locus for cadmium resistance in Pseudomonas putida consisting of a cadmium transporting ATPase and a MerR family response regulator[J].Applied and Environ.Microbio.，2001，67（4）：1437-1444.
[5] STONE A.T. Reactions of extracellar organic ligands with dissolved metalions and mineral surfaces[J].Reviews in mineralogy and Geochemistry，1997，35（1）：309-344.
关键词：重金属；来源；存在形态；迁移转化；影响因素
Abstract: Heavy metals in water body can lead to many serious pollution problems. this paper introduce briefly the source， the pollution characteristics and features of heavy metals in water；It is emphasized that heavy metals ' appearance, migration and transformation pathway and migration and transformation process are also expounded; Finally ，the paper briefly analyzes the pH, radix potential (Eh), temperature, ionic strength and organic matter on the impact of migration and transformation of heavy metals.
Key words: Heavy metals; source; existing forms; migration and transformation; factors
中图分类号： P618 文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着工业化的发展，随着工农业的发展,大量污染物包括重金属排入河流,使水质恶化,给人类造成了一系列严重后果。重金属污染物在环境中存在复杂，形态多变,不易被生物降解，易被生物所富集与累积。重金属污染物进入水体后由于水体中悬浮物的吸附作用，大部分从水相转移至悬浮物中随之迁移，当悬浮物负荷量超过其搬用能力时就逐步沉降下来，蓄积在沉积物中。当水环境条件等因素改变时，重金属又可能再次释放，重新进入水体中。由此可见，重金属在水体中的迁移转化是一个复杂的过程，包括了水体中的各种物理、化学及生物反应，并且其中有些过程是可逆的，所以在研究重金属在水体中的迁移转化规律时，必须综合考虑各过程以及主要影响因素。本文主要是介绍重金属污染物在水体中的迁移转化途径及影响因素。
2 水体中重金属的主要来源
在环境污染研究中，重金属多指Hg 、Cd 、Pb 、Cr 以及类金属等生物毒性显著的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如Zn 、Cu 、Ni 、Co 、Sn 等。
水体中的重金属污染主要来自两部分:自然因素和人为因素。自然因素主要是岩石风化的碎屑产物。在没有人为污染的情况下，水体中的重金属的含量取决于水与土壤、岩石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害，但导致水体受到重金属污染。人为污染源主要包括采矿冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、造革和染料、大气干湿沉降、农药和化肥的使用等，都使水体重金属含量急剧升高[1]。城市发展过程中化石燃料的燃烧、采矿和冶炼向环境释放重金属是最主要污染源；金属开采、冶炼导致Pb、Zn、Cd在环境介质中的积累相当高；尾矿渣堆放，随着雨水地表径流进入水体，造成水体中金属污染[2]；各种工业废水和固体废弃物的渗出液直接排入水体，以及被重金属污染的土壤颗粒被地面径流带到水体，使水体中金属含量升高。目前，工业污染和交通污染是重金属污染的主要原因之一，Zn、Al、Ti、Sn主要来自纺织工业，Co、Cr、Cd、Hg来自塑料工业以及Cu、Ni、Cd、Zn、Sb来自微电子业。城市道路雨水径流中富含交通活动所产生的大量石油类、悬浮固体和重金属等污染物，能够对接受水体的水质造成明显的破坏并影响水生生态[3]。
3 重金属的污染特征及危害特点
重金属是构成地壳的元素、在自然界中分布广泛，而且重金属作为有色金属，在人类生产活动中被广泛应用，污染源遍布，另外重金属大多属于过渡元素，在自然界中有不同价态，具有活性和毒性效应，这是重金属污染的主要特征。
水体中重金属浓度很小时即产生毒性，具有高度危害性和难治理性，其毒性和稳定性取决于它的存在形态，随水环境条件改变，各种存在形态之间可相互转化，具有形态多变性。重金属离子在自然环境中不能被破坏、来源广、残留时间长、可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物、能沿着食物链转移富集，有放大作用，最终在人体中累计导致慢性中毒。
4 水环境中重金属的存在形态
水体中重金属的存在形态直接影响着它的迁移转化规律[4],因此,在研究其含量的同时,还要研究其存在形态.水体中重金属存在形态包括溶解态(溶解于河水中)和颗粒态(存在于悬移质中的悬移态及存在于表层沉积物中的沉积态)[5]。水样以0.45m 滤膜过滤、酸化后测定可得溶解态(水相)重金属总量，其中，水样过滤后不经酸化而直接测得的具有电活性的游离的及简单的无机络离子称为很不稳定态，其它部分称为络合态，包括与有机物和胶体物络合结合较弱的中等不稳定态、络合结合较强的慢不稳定态和对树脂不敏感而与水中有机物或胶体强烈结合的惰性态。采用Tessier 等人提出的逐级化学提取法或其改进方法可将颗粒态重金属的存在形态分为: 离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰水合氧化物结合态、有机一硫化物结合态和残渣态。离子交换态吸附发生在粘土矿物、氢氧化铁、氢氧化锰或腐殖质等成份上，最易被生物吸收，对环境变化最敏感、有效；碳酸盐结合态是在醋酸中溶解，当环境变化特别是pH 变化时较易重新释放进入水体的重金属；与水合氧化铁、氧化锰结合，环境变化时会部分释放对生物有潜在有效性即铁锰水合氧化物结合态；以不同形式进入或包裹在有机质颗粒上，同有机质发生螯合或生成硫化物，不易被生物吸收利用的较稳定的有机硫化物和硫化物结合态；主要来源于天然矿物，稳定存在于石英和粘土矿物等结晶矿物晶格里的对生物无效的残渣态[6]。
重金属在水环境中的存在形态取决于其来源和进入水环境后与其它物质发生的相互作用，不同形态其生物毒性和环境的行为不同[7]，主要受水环境的pH值、络合剂含量、氧化还原条件等控制[8]。影响重金属形态分布的因素有: 颗粒物重金属含量和存在时间、颗粒物中金属化合态、颗粒物pH、碳酸盐、有机质等。天然水中重金属的形态分析方法主要有阳极溶出伏安法( ASA)、阴极溶出伏安法( CSA)、化学修饰电极法、离子选择电极法及化学分离含量测定法。目前重金属的形态分析中广泛应用化学分离与分析测试技术联用技术, 许多方法还不能测定水中元素的具体迁移形式, 只能测其总含量[9]。
关键词：农村；饮用水源地；重金属；污染特征；江西省
中图分类号：X502 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2012）16－3597-04
Analysis on Heavy Metal Contamination at Drinking Water Source of Countryside in Typical Mineral Region of Jiangxi Province
WANG Tao1，LIU Zu－gen1，CHEN Hong－wen1，XU Qiu－jin2，PENG Kun－guo1
（1． Jiangxi Academy of Environmental Sciences， Nanchang 330029， China；
2． Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China）
Abstract： Two enterprises concerning with heavy metals in typical mineral region of Jiangxi province were chosen as pollution sources where sampling sites were set and samples were collected． The contents of heavy metals in surface water／underground water and soils were determined， and it would provided scientific basis for the division and protection of drinking water source in countryside． The results showed that drinking water was protected well near pollution source A and not subjected to the contamination of heavy metals； near pollution source B， the surface water had been contaminated by Cd and Pb， while underground water was slightly contaminated by Pb； as for the investigated area， the contamination of Zn and Pb in dry season needed more attention， while in wet season， the contamination of Cr and Cd needed more attention； Zn and Pb in the soils near drinking water sources could be detected easily in dry season， especially Zn， which couldn’t be detected in wet seasons， but in dry season， the contents were over 100 mg／kg； except for some sites， the contents of Cu in soils were higher in dry seasons； the contents of Cr in the soil of some sites were higher in dry seasons， while that in some sites were higher in wet seasons．
Key words： countryside； drinking water source； heavy metal； contamination characteristics； Jiangxi province
