重金屬系指密度4.0以上約60種元素或密度在5.0以上的45種元素。砷、硒是非金屬,但是它的毒性及某些性質(zhì)與重金屬相似,所以將砷、硒列人重金屬污染物范圍內(nèi)。環(huán)境污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷,還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等污染物。

土壤中重金屬污染物來源與分布

土壤中重金屬的來源是多途徑的,首先是成土母質(zhì)本身含有重金屬,不同的母質(zhì)、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。此外,人類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,也造成重金屬對大氣、水體和土壤的污染。

1大氣中重金屬沉降

大氣中的重金屬主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。它們主要分布在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側(cè)。大氣中的大多數(shù)重金屬是經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進人土壤的。如瑞典中部Falun市區(qū)的鉛污染,它主要來自于市區(qū)銅礦工業(yè)廠、硫酸廠、油漆廠、采礦和化學工業(yè)產(chǎn)生大量廢物,由于風的輸送,這些細微顆粒的鉛,從工業(yè)廢物堆擴散至周圍地區(qū)。南京某生產(chǎn)鉻的重工業(yè)廠鉻污染疊加已超過當?shù)乇尘爸?.4倍,污染以車間煙囪為中心,范圍達1.5km2,污染范圍最大延伸下限1.38km。俄羅斯的一個硫酸生產(chǎn)廠也是由工廠煙囪排放造成S、V、As的污染。

公路、鐵路兩側(cè)土壤中的重金屬污染,主要是pb、Zn、Cd、Cr、Co、Cu的污染為主。它們來自于含鉛汽油的燃燒,汽車輪胎磨損產(chǎn)生的含鋅粉塵等。它們成條帶狀分布,以公路、鐵路為軸向兩側(cè)重金屬污染強度逐漸減弱;隨著時間的推移,公路、鐵路土壤重金屬污染具有很強的疊加性。在寧-杭公路南京段兩側(cè)的土壤形成Pb、Cr、Co污染暈帶,且沿公路延長方向分布,自公路向兩側(cè)污染強度減弱。在寧-連一級公路淮陰段兩側(cè)的土壤鉛含量增高,向兩側(cè)含量逐漸降低,且在地表0~30cm鉛的含量較高。在法國索洛涅地區(qū)A71號高速公路沿途嚴重污染重金屬Pb、Zn、Cd,其沉降粒子濃度超過當?shù)赝寥辣尘爸?~8倍,而公路旁重金屬濃度比沉降粒子中高7~26倍。在斯洛文尼亞從居波加到扎各瑞波公路兩側(cè),鉛除了分布在公路兩側(cè)以外,還受階地地貌和盛行風的影響,高鉛出現(xiàn)在低地,公路順風一側(cè)鉛含量較高。

經(jīng)過自然沉降和雨淋沉降進人土壤的重金屬污染,主要以工礦煙囪、廢物堆和公路為中心,向四周及兩側(cè)擴散;由城市-郊區(qū)-農(nóng)區(qū),隨距城市的距離加大而降低,特別是城市的郊區(qū)污染較為嚴重。此外,還與城市的人口密度、城市土地利用率、機動車密度成正相關(guān);重工業(yè)越發(fā)達,污染相對就越嚴重。

此外,大氣汞的干濕沉降也可以引起土壤中汞的含量增高。大氣汞通過干濕沉降進人土壤后,被土壤中的粘土礦物和有機物的吸附或固定,富集于土壤表層,或為植物吸收而轉(zhuǎn)人土壤,造成土壤汞的濃度的升高。

2農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜使用

施用含有鉛、汞、福、砷等的農(nóng)藥和不合理地施用化肥,都可以導致土壤中重金屬的污染。一般過磷酸鹽中含有較多的重金屬Hg、Cd、As、Zn、Pb,磷肥次之,,氮肥和鉀肥含量較低,但氮肥中鉛含量較高,其中As和cd污染嚴重。經(jīng)過對上海地區(qū)菜園土地、糧棉地的研究,施肥后,Cd的含量從0.134mg/kg升到0.316mg/kg,Hg的含量從0.22mg/kg升到0.39mg/kg,Cu、Zn增長2/3。通過新西蘭50a前和現(xiàn)今同一地點58個土樣分析,自施用磷肥后.鎘從0.39mg/kg升至0.85mg/kg。在阿根廷由于傳統(tǒng)無機磷肥的施入,進而導致土壤重金屬Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb的污染。

農(nóng)用塑料薄膜生產(chǎn)應用的熱穩(wěn)定劑中含有Cd、Pb,在大量使用塑料大棚和地膜過程中都可以造成土壤重金屬的污染。

3污水灌溉

污水灌溉一般指使用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商業(yè)污水和工業(yè)廢水。由于城市工業(yè)化的迅速發(fā)展,大量的工業(yè)廢水涌人河道,使城市污水中含有的許多重金屬離子,隨著污水灌溉而進人土壤。在分布上,往往是靠近污染源頭和城市工業(yè)區(qū)土壤污染嚴重,遠離污染源頭和城市工業(yè)區(qū),土壤幾乎不污染。近年來污水灌溉已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分,中國自60年代至今,污灌面積迅速擴大,以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍,約占全國污灌面積的90%以上。南方地區(qū)的污灌面積僅占6%,其余在西北和青藏。污灌導致土壤重金屬Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等含量的增加?；搓栁酃鄥^(qū)自污灌以來,金屬Hg、Cd、Cr、Pb、As等就逐漸增高,1995~1997年已超過警戒級、太原污灌區(qū)的重金屬Pb、Cd、Cr含量遠遠超過其當?shù)乇尘爸?且積累量逐年增高。

4污泥施肥

污泥中含有大量的有機質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素,但同時污泥中也含有大量的重金屬,隨著大量的市政污泥進人農(nóng)田,使農(nóng)田中的重金屬的含量在不斷增高。污泥施肥可導致土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb含量的增加,且污泥施用越多,污染就越嚴重,Cd、Cu、Zn引起水稻、蔬菜的污染;Cd、Hg可引起小麥、玉米的污染;污泥增加,青菜中的Cd、Cu、Zn、Ni、Pb也增加。Anthony研究表明,用城市污水、污泥改良土壤,重金屬Hg、Cd、Pb等的含量也明顯增加。

5含重金屬廢棄物堆積

含重金屬廢棄物種類繁多,不同種類其危害方式和污染程度都不一樣。污染的范圍一般以廢棄堆為中心向四周擴散。通過對武漢市垃圾堆放場、杭州某鉻渣堆存區(qū)、城市生活垃圾場及車輛廢棄場附近土壤中的重金屬污染的研究,這些區(qū)域的重金屬Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Sb、V、Co、Mn的含量高于當?shù)赝寥辣尘爸?重金屬在土壤中的含量和形態(tài)分布特征受其垃圾中釋放率的影響,且隨距離的加大重金屬的含量而降低,由于廢棄物種類不同,各重金屬污染程度也不盡相同,如鉻渣堆存區(qū)的Cd、Hg、Pb為重度污染,Zn為中度污染,Cr、Cu為輕度污染。

6金屬礦山酸性廢水污染

金屬礦山的開采、冶煉、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆放等,可以被酸溶出含重金屬離子的礦山酸性廢水,隨著礦山排水和降雨使之帶人水環(huán)境(如河流等)或直接進人土壤,都可以間接或直接地造成土壤重金屬污染。1989年我國有色冶金工業(yè)向環(huán)境中排放重金屬Hg為56t,Cd為88t,As為173t,Pb為226t。礦山酸性廢水重金屬污染的范圍一般在礦山的周圍或河流的下游,在河流中不同河段的重金屬污染往往受污染源(礦山)控制,河流同一污染源的下段自上游到下游,由于金屬元素遷移能力減弱和水體自凈化能力的適度恢復,金屬化學污染強度逐漸降低。江西樂安江沽口-中洲由于遭受德興銅礦的污染,水體及土壤中的重金屬Cu、Pb、Zn、Cr含量增高,至都陽湖段重金屬含量逐漸降低。美國科羅拉多州羅拉多流域受采礦的影響,重金屬元素Cd、Zn、Pb、As的濃度,以污染源為最高,之后隨著與污染源距離延長而逐漸降低。萊安河重金屬污染,來自一個大型銅礦,導致重金屬濃度遠遠超過當?shù)乇尘爸怠Ａ饔蛑亟饘傥廴倦S季節(jié)變化而異,枯水期重金屬的含量明顯高于豐水期。河流流速減緩可以導致該流段重金屬含量增加。

同一區(qū)域土壤中重金屬污染物的來源途徑可以是單一的,也可以是多途徑的:胡永定通過研究徐州荊馬河區(qū)域土壤重金屬污染的成因中指出:Cr、Cu、Zn、Pb是由垃圾施用引起的,As是由農(nóng)灌引起的,Cd是由農(nóng)灌和垃圾施用引起的,Hg是各種途徑都具備。王文祥通過對山東省耕地重金屬元素污染狀況的研究說明,工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)鉛高于農(nóng)業(yè)環(huán)境,鉛與距公路遠近有關(guān)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)技術(shù)、設備落后,原材料利用率低,造成其周邊土壤重金屬污染相當嚴重。據(jù)貴州1986年的統(tǒng)計,全省鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放汞14.7萬kg,土壤中有的地方達56.64mg/kg.超過未污染土壤的84.5倍。要引起高度重視。

總的來說:工業(yè)化程度越高的地區(qū)污染越嚴重,市區(qū)高于遠郊和農(nóng)村,地表高于地下,污染區(qū)污染時間越長重金屬積累就越多,以大氣傳播媒介土壤重金屬污染土壤的具有很強的疊加性,熟化程度越高重金屬含量越高。