房存金

（商丘职业技术学院，河南商丘176000）

土壤中主要重金属污染物的迁移转化及治理*

房存金

（商丘职业技术学院，河南商丘176000）

介绍了土壤中主要重金属污染物汞、镉、铅、铬、砷在土壤中的主要存在形式、来源、迁移及转化过程。对土壤中主要重金属污染物提出了治理方法。

重金属；污染物；治理方法

由于重金属一般不易随水淋滤，土壤微生物不能分解，但能吸附于土壤胶体、被土壤微生物和植物所吸收，通过食物链或其它方式转化为毒性更强的物质，对人体健康的危害严重，所以土壤中重金属的污染问题比较突出。重金属在土壤中积累的初期，不容易被人们觉察和关注，属于潜在危害，但土壤一旦被重金属污染，就很难彻底消除。

重金属在土壤中的迁移转化受金属的化学特性、土壤的物理特性、生物特性和环境条件等因素影响。土壤环境中重金属的迁移转化过程分为物理迁移、化学迁移、物理化学迁移和生物迁移。其迁移转化形式复杂多样，是多种形式的错综结合[1-4]。

1 土壤中主要重金属污染物的迁移转化

1.1 汞的迁移转化

汞是一种对动植物及人体无生物学作用的有毒元素。土壤中汞的重要特点是能以零价(单质汞)形式存在，还有无机化合态汞和有机化合态汞。除甲基汞、HgCl2、Hg（NO3）2外，大多数为难溶化合物。甲基汞和乙基汞的毒性在含汞化合物中最强[5-6]。土壤中汞的迁移转化比较复杂，主要有如下几种途径。

1.1.1 土壤中汞的氧化-还原

土壤中的汞有三种价态形式：Hg、Hg2+和Hg2+2。汞的3种价态在一定的条件下可以相互转化。二价汞和有机汞在还原条件下的土壤中可以被还原为零价的金属汞。土壤中金属汞的含量甚微，但可从土壤中挥发进入大气环境，而且会随着土壤温度的升高，其挥发的速度加快。土壤中的金属汞可被植物的根系和叶片吸收。

1.1.2 土壤胶体对汞的吸附

土壤中的胶体对汞有强烈的表面吸附（物理吸附）和离子交换吸附作用。从而使汞及其他微量重金属从被污染的水体中转入土壤固相。土壤对汞的吸附还受土壤的pH值及土壤中汞的浓度影响。当土壤pH值在1～8的范围内时，其吸附量随着pH值的增大而逐渐增大；当pH＞8时，吸附的汞量基本不变。

1.1.3 配位体对汞的配合-螯合作用

土壤中配位体与汞的配合-螯合作用对汞的迁移转化有较大的影响。OH-、C1-对汞的配合作用可大大提高汞化合物的溶解度。土壤中的腐殖质对汞离子有很强的螯合能力及吸附能力。通过生物小循环及土壤上层腐殖质的形成，并借助腐殖质对汞的螯合及吸附作用，将使土壤中的汞在土壤上层累积。

1.1.4 汞的甲基化作用

在土壤中的嫌气细菌的作用下，无机汞化合物可转化为甲基汞（CH3Hg+）和二甲基汞[（CH3）2Hg]。当无机汞转化为甲基汞后，随水迁移的能力就会增大。由于二甲基汞[（CH3）2Hg]的挥发性较强，而被土壤胶体吸附的能力相对较弱，因此二甲基汞较易进行气迁移和水迁移。

汞的甲基化作用还可在非生物的因素作用下进行，只要有甲基给予体，汞就可以被甲基化。

1.2 镉的迁移转化

镉的污染主要来源于铅、锌、铜的矿山和冶炼厂的废水、尘埃和废渣，电镀、电池、颜料、塑料稳定剂和涂料工业的废水、农业上施用磷肥等。

1.2.1 镉在土壤环境中的存在形态

镉在土壤中以水溶性镉和非水溶性镉两种形式存在。水溶性镉常以简单离子或简单配离子的形式存在，如Cd2+、CdCl+、CdSO4，石灰性土壤中还有CdHCO3+。非水溶性镉主要为CdS、CdCO3及胶体吸附态镉等。其中，镉在旱地土壤中以CdCO3、Cd3（P O4）2和Cd（OH）2的形态存在，并以CdCO3为主，尤其是在pH值＞7的石灰性土壤中更以CdCO3居多；而镉在淹水土壤中则多以CdS的形态存在。由于土壤对镉的吸附能力很强，土壤中呈吸附交换态的镉所占比例较大。但土壤胶体吸附的镉一般随pH值的下降其溶出率增加，当pH＝4时，溶出率超过50%，而当pH＝7.5时，交换吸附态的镉则很难被溶出。

1.2.2 镉的迁移转化

由于土壤的强吸附作用，镉很少发生向下的再迁移而累积于土壤表层。在降水的影响下，土壤表层的镉的可溶态部分随水流动就可能发生水平迁移，进入界面土壤和附近的河流或湖泊而造成次生污染。土壤中水溶性镉和非水溶镉在一定的条件下可相互转化，其主要影响因素为土壤的酸碱度、氧化-还原条件和碳酸盐的含量。

1.2.3 镉的生物迁移

土壤中的镉非常容易被植物所吸收。土壤中镉的含量稍有增加，就会使植物体内镉的含量相应增高。在被镉污染的水田中种植的水稻其各器官对镉的浓缩系数按根＞杆＞枝＞叶鞘＞叶身＞稻壳＞糙米的顺序递减。镉在植物体内可取代锌，破坏参与呼吸和其他生理过程的含锌酶的功能，从而抑制植物生长并导致其死亡。与铅、铜、锌、砷及铬等相比较，土壤中镉的环境容量要小得多，这是土壤镉污染的一个重要特点。

1.3 铅的迁移转化

铅是人体的非必需元素。土壤中铅的污染主要来自大气污染中的铅沉降和铅应用工业的“三废”排放。土壤中铅的污染主要是通过空气、水等介质形成的二次污染。铅在土壤中主要以二价态的无机化合物形式存在，极少数为四价态。多以Pb（OH）2、PbCO3或Pb3（PO4）2等难溶态形式存在，故铅的移动性和被作物吸收的作用都大大降低。在酸性土壤中可溶性铅含量一般较高，因为酸性土壤中的H+可将铅从不溶的铅化合物中溶解出来。

植物吸收的铅是土壤溶液中的可溶性铅。绝大多数积累于植物根部，转移到茎叶、种子中的很少。植物除通过根系吸收土壤中的铅以外，还可以通过叶片上的气孔吸收污染空气中的铅。

1.4 铬的迁移转化

铬是人类和动物的必需元素，但其浓度较高时对生物有害。土壤中铬的污染主要来源于铁、铬、电镀、金属酸洗、皮革鞣制、耐火材料、铬酸盐和三氧化铬工业的“三废”排放及燃煤、污水灌溉或污泥施用等。土壤中铬通常以四种化合形态存在，两种三价铬离子Cr3+和CrO2-，两种六价铬阴离子Cr2O72-和CrO42-。其中Cr（OH）3的溶解性较小，是铬最稳定的存在形式，而水溶性六价铬的含量一般较低，但六价铬的毒性远大于三价铬的毒性。土壤中的有机质如腐殖质具有很强的还原能力，能很快地把六价铬还原为三价铬，一般当土壤有机质含量大于2%时，六价铬就几乎全部被还原为三价铬[7-9]。

由于土壤中的铬多为难溶性化合物，其迁移能力一般较弱，而含铬废水中的铬进人土壤后，也多转变为难溶性铬，故通过污染进入土壤中的铬主要残留积累于土壤表层。铬在土壤中多以难溶性且不能被植物所吸收利用的形式存在，因而铬的生物迁移作用较小，故铬对植物的危害不像Cd、Hg等重金属那么严重。有研究结果表明，植物从土壤溶液中吸收的铬，绝大多数保留在根部，而转移到种子或果实中的铬则很少[10-12]。

1.5 砷的迁移转化

砷是类金属元素，不是重金属。但从它的环境污染效应来看，常把它作为重金属来研究。土壤中砷的污染主要来自化工、冶金、炼焦、火力发电、造纸、玻璃、皮革及电子等工业排放的“三废”、冶金与化学工业、含砷农药的使用。

砷主要以正三价和正五价存在于土壤环境中。其存在形式可分为水溶性砷，吸附态砷和难溶性砷。三者之间在一定的条件下可以相互转化。当土壤中含硫量较高且在还原性条件下，可以形成稳定的难溶性As2S3。在土壤嫌气条件下，砷与汞相似，可经微生物的甲基化过程转化为二甲基砷 [（CH3）2As H]之类的化合物。由于土壤中砷主要以非水溶性形式存在，因而土壤中的砷，特别是排污进入土壤的砷，主要累积于土壤表层，难于向下移动。

一般认为，砷不是植物、动物和人体的必需元素。但植物对砷有强烈的吸收积累作用，其吸收作用与土壤中砷的含量、植物品种等有关。砷在植物中主要分布在根部。在浸水土壤中生长的作物，砷含量较高[13-15]。

2 土壤中主要重金属污染的治理

治理土壤重金属污染的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定从而降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属[16]。

2.1 汞污染的防治

对土壤进行灌溉和施肥时，要严格控制使用含汞量高的污水和污泥。对已受汞污染的土壤，可施用石灰-硫磺合剂。在施入硫以后，汞即被牢固地固定在土壤中；用石灰以中和土壤的酸性，可降低作物根系对汞的吸收；施硝酸盐或磷肥，可减少汞向作物体内的迁移，降低土壤中汞化合物的毒害作用。

2.2 镉污染的防治

土壤镉污染的防治对策重点在于防，而不在于治。因为土壤对镉的强吸附作用，镉常常累积于土壤表层，而很少发生输出迁移，也不可能像有机污染那样可能发生降解作用。

对于小面积严重污染土壤的治理常用客土法或换土法；在旱田土壤中加入石灰性物质或使用促进还原的有机物，使镉生成不易被植物吸收的Cd（OH）3、CdCO3或CdS沉淀；水田土壤中可施加磷酸盐类物质，使之生成磷酸镉沉淀或种植富集镉的植物如苋科植物，以吸收污染土壤中的镉，但此法应注意植物残体的处理。

2.3 铅污染的防治

土壤环境中铅的迁移性较差，因而铅主要累积于土壤表层。对于已污染的土壤，可用客土法或种植某些非食用但可富集铅的植物例如苔藓，以消除或改善铅污染或提高土壤的pH值、施用钙、镁及磷肥等改良剂，以降低土壤中铅的活性，减少作物对铅的吸收。

2.4 铬污染的防治

实行水旱轮作是轻度铬污染的有效改良措施。水旱轮作使土壤pH值增高，E值下降，有利于铬的吸附固定，从而降低土壤中铬的含量；在被Cr3+污染的土壤中，施用石灰石、硅酸钙或磷肥等调节土壤呈微碱性，使铬形成Cr（OH）3状态而加以固定，可减少铬对作物的危害；用有机肥，使土壤处于还原环境，有效减轻或消除六价铬对植物的危害。另外，有机肥能够通过吸附作用，降低六价铬对植物的毒害；种植非食用植物，利用植物累积铬的作用净化污染的土壤。

2.5 砷污染的防治

在土壤中施加各种铁、铝、钙、镁的化合物，可使砷生成不溶性物质而加以固定，例如，施加MgCl2可使土壤污染性砷形成Mg（NH4）AsO4沉淀，从而降低砷的活性；土壤中施加硫粉，可提高土壤固砷的能力；降低土壤pH值，加强土壤排水，可降低砷的活性；加砷的吸附剂。如旱田使用堆肥，桃树果园中施加硫酸铁，都可以提高土壤吸附砷的能力；用客土、深耕的方法来稀释、降低土壤中的砷含量，降低砷的污染[17-19]。

3 结束语

目前，土壤重金属污染治理的主要措施就是“预防为主，防治结合”。对于没有被污染的土壤以预防为主，切断污染源，提高土壤环境容量；对于已被污染的土壤主要是进行改造、治理，以消除污染。

土壤重金属污染物的迁移转化非常复杂，治理极其艰难，必须引起人类的高度注重，杜绝土壤的重金属污染。

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Transport and Transformation of Main Heavy Metal Pollutants in Soil and Treatment Methods

FANGCun-jin
（ShangqiuPolytechnic，HenanShangqiu176000，China）

The major existence form，source，transport，transform process of mercury，cadmium，lead，chromium，arsenic insoil were introduced.The treatmentmethods of mainheavy metal pollutants insoil were putforward.

Heavy metal；Pollutant；Treatmentmethod

S159

A

1671-0460（2010）04-0458-03

2010-06-07

房存金（1957-），男，河南商丘人，副教授，1982年毕业于河南师范大学化学系，现从事无机与分析化学教学及化学在农牧业方面的应用研究，已公开发表论文19篇，获商丘市科技进步一等奖两项，河南省科技进步三等奖一项，通过河南省科研项目成果鉴定两项。E-mail：fcjsqzy@163.com。