常见的重金属污染范文

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摘要：通过对襄阳市16个点位农田土壤实地调查、采集及实验室分析测定其重金属含量，采用单项污染指数法和综合污染指数法，评

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随着现代工业的发展和农业的现代化，工业三废的排放，农业化肥与有机农药的大量施用，生活污水的不断排放，城市污泥，矿床的开采等大量的污染物进入土壤环境，土壤污染日益严重。其中重金属污染在土壤污染中不仅面积大，并且残留时间长。当土壤中的重金属含量积累到一定程度，会对土壤―植物系统产生毒害作用，导致土壤退化、农作物的产量和品质下降，每年因重金属污染带来的粮食减产达1000多万吨，被重金属污染的粮食每年达1200万吨，年经济损失在200亿以上[1]。另外，重金属可以通过植物的吸附作用进入植物体内，另外还可以通过径流和淋洗等作用污染地表水和地下水，最终能通过接触和食物链等途径危害人们的生命健康[2]。

1 重金属的概念及土壤重金属的来源

1.1 重金属的概念

重金属是在工业生产和生物学效应方面均具有重要意义的一大类元素，在化学概念上，还没有明确的的定义，但是目前还是有了广为接受的概念，那就是元素的密度大于6g/cm3，具有金属性质（延展性、导电性、稳定性、配位特性等，且原子数目大于20的元素）。其中常见的重金属有镉、铬、汞、铅、铜、锌、银、锡等。重金属离子（如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+和Co2+等）是植物代谢必需的微量元素，但如果它们过量则具有相当毒性。环境污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等。土壤一旦受到外界污染就相当难治理，通常具有以下几个特点：累积性；隐蔽性和滞后性；不可逆转性[3]。

1.2 土壤重金属的来源

伴随着工业化和城市化的发展，重金属在土壤中的含量日益增加，重金属侵入土壤的主要途径有：

（1）矿产资源的开采。由于现代化发展的需要和技术的发展，各种矿藏不断的被发现、开采、加工和利用，产生了大量的采矿废弃场地，大量的采矿废水，废气，进而引起了土壤的重金属污染。（2）化肥和农药的大量使用。现代农业生产中，不节制的随意滥用化肥和农药，导致农业土壤中重金属含量急剧增加，进而形成农业土壤的重金属污染。（3）污水灌溉和污泥的利用。城市污泥的农业利用和含有重金属的污水的农业灌溉都对是引起土壤重金属污染的来源。（4）汽车尾气的排放。由于汽车工业的发展，越来越多的汽车进入家庭，汽车排放的尾气对公路两旁的土壤重金属污染尤为严重[4]。

2 植物修复的概念和类型

对土壤重金属污染的治理，目前常用的有淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合浸提法等化学方法。但这些方法往往投资昂贵、需用复杂设备条件或打乱土层结构，对大面积的污染更是无可奈何。如据报道，对1hm2面积的污染土壤进行工程法治理（客土），每1m深度土体的耗费高800～2400万美元。如此惊人的代价迫使人们不得不寻求另外途径。近年来出现的植物修复恰恰为人们提供了一种价廉且有效的土壤重金属污染治理方法。“植物修复”是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，而该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理（如灰化回收）后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的[5]。

3 结合地理位置合理种植植物使作用发挥到极致

（1）在服务期满的矿区，由于所处的位置是比较偏僻的山区。种上可以修复受重金属污染的土壤并据有利用价值的林木，而且在被利用时，不挥发所富集的重金属。以免产生第二次污染，造成对人体的伤害。（2）在城市公路两边旁和重金属污染的企业厂界的围边绿化方面，种上具有观赏价值又能富集重金属的植物。在美化城市的同时减少汽车尾气和企业排放的废气废水对土壤带来的重金属污染，并且修复已被污染的土壤。（3）由于大量的化肥和农药，污水灌溉和污泥的利用，导致重金属污染土壤的。是否能在农作物轮耕时，选择一种既有利于均衡利用土壤养分和防治病、虫、草害；能有效地改善土壤的理化性状，调节土壤肥力，又能吸附或富集重金属的植物。从而减少其对环境和人类健康的风险。

4 植物修复技术的展望

植物修复技术是一种支持可持续性发展的环境修复技术，并以其高效、经济、清洁、美观等优势解决了环境中的持久性污染物问题，占领了世界重金属污染土壤的修复市场。植物修复技术虽然也存在一些诸如生物量小、影响因素较多等不足。但通过适当的强化措施可以使其扬长避短，更好地为修复重金属污染土壤服务。今后很长一段时间植物修复的研究热点仍将集中在超富集植物的筛选与优化上。为提高植物修复效率可以尝试将植物修复技术和其它修复技术联合以发挥各自的优势。例如：化学试剂加强、电刺激、磁感应等，这将有助于拓展植物修复的实施领域和应用前景。

我国土壤重金属污染的来源更加广泛，污染形态日趋多样。重金属污染土壤的面积在逐渐扩大，程度在不断加深，急切需要有成熟高效的植物修复技术加以市场化应用。虽然我国对植物修复的研究起步较晚，但我国是一个植物资源丰富的国家，植物类型众多，通过大量的筛选工作肯定能找到适合本土推广种植的超富集植物。加上丰富的农业经验和传统的精耕细作，对重金属污染土壤植物修复的大规模使用将会起到更大的促进作用[6]。

参考文献：

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土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分[1-2]。随着近年来经济发展，工农业生产不断扩大，所产生的废水和废渣也不断增多，不但破坏地表植被，而且其中有毒有害重金属还随废水的排放及废渣堆的风化和淋滤进入周边土壤环境[3-6]。目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染耕地面积近2，000万公顷，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1，000万公顷，污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。

1. 土壤重金属污染的定义

在自然界，重金属以各种形态存在，常见的金属元素有铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钼、金、银等；其中既有对生命活动所需要的微量元素，如锰、铜、锌等；但大多数重金属元素在环境中对环境都会有一定的污染作用，主要包括汞、镉、铅、铬以及类金属砷等对生物体具有显著毒害作用的元素[7]。重金属的密度一般在4.0以上，约60种元素。但是由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注锌、铜、钴、镍、锡、钒、汞、镉、铅、铬、钴等。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。

土壤重金属污染是指由于人类在生产活动中将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属累积到一定程度，含量明显高于背景，并可造成土壤质量的退化、生态与环境的恶化现象[8]。土壤本身含有一定量的重金属元素，如植物生长所必需的Mn、Cu、Zn等。因此，只有当叠加进入土壤的重金属元素累积的浓度超过了作物需要和忍受程度，作物才表现出受毒害症状，或作物生长并未受害但产品中某种金属的含量超过标准，造成对人畜的危害时，才能认为土壤已被重金属污染[9]。如土壤环境质量标准值（GB15618-1995）[10]。

2. 土壤中重金属的来源、种类

土壤重金属污染主要是由工业产生的“三废”以及污水灌溉、农药和化肥的不合理施用等农业措施引起的。随着工农业生产的发展，重金属对土壤和农作物的污染问题越来越突出，部分地区土壤重金属污染现象十分严重。总体来讲，土壤重金属污染源较广泛，即有自然来源，又有包括人类活动带入土壤的部分，目前主要来源为人为因素。主要包括大气尘降、污水灌溉、工业废弃物得不当堆放、采矿及冶炼活动、农药和化肥的过多施用等[11-12]。

2.1 污水灌溉

污水灌溉通常指的是使用经过一定处理的城市污水灌溉农田、森林和草地。中国水资源较为紧缺，部分灌区常把污水作为灌溉水源来利用。污水的种类按其来源可分为城市生活污水、石油化工污水、工业矿山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金属含量虽然不多，但由于我国工业发展迅速，许多工矿企业污水未经分流处理而排入下水道与生活污水混合排放，从而造成污灌区土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金属含量逐年累积[15-16]。在分布上，往往是靠近污染源头和城市工业区土壤污染严重，远离污染源头和城市工业区，土壤几乎不受污水中的重金属污染。

污灌在北方比较严重，因为我国北方比较干旱，水资源短缺严重，并且许多大城市都是重工业大城市，所以农业用水更加紧张，污水灌溉在这些地区较为普遍。据统计，我国北方旱作地区污灌面积约占全国90%以上。南方地区相对较小，仅占6%，其余则在西北地区。污灌不仅导致土壤中重金属元素含量的增加，而且还会在人体内富集。研究显示我国沈阳、温州和遂昌等地由于污水灌溉引发了人体镉中毒；鞍山宋三污灌区土壤中Hg、Cd的累积显著，污染严重；用处理过的污水灌溉是解决干旱地区作物需水问题的一条可行途径。但由此导致的土壤污染特别是重金属污染必须引起重视。

2.2 农药和化肥污染

农药和化肥是重要的农用物资，对农业生产发展起到重要的推动作用，但如果不合理施用，则可导致土壤中重金属污染。部分农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属元素，过量或不合理使用将会造成土壤重金属污染。肥料中含有大量的重金属元素，其中氮、钾肥料含量相对较低，而磷肥中则含有较多的有害重金属，另外复合肥的重金属含量也相对较高。施用含有重金属元素的农药和化肥，都可能导致土壤中重金属的污染。

2.3 矿山开采和冶炼加工

我国重金属矿产相对丰富，在金属矿山的开采、冶炼过程中，会产生大量废渣及废水，而这些废渣和废水随着矿山排水和降雨进入土壤环境中，便可直接地造成土壤重金属污染，这在我国南方地区表现得尤为突出。

3. 重金属污染的特点及危害

3.1 重金属元素污染土壤的主要特点

在土壤环境中重金属污染特点可以分为两部分：一是土壤环境中重金属自身的特点，二是重金属元素在不同介质中所表现的特点。具体特点如下：（1）形态变换较为复杂，重金属多为过渡元素，有着较多的价态变化，且随环境Eh，pH配位体的不同呈现不同的价态、化合态和结合态。重金属形态不同则其毒性也不同；（2）有机态比无机态的毒性大；（3）毒性与价态和化合物的种类有关；（4）环境中的迁移转化形式多样化；（5）生物毒性效应的浓度较低；（6）在生物体内积累和富集；（7）在土壤环境中不易被察觉；（8）在环境中不会降解和消除；（9）在人体内呈慢性毒性过程。（10）土壤环境分布呈区域性；

过量的重金属会引起动植物生理功能紊乱、营养失调、发生病变，重金属不易被土壤微生物降解，可在土壤中累积，也可通过食物链在人体内积累，危害人体健康。土壤一旦遭受重金属污染，就很难彻底消除，污染物还会向地下水和地表水中迁移，从而扩大其污染。因此重金属对土壤的污染是一类后果非常严重的环境问题。

3.2人类因土壤重金属污染而遭受的危害[25]

（1）土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺；（2）土壤污染给农业发展带来很大的不利影响；（3）土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染；（4）土壤污染严重危及后代人的利益，不利于可持续发展；（5）土壤污染造成严重的经济损失；（6）土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁；（7）土壤污染也是造成其他污染的重要原因。

4. 对重金属污染的防治及修复

4.1 对土壤污染的预防

目前，仍未找到可广泛应用且行之有效的重金属污染治理方法，但控制污染源，是防止土壤污染的根本措施之一，同时利用土壤的自净作用对污染物净化具有一定的预防作用。控制土壤重金属污染源，即控制进入土壤中的重金属污染物的数量和速度，通过土体自身的净化作用，降低污染。

（1）控制和消除工业“三废”

尽量利用循环无毒工艺，减少和消除重金属污染物的排放，对工业“三废”进行回收改善，使其化害为利，并严格控制工业生产中污染物排放量和浓度，使之符合排放标准。

（2）土壤污灌区的监测和管理

在污灌区对灌溉污水的重金属元素进行控制，监测水中重金属污染物质的成分、含量及其变化，避免引起土壤污染。

（3）合理施用化肥和农药

对于农药和化肥的施用，应以环保无毒为准则，禁止或限制使用高残留农药，大力发展高效、低毒、低残留农药，发展生物防治措施。为保证农业的增产，合理施用化学肥料和农药是必需的，但需控制好施用量，否则会造成土壤或地下水的污染。

（4）土壤容量和土壤净化能力的提高

在农业生产过程中，施用有机肥，改良松散型沙土，改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有害重金属的吸附能力和吸附量，从而减少重金属在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金属，提高土壤净化能力。

4.2 土壤中重金属污染的修复方法

（1）工程措施

工程治理措施是指在土壤环境中，用物理或物理化学的原理来减少重金属污染物的措施。主要包括客土，换土，翻土，淋洗液热处理以及电解等方法。以上方法措施的治理效果相对彻底，但实工过程复杂、所需治理费用较高且比较容易引起土壤肥力效果降低。

（2）生物措施

生物治理是指利用能够在土壤中生存的生物的某些习性来抑制和改良土壤重金属污染。Nanda Kumar P B A等发现某些特殊植物对土壤中的重金属元素具有富集作用。寇冬梅等研究认为食用菌对重金属具有吸附作用。所用方法有动物治理，微生物治理，植物治理等。生物措施的优点是实施较为简便易行、投资较少且对环境破坏小，而缺点是在短期内不易得到治理效果。

（3）化学措施

化学治理方法是利用化学物质和天然矿物对重金属污染进行的原位修复技术，目前，在许多区域得到应用。化学治理措施主要包括利用土壤改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换量和粘粒的含量，改变pH、Eh和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。化学治理措施优点是治理效果相对较明显，而缺点是容易再度活化。

（4）农业措施

农业治理措施是通过改变耕作方式和管理制度来达到降低土壤重金属危害的方法。M.Puschenreiter等探讨了利用农业耕作措施治理土壤重金属的方法，得出在不同污染地区种植不同的农作物可有效降低重金属的污染。治理方法主要包括控制土壤水分，选择合适的农药、化肥，增施有机肥，选择农作物品种等。农业治理措施的优点在于操作简单、费用不高，而缺点是需要较长治理周期却治理效果不显著。

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引言

随着社会发展水平的提高，资源应用率提高，环境问题逐渐成社会发展的关注焦点，工业发展造成的环境污染，严重破坏了社会自然环境，土壤淋洗技术是一种新型环境治理技术，结合现代科技手段，实现上环境污染全面治理的实施，结合我国环境治理的发展实际，对土壤淋洗技术的发展情况进行分析，促进我国环境治理水平得到提高。

1 土壤淋洗技术概述

土壤淋洗技术是现代环境治理中经常应用的一种先进技术，从我国环境治理的技术应用实际来看，土壤淋洗技术能够从实现单一污染土壤、复合土壤等多种形式的污染土壤还原，为应对环境污染带来的重金属土壤污染带来了较大的发展空间。土壤淋洗技术在现代环境治理中的应用，可以对重金属污染中产生的多种污染进行还原处理，其中包括还原气体、固体、液体等形式的重金属污染源技术，为促进我国社会环境治理与发展提供技术指导。土壤淋洗技术是新技术手段在环境治理中的应用，结合土壤淋洗技术在实际中应用情况进行分析，土壤淋洗技术的基本特点可以归结为清洁性高，污染小等特点，对我国社会环境的治理提供了完善的发展空间，土壤淋洗技术在我国社会环境治理中的应用，是我国社会发展实现绿色化、生态化发展的重要体现。

2 土壤淋洗技术的应用流程

土壤淋洗技术在社会环境治理中的应用，实现环境治理的实际效果，对土壤淋洗技术的应用流程进行分析。其一，土壤淋洗技术的应用中原位复位清洗技术实行初步清洗，原位复位技术结合超分子技术对重金属污染土壤中的相关土壤进行初步清理，这一阶段结合淋洗液重力或在外力的作用下，对重金属造成的污染进行处理，从而达到保障环境清理的作用，土壤淋洗技术在初级清洗中应用的主要原料采用复原技术为技术的清洗液，实现了重金属土壤淋洗中，淋洗液对土壤的伤害性较低；其二，土壤淋洗技术应用中采取现场淋洗技术，现场淋洗技术的实际应用作用性较高，可以对重金属土壤污染中掩埋重金属土壤，受到重金属侵蚀的土壤进行金属处理，实现土壤淋洗技术在实际中的应用，采用重金属土壤污泥脱水处理后，采用高分子技术吸附污染中的重金属原料，最终将经过处理的土壤进行土壤回收环境处理，完成土壤淋洗技术处理的过程。

3 重金属污染土壤淋洗技术的应用

3.1 无水淋洗剂的应用

重金属污染是土壤污染的主要形式之一，土壤淋洗技术在实际中的应用，从土壤污染源产生的原因，实现重金属土壤污染的合理性治理。土壤淋洗技术的应用中，无水淋洗剂的应用，是采用酸解或者络合离子交换的形式处理被污染的重金属土壤，这种淋洗技术的应用，可以有效的通过离子置换的将土壤污染源置换出来，同时又在发生置换反应的同时产生水和氧气，从而避免了土壤治理带来的副作用。应用无水淋洗剂进行重金属处理中，要注意控制酸解的应用比重，一般情况下，酸解溶液的配备比重为0.1%为最佳，避免强酸对土壤的营养成分造成破坏，实现土壤淋洗技术在环境治理中的科学应用。

3.2 表面活性技术

重金属污染土壤清洗技术的应用中，表面活性技术也是常见的一种污染治理技术，表面活性技术的应用是通过增加表面活性剂，提高土壤的层次之间的柔和性和亲水性，达到提高表面土壤的度扩张，而活性吸附技术可以在土壤表层技术的作用，将重金属污染土壤中包含的中金属离子实现离子之间的吸附作用，达到对重金属污染土壤的治理作用。表面活性技术在实际中的应用，一方面可以吸附水污染中的污染金属，另一方面活性剂可以实现对土壤环境湿度调节，从而实现环境治理中，受到污染的土壤进行调节，大大提高了污染土壤的环境治理的作用，提高环境治理在实际中取得的成效性。

3.3 氧化剂

重金属土壤淋洗技术中，氧化剂应用也是常用的淋洗技术之一。氧化剂作用是结合自然光合作用，对自然环境中的中金属污染物进行污染处理，而氧化剂仅仅作为氧化作用实现的催化部分，主要利用自然光对重金属土壤淋洗进行处理，达到提高土壤中重金属处理作用。例如：氧化剂在重金属污染土壤中的应用，采用活性剂作为重金属土壤淋洗技术实施的主要催化技术，受到自然阳光的光合作用，实现重金属土壤中污染金属的光合分解，达到对污染土壤治理的作用。

4 重金属污染土壤淋洗技术应用原则

4.1 整体性原则

重金属污染土壤淋洗技术是解决环境污染的主要技术手段，能够有效地控制和调节土壤的污染程度，技术在实际实施中，要注重遵守整体性原则，土壤净化处理的技术应用必须从环境治理的整体出发，积极进行重金属污染土壤淋洗技术的应用与实际土壤情况相适应；另一方面，重金属污染土壤淋洗技术的开展不能以破坏其他自然资源为前提，例如：水资源，植物资源等，善于分析整体重金属污染土壤淋洗技术的效果，把握环境治理大方向，采取合理的治理措施。

4.2 可持续性原则

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重金属一般指密度在4.5g/cm3以上的45种元素。常见的对土壤造成污染的重金属包括锌、铜、铬、镍、铅、镉、汞等元素，它们不仅导致土壤退化、农作物产量和品质下降，还会通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，并通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。据不完全调查，目前全国受污染的耕地约0.1亿ha，占全国耕地的1/10以上；而在土壤污染中，受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万ha，约占总耕地面积的1/5，其中工业“三废”污染耕地1000万ha，污水灌溉农田面积达330多万ha，据估算，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万吨，造成的直接经济损失超过200亿元。

2.土壤重金属污染的生物修复技术

2. 1 植物修复 植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术总称，采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复。植物修复技术主要是包括了植物萃取技术；根际过滤技术；植物稳定技术；植物挥发技术。植物萃取是利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的重金属萃取出来，富集并运送到植物根部的可收割部分或植物的地上枝条部位；根际过滤是利用重金属超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集重金属；植物稳定是利用耐重金属植物或重金属超积累植物降低重金属的活性，从而减少重金属被浸淋到地下水或通过空气载体扩散进一步污染环境的可能性；植物挥发是指利用植物把土壤中的重金属转化为气体排出土壤，然后在集中起来处理。利用植物修复技术修复土壤重金属的焦点主要集中在对超富集植物的研究，超富集植物是指能超量吸收重金属并将其运移到地上部分的植物。

2. 2 微生物修复 微生物可以降低土壤中重金属的毒性，吸附积累重金属，改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，挥发或固定效率。如硫酸还原菌、蓝细菌、动胶菌及一些藻类，它们能够产生胞外聚合物，这些胞外聚合物能与重金属离子形成络合物。微生物重金属修复的机理包括表面生物大分子吸收转运、细胞代谢、空泡吞饮、生物吸附和氧化还原反应等。利用微生物（包括细菌、藻类和酵母等）来减轻或消除重金属污染，国内外已有许多报道。相关研究表明微生物可使还原态重金属氧化，如无色杆菌、假单胞菌能使亚砷酸盐氧化为砷酸盐，从而降低砷的转移和毒性。菌根真菌能极大地提高铜在玉米根系中的浓度和吸收量，而玉米地上部分的铜浓度和吸收量变化不显著，这表明丛枝菌根有助于消减铜由玉米根系向地上部分的运输。许友泽等研究表明未灭菌土壤中土著微生物对Cr（Ⅵ）进行了修复，使溶出的Cr（Ⅵ）明显减少。通过7天的淋溶，培养基中未检测到Cr（Ⅵ）的存在，即铬污染土壤中Cr（Ⅵ）在7天内基本得到完全修复。但目前，大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平，实例研究还不多，无法大面积推广，对于微修复技术还需做更深入探索。

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中图分类号：X131.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（a）-0071-02

近年来由于人类科技的不断进步和工农业的迅猛发展，土壤环境中的污染物种类和总量日渐增长，使得土壤环境重金属污染很少以单元素的形式存在，多滴两种或者多种元素共存，即多种重金属元素形成重金属复合污染（Teutsch N et al.，2001年）。土壤环境中各种重金属的赋存形态因为不同重金属元素彼此的各种相互作用如络合、吸附-解吸及氧化-还原等各种理化作用制约，而且重金属元素的移动性、生物有效性和生理毒性对重金属彼此作用有着显著响应关系（Tandy et al.，2009年）。这也是形成土壤环境重金属复合污染对生态系统的影响效应不同于单一元素重金属污染的主要因素。至此，重金属复合污染已然成为环境科学研究中又一个热点（Zhong et al.，2012年）。

1 土壤重金属污染

重金属通常是指比重等于或大于5.0 g・cm-3的金属，如汞、镉、铅、镍、铜、铁、锰等（Adriano，2001年）；砷是介于金属与非金属之间，与重金属元素的环境效应和化学特性存在诸多相近之处，所以一般研究中将砷元素纳入重金属元素范畴（陈怀满，2005年）。

土壤环境重金属污染的特点是滞后性、隐蔽性、有毒性、难降解和污染现象不明显，但重金属含量在环境中形成污染效应后，对环境影响不容易改变和去除，具有较强的顽固性（郝春玲，2010年）。经调查，在我国大部分省份土壤环境中都存在程度不同、种类各异的重金属污染（王恒，2014年）。全国每年遭到重金属污染影响的粮食数量超过1 200万t，带来的经济损失超过200亿元（王燕等，2009年）。

重金属元素不仅在食物链的各级生物中不断传递进而富集，而且通过一定的生物作用转变成为毒性更强的大分子有机化合物，所以说重金属污染对于整个生态系统影响不仅是停留在让土壤环境质量下降，减少农作物产量和影响农作物品质，甚至对人类及动物的健康产生威胁；对于生态环境中其他要素都产生负面效应。

2 重金属复合污染

通常我们说绝对单一一种重金属元素污染环境的情况是不存在的，重金属元素在环境介质中都是相伴共存的。

一般认为的复合污染是指同一环境介质（土壤、水、大气、生物）受到多元素或多种化学品（多种污染物）对其的同时污染（陈怀满等，2002年）。因此土壤重金属复合污染可定义为：在土壤介质中，两种或两种以上重金属元素同时存在，满足各种重金属元素的赋存浓度大于国家土壤环境质量标准或者没有超过相应标准但对于土壤环境质量已经产生影响作用的土壤污染（周东美等，2005年）。重金属复合污染中各种重金属元素相互作用极其复杂，并且重金属复合污染在土壤环境中更为普遍，因此重金属复合污染相关研究工作也成为环境污染领域重要开拓方向之一。

3 重金属复合污染特点

相对于单一重金属污染，土壤重金属复合污染中重金属迁移转化遗存效应的影响因素更多且更为复杂。研究者在1939年提出复合污染效应分为叠加效应、同向效应和驳斥效应3种不同类型（何勇田，1994年），其基本内涵是：叠加效应产生的毒性效果等于各污染物单独作用的毒性效果叠加之和；驳斥效应的毒性效果小于各污染物单独作用的毒性之和；同向效应产生的毒性效果大于各污染物单独作用的毒性效果之和。此外，在美国相应研究中将重金属复合污染的相互作用定义为单元素作用、协助、竞争、累积和屏障作用（Wallace，1982年）。

通常情况下，因为有着相近性质的不同重金属元素更容易对生态系统造成复合污染，而且不同重金属之间的相互作用会随着各自存在浓度的不同表现出特有的效应模式。镉锌复合污染研究表明，土壤中的锌元素浓度不同时，锌元素与镉元素对于水稻生理指标的联合作用效果存在差异。当土壤中锌元素添加浓度为100 mg/kg时，水稻生物量随镉元素浓度增加而不断升高，镉锌之间在此浓度时表现出同向效应；当锌元素添加浓度为200 mg/kg或者400 mg/kg时，水稻的生物量会因为镉元素浓度的增加反而降低，镉锌之间存在驳斥效应（周启星等，1994年）。

在土壤中存在铅镉复合污染情况下，因为铅元素可以争夺镉元素的土壤中的接触点位，促使镉元素活性增加，进而产生同向效应，使得土壤中镉元素的生物有效性提升，导致土壤-植物系统中镉元素的迁移转化更容易发生。（王新等，2001年）。

土壤中元素的含量和其与共存元素相互之间效应决定着生长在该土壤植株中的元素。研究表明，镉、铅、铜、锌、砷生理毒性呈现出对水稻苗的剂量与效应的正相关，表现出随着重金属添加浓度增加毒性作用越严重的现象。土壤环境中重金属复合污染存在两元素、三元素和多元素共存的各种组合形式。

参考文献

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[5] 怀满.环境土壤学[M].北京：科学出版社，2005：522.

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[9] 陈怀满，郑春荣.复合污染与交互作用研究――农业环境保护中研究的热点与难点[J].农业环境保护，2002（21）：192.

[10]周东美，王玉军，仓龙，等.土壤及土壤-植物系统中复合污染的研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2005（5）：1-8.

[11]何勇田，熊先哲.复合污染研究进展[J].环境科学，1994（15）：

79-83.

篇9

一、螯合剂的种类

标准的分类不同使螯合剂也呈现不同的种类，当下比较常见的分类方式主要有效果与作用机理分类、化学组成分类。螯合剂根据效果与作用机理的分类能够分为稳定、固化以及活化的重金属螯合剂。依照螯合剂所显示出来的化学组成分类，螯合剂能够分为天然的低分子有机酸以及氨基多羧酸类。具体分类入下图：

二、螯合剂在重金属污染土壤修复中的运用

对于农产品而言，土壤遭受到重金属的污染会影响着其安全，严重的情况会威胁到人类的健康以及整个生态系统，这个问题已经逐渐蔓延开来，当下世界已经将土壤的重金属污染问题纳入全球性环境问题中。如果土壤遭受到重金属的污染，会极大的降低土壤中生物的有效性，使栽植的植物难以吸收土壤中的养分，在现实当中，螯合剂就能够很好的解决这一难题，其能够有效的对土壤中重金属所具备的移动性予以改变，这里所说的改变主要就是指将土壤重金属予以钝化或者活化，这样就能够极大提高修复重金属土壤的效率，因此在当下修复重金属土壤的中广泛将螯合剂运用进来。

1.氨基多羧酸类

就当下形式而言，氨基多羧酸类的螯合剂在一定程度上含有活化效率高的特征，在我国对于修复土壤重金属污染的报道非常多。例如在研究拥有半年开采历史以及我国亿吨煤建设基地的淮南矿区，土壤所遭受的重金属污染主要就是铅污染，我国已经有很多专家以及学者对淮南矿区这一现状以及危害进行了仔细分析，与此同时还研究出了修复土壤铅污染的最新技术、修复栽植植物的机理以及技术特征。再例如我国很多专家以及学者认为将DTPA、EDTA以及HCL作为化学螯合剂，在这三种浸提剂中，对于镉、铜、铅、锌这四种重金属而言，HCL的浸提效果相对于DTPA以及EDTA要好的多。我国还有一些专家以及学者通过研究得出，泥炭以及螯合剂能够对苎麻吸收土壤中重金属镉起到一定的影响，根据相关实验表明，柠檬酸与泥炭两者组合起来进行配施处理能够帮助所栽植植物的生长，针对植物吸收重金属镉的实际能力来看，泥炭与螯合剂（柠檬酸、EDTA）两者组合起来进行配施处理能够有效的帮助苎麻更好的吸收土壤中的重金属镉。我国很多专家以及学者都认为小白菜能够对土壤中的重金属镉污染植物进行有效的修复，然后经过盆栽试验，我们能够得出小白菜在重金属镉土壤中的富集指标以及耐受性，然后根据此指标去施加不同水平的螯合剂，这样做的主要目的就是让修复效果得到强化。我国还有一些专家以及学者还做了土培盆栽试验，我们能够得知油菜以及甘蓝也能够在吸收土壤中重金属镉起到有效的生物净化作用，在此基础之上，很多专家以及学者还对甘蓝富集镉受到螯合剂的影响进行了详细的研究，通过这个研究我们能够得出，甘蓝在进行修复土壤中重金属镉污染的效果并不是那么明显，但是油菜在修复土壤中重金属镉污染却有着非常显著的效果，但是EDTA化学螯合剂在提高修复水平方面的效果就不是那么明显，因此，我们就可以认定油菜这种植物比较合适去对土壤中的重金属镉污染进行修复，但是对于螯合剂的添加还是要根据实际情况来决定。

2.低分子有机酸

低分子有机酸相对于氨基多羧酸类来说，在进行修复土壤重金属污染的相关研究报道中，偏向于低分子有机酸的研究报道要相对要少一点。我国一些专家以及学者就当下土壤重金属污染的实际情况进行筛选活化重金属土壤中天然植物螯合剂的研究，根据此研究我们能够得知植物的类别不同所产生出来的汁液也能够对土壤中不同的重金属成分起到不同的活化能力，为此我们做了一个排序：马尾松

三、存在的问题与展望

在运用螯合剂对土壤重金属污染进行修复的时候会在不同程度上受到螯合剂种类所呈现出来的效应、金属种类、螯合剂所呈现出来的浓度效应、整合剂的酸碱值效应、土壤的基本特质效应以及植物的具体种类效应等方面的影响。例如，EDTA能够在一定范围内的酸碱值内与其他金属复合成为一种具有一定稳定性的复合物，其不仅能够对土壤中的重金属予以吸附，还能够将土壤中的重金属化合物予以溶解，但是不溶性，与此同时酸碱值、提取液与土壤之间的比例、电解质、重金属在土壤中的具体形态以及土壤的具体性质都会对EDTA清除土壤中的重金属的实际效果造成影响，并且EDTA具有价格昂贵以及回收率低的问题，这就使得EDTA不能够被广泛的运用起来。

而对于螯合剂修复土壤的重金属污染来说，其不仅是一项耗费低的修复技术，还具备在一定的范围内对受到污染的土壤予以修复的潜能，但是就目前形势而言，还缺乏对螯合剂在土壤中以及重金属在植物内部的累积、迁移和重金属的络合作用的机制的研究。与此同时，螯合剂不仅能够对土壤中、低浓度重金属污染予以处理，还能够与其他土壤重金属污染修复技术相结合，以此来作为整个修复工作的最后一项内容，但是螯合剂不能够对土壤遭受的所有重金属污染予以处理。

在未来我们能够要求螯合剂的来源植物要具备对重金属有一定的耐性，因此，我们能够将基因工程技术运用进来，这样做的主要目的就是对超富集植物的培育，通过基因工程技术培育后的植物具有重金属生物量大以及累积量大的特点，这样就能够提高植物的生物量，从而提高植物的土壤重金属污染的修复效果。

参考文献

[1]白雪,程国玲.螯合剂在重金属污染土壤中的应用[J].现代农业科技,2011,(1):289-289,292.

篇10

1 引言

随着我国加入世界贸易组织，经济全球化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重中金属污染不仅对生物的生存有危害，对于人类自身的危害同样十分严重。农村因农药的的大量使用从而导致土壤重金属污染严重，城市则因为工业原因导致土壤重金属污染严重。

而在处理重金属污染方面，目前国内有资质处理重金属污染的公司寥寥无几。由于我国经济的快速发展、工业化的快速发展使得土壤的重金属污染问题越来越严峻，土壤的重金属污染又与人民的生活息息相关，所以我们必须重视土壤重金属污染问题，研究其解决方法。

2 现状

根据我国有关权威相关部门的显示，目前在我国东部发达经济地区为数不多的耕地中，其中有超^七成以上的土地被污染，并且照这个趋势来看，如果不及时采取有效措施，污染的情况还会持续加剧，对地下水资源的质量和人们的身体健康构成严重威胁，影响十分恶劣。

根据国家环境监测中心的调查结果，我国的土壤污染种类多样，从重度金属污染到轻度污染、中度污染、高度污染都有不同程度的涉及，其中尤以重金属污染最为严重，由于重金属近年来在工程使用超标，在严重污染领域已经首当其冲，需要引起人们的高度重视。

镉、砷、汞等有毒重金属所导致的重金属污染比起传统的水污染影响是十分恶劣的，破坏力强，恢复时间久，修复速度慢 在一些重金属超标污染严重的工业区，我国有些城市的大片农田受多种重金属污染，超过十成的的土壤已经基本丧失土地生产力，近十年都无法进行耕种收获。

严峻的问题越来越导致周围环境的恶化和生态的变化，也开始引发人们的思考和行动，早在2005年，我国有关立法机关便通过了对污染的防御和治理的有关条款进行规定，要求企业和公司在生产过程中承担社会责任，减少污染物的排放，为人们的生命健康和生态环境的改善从法律角度提供了理论基础，让企业、公司有法可依。

3 污染来源

从上文的统计结果中我们可以看出，我国的当前主要污染以重金属为主，那么主要是哪些金属构成的呢？它们是怎么来的呢？研究表明，我国目前的重金属污染以镉、铅、铬、铜、锌等为主，其中镉的污染最为严重。而重金属的主要来源是人类的生产生活活动，例如工业污染物的排放、农业用水农药污染以及人类生活污水的排放等。

3.1 铅的来源

铅作为原料应用于蓄电池、电镀、颜料、橡胶、农药、燃料等制造业；铅板制作工艺中排放的酸性废水中铅浓度最高，电镀废液产生的废水铅浓度也很高。

3.2 镉的来源

镉可以为钢、铁等电镀，提供一种抗腐蚀性的保护层，具有吸附性好且镀层均匀光洁等特点，因此工业上90%的镉用于电镀、颜料、塑料稳定剂、合金及电池等行业。

3.3 镍的来源

镍在废水中主要以二价离子存在，主要是硫酸镍、硝酸镍以及与许多无机和有机络合物生成的镍盐。电镀业、采矿、冶金、石油化工、纺织等工业，以及钢铁厂、印刷等行业是含镍废水的工业来源，其中以电镀业为主。

3.4 银的来源

硝酸银是常见银盐中唯一可溶的，废水中含银的主要成分也是硝酸银。硝酸银广泛应用于无线电、化工、机器制造、陶瓷、照相、电镀以及油墨制造等行业硝酸银有着广泛应，电镀业和照相业则是含银废水的主要来源。

4 土壤污染的修复

对于土壤的重金属污染处理方法，目前主要有四大类，即化学方法、工程方法、生物方法以及农业方法。

4.1 化学方法

该方法针对不同的土壤状况，选择合适的化学试剂加入土壤，用以去除土壤中的重金属，降低土壤中重金属的含量。也可抑制污染物质的再次溶出、扩散，从而最终达到降低重金属污染的目的。

4.2 工程方法

该方法是将污染的土壤移除后加入未污染土壤，并且对已污染的土壤进行处理，从而达到修复土壤的目的。可以对已污染土壤通过热处理（将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物挥发并收集起来进行回收或处理）、淋洗（用淋洗液来淋洗污染的土壤）、电解（使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走）等方式加以处理。该种方法具有效果彻底、稳定等优点，但同时操作方式较为复杂、治理费用高并且易引起土壤肥力降低等缺点。

4.3 生物方法

该方法通过利用某些生物的特殊习惯以及生理功能来适应、改善土壤的重金属污染状况。利用蚯蚓和鼠类吸收土壤中的重金属，利用微生物的生物功能对土壤中的重金属进行吸附、沉淀、氧化、还原，降低土壤中溶解的重金属含量。该种方法实施简便，投资少，对环境极为友好，但是所需时间极长，短期内治理效果十分不理想。

4.4 农业方法

该方法通过因地制宜的改变一些耕作管理制度、在污染土壤上种植不进入食物链的植物来减轻重金属的危害。农村的土壤重金属污染的主要来源是农药的大量使用，因此改进耕种制度便显得极为重要。选择合理有效科学的耕种方式可以很大程度的降低土壤再次被污染程度，辅以生物方法可以解决长期的污染问题，并且对于环境很友好，非常值得提倡。

5 前景

土壤的重金属污染存在治理难、治理时间长的难题，因而如何有效的在不对土壤肥力造成影响的情况处理重金属污染就显得极为重要。而目前的大部分方法都处于实验室试验阶段，并没有合理有效的处理方式，因此研究出一种优秀的土壤重金属污染处理方式极为重要，目前我国土壤重金属污染形势十分严峻，可以说刻不容缓。

通过对以上一些土壤重金属污染修复技术的介绍，可以预测，在今后的重金属污染治理中，生物方法将发挥巨大作用。同时，修复过程不仅仅局限于一种修复方式，而将成为两种或多种修复方式共同作用的情况。因此，在我们了解各种修复方式的实际操作方法及其优缺点后，在应用过程中取长补短，才能更大的发挥其修复能力。并通过一些新的修复思路和方法的探索，为今后的研究指明方向，这还需要植物生理学、土壤学、生态学、化学、遗传学、环境保护学和生物工程等多个学科的共同努力来实现。

修复的成功和失败经验，特别是结合我国国情，加强研究，将会使我国污染土壤及地下水和地表水的生物修复的工作进入到一个崭新的阶段。

6 结语

重金属复合污染是当前土壤污染研究的重要科学问题。由于土壤中重金属复合污染的普遍性及它们在生态系统中具有多样、复杂的复合效应机制，包括协同作用、拮抗作用以及加和作用等，还有复合污染的复杂性和特殊性，因此，土壤重金属复合污染是很难治理的。因此我们要大力研究其治理方式，尤其是生物方法，在不破坏环境的前提下治理污染问题。

参考文献

[1]重金属污染土壤修复技术述评_何启贤

[2]重金属土壤污染修复技术初探_林帅

[3]土壤的重金属污染及其防治_张国印

[4]重金属污染及其生物修复_诸振兵

篇11

Q938.1+3; S151.9+3A

土壤是人类赖以生存的最基本的自然资源之一,但现阶段严重的土壤污染,通过多种途径直接或间接地威胁人类安全和健康,开展城市环境质量评价，日益成为人类关注的焦点。

本文选取了地质累积指数法、污染负荷指数法、内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法，对某城市不同功能区319个空间样本点的重金属检测数据进行了污染评价。

1.数据采集

按照功能划分，将城区划分为生活区、工业区、山区、主干道路区及公园绿地区.现对某城市城区土壤地质环境进行调查,将该城区划分为间距1公里左右的网格子区域，按照每平方公里1个采样点对表层土（0~10 cm深度）进行取样,用原子吸收分光光度计测试分析,获得了319个样本所含重金属元素（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）的浓度数据。

本文依照未受污染区域土壤环境背景值作为评价标准[1]。现按照2公里的间距在微污染区取样,得到该城区表层土壤中元素的背景值，如表1:

表1该城市表层土壤中重金属元素的背景值

元素 As(ug/g) Cd(ng/g) Cr(ug/g) Cu(ug/g) Hg(ng/g) Ni(ug/g) Pb(ug/g) Zn(ug/g)

背景值 3.6 130 31 13.2 35 12.3 31 69

2．污染评价方法

2.1地质累积指数法

用于研究水环境沉积物中重金属污染程度的定量指标[2]，不仅能够反映重金属分布的自然变化特征，而且还可以判别人为活动产生的重金属对土壤质量的影响.

利用地质累积指数污染评价标准，计算出整个城区各种金属的污染指数平均值，最大值，最小值，并按各种重金属浓度的平均值进行相应的污染程度评级（表2）。

表2城区重金属地质积累指数及评级情况

重金属 平均值 最大值 最小值 污染程度

As -0.07762 2.4802 -1.7459 无污染

Cd 0.305682 3.0543 -2.2854 轻度污染

Cr -0.0818 4.3076 -1.6018 无污染

Cu 0.702895 6.9966 -3.1121 轻度污染

Hg 0.273708 8.2515 -2.615 轻度污染

Ni -0.22635 2.9493 -2.1113 无污染

Pb 0.150747 3.345 -1.2405 无污染

Zn 0.326836 5.1833 -1.6552 无污染

可看出,土壤中重金属Cu、Cd、Hg污染比较显著，Zn的平均值虽然小于1，但是其污染指数最大值达到严重污染程度，其污染也很突出。Ni的平均值很小,视为处于零污染状态。

再通过提取各个区域的污染指数进行分析汇总，得到各个区域每种重金属的级别污染指数直方图，如下：

图一：各个区重金属污染级别指数直方图

2.2污染负荷指数法

该指数是由评价区域所包含的主要重金属元素构成，它能够直观地反映各个重金属对污染的贡献程度，以及金属在时间，空间上的变化趋势.

由Tomlinson等人提出污染负荷指数的同时提出了污染负荷指数的等级划分标准和指数与污染程度之间的关系[4]，通过计算得打各重金属的污染负荷指数及可以得到各个功能区和该市的污染程度.

表5重金属污染负荷指数及污染程度

功能区 PLI值 污染等级 污染程度 该市的PLI值 该市的污染等级 该市污染程度

1类 1.83 Ⅰ 中等污染

1.69

Ⅰ

中等污染

2类 2.35 Ⅱ 强污染

3类 1.06 Ⅰ 中等污染

4类 1.94 Ⅰ 中等污染

5类 1.58 Ⅰ 中等污染

从表中的结果分析，土壤中的重金属元素对该城市产生了中等污染，各功能区重金属污染程度从重到为工业区>交通区>生活区>公园绿地区>山区。

2.3 内梅罗综合污染指数法

根据内梅罗综合污染指数法，对该城市的重金属污染进行评价，结果如下表所示：

表6 各功能区污染指数及程度分级

功能区 1类 2类 3类 4类 5类 该城市

污染指数 2.744 4.805 2.036 2.941 2.183 2.942

污染级别 中污染 强污染 中污染 中污染 中污染 中污染

表中污染指数按表6中的污染指标分级标准进行分级得到各功能区的污染级别，各功能区污染程度的关系为:工业区> 交通区>生活区>公园绿地区>山区。

2.4潜在生态危害指数分析

重金属元素是具有潜在危害的重要污染物，潜在生态危害指数法作为土壤重金属污染评价的方法之一，它不仅考虑土壤重金属含量，还将重金属的生态效应、环境效应与毒理学联系在一起，是土壤重金属评价领域广泛应用的科学方法．

在本文的求解中将Hakanson提出的毒性系数拟定为各重金属的毒性响应系数[6],根据计算公式得到单个重金属的潜在生态危害系数，结果如表所示:

表8各种金属的毒性系数

元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

毒性系数 10 30 2 5 40 5 5 1

表9 各种金属的潜在生态污染指数：

元素 As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn

82 340.5 16.98 108.55 1529.60 35.18 52.10 14.28

对上述单个元素结果的分析：

重金属Hg与Cd均造成了极强的生态危害，重金属Cu 与As则造成了强生态危害，Pb造成了中等的生态危害，其他重金属则均只造成了轻微的生态危害。

进一步得到各重金属对整个造成的生态危害情况为：

根据等级划分的情况可以得知此八种重金属以对该城区整体造成了中等生态危害。

3．结论及建议

综上所述,得出了各功能区的污染程度关系为:工业区> 交通区>生活区>公园绿地区>山区，该城市的重金属污染程度为中等程度污染。通过方差分析可得出各种方法组合的显著程度,得到潜在生态危害指数法和污染负荷指数法相结合的方式对实验的影响最显著，从而得出可靠性最大的评价组合。

参考文献：

[1]郑有飞，周宏仓等，环境影响评价[M],第1版，北京：气象出版社，2008，

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[4]杨维，高雅玲，毗邻铁矿的千山景区土壤重金属污染分析与评价[J],沈阳建筑大学学报，2010.1:150-155.

篇12

伴随着中国经济的飞速发展，工业化进程的不断深入，使得废气、废水、废渣等污染物开始大量进入到自然环境之中，使得我国生态环境遭受到极为严重的破坏。其中土壤当中的重金属污染成为了近几年当中，人们所关注的重要问题，因为此种污染有着极强的隐蔽性，污染的来源十分难以进行确认，并且对人体健康会造成极大的损害。所以，土壤重金属污染已经被我国环保部门高度关注，并开始尝试使用相应的预防手段。但是如果需要有效对土壤当中所出现的重金属污染进行防护与整治，有关部门则必须要做好针对土壤的监测工作，并在此基础上落实完善的土壤监测质量控制措施，这样才能让土壤监测工作更好地进行下去。

1.土壤重金属污染的损害分析

土壤重金属污染指的是通过重金属或重金属化合物遗留在土壤当中所形成环境污染现象，造成这种污染的原因有：使用污水灌溉、不正确的采矿、工业三废的排放和使用重金属含量严重超标的化肥产品等。土壤当中常见的重金属残留有铜元素、铁元素、铅元素、镍元素等。

一般情况下，重金属元素无法进行生物降解，并且它会在人体或者动物体内产生积累，会在食物链的生物放大作用中被不断集中，对人和动物的身体健康带来极大的损害。另外，土壤重金属污染具有不可逆性，被污染之后的土壤无法再进行治理，处理办法只能凭借种植品种的调整来对重金属污染的损害进行回避。

2.土壤当中重金属的监测过程分析

本文对常见的土壤重金属污染监测实验进行分析，对实验的整个流程进行逐一论述。

2.1材料以及器材的准备

（一）样品的收集和制备

本文选择了我国某市表层十五公分的土壤开展研究分析，并对其进行样品的收集。在采样过程当中，实验人员必须要除去土壤表层当中肉眼可见的杂质，并且对采样点进行甄选，把收集到的土壤样本使用干净的塑料袋进行密封包裹，并对其采集地点、采样时间等信息进行记录和编号，之后送往实验室当中。根据《近代土壤元素的分析办法》和中国的土壤监测实验标准，把收集到的土壤进行风干，等待土壤呈现半风干状态时，实验人员需要将其中体积较大的土块进行碾压，并铺垫成薄膜形态。值得注意的是，在这一过程中实验人员应避免土壤受到阳光直射。待其完全风干之后，需要对这些土壤进行过筛、研磨、缩分，把土壤制备成粒度直径低于200目的土壤样品，方便接下来所开展的实验分析。

在土壤样品的制备过程当中，实验人员需要注意两个比较关键的数据，其一是土壤当中的水含量，它能够有效表现出土壤被风干的程度，凭借对土壤当中水含量的测量与监测，能够保障土壤当中各种元素的含量是干基含量，降低和杜绝土壤在风干过程中因为风干程度不足所导致的数据误差现象。其二是土壤样品的粒度，通常状况下，所得到的土壤样品粒度越低，代表其均匀性越优秀，测量数据结果和真实数值越接近。以不需要进行消解，能够直接展开分析的汞元素作为例子，比较土壤当中粒度对实验结果所造成的影响，能够发现200目的土壤样本在多次监测以后，数据基本能够保持在相对恒定的状态，拥有极高的重现性。但是如果土壤粒度增加，测量结果的误差便会大幅度提升。通过这一实验可以看出，在常规情况下，粒度在200目左右的土壤样本是符合实验精度要求。

（二）试剂和设备的准备

使用原子吸收分光光度法和原子荧光法等测量方式开展土壤成分分析，必须要使用的仪器为IPC质谱仪。本次实验所选用的是原产地美国的Optima 2100DV质谱仪，加上玻璃同心雾化室，可以有效完成对土壤当中锌元素、铜元素、铅元素等重金属元素的分析，实验当中所需要的试剂为氢氟酸、硝酸等。在该实验当中，所使用的试剂都是优良级纯试剂。为了降低实验过程中因为容器污染所造成的实验结果误差，在实验开始之前，工作人员将需要使用到的实验容器均放置在硝酸溶液当中进行一天一夜的浸泡，之后再使用自来水和蒸馏水进行冲刷。

2.2实验分析

（一）样品消解

实验人员在进行消解试剂选定时，需要从试剂纯度和实际种类两个部分进行考量，通常情况下，验人员一般会选择高纯度消解试剂，这样可以避免土壤样品受到不必要的污染。常规情况下，针对土壤样品所开展的消解，基本上都是使用多元消解法，即取出0.25克土壤样本，将其放置到消解罐中，添加多元酸，之后将其放到微波消解器当中开展消解。此项工作完成以后，滴人2-3滴高氯酸、在温度为150摄氏度的电热板上进行加热处理，之后将试剂带入冷却室当中，凭借过滤，对土壤当中的灰分进行监测。

（二）精密程度分析

实验人员需要对样品质量管理进行控制，根据我国颁布的《土壤环境监测技术要求》，保障消解批次之间具备有重现性，应选出30%的样品开展平行样监测，保障每一个批次当中的消解实验样品当中均拥有1个质量控制样品，2个平行样品和5个独立样品。

3.土壤重金属监测过程中的质量控制措施

针对土壤重金属监测过程中进行质量控制，其目的是将实验过程中所出现的误差控制在合理的范围当中，保障所得到的信息数据准确与真实。在该实验分析环节，使用的土壤样品数量相对较多，不能完成相同批次的消解。所以，为了保障分析结果的正确，实验人员必须要使用对应的手段，对实验的精密性进行控制，最大程度降低相同批次和批次间所存在的数据误差。

3.1精密性分析

针对相同批次土壤样品的数据测量精度，实验人员可以建立对应的平行试验样本，开展平行监测，这样可以降低偶然误差出现的可能性，保障相同批次土壤样品重金属含量测量精度的准确性。而针对不同批次间的样品，试验人员可以凭借建立质量控制样本的办法，开展实验误差的控制，若平行双样的实验监测数据无法达到对应的合格率标准，则不但需要实验人员对没有合格的土壤样品开展二次监测，同时还必须添加10%左右的平行双样，直至合格率达到95%左右为止。

3.2准确性分析

篇13

1材料与方法

1.1供试土壤土壤样品采自武夷山市武夷学院湖边的耕地土壤，属于粘土性土壤。样品经自然风干后，研碎，过100目尼龙筛。人工污染土壤样品:将100g土壤样品浸入500mLCuSO4•5H2O、ZnSO4•7H2O、Cd(NO3)2•4H2O、Cr(NO3)3•9H2O、NiCl2•6H2O配制的混合溶液中(该溶液含Cu100.5mg/L、Zn439.7mg/L、Cd4.8mg/L、Cr365.2mg/L、Ni128.1mg/L)，25℃恒温振荡72h，4000r/min离心除去上层清液，自然风干陈化2周，备用，即为供试土壤样品。经测试，该人工污染土壤样品pH为6.80，有机质含量为2.87%，阳离子交换容量为12.45cmol/kg，Cd、Cr、Cu、Ni、Zn含量分别为2.38、93.33、279.38、148.39和89.68mg/kg。

1.2试剂与仪器试剂:α-淀粉酶，脲酶，过氧化物酶(生化试剂，上海鹤善实业有限公司);其他试剂均为市售分析纯试剂，实验用水为去离子水。仪器:AA-6300原子吸收分光光度计(日本岛津公司)，SHA-C恒温振荡箱(常州国华电器有限公司)，TDL-40B离心机(上海安亭科技仪器厂)，PB-10型pH计(德国赛多利斯集团)，AB204-S电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)。

1.3实验方法

1.3.1实验用酶的选用取0.6g供试土壤样品置于锥形瓶中，分别加入质量浓度为0.1%的不同酶溶液15mL，在25℃、pH4.0条件下恒温振荡12h，离心后，取上清液用火焰原子吸收分光光度法测定各重金属的含量。

1.3.2酶溶液处理重金属污染土壤各工艺条件的确定取0.6g供试土壤样品置于锥形瓶中，加入一定量的酶溶液，在不同的反应时间、pH条件下，25℃恒温振荡。离心后，取上清液测定各重金属的含量。

1.3.3酶溶液处理重金属污染土壤工艺条件的优化取0.6g供试土壤样品分别加入酶溶液15mL，根据Box-Behnken中心组合设计原理，在单因素的基础上，以淋洗液的pH、反应时间、酶质量浓度3个因素为自变量，重金属去除率为响应值，作3因素3水平的响应曲面分析实验，实验因素与水平见表1，确定土壤重金属去除的最佳工艺条件。

2结果与分析

2.1实验用酶的选用酶作为土壤的组成部分，参与土壤系统中许多重要的代谢过程，因而可用它来检测土壤中重金属的相对污染程度［8］。其反应机理是重金属与酶活性中心结合或与酶分子中的巯基、胺基和羧基的结合，从而改变酶的活性。因此，酶依靠其专一性、高效性，与重金属产生良好的络合作用，从而达到去除土壤中重金属的目的。实验选择土壤中常见脲酶、过氧化氢酶和α-淀粉酶溶液各15mL进行实验，对供试复合污染土壤样品进行处理，在25℃、pH4.0条件下恒温振荡12h，以求达到良好的去除效果和降低处理成本。由图1可知，脲酶、过氧化氢酶、α-淀粉酶对土壤中重金属的去除都有一定的效果，但效果差异显著，去除率的大小顺序为α-淀粉酶＞过氧化氢酶＞脲酶。其主要原因可能是，脲酶活性对重金属最敏感，与重金属的污染程度呈良好的负相关关系［8］，因此重金属在浓度较低时，脲酶空间结构迅速变化而失活，无法进一步络合重金属;过氧化氢酶活性对重金属Cu、Ni含量表现较敏感，故过氧化氢酶对部分重金属如Cu、Ni，络合效果差，对其他类型的重金属有一定的络合效果，去除重金属效果要好于脲酶;重金属与α-淀粉酶没有专一性对应关系，酶活性没有受到影响，对重金属有良好的络合效果。

2.2不同反应条件对重金属去除效果的影响

2.2.1pH值对重金属去除率的影响pH值对酶的生物活性会造成影响，还会对土壤中各重金属的赋存形态造成影响，是影响土壤重金属去除率的重要因素。在酸性条件下，土壤中的重金属主要以酸提取态存在;pH越低，土壤中重金属游离越多，活性越强。蒋煜峰等［9］发现，随土壤pH值增加，重金属解吸率逐渐减小，皂角苷冲洗土壤重金属的适宜pH应在4～5。实验选择pH值3.0～5.0范围内考察pH对重金属去除率的影响。由图2可知，在所研究的pH范围内，pH值低，α-淀粉酶对重金属的去除率较高，当pH为3.5时，去除率达到最大值。随着pH值继续增加，去除率降低。这种变化一方面与酶本身结构有关:在酸性条件下，α-淀粉酶分子中的巯基和羧基易分解，与重金属产生良好的络合。另一方面，与各金属的赋存形态有关:在酸性条件下，Cd、Cr2种重金属在土样中的存在形态以酸提取态(即离子态)为主，去除率高;Cu、Zn、Ni在土样中的存在形态以可还原态、可氧化态和残渣态为主，去除较困难，去除率较低。

2.2.2酶的质量浓度对重金属去除率的影响重金属在土壤中的存在状态大多数是吸附并固定在有机质和土壤粘粒上，以吸附态存在［10］。由图3可知，酶质量浓度低于0.20%时，重金属去除率随酶浓度的升高而增加。Mulligan等［11］研究认为，在重金属未与土壤分离时，酶就已经与重金属络合了，使金属从土壤上解吸下来，随着淋洗液不断的冲洗，金属就被从土壤中去除。在低浓度时，酶主要与土壤中游离的金属络合，重金属的去除率低;随着酶浓度的增大，土壤中重金属进入酶的活性中心，与酶分子的巯基、胺基和羧基结合，重金属不与土壤颗粒的重新结合，重金属的去除率也随之增加。当酶浓度超过0.20%时，与还原态、可氧化态和残渣态的各重金属的解吸与吸附达到动态平衡，重金属去除率不再发生较大变化。不同重金属去除率差别较大，可能是由于重金属的存在形态以及重金属与酶的络合能力不同造成的。

2.2.3反应时间对重金属去除率的影响由图4可知，各重金属去除率随反应时间增加而上升，在反应时间为12h时，Cd、Cr、Cu、Ni和Zn去除率分别为69.56%、58.05%、35.72%、32.67%和53.39%。随后，重金属去除率不再变化。其可能与金属离子在土壤中赋存状态、酶的传质速率机理和酶的反应机理有关。反应初期，酶分子吸附在土壤颗粒表面，重金属的去除率低;随着振荡时间增加，酶的传质速率提高，进入土壤中与重金属相结合，去除率得到提高;当酶的活性中心达到饱和，与重金属的络合反应达到平衡，重金属的去除率趋于稳定。

2.3酶溶液处理重金属污染土壤最佳工艺条件的确定

2.3.1酶溶液处理重金属污染土壤实验分析和回归方程建立(以Cd含量方差分析表为例)根据单因素实验的结果，采用统计软件Design-Expert进行实验优化设计，实验安排及实验结果见表2。由表2实验数据进行回归分析，得二次多元回归方程为。对该模型进行方差分析，结果见表3。从表3可知，模型具有高度显著性(P＜0.01)，而R2=0.9651，R2Adj=0.9203较高，可见回归方程拟合度和可信度均较高，实验误差较小，方程模拟得较好，可用于组合液去除污染土壤中Cd的实验分析与预测。通过回归模型的响应面和等高线图(见图5～图7)，能够很直接地看出反应因素之间两两交互作用对去除率的影响。从图5～图7可知，pH、反应时间、酶浓度的交互作用较显著(圆形表示二因素交互作用不显著，椭圆表示二因素交互作用显著)［15］。其中各因素在实验范围内对去除率的影响大小依次为pH(A)＞反应时间(B)＞α-淀粉酶的质量浓度(C)。这3个实验因素对去除率均产生不同程度的影响。在各因素选取的范围内，通过DesignExpert软件分析回归模型，得出Cd最优去除率的工艺参数为:pH3.5、反应时间12h、α-淀粉酶的质量浓度0.20%，Cd去除率预测值为82.172%。为检验Box-Behnken实验设计所得结果的可靠性，采用上述优化提取条件进行重复实验，得Cd去除率为82.36%，与理论预测值相比，相对误差为2.3‰，结果较理想。

2.3.2酶溶液处理重金属污染土壤实验优化结果分析本实验利用响应曲面实验分析方法还对Cr、Cu、Ni、Zn进行分析，结果表明，回归方程拟合度和可信度均较高，实验误差较小，方程模拟的较好，可用于污染土壤中Cr、Cu、Ni、Zn实验分析与预测。各因素在实验范围内对去除率的影响大小依次都为pH(A)＞反应时间(B)＞α-淀粉酶的质量浓度(C)。在各因素选取的范围内，通过DesignExpert软件分析回归模型，得出最优去除率的工艺参数也为:pH3.5、反应时间12h、α-淀粉酶质量浓度0.20%。RSM预测出来的最佳结果Cr、Cu、Ni和Zn分别为75.02%、38.38%、34.69%和57.54%。为检验Box-Behnken实验设计所得结果的可靠性，采用上述优化提取条件进行重复实验，最终Cr、Cu、Ni和Zn去除率分别为75.44%、38.34%、34.74%和57.69%，与理论预测值相比，相对误差分别为5.6‰、1.1‰、1.3‰和0.3‰，结果较理想。5种重金属去除率的大小顺序为Cd＞Cr＞Zn＞Cu＞Ni。