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關(guān)鍵詞：土壤污染 重金屬 危害 修復(fù)方法
土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分[1-2]。隨著近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，所產(chǎn)生的廢水和廢渣也不斷增多，不但破壞地表植被，而且其中有毒有害重金屬還隨廢水的排放及廢渣堆的風(fēng)化和淋濾進(jìn)入周邊土壤環(huán)境[3-6]。目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染耕地面積近2，000萬公頃，約占總耕地面積的1/5，其中工業(yè)“三廢”污染耕地1，000萬公頃，污水灌溉的農(nóng)田面積已達(dá)330多萬公頃。
1. 土壤重金屬污染的定義
在自然界，重金屬以各種形態(tài)存在，常見的金屬元素有銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鉬、金、銀等；其中既有對生命活動所需要的微量元素，如錳、銅、鋅等；但大多數(shù)重金屬元素在環(huán)境中對環(huán)境都會有一定的污染作用，主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等對生物體具有顯著毒害作用的元素[7]。重金屬的密度一般在4.0以上，約60種元素。但是由于不同的重金屬在土壤中的毒性差別很大，所以在環(huán)境科學(xué)中人們通常關(guān)注鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩、汞、鎘、鉛、鉻、鈷等。砷、硒是非金屬，但是它的毒性及某些性質(zhì)與重金屬相似，所以將砷、硒列入重金屬污染物范圍內(nèi)。由于土壤中鐵和錳含量較高，因而一般不太注意它們的污染問題，但在強還原條件下，鐵和錳所引起的毒害亦應(yīng)引起足夠的重視。
土壤重金屬污染是指由于人類在生產(chǎn)活動中將重金屬帶入到土壤中，致使土壤中重金屬累積到一定程度，含量明顯高于背景，并可造成土壤質(zhì)量的退化、生態(tài)與環(huán)境的惡化現(xiàn)象[8]。土壤本身含有一定量的重金屬元素，如植物生長所必需的Mn、Cu、Zn等。因此，只有當(dāng)疊加進(jìn)入土壤的重金屬元素累積的濃度超過了作物需要和忍受程度，作物才表現(xiàn)出受毒害癥狀，或作物生長并未受害但產(chǎn)品中某種金屬的含量超過標(biāo)準(zhǔn)，造成對人畜的危害時，才能認(rèn)為土壤已被重金屬污染[9]。如土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值（GB15618-1995）[10]。
2. 土壤中重金屬的來源、種類
土壤重金屬污染主要是由工業(yè)產(chǎn)生的“三廢”以及污水灌溉、農(nóng)藥和化肥的不合理施用等農(nóng)業(yè)措施引起的。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，重金屬對土壤和農(nóng)作物的污染問題越來越突出，部分地區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重。總體來講，土壤重金屬污染源較廣泛，即有自然來源，又有包括人類活動帶入土壤的部分，目前主要來源為人為因素。主要包括大氣塵降、污水灌溉、工業(yè)廢棄物得不當(dāng)堆放、采礦及冶煉活動、農(nóng)藥和化肥的過多施用等[11-12]。
2.1 污水灌溉
污水灌溉通常指的是使用經(jīng)過一定處理的城市污水灌溉農(nóng)田、森林和草地。中國水資源較為緊缺，部分灌區(qū)常把污水作為灌溉水源來利用。污水的種類按其來源可分為城市生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金屬含量雖然不多，但由于我國工業(yè)發(fā)展迅速，許多工礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排入下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區(qū)土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金屬含量逐年累積[15-16]。在分布上，往往是靠近污染源頭和城市工業(yè)區(qū)土壤污染嚴(yán)重，遠(yuǎn)離污染源頭和城市工業(yè)區(qū)，土壤幾乎不受污水中的重金屬污染。
污灌在北方比較嚴(yán)重，因為我國北方比較干旱，水資源短缺嚴(yán)重，并且許多大城市都是重工業(yè)大城市，所以農(nóng)業(yè)用水更加緊張，污水灌溉在這些地區(qū)較為普遍。據(jù)統(tǒng)計，我國北方旱作地區(qū)污灌面積約占全國90%以上。南方地區(qū)相對較小，僅占6%，其余則在西北地區(qū)。污灌不僅導(dǎo)致土壤中重金屬元素含量的增加，而且還會在人體內(nèi)富集。研究顯示我國沈陽、溫州和遂昌等地由于污水灌溉引發(fā)了人體鎘中毒；鞍山宋三污灌區(qū)土壤中Hg、Cd的累積顯著，污染嚴(yán)重；用處理過的污水灌溉是解決干旱地區(qū)作物需水問題的一條可行途徑。但由此導(dǎo)致的土壤污染特別是重金屬污染必須引起重視。
2.2 農(nóng)藥和化肥污染
農(nóng)藥和化肥是重要的農(nóng)用物資，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展起到重要的推動作用，但如果不合理施用，則可導(dǎo)致土壤中重金屬污染。部分農(nóng)藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬元素，過量或不合理使用將會造成土壤重金屬污染。肥料中含有大量的重金屬元素，其中氮、鉀肥料含量相對較低，而磷肥中則含有較多的有害重金屬，另外復(fù)合肥的重金屬含量也相對較高。施用含有重金屬元素的農(nóng)藥和化肥，都可能導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。
2.3 礦山開采和冶煉加工
我國重金屬礦產(chǎn)相對豐富，在金屬礦山的開采、冶煉過程中，會產(chǎn)生大量廢渣及廢水，而這些廢渣和廢水隨著礦山排水和降雨進(jìn)入土壤環(huán)境中，便可直接地造成土壤重金屬污染，這在我國南方地區(qū)表現(xiàn)得尤為突出。
3. 重金屬污染的特點及危害
3.1 重金屬元素污染土壤的主要特點
在土壤環(huán)境中重金屬污染特點可以分為兩部分：一是土壤環(huán)境中重金屬自身的特點，二是重金屬元素在不同介質(zhì)中所表現(xiàn)的特點。具體特點如下：（1）形態(tài)變換較為復(fù)雜，重金屬多為過渡元素，有著較多的價態(tài)變化，且隨環(huán)境Eh，pH配位體的不同呈現(xiàn)不同的價態(tài)、化合態(tài)和結(jié)合態(tài)。重金屬形態(tài)不同則其毒性也不同；（2）有機(jī)態(tài)比無機(jī)態(tài)的毒性大；（3）毒性與價態(tài)和化合物的種類有關(guān)；（4）環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化形式多樣化；（5）生物毒性效應(yīng)的濃度較低；（6）在生物體內(nèi)積累和富集；（7）在土壤環(huán)境中不易被察覺；（8）在環(huán)境中不會降解和消除；（9）在人體內(nèi)呈慢性毒性過程。（10）土壤環(huán)境分布呈區(qū)域性；
過量的重金屬會引起動植物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)、發(fā)生病變，重金屬不易被土壤微生物降解，可在土壤中累積，也可通過食物鏈在人體內(nèi)積累，危害人體健康。土壤一旦遭受重金屬污染，就很難徹底消除，污染物還會向地下水和地表水中遷移，從而擴(kuò)大其污染。因此重金屬對土壤的污染是一類后果非常嚴(yán)重的環(huán)境問題。
3.2人類因土壤重金屬污染而遭受的危害[25]
（1）土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺；（2）土壤污染給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來很大的不利影響；（3）土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性，有可能繼續(xù)造成新的土地污染；（4）土壤污染嚴(yán)重危及后代人的利益，不利于可持續(xù)發(fā)展；（5）土壤污染造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；（6）土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅；（7）土壤污染也是造成其他污染的重要原因。
4. 對重金屬污染的防治及修復(fù)
4.1 對土壤污染的預(yù)防
目前，仍未找到可廣泛應(yīng)用且行之有效的重金屬污染治理方法，但控制污染源，是防止土壤污染的根本措施之一，同時利用土壤的自凈作用對污染物凈化具有一定的預(yù)防作用。控制土壤重金屬污染源，即控制進(jìn)入土壤中的重金屬污染物的數(shù)量和速度，通過土體自身的凈化作用，降低污染。
（1）控制和消除工業(yè)“三廢”
盡量利用循環(huán)無毒工藝，減少和消除重金屬污染物的排放，對工業(yè)“三廢”進(jìn)行回收改善，使其化害為利，并嚴(yán)格控制工業(yè)生產(chǎn)中污染物排放量和濃度，使之符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
（2）土壤污灌區(qū)的監(jiān)測和管理
在污灌區(qū)對灌溉污水的重金屬元素進(jìn)行控制，監(jiān)測水中重金屬污染物質(zhì)的成分、含量及其變化，避免引起土壤污染。
（3）合理施用化肥和農(nóng)藥
對于農(nóng)藥和化肥的施用，應(yīng)以環(huán)保無毒為準(zhǔn)則，禁止或限制使用高殘留農(nóng)藥，大力發(fā)展高效、低毒、低殘留農(nóng)藥，發(fā)展生物防治措施。為保證農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)，合理施用化學(xué)肥料和農(nóng)藥是必需的，但需控制好施用量，否則會造成土壤或地下水的污染。
（4）土壤容量和土壤凈化能力的提高
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，施用有機(jī)肥，改良松散型沙土，改善土壤膠體的種類和數(shù)量，增加土壤對有害重金屬的吸附能力和吸附量，從而減少重金屬在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金屬，提高土壤凈化能力。
4.2 土壤中重金屬污染的修復(fù)方法
（1）工程措施
工程治理措施是指在土壤環(huán)境中，用物理或物理化學(xué)的原理來減少重金屬污染物的措施。主要包括客土，換土，翻土，淋洗液熱處理以及電解等方法。以上方法措施的治理效果相對徹底，但實工過程復(fù)雜、所需治理費用較高且比較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夠在土壤中生存的生物的某些習(xí)性來抑制和改良土壤重金屬污染。Nanda Kumar P B A等發(fā)現(xiàn)某些特殊植物對土壤中的重金屬元素具有富集作用。寇冬梅等研究認(rèn)為食用菌對重金屬具有吸附作用。所用方法有動物治理，微生物治理，植物治理等。生物措施的優(yōu)點是實施較為簡便易行、投資較少且對環(huán)境破壞小，而缺點是在短期內(nèi)不易得到治理效果。
（3）化學(xué)措施
化學(xué)治理方法是利用化學(xué)物質(zhì)和天然礦物對重金屬污染進(jìn)行的原位修復(fù)技術(shù)，目前，在許多區(qū)域得到應(yīng)用。化學(xué)治理措施主要包括利用土壤改良劑、抑制劑，增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，改變pH、Eh和電導(dǎo)等理化性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金屬的生物有效性?；瘜W(xué)治理措施優(yōu)點是治理效果相對較明顯，而缺點是容易再度活化。
（4）農(nóng)業(yè)措施
農(nóng)業(yè)治理措施是通過改變耕作方式和管理制度來達(dá)到降低土壤重金屬危害的方法。M.Puschenreiter等探討了利用農(nóng)業(yè)耕作措施治理土壤重金屬的方法，得出在不同污染地區(qū)種植不同的農(nóng)作物可有效降低重金屬的污染。治理方法主要包括控制土壤水分，選擇合適的農(nóng)藥、化肥，增施有機(jī)肥，選擇農(nóng)作物品種等。農(nóng)業(yè)治理措施的優(yōu)點在于操作簡單、費用不高，而缺點是需要較長治理周期卻治理效果不顯著。
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關(guān)鍵詞：韓城；土壤重金屬；空間分布特征；污染評價
中圖分類號：S163.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）04-0798-04
Situation of Heavy Metals Pollution in the Agricultural Soil of Hancheng City
HU Ming
（College of Chemistry and Life Science，Weinan Normal University / Key Laboratory for Eco-environment of Multi-River Wetlands in Shaanxi Province，Weinan 714000，Shaanxi， China）
Abstract： In order to study the soil distribution characteristics of heavy metals in Hancheng city， contents of 5 heavy mentals in surface sediments were sampled and analyzed. The single factor pollution index and comprehensive pollution index were used to evaluate the data. The results showed that the pollution of Cr， Cu were serious. Pb was in the state of light pollution and the levels of Zn， Mn were the lowest. Analyzed with the comprehensive pollution index， the heavy metal pollution of agricultural soil in Hancheng city was in the state of high pollution. With the view of spatial distribution， heavy metal pollution in the southwest area of Hancheng was the most serious， and the northwest area was the lightest. It was suggested that appropriate measures should be taken to prevent and control metal pollution in the region to avoid making harm to human health.
Key words： Hancheng city； soil heavy metal； spatial distribution characteristics； pollution assessment
農(nóng)田土壤重金屬污染狀況、污染機(jī)理及其修復(fù)直接關(guān)系到人們的身體健康與社會穩(wěn)定發(fā)展，倍受各級政府的關(guān)注，是當(dāng)今土壤科學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究所面臨的重要課題。農(nóng)田土壤污染因素很多，在自然條件下土壤中重金屬含量高低受到成土母質(zhì)以及生物殘落物的影響。除此以外，在現(xiàn)代社會背景下，土壤處在自然環(huán)境的中心位置，承納著來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活污水、固體廢棄物、農(nóng)藥化肥、大氣降塵及其酸雨等多方面的約90%的污染物[1]。農(nóng)田土壤中重金屬含量的高低直接影響到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。全國大約有20%的糧食、34%的農(nóng)畜產(chǎn)品和56%的蔬菜因質(zhì)量安全問題危及著人們的身體健康[2]。
關(guān)中灌區(qū)在工業(yè)的影響下，河流重金屬污染相對比較嚴(yán)重，根據(jù)汪新生等[3]的研究，陜西省2007年工業(yè)重金屬，主要是重金屬鉛、鎘、六價鉻被排放到渭河流域，而關(guān)中地區(qū)農(nóng)業(yè)依賴渭河灌溉，這對當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量勢必產(chǎn)生較大影響。已有學(xué)者對關(guān)中灌區(qū)土壤污染狀況開展過研究，鄭國璋[4]以背景值為指標(biāo)，對于關(guān)中地區(qū)寶雞峽灌區(qū)、交口灌區(qū)、洛惠東灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Cd、As、Cr、Pb等重金屬元素的污染程度進(jìn)行研究，得出關(guān)中灌區(qū)土壤重金屬綜合累積程度從高到低依次為交口灌區(qū)、寶雞峽灌區(qū)、洛惠東灌區(qū)，灌區(qū)農(nóng)田土壤重金屬Pb的累積程度普遍較高，主要是長期污水灌溉所致。易秀等[5]對涇惠灌區(qū)土壤中Hg、Cd、Cr、Pb、As、Cu、Zn等7種重金屬含量的研究發(fā)現(xiàn)部分點位屬于中度污染。
本研究以陜西省韓城市農(nóng)田土壤為研究對象，對受到渭河灌溉以及金礦開采影響下的農(nóng)業(yè)土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行評價，并繪制出農(nóng)田土壤中重金屬累積與空間分布狀況圖，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全及其土壤管理提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
研究對象為韓城，區(qū)域地理坐標(biāo)34°37′-35°19′N，110°17′-110°29′E，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候。
1.2 研究方法
1.2.1 樣品采集 在研究區(qū)域內(nèi)共選取了25個采樣地塊，采樣點布局見圖1，每個地塊設(shè)置15個重復(fù)，采集0～20 cm耕層的土壤樣并充分混合，用四分法取500 g樣品放入聚乙烯塑料袋。
1.2.2 樣品前處理 將采集的土壤樣品在室內(nèi)風(fēng)干，風(fēng)干前盡可能剔除枯枝落葉、根莖、石子、動物殘體等雜質(zhì)，待完全風(fēng)干后，用木棒碾碎過2 mm篩，將每個樣品取出100 g左右，供測定土樣有機(jī)質(zhì)和重金屬的含量用。
1.2.3 樣品分析 土壤樣品經(jīng)過濃硝酸、濃鹽酸、氫氟酸、高氯酸消解后，利用原子吸收光譜法進(jìn)行測定[6]。
1.2.4 評價方法 采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法相結(jié)合的方法，評價研究區(qū)土壤重金屬的污染程度。單因子污染指數(shù)評價，即以介質(zhì)中某污染物含量值與該污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)之比作為污染指數(shù)；通常用來評價單污染元素對土壤質(zhì)量的污染程度，單項污染指數(shù)愈小，說明環(huán)境介質(zhì)中受這種元素的污染程度愈輕[7]，其計算公式為：
式中，Pi為i污染物的污染指數(shù)；Ci為i污染物的實測值；Si為i污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)。Pi≤1，表示未受污染；Pi>1表示已受污染，其值越大受污染程度越嚴(yán)重。根據(jù)式（1）計算出的污染指數(shù)可以對元素污染程度進(jìn)行分級，單項污染指數(shù)的評價方法，其實是計算超出背景值的倍數(shù)。本研究以當(dāng)?shù)赝寥乐性乇尘爸礫8]作為污染指數(shù)的基數(shù)進(jìn)行單因子評價。
綜合污染指數(shù)采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)[7]，計算公式如下：
式中，Piave和Pimax分別是平均單項污染指數(shù)和最大單項污染指數(shù)。內(nèi)梅羅污染指數(shù)較多地強調(diào)了最大污染指數(shù)對環(huán)境的影響，易造成計算結(jié)果的失真，而采用姚志麒[9]對平均值賦予較大權(quán)系數(shù)（X/Y）的方法可解決該問題。X代表最大單項污染指數(shù)，Y代表平均單項污染指數(shù)，則公式（2）可寫成公式（3）：
在式（3）中，P綜為內(nèi)梅羅污染指數(shù)；Pi為單因子污染指數(shù)；Pimax為最大單項污染指數(shù)；n為污染項目數(shù)。
空間分析利用ARCGIS 9.3地理系統(tǒng)統(tǒng)計分析模塊獲取研究區(qū)域土壤重金屬的空間分布情況。
2 結(jié)果與分析
2.1 土壤重金屬統(tǒng)計與對比
對所采樣品進(jìn)行一定的篩選，剔除可能因為分析失誤所造成的可疑數(shù)據(jù)，然后把選出的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。表1為韓城土壤中5種重金屬含量基本統(tǒng)計信息。從表1可以看出，Zn、Pb、Cr、Cu、Mn 5種元素的變異系數(shù)介于0.21～0.40之間。變異系數(shù)反映一個數(shù)據(jù)集的離散程度，其值越大表示數(shù)據(jù)離散度越高，其值越小越離散度越小。由此可見，這5種重金屬各樣點間具有一定的離散度，Cu的離散程度相對于其他4種重金屬元素較高。
研究區(qū)綜合污染指數(shù)的范圍為2.49～5.97，平均值為3.61。劃分等級后，研究區(qū)土壤樣點主要集中在重度污染，占到了總樣本數(shù)的64%，其余36%為中度污染，說明當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)土壤重金屬污染情況較為嚴(yán)重，在農(nóng)業(yè)操作當(dāng)中應(yīng)該重視重金屬對土壤的污染。有研究表明土壤中的重金屬污染的原因主要有礦石開采、城市化建設(shè)、固體廢棄物堆積、施用化肥、污水灌溉等原因[10，11]，當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤又主要依賴黃河、渭河的污水漫灌以及長期施用化學(xué)肥料，這些是造成當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)土壤重金屬污染程度較高的主要原因?？傮w而言，韓城市農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染較為嚴(yán)重。
2.3 土壤重金屬污染分布情況
從圖2中Zn的分布可以看出，在研究區(qū)的西南部地區(qū)土壤Zn的富集程度較高，整個北部地區(qū)的含量較低，其他地區(qū)都處于中間水平。但從整體上來看，農(nóng)業(yè)土壤中Zn的污染水平較低，仍處于一個相對安全的范圍內(nèi)。圖3中土壤Pb的污染范圍及程度與Zn相近。
農(nóng)業(yè)土壤中Cr的分布為西南部地區(qū)污染程度較高，中部偏東污染程度相對較高，其他地區(qū)污染程度較一致（圖4）。但從表2可以看出，研究區(qū)Cr污染已經(jīng)非常嚴(yán)重，再結(jié)合Cr的空間分布情況可以得到當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)土壤中Cr的污染在西部及西南部地區(qū)最為嚴(yán)重。從圖5可以看出韓城農(nóng)業(yè)土壤中Cu的污染現(xiàn)狀，其空間分布為南部地區(qū)污染最為嚴(yán)重，向東北部污染程度逐漸降低，但在中部偏東土壤中Cu含量相對較高，中部及西北部地區(qū)的Cu污染程度最低。結(jié)合表2來看，研究區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Cr、Cu的污染程度非常高，應(yīng)加強農(nóng)業(yè)土壤重金屬Cr和Cu的治理。
從Mn在研究區(qū)的空間分布情況（圖6）來看，土壤中Mn污染較以上幾種重金屬有所差異，除南部地區(qū)污染嚴(yán)重外，其他地區(qū)也有污染相對嚴(yán)重的點，但并未造成較大面積的集中污染。結(jié)合表2可以看出， Mn只在少部分采樣地塊出現(xiàn)了輕度污染，其他大部分樣地仍然處于清潔、尚清潔水平。
由于受到Cr、Cu兩種重金屬的影響，研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)土壤重金屬的綜合污染指數(shù)分布規(guī)律也與Cr、Cu的分布規(guī)律相似，即西南部地區(qū)污染嚴(yán)重，西北部地區(qū)污染相對較輕，其他地區(qū)的污染程度處于兩者之間（圖7）。
3 結(jié)論
1）研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)土壤重金屬中Cr、Cu污染情況最為嚴(yán)重，污染指數(shù)平均值分別為4.93、4.55，已達(dá)到重度污染水平。在所有的監(jiān)測點中，Cr、Cu重度污染點分別占100%和84%。Pb在研究區(qū)內(nèi)主要為輕度污染。Zn、Mn處于較安全的范圍。
2）從農(nóng)業(yè)土壤中Zn、Pb、Cr、Cu的空間分布可以看出，西南部地區(qū)重金屬的積累程度較高。
3）從綜合污染指數(shù)空間分布來看，研究區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)土壤的重金屬污染處于重度污染水平，且研究區(qū)農(nóng)業(yè)土壤西南部污染較為嚴(yán)重，西北部污染較輕。
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關(guān)鍵詞 土壤；重金屬污染；現(xiàn)狀；修復(fù)技術(shù)
中圖分類號 X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）09-0229-03
重金屬是指比重大于5.0 g/cm3的金屬元素，包括Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Hg、As、Fe、Mn、Mo、Co等。通常自然界中重金屬元素的背景值很低，其暴露不會對周圍環(huán)境造成影響。但由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，污水灌溉和化肥、農(nóng)藥的使用量加大，導(dǎo)致土壤系統(tǒng)中重金屬不斷累積，明顯高于其背景值，從而惡化了生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量，并通過食物鏈直接危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計，全世界平均每年排放Hg約1.5萬t，Cu 340萬t，Pb 500萬t，Mn 1500萬t，Ni 100萬t[1]。隨著重金屬污染問題的日益突出，土壤污染防治工作已在“十一五”期間被提上中國環(huán)境保護(hù)工作的重要議程，并成為第1個“十二五”國家規(guī)劃。針對上述情況，筆者結(jié)合我國土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，對當(dāng)前土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)及其作用機(jī)理進(jìn)行分析，并總結(jié)其各自的優(yōu)勢與不足，以期為綜合治理土壤重金屬污染提供參考依據(jù)。
1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀
我國面臨著相當(dāng)嚴(yán)峻的土壤重金屬污染問題。農(nóng)業(yè)部調(diào)查數(shù)據(jù)顯示[2]，我國約140萬hm2的農(nóng)業(yè)用地采用污水灌溉，受到重金屬污染的土地面積占污染總面積的64.8%。據(jù)有關(guān)資料表明，我國重金屬污染的農(nóng)業(yè)土地面積為2 500 hm2左右，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)逾1 000萬t，并造成1 200萬t以上的糧食被重金屬污染，將各項經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行合計，至少高于200億元[3]。污染土地中，嚴(yán)重污染面積占8.4%，中度污染面積占9.7%，輕度污染面積占46.7%。Hg 和Cd 的污染面積最大。如上海農(nóng)田耕層土壤Hg、Cd含量增加了50%，江西大余縣污灌引起的Cd污染面積達(dá)5 500 hm2，沈陽張士灌區(qū)Cd污染面積達(dá)2 533 hm2。我國農(nóng)田土壤污染除Cd、Hg污染外，Pb、As、Cr和Cu的污染也比較嚴(yán)重。以保定市污水灌區(qū)為例，其Zn、Cu、Pb、Cd的檢出超標(biāo)率分別達(dá)到100.0%、27.5%、50.0%、87.5%[4]。此外，我國菜地土壤重金屬污染也較為嚴(yán)重[5-7]。廣州市蔬菜地Pb污染最為普遍，As污染次之；重慶近郊蔬菜基地土壤重金屬Hg和Cd出現(xiàn)超標(biāo)，超標(biāo)率分別為6.7%和36.7%；珠三角地區(qū)近40%菜地重金屬污染超標(biāo)，其中10%屬嚴(yán)重超標(biāo)。近年來，由于工業(yè)“三廢”、機(jī)動車廢氣和生活垃圾等污染物的排放，我國城市土壤普遍受到不同程度的重金屬污染，主要污染元素為Pb、Cd、Hg。且城市土壤中大部分重金屬污染含量普遍高于郊區(qū)農(nóng)村土壤，并具有明顯的人為富集特點[8]。
2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)
2.1 物理修復(fù)
物理修復(fù)是指通過各種物理過程將污染物從土壤中去除或分離的技術(shù)，主要包括土壤淋洗法、工程措施法、電熱修復(fù)法等。
2.1.1 土壤淋洗法。該方法是應(yīng)用最多、應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟的物理修復(fù)方法。采用淋洗液（包括無機(jī)溶液清洗劑、復(fù)合清洗劑、清水、表面活性劑、有機(jī)酸及其鹽清洗劑、螯合劑等）對土壤進(jìn)行淋洗，使固相重金屬轉(zhuǎn)化為液相，重金屬從土壤中轉(zhuǎn)移到廢水，再通過對廢水進(jìn)行回收處理，從而實現(xiàn)土壤的修復(fù)。Wasay et al[9]研究發(fā)現(xiàn)，EDTA和DTPA能有效地去除土壤中Hg以外的重金屬元素，同時也提取出大量土壤營養(yǎng)元素。土壤淋洗法簡便、成本低、處理量大、見效快，適用于大面積重度污染土壤治理，尤其是輕質(zhì)土和砂質(zhì)土。但這種方法在去除重金屬的同時，易造成地下水污染及土壤養(yǎng)分流失。因此，既能提取各種形態(tài)重金屬又不破壞土壤結(jié)構(gòu)的淋洗液，將為該方法修復(fù)重金屬污染土壤提供廣闊的應(yīng)用前景。
2.1.2 工程措施法。該方法是較為經(jīng)典和傳統(tǒng)的土壤重金屬污染修復(fù)方法，包括深耕翻土、換土、客土等。深耕翻土與污土混合，或者通過換土和客土等手段，可以使土壤中重金屬的含量有效降低，從而降低其對植物的毒害。不同的方式適宜于不同污染程度的土壤，重污染區(qū)的土壤宜使用換土和客土方法改良，而輕度污染的土壤則適宜于采用深耕翻土的方法進(jìn)行修復(fù)。工程措施法的優(yōu)勢在于效果穩(wěn)定和徹底，但是也存在一定的不足，如費用高、工程量大、易降低土壤肥力和破壞土壤結(jié)構(gòu)，還有換出的污染土壤也存在二次污染的隱患，應(yīng)妥善處理。據(jù)報道，對1 hm2面積的污染土壤進(jìn)行客土治理，每1 m深土體需耗費高達(dá)800萬～2 400萬美元[10]。因此，工程措施不是一種理想的污染土壤修復(fù)方法。
2.1.3 電熱修復(fù)法。該方法利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，再通過電磁波作用而產(chǎn)生熱能，從而促使土壤中揮發(fā)性重金屬得以分離，實現(xiàn)土壤的修復(fù)和改良。目前，該方法適用于修復(fù)受Hg或Se等可揮發(fā)性重金屬污染的土壤。有研究表明，采用該法可使砂性土、黏土、壤土中Hg含量分別從15 000、900、225 mg/kg降至107、112、115 μg/kg，回收的Hg蒸氣純度達(dá)99%[11-12]。這種方法雖然操作簡單、技術(shù)成熟，但能耗大、操作費用高，也會影響土壤有機(jī)質(zhì)和水分含量，引起土壤肥力下降，同時重金屬蒸氣回收時易對大氣造成二次污染。
2.2 化學(xué)修復(fù)
化學(xué)修復(fù)也是一種原位修復(fù)技術(shù)，即通過向重金屬污染土壤中添加改良劑，以調(diào)節(jié)和改變土壤的理化性質(zhì)，使重金屬發(fā)生沉淀、吸附、拮抗、離子交換、腐殖化和氧化還原等一系列化學(xué)反應(yīng)，降低其在土壤中的遷移性和被植物所吸收的可能性，從而達(dá)到治理和修復(fù)污染土壤的目的。常用的改良劑有石灰性物質(zhì)[13-15]、磷酸鹽化合物[16-17]、硅酸鹽化合物[18]、金屬及其氧化物[19-20]、黏土礦物[21-23]、有機(jī)質(zhì)[24-26]等，其作用機(jī)理見表1。這種方法雖然簡單易行，但其不足在于它只是改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，卻沒有把重金屬從土壤中真正分離出來，如果土壤環(huán)境發(fā)生變化，容易造成其再度活化，引起“二次污染”。
2.3 生物修復(fù)
生物修復(fù)是利用生物（主要是微生物、植物和動物）的新陳代謝作用吸收去除土壤中的重金屬或使重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化，降低毒性，凈化土壤。該方法是運用生物技術(shù)治理污染土壤的一種新方法，具體包括微生物修復(fù)法、植物修復(fù)法、動物修復(fù)法等。由于該方法效果好、易于操作，日益受到人們的重視，已成為污染土壤修復(fù)研究的熱點。
2.3.1 微生物修復(fù)。該方法是通過微生物進(jìn)行作用，將土壤中重金屬元素進(jìn)行沉淀、轉(zhuǎn)移、吸收、氧化還原等，從而對污染土壤進(jìn)行修復(fù)。如檸檬酸菌能夠與Cd形成CdHPO4沉淀；無色桿菌、假單胞菌能夠使亞砷酸鹽氧化成砷酸鹽，從而降低As的轉(zhuǎn)移和毒性；還有些微生物能夠把劇毒的甲基汞降解為毒性小、可揮發(fā)的單質(zhì)Hg[3]。盡管微生物修復(fù)引起極大重視，但大多數(shù)技術(shù)仍局限在科研和實驗室水平，很少有實例報道。但隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，一些如細(xì)菌表面展示技術(shù)、噬菌體抗體庫技術(shù)、酵母表面展示技術(shù)等[27]，有望在治理土壤重金屬污染中發(fā)揮重要作用。
2.3.2 植物修復(fù)。植物修復(fù)廣義上是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化、固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技術(shù)的總稱；狹義上是指利用耐性和超富集植物將污染土壤中的重金屬濃度降低到可接受的水平。根據(jù)其修復(fù)過程和機(jī)理，植物修復(fù)法可分為以下4種：①根部過濾[28]，即通過耐性植物根系對重金屬的吸收并保持在根部。常用的植物有水生植物、半水生植物以及個別陸生植物，如向日葵、耐鹽野草、寬葉香蒲等。該法多應(yīng)用于修復(fù)水體的重金屬污染。②植物穩(wěn)定[29]，即利用植物根際的一些特殊物質(zhì)，使土壤中污染物轉(zhuǎn)化為相對無害物質(zhì)的方法。常用的植物有印度芥菜、油菜、楊樹、苧麻等。該法多應(yīng)用于治理廢棄礦場和重金屬污染嚴(yán)重地區(qū)。③植物揮發(fā)[30]，即利用植物吸收土壤中的重金屬，并將其轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)狀態(tài)，通過植物葉片等部位揮發(fā)出去，以降低土壤中重金屬的含量。常用的植物有印度芥菜以及濕地上的一些植物。該法多應(yīng)用于修復(fù)污染土壤中含有揮發(fā)性的重金屬（如Hg、Se等），但易造成大氣污染。④植物提取[31]，即利用超富集植物從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到地上部，然后通過收獲，從而達(dá)到去除污染土壤中重金屬的目的。目前，已發(fā)現(xiàn)超富集植物有700種以上，且廣泛分布于約50科中，并主要集中在十字花科。該法適用面廣，對于修復(fù)多種重金屬污染土壤均有效。
植物修復(fù)法成本低，對環(huán)境擾動小，能綠化環(huán)境，具有良好的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合效益，適用于大規(guī)模污染土壤的修復(fù)，屬于真正意義上的綠色修復(fù)技術(shù)。但該方法也有一定的缺點：一是超富集植物生長緩慢，常受土壤類型、氣候、水分、營養(yǎng)等環(huán)境條件限制，導(dǎo)致修復(fù)污染較嚴(yán)重土壤的周期長；二是修復(fù)過程局限在超富集植物根系所能伸展的范圍內(nèi)；三是超富集植物只能積累某一種重金屬，而土壤污染大多是重金屬的復(fù)合污染；四是超富集植物需收割并作為廢棄物妥善處置，將對生物多樣性存在一定的威脅。
2.3.3 動物修復(fù)。動物修復(fù)是利用土壤中的某些低等動物（如蚯蚓等）吸收重金屬的特性，在一定程度上降低受污染土壤的重金屬比例，以達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的目的。有研究表明[32]，蚯蚓在其耐受濃度范圍內(nèi)，對重金屬的富集量隨著重金屬濃度的增加而增加，同時對重金屬的選擇性受其體內(nèi)酶的影響。但這種修復(fù)方法不足在于低等動物吸收重金屬后可能再次釋放到土壤中，造成二次污染。
2.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)
農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)是近幾年新興的修復(fù)技術(shù)，它是通過改變耕作制度、調(diào)整作物品種、調(diào)控土壤化學(xué)環(huán)境（包括土壤pH值、水分、氧化還原電位等）、改變土地利用類型、增施有機(jī)肥（堆肥、廄肥、植物秸稈等）、控施化肥等措施，以減輕重金屬對土壤的危害[33]。我國在這一方面研究較多[34-36]，并取得了一定的成效。這種方法具有投資少、無副作用等特點，適用于中輕度污染土壤，但也存在修復(fù)周期較長、效果不太顯著等不利因素。
3 結(jié)語
綜上所述，目前重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)很多，但就單一技術(shù)來看，任何一種修復(fù)技術(shù)都有其局限性，難以達(dá)到預(yù)期效果，進(jìn)而無法大力推廣。而且土壤重金屬污染修復(fù)作為一項系統(tǒng)工程，不僅需要土壤學(xué)、植物生理學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、分子生物學(xué)等多個學(xué)科的共同努力，還需要多種修復(fù)技術(shù)的綜合應(yīng)用，即將物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)科學(xué)地結(jié)合起來，取長補短，才能達(dá)到更好的效果。
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關(guān)鍵詞：重金屬；污染；土壤；植物修復(fù)
中圖分類號：X24文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-9944（2015）12-0226-03
2土壤重金屬污染現(xiàn)狀
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的工礦企業(yè)被建立。資源的緊張也導(dǎo)致越來越多的污水被灌溉到農(nóng)田中。污灌區(qū)的污水是經(jīng)過簡單處理的日常用水以及工業(yè)廢水，其中大部分是來自于附近廠區(qū)的工業(yè)用水。隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷增強，各個大中小城市對污水的處理也得到了進(jìn)一步的改善。但是其中潛在的污染風(fēng)險也一直是人們研究的對象，尤其是近年來糧食安全問題層出不窮，長期累計的土壤問題開始顯露，并呈現(xiàn)不斷加強的趨勢。
近年來，在全國土壤調(diào)查的基礎(chǔ)上我國研究學(xué)者對部分地區(qū)農(nóng)用地土壤展開了調(diào)查研究。其中天津、沈陽、保定、蘭州等工業(yè)城市的污灌區(qū)表層土壤呈現(xiàn)不同程度的重金屬污染[6～10]。張麗紅等[11]以國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)，采樣調(diào)查分析了100個河北省清苑縣及清苑縣附近的農(nóng)田土壤樣品，結(jié)果顯示：土壤中Cd污染最為嚴(yán)重，超標(biāo)率65%，達(dá)中度污染水平；Pb、Zn、Cu超標(biāo)率分別為37%、44%和33%，達(dá)到輕度污染水平，足以引起各位學(xué)者關(guān)注。茹淑華等[12]對河北石家莊典型污灌區(qū)進(jìn)行取樣調(diào)查，結(jié)果顯示：污灌區(qū)Cu 、Zn 、Pb 、Cd 和Cr存在不同程度的富集現(xiàn)象，而清灌區(qū)仍處于清潔水平。雖然污灌區(qū)土壤重金屬含量總體上均未超過我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但土壤樣品仍有個別樣點的Cd出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。因此，對污灌區(qū)土壤重金屬修復(fù)迫在眉睫。
3土壤中重金屬污染的植物修復(fù)措施
針對環(huán)境污染，越來越多的污染修復(fù)方式被人類利用。其中植物修復(fù)是以清除污染，修復(fù)或治理為目的利用綠色植物從環(huán)境中轉(zhuǎn)移容納或轉(zhuǎn)化污染物的環(huán)境污染治理技術(shù)[13～15]。其根據(jù)修復(fù)植物的特點和功能用于重金屬污染土壤等接種的植物修復(fù)技術(shù)主要有4種類型：植物揮發(fā)、提取、過濾以及穩(wěn)定或固化[16]。
3.1普通植物對土壤重金屬的修復(fù)
近年來，我國對植物修復(fù)重金屬污染土壤作出了很多研究。陳同斌等[17]試驗小組分別發(fā)現(xiàn)在我國湖南、廣西南方等地存在大面積的蜈蚣草等蕨類植物，并指出其具有超富集砷能力，且其植物體內(nèi)氮磷養(yǎng)分的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其葉片含砷量。劉金林等[18]對一年蓬進(jìn)行實驗研究發(fā)現(xiàn)，該原產(chǎn)自北美的一年蓬對土壤中重金屬的富集能力較強。同時lin等[19]以汞污染的稻田為實驗材料，研究了改作苧麻對土壤中重金屬的凈化作用，研究顯示改作苧麻能凈化汞污染的稻田，其中年凈化率達(dá)41%，并連種稻田土壤的自凈時間縮短了8.5倍。黃會一等[20]也發(fā)現(xiàn)楊樹對汞和鎘有很好的耐性和凈化功能。
3.2花卉植物對土壤重金屬的修復(fù)
隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，越來越多的研究學(xué)者也將目光轉(zhuǎn)向花卉植物?；ɑ苤参锞哂幸欢ǖ挠^賞性，而且種類繁多。同時花卉植物對重金屬有一定能力的積累轉(zhuǎn)移作用。周霞等[21]對鴨腳木、小葉黃楊等8中花卉植物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：花卉植物對重金屬的轉(zhuǎn)移能力大小順序為Zn>Cd>Cu>CrPb 。對重金屬的積累能力大小順序為Cr>Zn>Cu>Cd>Pb。其中，亮葉忍冬、小葉黃楊、金葉假連翹對土壤中Cd的修復(fù)效果較為理想；鴨腳木、亮葉忍冬、小葉黃楊對土壤中Zn的修復(fù)效果較好；鴨腳木、金光變?nèi)~木、細(xì)葉雞爪槭、胡椒木、等花卉植物對土壤中Cr的富集能力均較高，且根部積累系數(shù)都大于1，這說明對土壤中Cr的修復(fù)效果較好。
3.3草本能源植物對土壤重金屬的修復(fù)
草本能源植物作為生物生長和人類發(fā)展的生物能源基礎(chǔ)在社會發(fā)展及人類生存過程中占有重要地位[22，23]。同時在倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的當(dāng)今社會，草本能源植物作為草本植物的一種，其同樣具有非常高的應(yīng)用生態(tài)價值及經(jīng)濟(jì)價值[24～27]。最重要的是，部分草本能源植物具有較強的生態(tài)適應(yīng)能力使其在污染土地的治理中具有一定的應(yīng)用潛力。侯新村等[28]對柳枝稷、荻、蘆竹、雜交狼尾草、四種草本能源植物的規(guī)模化種植并對其積累重金屬作用進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明：草本能源植物對砷汞銅鉻鉛鎘等重金屬的絕對富集量較為可觀。對于砷銅鉛鎘均以雜交狼尾草的絕對富集量最高，柳枝稷、荻、蘆竹次之；雜交狼尾草對污染土壤中污染物汞的絕對富集能力最高；蘆竹對鉻的絕對富集能力最高，最高達(dá)1 333.37 g/hm2，這說明草本能源植物可以作為重金屬污染植物修復(fù)的一類修復(fù)植物，其具有一定的修復(fù)潛力。
4結(jié)語
土壤的重金屬污染危及糧食生產(chǎn)、食物質(zhì)量、生態(tài)安全、人體健康以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。以預(yù)防為主[29]，預(yù)防、控制和修復(fù)相結(jié)合的土壤保護(hù)政策迫在眉睫。我國雖然在植物修復(fù)上起步較晚，但是仍然發(fā)展迅速。植物修復(fù)是利用具有修復(fù)性能的植物的生命活動對重金屬污染土壤進(jìn)行積累修復(fù)的一項新技術(shù)。與此同時，我國很多的研究學(xué)者也就此問題展開過多種研究且證明植物修復(fù)是一種極具有潛力的土壤重金屬修復(fù)方式。因此接下來仍需要在找到具有較強積累能力的植物之后對其生長發(fā)育規(guī)律及發(fā)育調(diào)控措施進(jìn)行研究從而不斷提高植物修復(fù)的效率以加快對土壤重金屬污染的修復(fù)進(jìn)程。
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關(guān)鍵詞：中藥；重金屬；評價方法；述評
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.02.040
中圖分類號：R282 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5304（2016）02-0134-03
Research Status of Heavy Metal Pollution and Evaluation Methods of Traditional Chinese Medicine ZHAO Rong， YANG Hui-xia， PU Jin， WANG Dan-jie， ZENG Guang （Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 100029， China）
Abstract： Heavy metal pollution in traditional Chinese medicine has become a concerned hot issue both at home and abroad. Understanding and mastering the situation of heavy metal pollution in traditional Chinese medicine is not only beneficial to the general situation of judgment of heavy metal pollution， but also provides the data foundation for the development of relevant policies. In this article， the current heavy metal pollution of traditional Chinese medicine and its evaluation methods were summarized， in order to provide supports for the follow-up systemtic evaluation of heavy metal pollution in traditional Chinese medicine.
Key words： traditional Chinese medicine； heavy metal； evaluation methods； review
土壤是中藥材生長最基本的要素，為其生長提供了有機(jī)質(zhì)和礦物營養(yǎng)元素。因此，一般說來土壤重金屬污染越嚴(yán)重，中藥材受重金屬污染也就越嚴(yán)重，其產(chǎn)量和品質(zhì)也越差。為此，筆者對近十幾年的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)，為進(jìn)一步系統(tǒng)評價我國中藥材重金屬污染提供參考。
1 中藥材重金屬污染研究
1.1 現(xiàn)狀
近幾年的研究表明，我國中藥材重金屬超標(biāo)的嚴(yán)峻形勢不容忽視。2011年，鄒氏等[1]對“浙八味”品種生長調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浙貝母、溫郁金、白術(shù)、白芍鎘（Cd）超標(biāo)情況相對嚴(yán)重，尤其溫郁金100%超標(biāo)，有的甚至超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍。馮氏等[2]對100種中藥材進(jìn)行測定，結(jié)果顯示鉛（Pb）、Cd、砷（As）等有害重金屬元素存在于大部分的中藥材中。王氏等[3]對金銀花、山楂、紅花等10種中藥材所含As、Cd、銅（Cu）、汞（Hg）、Pb進(jìn)行了測定，發(fā)現(xiàn)除山楂外，其余9種中藥材均超標(biāo)。其中金銀花As超標(biāo)率為24%，Hg超標(biāo)率為47%，Cd超標(biāo)率為24%，Pb超標(biāo)率為6%；積雪草Cd超標(biāo)
通訊作者：曾光，E-mail：zengg1234@163.com
率為100%，As和Pb超標(biāo)率為18%，Cu超標(biāo)率為9%。楊氏等[4]對黔東南州9種中藥材重金屬污染情況進(jìn)行了評價，結(jié)果7個品種重金屬超標(biāo)，其中金銀花Pb和Cd含量超標(biāo)、黃柏Pb含量超標(biāo)。顏氏等[5]對陜西和山東產(chǎn)丹參進(jìn)行了重金屬檢測，結(jié)果兩地產(chǎn)丹參均含As、Hg、Cu、Cd、Pb等，其中Cu超標(biāo)相對較為普遍。陳氏等[6]對醫(yī)院藥房常用10種中藥飲片進(jìn)行了As、Hg、Pb、Cd、鎳（Ni）測定，結(jié)果在35個樣本中有18個樣本的重金屬含量超標(biāo)，占總樣品量的51.4%。其中澤瀉、白術(shù)Cd超標(biāo)，黃芪、丹參、甘草、澤瀉Hg超標(biāo)，丹參、柴胡、甘草、當(dāng)歸Ni超標(biāo)；按品種計，10個品種有7個受污染，比例達(dá)70%。采自藥店的10個樣品中有4個受重金屬污染，比例為40%。
由此可見，目前我國中藥材重金屬污染形勢十分嚴(yán)峻，尤其是近30年來，隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，大量未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)廢棄物任意排放，以及不合理使用化肥農(nóng)藥，導(dǎo)致我國中藥材重金屬超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重，品質(zhì)不斷下降。因此，解決中藥材重金屬污染的問題迫在眉睫。
1.2 污染來源
1.2.1 中藥材自身特性 中藥材對某些金屬元素具有生物富集能力，在按自身需要特定比例主動吸收同時，對土壤中富集元素也會相應(yīng)地被動吸收，這是導(dǎo)致中藥材重金屬超標(biāo)的重要途徑。如顧氏等[7]研究了川附子與土壤中重金屬元素的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)重金屬的存在形態(tài)決定了川附子對土壤中重金屬的吸收。
1.2.2 工業(yè)廢棄物 這是土壤重金屬污染的主要來源之一。工業(yè)廢棄物對中藥材重金屬污染主要表現(xiàn)為：一方面，工業(yè)生產(chǎn)將大量含重金屬的有害氣體排放到空氣中，植物葉面通過主動或被動吸收，將廢氣中的有害物質(zhì)吸收；另一方面，含有重金屬的廢水、固體廢棄物通過灌溉，造成中藥材的間接污染[8]。
1.2.3 農(nóng)藥和化肥 農(nóng)藥一般含有As、Hg、Pb、Cu等重金屬元素，用于噴灑中藥材時，易被其吸收并滲透于根莖、葉片及果皮等組織內(nèi)，造成重金屬污染。此外，中藥材在種植過程中需使用肥料，其中磷肥的大量使用，會明顯增加土壤Cu、Cd等重金屬元素的含量，導(dǎo)致中藥材被污染[9]。
1.2.4 其他 因容器或輔料含有重金屬，中藥材在加工、炮制過程中也可能被污染。顧氏等[7]研究發(fā)現(xiàn)，炮制后的川附子在As、Cu等重金屬元素的含量高于炮制前。另外，為防治鼠害、霉變等，中藥材在存儲前會使用重金屬制品的熏蒸劑，這也是造成中藥材重金屬污染的原因之一。
2 中藥材重金屬污染評價方法
筆者通過查閱近十幾年文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前對中藥材重金屬污染的常用評價方法有2種：一是以2001年國家頒布實施《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[10]重金屬限量值或《中華人民共和國藥典》[11]重金屬限量值為標(biāo)準(zhǔn)，評價中藥材重金屬的超標(biāo)率；另一種方法是評價中藥材重金屬污染程度的大小，因中藥材重金屬污染可能既是單一元素也是多元素共同作用的結(jié)果，因此，須相應(yīng)采用單項污染指數(shù)或綜合污染指數(shù)法評價中藥材重金屬污染程度。
2.1 超標(biāo)率的計算
中藥材重金屬超標(biāo)率，是指所取樣本中重金屬含量超過了《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》或《中華人民共和國藥典》中重金屬限量值標(biāo)準(zhǔn)的樣本的百分?jǐn)?shù)，是反映中藥材重金屬污染狀況的指標(biāo)之一。評價標(biāo)準(zhǔn)參照《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》或《中華人民共和國藥典》重金屬的限量值，兩者關(guān)于重金屬限量值是一致的，即Pb≤5 mg/kg，As≤2 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，Cu≤20 mg/kg。
在我國，計算重金屬超標(biāo)率是評價中藥材重金屬污染普遍使用的一種方法。葉氏等[12]參照《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，對貴州省4個種植基地的5種中藥材所含Pb、Cd、Hg、As、Cu等重金屬含量進(jìn)行了測定分析。結(jié)果Cd的超標(biāo)率最嚴(yán)重，莖葉類藥材Cd的超標(biāo)率最高達(dá)84%；其次是Cu，莖葉類藥材超標(biāo)率為76%，花果類藥材超標(biāo)率為60%。李氏等[13]對中藥材41種無機(jī)元素的總含量進(jìn)行了測定，并參照《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》分析了重金屬元素超標(biāo)情況，結(jié)果Cu、Pb、As、Cd、Hg的超標(biāo)率分別為5.2%、4.7%、2.4%、20.0%、1.3%。高氏[14]測定7個主產(chǎn)地甘草中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb、鉍共8種重金屬的含量，并將測定結(jié)果與《中華人民共和國藥典》重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)As、Hg、Pb是造成甘草重金屬超標(biāo)的主要因素。
2.2 單項污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法
中藥材的重金屬污染可能由單一重金屬元素所致，也可能是由多種重金屬元素共同作用的結(jié)果。目前單項污染指數(shù)是國內(nèi)普遍采用的方法之一，但單項污染指數(shù)只能反映某一種重金屬元素對中藥材的污染。為了能夠全面反映各重金屬對中藥材的作用，并突出高濃度重金屬元素對中藥材質(zhì)量的影響，還需采用綜合污染指數(shù)法對中藥材重金屬污染進(jìn)行評價。
2.2.1 單項污染指數(shù)法 單項污染指數(shù)定義為Pi=Ci÷Si，式中Pi為中藥材中重金屬元素i的污染指數(shù)，Ci為中藥材中重金屬元素i的實測濃度，Si為中藥材中重金屬元素i的限量標(biāo)準(zhǔn)值（通常以《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》或《中華人民共和國藥典》重金屬的限量值為評價標(biāo)準(zhǔn)）。當(dāng)Pi≤1時，表示中藥材未受污染；Pi>1時，表示中藥材受到污染，且Pi越大則中藥材受到的污染越嚴(yán)重。
2.2.2 綜合污染指數(shù)法 綜合污染指數(shù)能全面反映重金屬對中藥材的污染，并突出了高濃度重金屬元素對中藥材的影響。其定義為P綜合= ，式中Pave為中藥材中各單項污染指數(shù)之和的平均值，Pmax為中藥材中各單項污染指數(shù)中的最大值。當(dāng)P綜合≤1時，表示未受污染；P綜合>1時，表示受到污染，且P綜合越大則表示受到污染越嚴(yán)重。
迄今，有不少學(xué)者采用單項污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法對中藥材重金屬污染情況進(jìn)行過研究。如褚氏等[15]研究了河北省安國市種植區(qū)中藥材重金屬污染情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)As含量0.04～1.02 mg/kg，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)樣品，但紫菀平均污染指數(shù)最高為0.28；Hg含量0～0.244 mg/kg，有一產(chǎn)地為安國北郊的白芷樣品超標(biāo)，其污染指數(shù)為1.22；Pb含量0.06～7.10 mg/kg，有一產(chǎn)地為西王奇的北沙參樣品超標(biāo)，其污染指數(shù)為1.42。楊氏等[4]對黔東南州9種中藥材重金屬污染情況進(jìn)行了評價，結(jié)果顯示其重金屬平均污染指數(shù)相差較大，綜合污染指數(shù)相差較小。在平均污染指數(shù)中，Pb最大，其最大值高達(dá)4.94；其次為Cd，最大值2.40；而Hg和As的平均污染指數(shù)均<1.0。說明黔東南州部分地區(qū)中藥材的主要污染因子是Pb，其次是Cd，而Hg和As則基本無污染。另外，從綜合污染程度看，9種中藥材中鉤藤受到中度污染，杜仲、金銀花受到輕微污染，其余6種未受到污染。秦氏等[16]對貴州省11個“中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”（GAP）基地的26種155批道地中藥材樣品重金屬含量進(jìn)行了測定與評價，結(jié)果平均污染指數(shù)大小順序為Cd>Cu>As>Pb>Hg，莖葉類的艾納香和塊根類的羊藿根綜合污染指數(shù)均>1，說明在所調(diào)查的樣品中只有艾納香和羊藿根受到重金屬輕微污染，大部分未受到污染。由此可見，單項/綜合污染指數(shù)法應(yīng)用于評價中藥材重金屬污染程度是一種較為可靠的方法。
3 小結(jié)
關(guān)鍵詞：重金屬；土壤改良；改良劑
中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.07.002
Abstract： The application of pesticide， fertilizer and industrial waste emission result in heavy metals to the environment. And it`s hard to transfer by food chain and also not easy to degradation. So it caused serious influence to human and environmental. The method of fixing and passivation of heavy metals in soil by applying the modifier is widely used because of its simple operation and economical and practical characteristics. At present， the improved agent types mainly include organic matter， alkaline substances， and clay minerals. The effect of the improved agent was mainly derived from the soil pH and the adsorption， complexation and precipitation of the modified agent itself and heavy metals. In the region where the soil heavy metal pollution is serious， the effect of the application of single modified agents is not very ideal， using the modified agent mixed with different agent can increase the effect to a certain extent.
Key words： heavy metal；soil improvement；improvement agent
1 土壤重金屬污染途徑
隨著工業(yè)化進(jìn)程的逐步深入，農(nóng)業(yè)發(fā)展加速，廢棄物逐步增多且相關(guān)處理措施不當(dāng)，這導(dǎo)致農(nóng)田中土壤重金屬含量逐步增加。農(nóng)業(yè)部曾對全國土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重金屬超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品占污染物超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品總面積80%以上[1]，土壤重金屬超標(biāo)率更是達(dá)到了12.1%[2]。據(jù)國外相關(guān)研究得知，土壤重金屬含量已經(jīng)達(dá)到影響作物生長的地步[3-4]。而龍新憲等人的研究發(fā)現(xiàn)：土壤重金屬離子含量達(dá)到一定程度，這些重金屬離子將通過被植物吸收而進(jìn)入食物鏈，最終威脅人類身體健康[5-7]。同時，重金屬污染的表層土還會通過風(fēng)力和水力等作用進(jìn)入大氣引發(fā)大氣污染、地表水污染等生態(tài)環(huán)境問題[8]。
1.1 大氣運動
大氣運動是土壤重金屬污染來源的一個重要途徑[9]。大氣成分并不是一直不變而是隨著地球演化而變化，大氣中的成分做周而復(fù)始的循環(huán)，這其中就包括某些重金屬。近年來工業(yè)飛速發(fā)展，大量化石燃料被燃燒，其釋放的酸性氣體和某些重金屬粒子參與到大氣循環(huán)當(dāng)中。
大氣運動主要有2個方面體現(xiàn)。一方面來自工業(yè)、交通的影響，Bermudied等[10]研究發(fā)現(xiàn)，工業(yè)、交通影響重金屬的大氣沉降，如阿根廷爾多瓦省的小麥和農(nóng)田地表中的Ni、Pb、Sb等來自于此。Kong[11]通過對撫順市不同類型大氣PM10顆粒中的Cr、Mn、Co等多種重金屬含量檢測發(fā)現(xiàn)，機(jī)動車排放、工業(yè)廢氣向大氣中排放重金屬而后進(jìn)行大氣沉降。另一方面來自礦山開采和冶煉[9]所帶來的大氣沉降也是土壤重金屬的重要來源，常熟某電鍍廠附近土地發(fā)現(xiàn)Zn和Ni的污染現(xiàn)象，該污染隨著距離增加而污染減輕，同時Zn的污染逐年加劇[12]
1.2 污水農(nóng)用
污水農(nóng)用指的是利用下水道污水、工業(yè)廢水、地面超標(biāo)污水等對農(nóng)田灌溉。據(jù)我國農(nóng)業(yè)部的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)灌溉區(qū)內(nèi)重金屬污染面積占灌溉總面積的64.8%，其中輕度污染占46.7%，中度占9.7%，重度占8.4%[13]。天津種植的油麥菜有60%受到污染[14]。昊學(xué)麗等[15]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沈陽市渾河、細(xì)河等河渠周邊農(nóng)田中Hg、Cd含量分?jǐn)?shù)高于遼寧土壤背影值，更是嚴(yán)重高出國家二級土壤標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)人員對保定、西安、北京等地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)上述地區(qū)的污灌區(qū)表層土出現(xiàn)不同程度的重金屬污染現(xiàn)象[16-17]。不僅國內(nèi)如此，國外也同樣有此問題，如倫敦、米蘭等地一直使用污水灌溉[18]。在缺水地區(qū)污水農(nóng)灌更是應(yīng)用廣泛，巴基斯坦26%的地方使用污水灌溉，加納則約有11 500 hm2使用污水灌溉，而墨西哥則達(dá)到了2.6×105 hm2[19]。杜娟等[20]模擬污灌的研究發(fā)現(xiàn)，表層土中的Zn、Cd、As等含量均有增加，同時還發(fā)現(xiàn)土壤中的鹽分含量逐步累積
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