浅析土壤重金属污染及修复的措施

托普云农致力于中国农业信息化的发展！浅析土壤重金属污染及修复的措施一、土壤重金属污染简介：土壤重金属污染问题日益受到人们的关注。从土壤重金属污染的内涵及特点出发，阐述了土壤重金属污染对植物、土壤动物、土壤酶以及通过食物链对人类的危害。在此基础上，对土壤重金属污染的修复措施进行了概述，主要包括物理化学修复、植物修复及微生物修复等。可以预料，土壤重金属污染修复将向着植物修复和微生物修复的方向发展，并且修复、多种修复方法的综合使用将受到越来越多的重视。土壤中重金近年来随着社会经济的快速发展，属含量不断增加，土壤重金属污染已成为普遍的环境问题，越来越受到人们的关注。据统计，我国遭受不同程度重金属污染的耕地面积已接近，约占耕地总面积的每年因重金属污染，被重金属污染的粮食导致的粮食减产超过，合计经济损失至少亿元。土壤污染物来源广、种类多，大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属（铜、汞、铬、镉、镍、铅等）盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累，通过“土壤植物人体”，或通过“土壤水人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。土壤重金属污染是指由于我们人类的活动，土壤的微量的有害元素，在土壤的含量超过了背景值，过量地沉淀和积累引起含量过高。土壤重金属污染具有形态多变和很难降解两个特点。形态多变是随着随Eh、Ph、配位体不同，常常会有不同的价态、化合态及结合态。污染物的形态不同会引起其有效性和毒性不同。土壤重金属的难降在于重金属污染物的元素在土壤中一般情况下只能发生其形态转变和迁移，不发生其他的变化，所以说土壤重金属很难降解。农业重金属污染是指生物毒性显著的铅、汞、铬、以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属铜、镍、锌等污染物对农田土壤的污染1。工业的日益发展，大量未处理的并含有重金属的废水、废气、烟尘排入农田环境，不同程度上污染了农田。土壤重金属对农田的污染，不仅对农作物的生长和产量造成严重的影响，还会通过食物链危害人类的健康与生命。所以，农业的土壤重金属污染这个大问题是急不可待的。仪器包装箱1.2土壤重金属污染物的存在形式重金属污染物在土壤中的存在的形式是多种多样的，其中的一部分以相对稳定形式存在的重金属是人和植物难以吸收利用的；而另一部分以相对活动形式存在的重金属元素是可以被植物并且通过植物最终被人吸收的。存在形式是控制重金属元素的活动性、毒性和生物有效性的重要因素。因此，研究重金属污染物的存在形式对于环境评价和治理是非常重要和有益的。以不同形式存在于土壤中的重金属具有着不同的生态环境意义。可以看出，本区土壤中重金属元素以水溶相和吸附相形式存在的组分含量较低，即易于进入食物链的强活动组分含量并不高，特别是Hg，在表层土壤中其水溶相和吸附相组分占全量的比例不足1%。但是,值得高度注意的是，几乎所有重金属元素的有机相和铁锰氧化物相的含量均较高。以Cd为例，全量分析结果显示其含量并不高, 然而，在表层土壤中其有机相和铁锰氧化物相的含量在全量中所占的比例高达38.54%，而其吸附相的比例也达到了12.71%。以这种有机相和铁锰氧化物相形式存在的重金属组分极易因短期内环境条件激变或土壤物化性质的渐变跨越了化学临界点,而大量得到活化，从而对生态环境产生灾难性的影响。也就是说，研究区土壤中有可能存在着潜在的重金属“化学定时炸弹”。测试图谱1.3土壤重金属污染物的化学组成土壤重金属污染物的化学组成是多种多样的。表2所示以衡水市为例的研究区表层土壤与深层土壤中重金属元素含量及其变化范围。从表中可以看出这些重金属元素的变化大致分成下列4种情况。(1)As、Ni、Cr等元素在表层土壤中元素的平均含量和深层土壤中接近，元素含量的变化范围也大致相同，只是在表层土壤中元素的最高含量稍有增加。与国家颁布的土壤环境质量标准(GB156181995)中土壤环境质量标准值相对比，这些元素的平均含量及其变化范围均处在一级环境标准范围内(国家一级土壤环境质量标准值，As为15g/g、Ni为40g/g、Cr为90g/g)，这表明这些元素受人类活动和工业污染的影响较小，环境质量较好。(2)Cd在表层土壤与深层土壤中平均含量接近，低于国家一级土壤环境质量标准值(0.2g/g)，但是元素含量的变化范围有较大不同，在表层土壤中最大含量为1.06g/g，超过了环境质量标准的三级水平(1.0g/g)，说明Cd的环境质量在总体上是较好的，但存在着严重的局部污染。(3)表层土壤中Cu、Pb、Zn、Se等平均含量与深层土壤相比有了明显的升高。含量变化范围也存在较大差异，主要表现在元素含量的最大值有了较大的提高。与土壤环境质量标准相对比，虽然元素含量的平均值仍处在一级环境标准范围内，但都接近了一级环境标准的上限(国家一级土壤环境质量标准值，Cu为35g/g、Pb为35g/g、Z为100g/g)，Pb的平均值实际上已经超出了一级环境标准值；而从元素含量的变化范围来看，元素的最高含量都接近了环境标准的三级水平。这表明：这些元素明显地受到了人类活动和工业污染的影响。虽然整体上来说这些元素的环境质量还是较好的，但存在着较严重局部污染，并且这些元素的局部污染有进一步加剧,发展成全局性污染的趋势。(4)表层土壤中Hg的平均含量比深层土壤中升高了近6倍。元素含量的平均值超过了一级环境标准值(0.15g/g)，元素含量的最大值远远超过环境标准的三级水平(1.5g/g)。这表明：本区土壤存在着严重的Hg污染。以上讨论表明:研究区土壤中重金属污染物的化学组成主要为Hg、Cu、Pb、Zn、Se、Cd等。仪器界面显示1.4农业土壤重金属污染的来源农业土壤重金属染的来源有多种多样，如通过大气沉降进入，工业废水的排放，固体废弃物，农业用药和化肥使用等等。大气沉降产生的重金属主要是人为的来源和自然来源。人为来源包括工业生产、汽车尾气排放等产生大量有害气体和粉尘。这些重金属主要分布于公路、铁路的两侧及工矿的周围。自然来源就是自然沉降和雨水沉降进入农田的重金重污染，尤其是重工业发达的城市，如重庆，工厂燃煤等排放的有毒气体和烟尘经过降雨等方式进入土壤以及危害土壤环境。工业废水的排放主要是一些工厂的排水系统不够完善，排放的废水没有达标，污水灌溉了农田，使大量的重金属进入农田土壤，以不同的方式被土壤截留，固定的重金属被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附，一般累积在表层，自上而下递减。固体废弃物的种类很多，种类不同，对土壤的危害程度不同。最为严重的要数矿业和工业固体废弃物的污染了。在处理或者是堆放这些废弃物时，由于太阳照射、降雨等导致重金属快速移动，以不同状态向周围的土壤、水体扩散，即造成了农业土壤的重金属污染。农药和化肥对于农业生产的发展有着重要的推动作用。但是这些物质不合理的使用会导致农田的重金属污染。大部分的农药是有机化合物，个别农药的组成中会含有汞、砷、铜、锌等重金属。长期的不合理使用会使土壤中的重金属含量超负荷，而污染农田土壤。化肥是报道重金属污染最多的。随着化肥的用量不当、使用不合理，会使其进入土壤从而使农田土壤中的重金属出现含量超标等情况，污染农业土壤。二、.农业土壤重金属污染的危害通过各种方式和途径进入土壤的各种重金属是不能被土壤的微生物所分解的。其迁移性小，容易在土壤当中富集。当土壤中重金属含量超过它们的环境容量时，就直接作用于植物，在植物内富集，抑制植物的根系的生长，使植物叶片发黄，影响植物的光合作用，从而使植物生长缓慢，植株矮小，降低产量，甚至于绝收。对我国的农业发展造成重大影响,而且会通过食物链迁移到动物、人体中，危害人类和动物的健康。21汞的危害土壤中的重金属汞，主要来源于污水的灌溉、燃煤、汞冶炼厂等的排放和含汞农药的应用等。汞在土壤中以金属汞、无机化合态的汞的存在形式，并且在一定条件下互相转化。金属汞在常温下呈液态形式，挥发性高，容易被植物吸收。大部的无机汞由于溶解度低，在土壤中的迁移转化能力十分弱，但它能在土壤的微生物的作用下，转化成具有剧毒性且容易被植物所吸收的甲基汞。有机汞主要以乙基汞、甲基汞的形式存在于土壤中，容易被植物吸收。不同的植物部位对于汞的累积累是不同的，汞在植物各部分的分存是根茎，叶子实。植物的种类不同，当然，对汞的吸收累积也是不同的。一般地，针叶类的植物吸收累积的汞大于落叶类的植物。土壤内的汞，其移迁转化主要受土壤的pH值、Eh、土壤有机质的含量等因素的影响。在酸性的环境中，土壤中的汞的溶解度变大，加快了汞的移迁。在氧化的条件下，汞能以任何的形态存在于土壤中，使土壤中的汞的可给量大大降低，迁移能力变弱，则作物就能以吸收。汞化合物进入人体之后，主要在人体的肝、肾、肺、头发和皮肤内分布，甚至严重时会造成肾脏及神经系统损伤，以致死亡。托普云农便携式土壤重金属快速检测仪可选配功能及选配件： 仪器支架 22镉的危害镉主要来源于冶炼厂、镉矿。镉工业排放的废水来灌溉农田也是镉污染的一个重要的来源。土壤中的镉的存在形式还分为水溶性和非水溶性。水溶性的镉主要以离子态或者是络合物的形式存在于土壤之中，非常容易被植物所吸收；而非水溶性的镉包括镉的沉淀物、胶体吸附态镉等，不容易迁移，也不容易被植物所吸收。上述的两种镉在一定条件下会相互转化。如土壤偏酸性时，镉的溶解度增大，易于在土壤中迁移；土壤如果处于氧化的条件下镉也易变成可溶性，被植物吸收的也很多。镉在土壤中吸附的迁移还受伴随离子锌离子、铅离子、铜离子、亚铁离子、钙离子等的影响，如锌的存在不是抑制植物对镉的吸收。农作物里，以叶菜类作物如菠菜、白菜等对镉的吸收能力比较强，而禾谷类、豆类、禾本科牧草对镉的累积量较低。如果人类食用了被镉污染的农作物，则会得骨痛病。此外，镉还会损作肾小管，出现糖尿病，还会损害肺部。23砷的危害土壤中砷主要来自于大气降尘、尾矿与含砷的农药施用，燃煤和冶炼。砷在土壤中的存在形式分为水溶性、难溶性和交换性这三种砷。水溶性的砷一般只占总砷量的5%10%，大部分砷是以交换态及难溶性的形式存在的。土壤中的砷的可溶性受到其pH的影响较大，pH升高的话，土壤中砷的溶解度就增高，容易被植物所吸收；土壤在氧化的条件下，大部分是砷酸，砷酸很容易被胶体吸附，而增加土壤固态砷的量。随Eh降低，砷酸转化为亚砷酸，会促进砷的可溶性，增加砷的危害。砷属于植物的强烈吸附的累积元素，作物吸收的砷累积在根部，其次是茎叶，子实中砷的含量最少，而蔬菜的地上比在地下的部分的累积的砷要多。砷对人类身体的危害非常大，在人体内有很明显的蓄积性，它会使人体的红血球溶解，破坏人体正常的生理功能，并且有遗传性、致畸性和致癌性等。 平板电脑（带系统）24铬的危害大量未加处理的含铬的废水、废渣、废气等是铬的主要污染源。铬在土壤中的主要价态有正三价和正六价两种。土壤中的铬以三价的铬的化合物为主，由于土壤胶体会对三价铬有强烈的吸附作用，使其在土壤中很难再迁移；相反，土壤胶体对六价的铬的吸咐固定的能力较低，其迁移能力比较强，而且毒性作用非常大。在酸性较强的土壤中一般很少有六价铬的化合物存在，而在酸性、碱性较弱的土壤中，三价的铬在一定条件下也可以被氧化成六价的铬，它的潜在危害是不容忽视的。植物从土壤中吸收的铬大部分都累积在植物的根部。铬在蔬菜体内的不同部位的分布是呈根叶茎果实的这样一种趋势。铬是人体的必需的微量元素，其在人体内含量过低就会产生食欲退减等症状。铬对人本的危害主要是慢性的危害，长期的作用会引起肺部硬化、肺气肿、支气管扩张，并且会有明显的致癌、致崎作用。25铅的危害铅的污染主要来自于矿山开采、金属冶炼、煤燃烧、污水灌溉等，此外，汽车汽油燃烧后尾气中的铅也是其重要的污染来源。土壤中的可溶性铅含量一般比较低，约占土壤总铅量的1/4。土壤中的无机铅主要是以二价的难溶性化合物所存在，所以铅的移动性及其对作物的有效性都较低。土壤中的黏土矿物与有机质对于铅的吸附能力很强，铅能与络合剂和鳌合剂形成络合物和鳌合物，且这些物质具有稳定性，以致植物难以吸收。植物对铅的累积与吸收，由环境当中铅的浓度、土壤的条件、植物叶片的大小和形状等所决定的。植物所吸收的铅主要累积在其根部，只有少数的铅才会转移到地上部分。铅是对人体内有毒的重金属元素之一，其进入人体体内后，能与人体内的蛋白质、酶和氨基酸内的官能团络合。会对人体的中枢神经系统、消化系统及造血系统、肾功能等造成伤害，有很明显的致癌作用。铅尤其会对儿童的身体键康和智力的发育的影响非常突出。26铜的危害矿山的开采、金属冶炼及污泥处理等是土壤重金属铜的主要污染源。土壤中的铜主要以水溶态的铜、交换态铜及有机质的铜和铁锰氧化物的形式存在，它能和有机质形成稳定的络合物，其化学性质比较稳定，不容易发生价态变化。若土壤中的pH值下降两个单位，溶液中的铜的浓度会增加一个数量级。有机质和铁锰氧化物是控制土壤中的铜因定的主要成分。研究表明，有可能除了铅以外，铜是所有的二价的过渡重金属元素中最能被强烈地吸附于氢氧化物或铁锰氧化物上的金属离子。植物吸收过量的铜大部分累积在农作物的根部，向地上部分的输送量较少。铜和铬一样，都是人体所必需的微量的元素之一，不管是铜过量或缺乏，都会产生大脑及脑干部拉的病变。人体如果吸收过量的铜之后，累积于肝脏之中，当达到一定的量时，就会引起大量溶血、黄疸等的中毒症状，严重的情况下还会引起肝硬化、肝腹水等症状。三.中国部分地区农田土壤重金属污染分析31东北地区农田土壤重金属污染分析（以沈阳市为例）沈阳市是一个重工业的城市，典型的就是铁西老工业基地，包括金属的冶炼、纺织、化工、机械等行业。过去，我国工业生产技术落后，每年都会有大量的含重金属工业的“三废”排放。沈阳市的郊区在过去也是大部分用未经处理的含重金量的工业废水来灌溉，这样，就使一部分的农田土壤被不同程度和类型的重金属所污染。而被污染的农田土壤引起了农产品的产量和质量都下降，甚至不能供人们食用。表3是沈阳市农田土壤监测结果和背景值。由于细河沿岸的污染灌溉区是土壤重金属污染的最为严重的地区，以上的数据是2007年对细河沿岸农田土壤的监测结果。监测结果表明，细河沿岸的土壤中的重金属都超标，而且上游部分污染较为严重，离细河越近则土壤重金属的污染越严重。32华北地区农田土壤重金属污染分析（以河南市为例）河南市是我国农作物主产区之一。河南的农业土壤类型丰富，其农业土壤重金属污染主要由于灌溉使用的未经处理的工业废水、施用农药和化肥的方式不得当等因素相互用相互影响而造成的。从而引起我们农作物主产区的农作物产量和质量的下降。对我国的农业生产造成了严重的影响。对人民的生活的影响也是不容忽视的。表4是河南农田土壤重金属质量浓度测量的一组数据由上表分析的结果与我国土壤环境质量标准（GB156181995）之二级标准比较之下，发现Cr超标有两例，其他项目监测结果都不超标。这两例的Cr超标的土壤位于山区丘陵地带，考查发现这一地带涉及重金属污染的工业企业会比较少，由于企业污染所致的可能性不大。那么Cr超标的原因主要与该地区成土母质造成土壤中Cr背景值较高有关6。32华南地区农田土壤重金属污染分析（以苏州市为例）有研究表明，从19821995年的13年间，太湖地区的水稻田土壤pH值平均下降了0.38，而铜、锌、锰的有效态含量分别上升了61.5%、386.4%、183.1%7。苏州则是太湖地区的社会经济发展的精华地区和对外开放的先导地区。是我国的历史文化悠久、风景优美的旅游城市。其环境问题也越来越受到关注。农产品的安全更是一个大问题。从表中可以看出，苏州农田的土壤重金属的检出率较高。它的重金属的平均含量与江苏省和全国的背景值来比较，有三个重金属元素的平均含量较低，即Hg、As、Cr。土壤重金壤含量的分布范围较广，变异系统比较大，这种情况可能与不同市不同地区的土壤重金属含量差异大有关系。四、土壤重金属污染修复及效益41物理修复物理修复主要包括电动修复、电热修复和土壤淋洗三种修复技术。电动修复技术和电池的原理类似，在通电的情况下使得重金属离子定向移动。从而把它们从土壤中去除。这种技术对土壤环境的要求较高，很难广泛的、大规模的应用。电热修复技术是利用一些重金属在高温情况下会快速挥发的特点，用高频电压对土壤加热，重金属会受热挥发，离开土壤。从而达到修复土壤重金属污染的目的。但是，这种方法高温加热的同时，也会对土壤本身造成破坏。土壤淋洗是应用的最早，也是应用的最多、技术最成熟的物理修复方法。这种方法是利用淋洗液把土壤固相中的重金属转移动土壤中的液相中支，然后把富含重金属的废水进一步地回收处理。研究发现EDTA可明显降低土壤对铜的吸收率与解吸率，其值与加入的EDTA量的对数呈显著负相关。42化学修复化学修复是通过对土壤施用改良剂、抑制剂，改变土壤的pH值、导电率、Eh等理化性质，使土壤中的重金属发生氧化、还原、吸附、沉淀、抑制等的作用，来降低土壤重金属的生物有效性。如在偏酸性的土壤中施石灰，可以提高土壤的pH值，使锌、铜、镉、汞等形成氢氧化物沉淀，从而来降低它们在土壤中的浓度，以致减少对植物的危害。如果土壤受到农药和重金属的污染，施用有机肥可增加土壤胶体对它们的吸附能力，与此同时，土壤腐殖质可与污染物质络合，明显地提高土壤钝化污染物的能力，从而使其对植物的毒害减弱。43生物修复生物修复是利用生物的一些习性来适应、抑制及改良土壤重金属污染。例如蚯蚓是一种能使土壤的自净能力提高的环境动物，对于它的利用，还能处理工业废弃物和城市垃圾以及重金属、农药等有害物。积极地推广利用农药污染的微生物降解菌剂，从而来减少农药的残留量。被污染严重的土壤可以改种一此非食用性的植物，如林木、花卉、纤维物等，也可以种植此非食用的并且吸收土壤重金属能力较强的植物，如羊齿类铁角蕨属植物。它对土壤的重金属的吸收和聚集的能力较强，对于重金属镉的吸收率达10%，多年的连续种植则会有效的降低土壤中的含镉量。44修复后的社会效益以前的这些修复完成后，可担高土地的利用率和劳动的生产率，促进农村产业结构的优化和土地利用结构的调整，拓宽了农村的劳动力的就业门路；改良农业基础设施的条件，促使农作物的稳定高产量，保障了粮食的安全；对于沟道、河流洪水泥沙带来的灾害会减轻不少，延长了水利工程使用寿命，调节年内径流分配，缓解了水资源的供需的矛盾，为生活、生产及生态用水都提供了保障。生态环境有了根本性的改善，增强了群众对于生态环境保护的意识，促进了新农村建设和和谐社会，提高了人民的物质文化生活水平和环境的容量。五、土壤重金属检测仪原理托普云农土壤重金属检测仪由于X射线的能量较高，原子的内层电子吸收X射线的能量后会激发成为自由电子。然后，外层的电子会填补内层电子的空位，这就是电子迁跃，电子跃迁的同时会放射X射线荧光。电子跃迁的能量等于两电子能级之间的能量差，因此，X射线荧光的能量或波长是具有特征性的，与元素有一一对应的关系。只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类。此外，荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此可以进行元素的定量分析。其他关键字：土壤重金属检测仪、土壤重金属测试仪、土壤重金属分析仪、重金属检测仪、便携式重金属检测仪 仪器型号：TPJS-B六、托普云农土壤重金属检测仪功能特点：1、 可分析钾（K），钙（Ca），钛（Ti），钒（V），铬（Cr），锰（Mn），铁（Fe），钴（Co），镍（Ni），铜（Cu），锌（Zn），砷（As），硒（Se），铷（Rb），锶（Sr），钇（Y），锆（Zr），铌（Nb），钼（Mo），银（Ag），镉（Cd），锡（Sn），锑（Sb），钨（W），铼（Re），钯（Pd），金（Au），汞（Hg）,铅（Pb），铋（Bi），铯（Cs），钡（Ba），钍（Th），铀（U）共34种七、托普云农土壤重金属检测仪标准元素；2、 仪器体积小、重量轻，方便携带，可直接带到野外检测；3、 可对各类土壤，大田土壤，沙粒、污泥、固体废弃物、泥土、泥浆等分析；4、 在野外，不需准备样品就可直接对土壤分析，整个分析过程仅需80秒；5、 可自动感知仪器前方有无样品，可自动根据外部环境亮度调节显示器亮度；6、 工业电阻触摸屏，优异的背光性能，在野外强光下依然清晰可见；7、 元素符号中英显示，精度高，速度快，接近实验室级的分析水平，可直观显示元素百分比含量（元素可达到小数点后三位）及ppm含量；8、 可结合内置的GPS经纬度数据及海拔高度数据，通过导入第三方GIS分析软件，构建元素含量地理三维分布图，快速评估出环境灾害区域；9、 无损检测，不损害、不影响被检测样品使用性能，整个测试过程无任何损伤；10、 仪器不工作时待机，拿起时恢复，降低仪器