陈燕芳

(浙江地质矿产研究所，浙江杭州310007)

我国城市土壤重金属污染及其治理研究进展综述

陈燕芳

(浙江地质矿产研究所，浙江杭州310007)

本文从城市土壤中重金属元素的污染来源、污染危害、污染空间特征、污染评价方法和治理方法等方面来对我国城市土壤重金属污染问题的研究进展进行综述，并提出了相关的治理对策建议。

城市土壤;重金属污染;污染评价;治理对策

我国城市化的快速发展，在很大程度上也加剧了城市土壤的重金属污染问题。这种影响主要体现在污染物的大量产生和转移上，很大一部分污染物都直接或间接地进入城市和周边地区的土壤生态系统中［1］。有研究显示，上海土壤中的汞和镉含量的增加幅度达到50%［2］。潘根兴在2002年初做过一个南京市各城区的土壤重金属污染调查。结果表明［3－4］，超过 70%的采样区域存在重金属污染，测出的最高铅含量超过900 ppm，超过国家标准3倍以上。

1 城市土壤重金属污染来源

城市土壤重金属污染主要来源于人类活动，如拥堵的交通、工矿业废物的排放、大量生活垃圾等。

1．1 交通污染

汽车燃烧产生的废气中含有大量的重金属，尤其是Pb的含量最高。各种车辆排放的废气携带固体粒子以播撒等方式将重金属粒子带入大气再经沉降进入土壤，引起了重金属污染。通过对汽车尾气颗粒物中重金属元素含量分析发现，Pb的含量为 37%，Ni、Cr、Cd、Mn含量分别为 34．5%、22．6%、3．2%、2．6%。杨文敏［5－6］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%。交通运输引起土壤重金属污染呈带状分布，污染强度以公路、铁路为轴向两侧逐渐减弱，随着时间的延长，公路、铁路土壤重金属污染具有很强的叠加性［7］。

1．2 生活垃圾污染

城市内大量垃圾的堆放，其产生的大量废弃物经常未经处理随意堆放，导致重金属元素向四周环境扩散渗漏释放到土壤中，使城市土壤局部重金属含量增加，部分重金属元素含量超标［8］。

1．3 工矿业污染

工矿业活动所排放的重金属一部分赋存在烟尘上，以气溶胶的形式进入大气，经过干湿沉降进入土壤。工业活动所产生的废渣是重金属的重要载体，尤其是一些金属冶炼厂，废渣中的重金属含量极高，无处理堆放或直接混入土壤，对土壤环境造成潜在危害。矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业是排放重金属的主要工业源，它们以“三废”形式不断向城市土壤排放重金属［9－10］。同时公园与花园绿化过程中污水、污泥堆肥的广泛使用也明显影响到城市土壤中的重金属组成与含量［11－12］。

1．4 农业污染

化肥、农药、塑料薄膜、污水灌溉、污泥等物质的过量施用引起城市郊区农业土壤重金属的污染。磷肥中重金属含量较多，其中Cd是磷矿中含量最多的重金属。马耀华和刘树应以菜园土地和粮棉地的施肥研究发现，Cd的含量从 0．134 mg/kg升到 0．316 mg/kg，Hg 的含量从 0．22 mg/kg升到0．39 mg/kg，Cu、Zn 增长 2/3。污灌引起土壤重金属 Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn 和 Pb 等含量增加［7］。如沈阳市张士灌区因污灌使2 533 hm2农田遭受Cd污染，其中严重污染面积占13%。

1．5 燃煤污染

燃煤释放也是土壤重金属重要来源之一。王起超等［13］的研究指出，1995 年中国燃煤排放 Hg 302．9 t，其中向大气排放量为213．8 t，北京、上海、天津等大城市排汞强度较高。长期的燃煤所释放的重金属沉降至城市土壤中，会对城市生态系统、环境及人体健康产生长期效应。

2 城市土壤重金属污染危害

现有的研究表明［14－16］，城市土壤中的重金属可通过吞食、吸人和皮肤吸收等主要途径进人人体，直接对人特别是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市环境质量和危害人体健康。儿童血液中Pb含量等间接结果表明，污染的城市土壤扬尘是影响人体健康的重要因素。据调查［17］，中国儿童血铅超过国家标准(100 g/L)者达三成，大城市超标率达60%以上，且市区普遍高于郊区;据美国学者研究［18］，城市儿童血Pb与城市土壤Pb含量呈显著的指数关系(血Pb=18．5+7．2 × Pb ±0．4)。土壤重金属污染元素 Pb、Cd、Ni、Hg、As、Cu、Zn等在人体中的积累都会对健康造成严重的危害。

Pb主要通过消化道、呼吸道进入人体，然后以可溶性酸盐、蛋白复合物或离子等化学形态进入血液循环，其中95%的不溶性磷酸铅在骨骼内沉积。Pb有很强的亲组织性，影响和损害人体许多器官和系统，如，肾脏、肝脏、生殖系统、神经系统、泌尿系统、免疫系统以及细胞的基本生理过程和基因表达。

Cd可以破坏钙代谢，引起钙缺乏，导致骨质疏松、软骨症和骨折等症状。如在日本发生著名的“骨痛病”就是由于Cd对钙代谢的破坏所引起的。美国毒物管理委员会(ATSDR)已将其列为第6位危及人类健康的有毒物质。

Cu、Zn和Ni是人体必不可少的微量元素，但是当人体从外界环境中摄取过多的Cu、Zn和Ni时将损害人体健康。

Ni是肿瘤的促进因子，它的致癌作用已引起全球的关注。与镍粉接触的工人呼吸道肿瘤明显增加，且环境中Ni含量与鼻咽癌呈正相关。

3 城市土壤重金属污染空间特征

城区内不同的土地利用方式，对土壤中的重金属含量有着显著的影响。在城市不同的功能区，重金属分布呈现出一定的规律性。一般来说，工业区和商业区重金属污染最为严重，其次为居民区，风景娱乐区和新开发区重金属含量一般较低，污染也相对较轻［2，9，19－20］。

对中国南京城市土壤重金属污染状况的研究结果显示［20］:南京市不同功能区土壤重金属污染指数表现为矿冶区＞老居民区＞商业区＞城市绿地(风景区)＞新开发区。

城市土壤重金属污染的另一空间差异是沿交通干道两侧呈现出较严重的带状污染，公路两侧一般为城市土壤重金属污染最严重的地带。距交通干道距离不同，重金属含量也存在差异。有研究发现［21］，汽车废气中铅污染公路两侧的土壤主要分布在50m～80m内，100m外土壤中的铅含量没有明显增加。

4 城市土壤重金属污染评价方法

目前，人们采用了各种方法评价土壤重金属污染情况，包括化学评价和微生物评价［22］。

4．1 化学评价法

在应用化学评价方法评价土壤重金属污染过程中，根据采用数学方法的不同分为不同类型，如综合指数法、T值分级法、模糊数学综合评判法等等。

综合指数法(简称指数法):该法先根据实测值和评价标准求取污染分指数，然后由分指数计算综合指数。计算综合指数的方法有叠加法、均方根法、权重法等。

在综合指数法中被应用最广的是内梅罗(Nemerow)综合指数法和地质积累指数法。因为这两种方法不仅反映了重金属分布的自然变化特征，而且可以判别人为活动对环境的影响，是区分人为活动影响的重要参数。

T值分级法(以下简称T值法):它是利用评分来表示污染程度的评价方法。

其评价的基本步骤是:根据污染物级别对各监测值进行“评分”，原则是分值越高，质量越好。其次，将分数转换成数学模式，进行污染分级，以最低分数所在级别为该监测点的污染级别。其数字模式基本能反映土壤的面貌，污染表达式除能表示监测项目数、污染级别、超标项数，在一定条件下还能反映同一级别的不同监测点的污染程度。

模糊数学综合评判法(简称模糊法):此法是利用土壤质量分级差异中间过渡的模糊性，将土壤污染问题按照不同分级标准，通过建立隶属函数在闭区间［0，1］内连续取值来进行评价的方法。

在实践中发现，化学评价法存在一些问题，如只重视对所测得数据进行一定数学方法处理所获得的结果，而忽略土壤是一个复杂的、动态的系统，因此这些测得的数据往往是静态的、简单的，不一定能够真实地反映出土壤污染状况。化学评价方法都是以土壤重金属含量为主，虽然与背景值或者土壤环境质量标准相比，它在一定程度上能反映土壤受污染的状况，但是不能反映重金属对土壤的毒性效应以及重金属对土壤生态系统潜在危害程度。

4．2 微生物评价法

近年来的研究表明，土壤微生物对重金属的胁迫要比同一环境中的动物和植物敏感得多，被认为是最有潜力的评价土壤环境质量的指标。土壤微生物几乎参与土壤中的一切生物及生物化学反应，包括对动植物残体的分解、养分的储藏转化、有机物的合成及外源生物的降解等。土壤重金属对微生物存在生化过程效应和微生物数量或群落效应。

采用微生物方法评价土壤重金属污染状况也存在不足。因为研究方法的多样性，使许多学者对同样因子研究的结果差别很大，甚至相互矛盾。由此可以看出单纯的应用化学或微生物学法进行土壤重金属污染的环境质量评价都存在一些不足，可能的办法是将两者结合，具体怎样结合需要进一步研究［2，9，12，23］。

5 治理对策和方法

对于城市土壤的污染控制，目前还有很多知识空白，主要研究还停留在对于城市土壤污染的认识和调查，并且城市土壤所处地理位置的特殊性与已知的修复方法自身的限制，现有的城市土壤重金属污染修复方法主要集中在采用化学方法来去除或降低重金属在城市土壤中的活性方面。综合国内外相关文献，重金属污染土壤的治理，大致可分为三类，分别是工程措施、生物措施、农业化学措施［21 －22，24］。

5．1 工程措施

工程措施使用物理或物理化学的原理来治理重金属污染的土壤。工程措施包括客土、换土、翻土和去表土、淋洗法、热处理法和电解法。

这类方法主要应用在城市部分区域范围的绿化带、公园等小面积重金属污染的应急治理中。

5．2 生物措施

生物措施是利用生物的某些特征来适应、抑制和改良重金属污染土壤的措施。包括动物治理、微生物治理和植物治理。

土壤中的某些低等动物(如蚯蚓和鼠类)能吸收土壤中的重金属。因而能一定程度地降低土壤中重金属的含量。微生物治理是利用某些微生物对重金属具有吸附、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属毒性。重金属污染的微生物治理包含微生物吸附和微生物氧化还原技术。

植物治理是利用有些植物能忍耐和超量累积某种或某些重金属特征来清除污染土壤中的重金属。

生物治理的周期较长，主要应用在污染程度较轻的区域，如风景区和新开发区等。

5．3 农业化学措施

农业化学措施是指施用改良剂或采取适当的农业措施来消除或减少重金属污染的危害。化学固化属于农业化学措施。此方法是依据重金属的移动性与其土壤中存在的化学形态有关，土壤的理化性质如有机质含量、矿物组成、pH值和Eh值均可影响重金属的形态及各种形态之间的转化的原理建立起来的。固化方法就是加入土壤添加剂(固化剂)改变土壤的理化性质，通过重金属的吸附或(共)沉淀作用来降低其生物有效性。污染土壤中的毒害重金属被固化后，不仅可减少向土壤深层和地下水迁移，而且有可能重建植被。

在沈阳张士灌溉区进行的大面积的石灰改良实验表明［25］，每公顷施石灰1 500－1 875 kg，籽实含 Cd量降低50%。

该方法主要应用在城郊农业区，在改善城郊土壤重金属污染的同时，使用的石灰、有机肥等固化剂也能有效促进蔬菜等农产品的生长。

6 总结与建议

在城市不同功能区内，根据污染程度、污染来源以及污染土地使用情况可以采用上述一种或者几种结合治理重金属污染的土壤。农业用地位于城市边缘，占地面积相对较小。作为应急处理，可以采用客土、换土、翻土和去表层土各项工程措施。农用耕地土壤pH呈酸性，可以施用消石灰适当提高土壤的pH值，降低重金属的活性，抑制植物的吸收。另外，也可以向农用耕地施加某些有机肥，促进土壤对重金属的螯合，减少农作物对重金属的吸收，也改善土壤的质量。重金属严重污染的公园土壤会严重危害人体健康，尤其是儿童，所以应该重点治理。公园土壤采用综合治理效果比较好，在离污染源较近的采用固定化方法，离污染源较远且离公路较近的采用植物修复法。Pb、Cd、Cu、Zn和 Ni的含量在公园土壤中均是最高的，最好选择对多种重金属元素都具有超积累能力的植物。另外，在植物栽培过程中应该合理的使用化肥和农药。在城市污染区公路两侧尽可能种树、种花、种草或经济作物，种植草皮或观赏树种，这样不仅治理被重金属污染的土壤而且还美化了环境。城市广场处于交通要道，受汽车尾气和轮胎磨擦产生的粉尘污染较严重，尤其汽车经常处于怠速状态。在采用客土、换土、翻土和去表层土各项工程措施治理广场污染的同时，最好与植物修复技术相结合。工业区土壤可以采用固化方法和植物修复。在工业区土壤内可以添加石灰、钢渣等添加剂，降低重金属在土壤中的活化迁移能力，防止重金属在土壤中污染范围的扩大和向农作物转移。

当然，在对污染土壤的治理方法投入更多的研究和试验的同时，我们应该努力改变“先污染，再治理”的局面，通过改变人类活动方式也减少污染才是保护城市环境的根本，它需要政府和社会各界对污染输入的强力控制。工矿企业要严格控制生产过程中有毒元素的排放及泄漏，废弃物的排放、堆放要采取物理化学措施处理，防止废弃物、废渣中的重金属物质下渗至土壤或挥发到大气，减少它们对环境污染;要推行无铅汽油的使用，机动车Pb排放的减少将使城市大气中重金属含量减少，从而也会有效地减少土壤重金属污染;调整能源结构及能源供给方式，减少煤的使用量，使用煤气或天然气等污染物释放较少的能源，也是减少城市土壤重金属污染的有效措施。另外，发展清洁生产工艺，加强“三废”削减和处理是控制和消除城市土壤重金属污染源的最有效的途径。

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Review of the Research on Heavy Metal Contamination of China’s City Soil and Its Treatment Method

CHEN Yan-fang
(Zhejiang Institute of Geology ＆ Mineral Resources，Hangzhou Zhejiang 310007，China)

The article elaborated on the source，harm and the space featurer of pollution，and then dealt with the evaluation and treatment methods．Finally put forth relevant proposals of how to treat contamination in a better way．

city soil pollution;heavy metal contamination;evaluation;treatment method

X35

A

1002－2104(2011)03专－0536－04

2011-03-16

陈燕芳，硕士，主要研究方向为环境地球化学和分析化学。

(编辑:王爱萍)