東莞市土壤重金屬污染現(xiàn)狀_污染來源及防治措施

1、東莞市土壤重金屬污染現(xiàn)狀、污染來源及防治措施何舞1,王富華1,杜應(yīng)瓊1,王旭1,張沖2(1.農(nóng)業(yè)部蔬菜水果質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心,廣東廣州510640;2.東莞市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢測中心,廣東東莞511700摘要:論述了東莞市土壤重金屬的污染現(xiàn)狀和來源,結(jié)合土壤重金屬修復(fù)措施植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點、實用性與發(fā)展動態(tài)的研究結(jié)果,提出了東莞市土壤重金屬污染的綜合治理與修復(fù)措施。關(guān)鍵詞:東莞;重金屬污染;植物修復(fù)中圖分類號:X592文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1004-874X(201004-0211-03土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,是與人類關(guān)系極為密切的環(huán)境介質(zhì),也是人類賴以生存的主要自然資源之一。隨

2、著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,土壤的污染問題越來越突出。據(jù)報道,全世界平均每年排放Hg約1.5萬t,Pb500萬t,Cu340萬t,Ni100萬t1。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國受污染的耕地約1000萬hm2,污水灌溉污染耕地216.7萬hm2,固體廢棄物堆存占地和毀田13.3萬hm2,3項合計約占全國耕地總面積的1/10以上。耕地污染已對我國經(jīng)濟(jì)社會造成巨大的危害,全國每年被重金屬污染的糧食達(dá)1200萬t,直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。在此背景下,土壤污染越來越受到人們的關(guān)注,并成為環(huán)境、土壤科學(xué)家們研究的熱點問題。1土壤重金屬污染的危害土壤重金屬污染是指由于人類活動,致使土壤中的重金屬含量過高(密度大于5g

3、/m3,并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。常見的能對土壤造成污染的重金屬包括Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Cd、Hg等元素,它們不僅導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低,還會通過徑流和淋洗作用污染地表水和地下水,惡化水文環(huán)境。大量研究證實,土壤重金屬污染不但影響土壤自身的理化性質(zhì),影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì),影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量,同時可通過直接接觸、食物鏈等途徑進(jìn)入人體,最終危害人體健康。土壤受重金屬或類金屬毒物污染后,通過農(nóng)作物和水進(jìn)入人體,進(jìn)而造成毒害。如,Pb、Hg、Cr、As、Tl 等污染土壤后都會對居民健康造成各種危害。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)。Cd、Hg等元素在作物籽實中富集

4、系數(shù)較高,即使超過食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),也不影響作物的表觀特征,如生長、發(fā)育和產(chǎn)量等,因此,其殘存對居民健康更為不利。此外,Hg、As 能減弱和抑制土壤中硝化、氨化細(xì)菌活動,影響氮素供應(yīng)。因重金屬污染而造成對人體危害的事件在世界上屢見不鮮,其中尤以發(fā)生在日本富山縣重金屬Cd 污染土壤引起的痛痛病最為典型。其病因主要是含Cd廢水污染農(nóng)田進(jìn)入稻米中,居民長期食用含Cd很高的稻米而發(fā)病。土壤Cr污染主要來自鉻礦和金屬冶煉、電鍍、制革的工業(yè)廢水、廢氣和廢渣。廢棄物中含六價Cr1%左右,六價Cr易溶于水,所以容易經(jīng)過土壤進(jìn)入農(nóng)作物而危害居民健康。Cr在體內(nèi)蓄積作用,并能影響體內(nèi)的氧化還原過程和水解過程。Cr與蛋

5、白質(zhì)結(jié)合能抑制一些酶的活性,還可促使Vc氧化,使血紅蛋白變性從而降低紅細(xì)胞的攜氧能力。此外,六價Cr還是致突變物質(zhì),Ames試驗和骨髓細(xì)胞核試驗都呈現(xiàn)陽性結(jié)果。土壤Tl污染的危害主要來自電子工業(yè),Pb、Zn、Cu等硫化礦中也含Tl,通過冶煉和工業(yè)生產(chǎn)的廢水、廢氣、廢渣污染土壤而引起居民中毒。因此,土壤重金屬的污染狀況與人民健康有著密切的聯(lián)系。2東莞地區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀東莞市(東經(jīng)113°19'114°9'北緯22°23'23°54'位于珠江三角洲東部,北接廣州,南連深圳,毗鄰香港,地處穗港經(jīng)濟(jì)走廊中間。地勢自東向西傾斜,

6、大部分為收稿日期:2009-10-21基金項目:國家科技部支撐計劃項目(2008BAD96B07;廣東省科技計劃項目(2007020200005-6作者簡介:何舞(1985-,女,研究實習(xí)員,E-mail:wuhe011通訊作者:王富華(1962-,男,研究員,E-mail:廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)2010年第4期211丘陵臺地和沖積平原,依山傍海,河網(wǎng)縱橫,氣候溫和,雨量充沛,土地肥沃,是我國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)。改革開放30多年來,東莞經(jīng)濟(jì)以平均每年22%的增長率蓬勃發(fā)展,成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的地區(qū)之一,其外向型經(jīng)濟(jì)尤為發(fā)達(dá),東莞已成為一個國際性加工制造業(yè)基地。據(jù)統(tǒng)計,2006年

7、東莞市生產(chǎn)總值超過2100億元,在廣東省所有地級市中位于第4名,工業(yè)企業(yè)超過21000家,機(jī)動車超過l10萬輛2。在快速工業(yè)化的同時,也給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了一定的污染壓力。2005年全市工業(yè)廢水排放量為2.25億t,工業(yè)廢氣年排放量為1674.5億m3,固體廢棄物產(chǎn)生量為266.89萬t?！叭龔U”無有效處理的排放以及垃圾和河涌底泥的農(nóng)用,致使含重金屬污染物直接或間接地進(jìn)入土壤。2.1東莞地區(qū)土壤重金屬污染主要類型及區(qū)域分布據(jù)研究發(fā)現(xiàn),東莞石龍工業(yè)區(qū)的土壤重金屬污染以Hg、As、Cu的污染為主,尤以Hg污染最嚴(yán)重,且發(fā)現(xiàn)了Pb和Zn的輕度污染3。由于農(nóng)田土壤與人民的生活密切相關(guān),因此農(nóng)田土壤成為土壤

8、中重金屬污染的主要研究對象。蔡立梅等4研究發(fā)現(xiàn),東莞市農(nóng)田土壤中Cu、Zn、Ni、Cr、Pb、As和Hg等7種重金屬含量呈現(xiàn)出西部高、東部低的特點。Cd的含量在西北部和東南部較高,西南部較低。西部平原區(qū)土壤中8種重金屬含量比其他區(qū)域都要高,尤其是Zn、Pb、Hg等元素含量分別已達(dá)到廣東省土壤背景值的1.67倍、1.98倍、3.17倍,累積效果非常明顯。中部過渡區(qū)土壤中Hg元素累積比較嚴(yán)重,已達(dá)到廣東省土壤背景值的2.47倍;Zn和Pb 等元素有比較微弱的富集,Cu、Ni和Cd等元素含量基本與廣東省背景值持平。東南丘陵區(qū)土壤中Pb和Hg 有一定的富集,Cu、Cd等元素含量基本與廣東省背景值持平,

9、Zn、Ni、Cr和As等元素含量表現(xiàn)出明顯的虧損現(xiàn)象。環(huán)境保護(hù)區(qū)情況與東南丘陵區(qū)有些類似,土壤中Pb和Hg有一定的富集,Cu、Ni、Cd和As等元素含量基本與廣東省背景值持平,Zn、Cr等元素含量表現(xiàn)出明顯的虧損現(xiàn)象?？傮w而言,東莞市農(nóng)田土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd和Hg含量存在一定積累現(xiàn)象,Pb 和Hg污染可能比較顯著和普遍。2.2東莞地區(qū)土壤重金屬污染主要來源造成東莞典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的原因主要為人為因素、成土母質(zhì)和不同流域水質(zhì)差異。土壤中重金屬含量除受其成土母質(zhì)的影響外,主要受人類活動的影響,如污灌、固體廢棄物(污泥和垃圾等、礦山開采與冶練、農(nóng)藥和肥料施用以及大氣沉降等5。

10、無論是從重金屬的超標(biāo)種類還是重金屬的超標(biāo)率來看,廣東地區(qū)珠江三角洲區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤污染重金屬污染最為嚴(yán)重,其次是東翼(汕頭,西翼(湛江的污染相對較輕,這與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度相吻合6。Boruvka等7研究認(rèn)為土壤中Cu、Zn、Ni和Cr等元素來源主要為地質(zhì)因素。東莞市土壤中Cu、Zn、Ni、Cr和As5種重金屬元素主要來源于成土母質(zhì),空間分布主要受成土母質(zhì)和地形的控制,高值區(qū)主要分布在成土母質(zhì)為海河沉積物的西部地區(qū)。東莞市地勢總體上呈現(xiàn)東高西低的特點,西部地區(qū)地勢低洼,有利于上述重金屬元素的沉積。因此,空間分布上該5種元素呈現(xiàn)出西部高、東部低的特點。而Pb、Hg和Cd主要與人類活動有關(guān),空間分布上主要

11、受人類活動的控制。如Pb、Hg高值區(qū)主要分布在中部過渡區(qū)和西部平原區(qū),高值中心集中在中部過渡區(qū)的虎門鎮(zhèn)和西部平原區(qū)的茶山鎮(zhèn)。Pb、Hg的富集主要是由該區(qū)交通、工業(yè)污染所致,西部平原區(qū)由于水源充足、交通便利,一些資源消耗大、污染程度高的制造業(yè)在改革開放初期就開始進(jìn)入。隨著重污染企業(yè)的不斷發(fā)展,大量重金屬污染物被排放,從而也成為東莞市重金屬污染最嚴(yán)重的區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計,2006年底虎門鎮(zhèn)共有各種類型企業(yè)140多家,茶山鎮(zhèn)有50多家電鍍廠和3家電廠,在東莞市分布著25家重點污染企業(yè),且多為造紙廠和電鍍廠。中部過渡區(qū)和西部平原區(qū)密集的公路交通,大量的汽車尾氣排放也是Pb和Hg富集的重要原因。東南丘陵地區(qū)由

12、于含Cd地膜、農(nóng)藥和磷肥等的大量使用,使得Cd在該地區(qū)有較高濃度的分布8。3東莞地區(qū)土壤重金屬污染防治及修復(fù)措施探討3.1土壤重金屬污染的防治和治理在世界范圍內(nèi),由于工礦業(yè)“三廢”的任意排放和農(nóng)用化學(xué)品的過量使用,造成工礦區(qū)周圍土壤和農(nóng)業(yè)土壤中有毒重金屬過量累積,帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題和人類健康的風(fēng)險。因此,土壤重金屬污染的預(yù)防與治理顯得尤為必要。由于土壤重金屬累積的不斷加劇和重金屬的相對穩(wěn)定性,使得土壤重金屬污染清除困難重重。解決土壤重金屬污染的問題,主要從兩個方面著手,一是防,二是治?！胺馈钡年P(guān)鍵在于控制污染源,在東莞地區(qū)土壤重金屬污染受工業(yè)污染嚴(yán)重的區(qū)域,應(yīng)通212過調(diào)整其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)企業(yè)

13、技術(shù)設(shè)備改造和推進(jìn)清潔生產(chǎn)等途徑控制污染排放量?！爸巍眲t主要是對目前已造成的重金屬污染進(jìn)行治理。傳統(tǒng)土壤重金屬污染治理的方法有淋濾法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物還原法、絡(luò)合浸提法等化學(xué)方法。這些傳統(tǒng)的修復(fù)方法雖然治理效果較好,歷時短,但也存在許多缺陷,如成本高,難于管理,易造成二次污染,對環(huán)境擾動大。近年來,針對重金屬的植物修復(fù)技術(shù)引起了公眾及科學(xué)界的廣泛興趣。通過重金屬富集植物的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)并積累從而除去土壤中有害金屬(包括放射性物質(zhì),被譽(yù)為低成本、最有效、最環(huán)保的綠色技術(shù)。3.2土壤重金屬修復(fù)措施植物修復(fù)技術(shù)土壤重金屬污染的植物修復(fù)是指通過種植對土壤重金屬元素有特殊富集能力的植物,

14、將植物收獲并進(jìn)行妥善處理(如灰化回收后,可將該重金屬移出土體,達(dá)到清除土壤重金屬污染物的目的。由于應(yīng)用此方法不需把污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移處理,因此可節(jié)省大量治理費用,且可實現(xiàn)廢物資源化。植物修復(fù)通常包括植物萃取作用,即植物對重金屬的吸收;植物揮發(fā)作用,即通過植物使土壤中的某些重金屬(如Hg2+轉(zhuǎn)化為氣態(tài)(如Hg0而從土壤中揮發(fā)出去;根際濾除作用,即利用植物根孔通過水流移出土壤重金屬;植物鈍化作用,即利用植物將土壤重金屬轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較低的形態(tài)。與常規(guī)的土壤重金屬清除方法相比,植物修復(fù)具有如下優(yōu)勢:一是土壤的物理結(jié)構(gòu)不會被破壞,生物功能保存完好。二是不產(chǎn)生廢物殘留的產(chǎn)品和能量。三是治理費用低,據(jù)王松良等

15、9對某5年期植物修復(fù)項目與同期常規(guī)治理的費用比較,植物修復(fù)總費用為250000美元,而常規(guī)的治理需要660000美元,比植物修復(fù)高出1.6倍。四是可長期、大面積的田間應(yīng)用。五是可回收重金屬元素,并加以循環(huán)利用。因此,研究重金屬的植物修復(fù)措施,并將該技術(shù)應(yīng)用于土壤重金屬污染的治理中,對于提高人們的生產(chǎn)、生活質(zhì)量具有重要作用。在防治重金屬污染土壤的同時,對于已經(jīng)造成重金屬污染的土壤采取有效的修復(fù)措施也是非常必要的。針對東莞地區(qū)特有的土壤重金屬污染特點,系統(tǒng)地研究出適合東莞地區(qū)的植物修復(fù)措施,例如植物修復(fù)方案的選擇,植物修復(fù)種類,植物修復(fù)實施細(xì)則等。這些都是重金屬污染中植物修復(fù)措施實施的關(guān)鍵,也是減

16、少重金屬污染對環(huán)境和人類健康威脅的重要所在。東莞地區(qū)的相關(guān)部門在這方面已經(jīng)意識到并開始著手土壤重金屬污染的治理措施。4結(jié)語隨著東莞地區(qū)農(nóng)村社會、經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快,土壤重金屬的污染問題,已成為制約其農(nóng)業(yè)和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。針對東莞市土壤重金屬污染的來源,現(xiàn)提出幾點防治對策: (1確立“防重于治”的基本方針,合理科學(xué)地使用農(nóng)藥化肥等化學(xué)藥品,嚴(yán)禁任意排放未經(jīng)處理的城市生活垃圾,嚴(yán)禁將其作為肥料與污水直接用作農(nóng)田灌溉;(2合理考慮工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地的規(guī)劃與布局。隨著工業(yè)與社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)范圍迅速擴(kuò)大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地應(yīng)選擇在清潔與遠(yuǎn)離工業(yè)“三廢”污染的地區(qū),并且與

17、交通運(yùn)輸密集地帶保持適當(dāng)?shù)木嚯x,防止工業(yè)污染對農(nóng)田土壤的重金屬污染,同時對工業(yè)和農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與評價;(3根據(jù)重金屬元素污染的區(qū)域,選擇種植合適的農(nóng)作物,同時在重金屬污染較嚴(yán)重的區(qū)域有針對性的種植不易富集重金屬元素的蔬菜品種或不直接食用的經(jīng)濟(jì)作物如Cd富集植物葉用紅慕菜,既可以降低重金屬對人類健康的威脅,又能減少土壤中重金屬的含量,達(dá)到修復(fù)作用。參考文獻(xiàn):1崔德杰,張玉龍.土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展J.土壤通報,2004(3:366-370.2東莞市統(tǒng)計局.東莞市統(tǒng)計年鑒(2007M.北京:中國統(tǒng)計出版社,2007:68.3顏文,池繼松,古森昌,等.珠江三角洲工業(yè)區(qū)土壤(沉積物重金屬污染特征及防治對策J.土壤與環(huán)境,2000,9(3:177-182.4蔡立梅,馬瑾,周永章,等.東莞市農(nóng)田土壤和蔬菜重金屬的含量特征分析J.地理學(xué)報,2008,9(9:994-1005.5陳懷滿,鄭春榮,周東美,等.土壤中化學(xué)物質(zhì)的行為與環(huán)境質(zhì)量M.北京:科學(xué)出版社,2002.6楊國義,張?zhí)毂?萬洪富,等.廣東省典型區(qū)域農(nóng)業(yè)土壤中重金屬污染空間差異及原因分析J.土壤,2007,39(3:387-392.7Boru