土壤中重金属的污染与防治

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1、吉林农业大学吉林农业大学研究生课程考试试卷研究生课程考试试卷考试科目：考试科目： 题号题号分数分数一一二二三三四四五五六六七七八八九九十十总分总分教师签字教师签字注意：此半页考生不得填写注意：此半页考生不得填写学学位位级级 别别： 学科、专业：学科、专业： 学学 院院： 姓姓 名名： 学学 号号： 考考试试时时 间间： 注意事项注意事项1、答题必须写清题号答题必须写清题号2、字迹要清楚，保持卷面清洁字迹要清楚，保持卷面清洁3、试题随试卷交回试题随试卷交回土壤中重金属的污染与防治土壤中重金属的污染与防治1.1 土壤重金属污染现状 随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加， 土壤重属

2、污染日益严重，污染程度加剧，面积逐年扩大。由于重金 属污染物在土壤移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，并可 经水、植物等介质最终影人类健康。因此，土壤重金属污染问题已 经成为当今环境科学研究的重要内容当前我国区域农业环境恶化现 象十分严重。据统计，1980 年我国工业三污染耕地面积 266.7 万公 顷，1988 年增加到 666.7 万公顷，1992 年增加到 10 万公顷。目前， 全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2000 万公顷，约耕地面积 的 1/5。我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过 1000 万吨，被 金属污染的粮食多达 1200 万吨，合计经济损失至少 200 亿元。

3、据农 业部环监测系统近年的调查，我国 24 个省(市)城郊、污水灌溉区、 工矿等经济发展快地区的 320 个重点污染区中，污染超标的大田农 作物种植面积为 60.6 万公顷占调查总面积的 20%。其中重金属含量 超标的农作物种植面积约占污染物超农作物种植面积的 80%以上， 尤其是 Pb、Cd、Hg、Cu 及其复合污染最为突出当前我国大多数城 市近郊土壤都受到了不同程度的污染，其中 Cd 污染较普遍污染面 积近 1000 万公顷，其次是 Pb、Zn、Cu、Hg 等。有许多地方粮食、 蔬菜水果等食物中 Cd、Cr、As、Pb 等重金属含量超标和接近临界 值。其中多数由于工业污水灌溉造成的。如广州

4、郊区老污灌区，土 壤中 Cd 的含量最高 228 mg/kg，平均含量为 6.68 mg/kg，沈阳张士 灌区有 2533 公顷土地遭受 C 的污染，其中严重污染的占 13%。 1.2 土壤重金属来源 土壤重金属污染是指由于人类的活动将重金属带入土壤中，致使土 壤重属含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶 化的现象。近来，随着工业、城市污染的加剧和使用农化用品种类、 数量的增加，土壤重属污染日益加剧，分析其污染来源主要有以下 几个方面： （1）工业引起的重金属污染 由于现代遥感技术的应用，矿藏不断被发现、开采、加工和利 用，引起土壤重金属污染。Cd 主要来源于铅锌矿和炼镉矿排放的

5、废气、废水和废渣，在 Pb、Zn 污染区常常伴随着 Cd 的污染。1989 年 我国有色金属冶炼工业向环境排放重金属 Hg 为 56 万吨，Cd 为 88 吨，As 为 173 吨，Pb 为 226 吨。美国科罗拉多州罗拉多流域受采 矿的影响，土壤重金属元素 Cd、Zn、Pb、As 的浓度以污染源最高， 并随着与污染源距离延长而逐渐降低。除此之外，重金属在人类生 产和生活中得到广泛应用，如电镀、塑料、电池、化工、印染、制 革、炼油等行业也是排放重金属的主要工业源。 （2）燃煤引起的重金属污染 燃煤释放是土壤重金属重要来源之一，尤其是北方地区，冬季 燃煤尘已成为土壤重金属主要污染来源。王起超等研

6、究得出 1995 年 中国燃煤排放 Hg 为 302.9 吨，其中向大气排放量为 213.8 吨。虽然 近些年城市供暖结构已有很大改善，但仍有一部分棚户区为集中污 染源，加上过去的燃煤所释放的重金属已经沉降至城市土壤中，这 会对城市生态系统、环境及人体健康产生长期效应。 （3）交通运输引起的重金属污染 据有关报道，汽车排放的尾气中含铅量高达 2050 ug/l，它们 成条带状分布，经自然沉降和雨淋进入土壤。机动车尾气既是城市 大气的主要污染源，也是公路两侧土壤重金属污染的主要来源。汽 车汽油、发动机、润滑油和镀金部分都能燃烧或磨损而释放出 Pb、Cd、Cu、Zn 等重金属，通过对汽车尾气颗粒物

7、中重金属元素 含量分析发现：Pb 含量为 37%，Ni、Cr、Cd、Mn 含量分别为 34.5%、22.6%、3.2%、2.6%。杨文敏等应用扫描电镜加 X 射线能谱 技术分析了汽油尘表面 15 种元素的相对含量，其中 Pb 最高达 22.5%，Mn、Ni、Cr 等重金属含量都低于 3%。汽车尾气中 Pb 含量 最高是因为汽油中常用四乙基铅或四甲基铅作“抗爆剂”，汽油燃烧 后 Pb 随尾气排放，引起大气、土壤以及农作物的 Pb 污染。 （4）农用物资引起的重金属污染 化肥、农药和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着 重要的推动 3 作用，但长期不合理的使用会导致土壤重金属污染。 重金属元

8、素是肥料中报最多的污染物质，尤其是磷肥。由于磷矿中 含有镉，磷矿粉中也含有少量的氟成品肥料中铬、砷元素含量较高， 且土壤的环境容量较低，在磷肥施用量大农田能引起土壤中铬、砷 较快积累。Williams 等研究发现，澳大利亚的表层壤 Cd 含量的增加 与大量施用过磷酸钙存在显著相关。个别农药在组成中有汞、砷、铜、锌等重金属，滥用农药在造成残毒污染的同时，也 带来了土的重金属污染。近年来，随着地膜的大面积推广使用，大 量的地膜残片滞留中，造成土壤的白色污染。同时由于地膜生产过 程中加入了含有镉、铅的热定剂，也加重了土壤重金属污染。 （5）污水灌溉 污水灌溉是灌区农业的一项古老技术，主要是把污水作为

9、灌溉 水源来利用污水按来源和数量可分为城市生活污水、石油化工污水、 工业矿山污水和城混合污水等。由于我国工业迅速发展，工矿企业 污水未经分流处理而排入下道与生活污水的混合排放，其中的重金 属含量远远超过当地背景值。重金属着污水灌溉而进入土壤，以不 同的方式被土壤截留固定，从而造成污灌区土重金属 Hg、Cr、Pb、Cd 等含量逐年增加。例如我国沈阳市张士灌区镉污 染分突出，污灌面积达 4.2 万亩，并有 20 多年的污灌历史。除此之 外，江西广东、广西、湖南、上海和云南等地的冶炼厂周围的农田 也有不同程度的镉染。 另外 Tong 和 Lam 的研究结果也证实，城市周边道路和裸露的土壤 是居内灰尘

10、重金属的主要来源。因此，在城市化进程不断加快的今 天，城市土中的重金属不仅来源复杂，而且量大，重金属对人类的 危害方式也变得复杂化加之城市又是人类活动的密集区，所以城市 土壤的重金属污染对人类的健康胁更大,城市土壤的重金属污染更应 得到人们的广泛关注。 1.3 土壤重金属污染特点及危害 1.3.1 土壤重金属污染特点 与大气和水体等其他重金属污染相比，土壤重金属污染具有如 下特点：广泛性。随着工业生产的发展，重金属污染日趋普遍，几 乎威胁着每个国家，80 年代，日本富士山通川流域的“骨痛病”就是 由于镉污染而导致糙米中镉超标引起的，我国已有很多城市的郊区 和灌区遭到了不同程度的重金属污染。 （

11、2）隐蔽性。土壤重金属污 染由于其无色无味，很难被人的感觉器官察觉，一般通过植物进入 食物链积累到一定程度时才能反映出来，有“化学定时炸弹” （Chemical Time Bombs，简称 CTBs）的说法。 （3）不可逆性。重 金 属在土壤中积累到一定程度便引起土壤结构与功能的变化，且由于 重金属很难降解，因此土壤一旦污染就很难修复。 （4）长期性。多数有机化学污染物质需要一个较长的降解时间，所以，土壤一旦遭 到污染就极难恢复，例如 1966 年冬至 1977 年春沈阳抚顺污水灌 溉区发生的污染，经过十余年的艰苦努力，采用了各种措施，才逐 步恢复其部分生产力。 （5）间接危害性。土壤中重金属

12、元素不能为 土壤微生物所分解，但可为生物所富集，通过食物链对人畜造成危 害，同时还可通过地下渗滤液进入地下水体，从而成为新的污染源。 （6）伴生性和综合性。在自然界中，单个重金属污染物构成污染有 发生，但污染多为伴生性和综合性，即多种污染物形成复合污染， 这已经成为近年来环境科学领域研究的新热点。 1.3.2 土壤重金属污染危害 （1）重金属污染对作物的危害 重金属在土壤植物系统中迁移直接影响到植物的生长发育， 从而影响作物的产量和质量。镉是危害植物生长的有毒元素，土壤 中如果镉含量过高，会破坏植物叶片的叶绿素结构，减少根系对水 分和养分的吸收，抑制根系生长，造成植物生理障碍而降低产量。 研究

13、表明，镉污染对土壤脲酶活性的影响很大，随土壤镉浓度的增 加，脲酶活性下降趋势明显，如在金盏菊中，脲酶活性下降幅度为 5188；在月季中，脲酶活性下降幅度为 3678，故可用 土壤脲酶活性变化来表示土壤受镉污染的程度。铅在植物组织中的 累积可导致氧化、光合以及脂肪代谢的强度减弱，同时可导致对水 的吸收量减少、耗氧量增大，从而阻碍植物生长，甚至引起植物死 亡。铜、锌是植物生长必需的微量元素，但在土壤中含量超过一定 限度时，作物根部会受到严重损害，使植物对水分养分的吸收受到 影响，造成生长不良甚至死亡。若土壤生态系统中同时存在种污染 物，则会造成复合污染，如宋良纲等研究表明，重金属在复合污染 件下对

14、植物的毒害及其在土壤中的迁移动态要比单一元素的污染复 杂、严重多。铜、锌、铅、镉单一污染或复合污染对白菜种子的发 芽与根系伸长均有制作用，但复合污染产生明显的协同作用，对白 菜根系伸长的抑制效应阈值显降低。 （2）重金属污染对人类的危害 重金属污染可直接破坏土壤的正常功能，并可通过植物的吸收 和食物链积累，进而危害人类健康。如铅能伤害人的神经系统，特 别对幼儿的智力发有极其不良的影响；镉的毒性很大，在人体内蓄 积会引起泌尿系统功能变化还会影响骨骼发育。在人类历史上，由于土壤污染引起的疾病和环境公害事屡见不鲜。如 1995 年在日本富 山县因土壤受到镉污染，该地区的居民发生一叫“痛痛病”的公害病

15、， 镉使当地居民全身性神经痛、关节痛、骨折，以至亡。在我国，频 繁的人类活动和密集的工业、交通运输的影响，使城市土壤受强烈 的人为干扰，造成较为严重的重金属污染。现有的研究表明，城市 土中的重金属可通过吞食、吸入和皮肤吸收等主要途径进入人体， 直接对人特是对儿童的健康造成危害，还可通过污染食物、大气和 水环境间接的影响城环境质量和危害人体健康。据美国学者研究， 城市儿童血铅与城市土壤铅量呈显著的指数关系(Pb 血 =18.5+7.2Pb0.4)。根据抽样调查显示(扬子晚 2002 年 8 月 9 日 B22 版)，我国儿童血铅超过国家标准(100 ug/l)者达三成，城市超标率达 60%以上，而市区普遍高于郊区，上海市城区超标率则达 85%上； 沈阳 50%以上儿童为铅污染的高危人群。土壤重金属污染对人类健 造成的威胁已引起世界各国科学工作者的普遍关注，对其治理成为 目前研究难点和热点。