當(dāng)重金屬在土壤中深度潛伏

——對話南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長，長江學(xué)者周啟星

重金屬的隱性傳遞：土壤——作物——人

遼寧日報：土地污染特別是重金屬污染土地日益引起人們的關(guān)注。今天想請您給我們從科學(xué)的角度來講解一下這個問題，以使我們對此有個正確的認(rèn)識。首先請教您的是，重金屬污染是目前土壤污染的主要類型嗎？除了常聽到的鎘、鉛，還有哪些重金屬元素對土壤的危害也較為嚴(yán)重？

周啟星：重金屬污染是目前土壤污染的主要類型之一，因為它產(chǎn)生和發(fā)現(xiàn)得比較早，傳統(tǒng)工業(yè)如采礦、冶煉、燃煤等很容易造成重金屬的泄漏和擴散。

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，目前造成土壤污染的還有有機污染，如石油、多環(huán)芳烴、各種有機農(nóng)藥等，以及無機污染，如氟化物、氰化物以及氮、磷等肥料的過量污染，都會對土壤環(huán)境造成危害。

危害土壤比較嚴(yán)重的重金屬有鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鋅、鎳、鉍和銻等。這些重金屬在土壤——農(nóng)作物系統(tǒng)中以離子或化合物的形式存在，積聚在土壤淺層，大多在作物的根部區(qū)域，有時還可以向下遷移到地下水中。

如果在土壤表層富集超過一定的濃度，造成土壤質(zhì)量惡化，同時可以被作物大量吸收。再通過食物鏈傳遞，直接或間接地威脅人類健康。

遼寧日報：提到危害人體健康，我們就會想到上世紀(jì)50至70年代發(fā)生在日本的重金屬污染事件，讓我們認(rèn)識到重金屬對人的影響是非常大的。

周啟星：日本多發(fā)的“痛痛病”即是由鎘中毒造成的。研究表明，土壤中如果鎘含量過高，鎘與植物蛋白質(zhì)結(jié)合能抑制一些酶的活性，并導(dǎo)致體內(nèi)蛋白質(zhì)的失活，甚至破壞葉片的葉綠素結(jié)構(gòu)，減少根系對水分和養(yǎng)分的吸收，使根系生長減慢甚至死亡。

對人來說，鎘的毒性也很大，鎘化合物不易被腸道吸收，卻積存于骨骼、肝或腎臟不易排出，進而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和軟化，尤以對腎臟損害最為明顯。再如重金屬鉻，一旦在體內(nèi)蓄積，會影響體內(nèi)的氧化——還原過程和水解過程。

遼寧日報：一旦土壤中含有了重金屬，就一定會被土地中生長的作物或植物吸收嗎？

周啟星：土壤是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，重金屬在土壤中的積累、遷移、轉(zhuǎn)化及是否被作物吸收，要看其具體在土壤體系中與其他物質(zhì)相互作用的物理、化學(xué)以及生物學(xué)的過程，如氧化——還原、吸附——解吸、酸堿平衡和生物代謝等。

在這些過程中，土壤本身的pH值、質(zhì)地、有機質(zhì)含量、陽離子交換量等都是影響重金屬存在形態(tài)以及是否容易被生物利用的因素。不同作物類型對各種重金屬的生物效應(yīng)、吸收累積、釋放機制也是不同的。

如，某沿海區(qū)域的農(nóng)田土壤被檢測出重金屬含量很高，但未對其上生長的作物產(chǎn)生影響；而在某內(nèi)陸某區(qū)域土壤重金屬含量同樣很高，但是，被作物吸收的卻很多，什么原因呢？通過研究發(fā)現(xiàn)，是兩地土壤的pH值不同造成的。

最后的“收容所”土壤：重金屬在其中深度潛伏

遼寧日報：開礦和化工廠排出的廢物含有許多重金屬，如果與周圍的土地親密接觸，可能會侵入土壤，除此之外，土壤還會遭遇到來自哪些方面的重金屬“侵襲”？

周啟星：土壤的開放性決定了它接觸重金屬物質(zhì)的廣泛性，剛才說了，重金屬與傳統(tǒng)工業(yè)關(guān)系密切，是土壤中重金屬的主要來源。當(dāng)然，不同區(qū)域重金屬的來源可能有所差異，比如在我國城市地區(qū)，重金屬更多地來自汽車尾氣排放及生活與工業(yè)燃煤，特別是鉛、汞等重金屬，通過大氣沉降到表層土壤；

在城郊地區(qū)，如果生活垃圾和其他固體廢棄物隨意堆積，則易造成諸如電池、爐渣中的重金屬泄漏和釋放。

化工廠、冶煉、印染和電鍍，甚至一些在建筑中產(chǎn)生的廢氣、廢水及各種廢棄物，未經(jīng)處理直接投放到環(huán)境中，會給附近區(qū)域土壤造成重金屬的污染。

污水的流動性還導(dǎo)致了把重金屬帶到更多和更遠的區(qū)域。另外，我國農(nóng)田目前應(yīng)用的磷肥中含有較高的重金屬鎘，如果長期施用或者應(yīng)用過量，會造成土壤重金屬的污染和富集。

遼寧日報：有些地區(qū)把工業(yè)廢水或城市污水進行環(huán)保處理后，用處理過的水來灌溉農(nóng)田，這是否可行，是否能把污水中的重金屬處理掉？

周啟星：從目前的技術(shù)水平來看，污水處理的設(shè)備并不能完全清除廢水中重金屬的成分，一旦其中的重金屬含量超標(biāo)，就會在土壤中富集起來。所以，污水即使經(jīng)過處理，也不應(yīng)該直接用來灌溉農(nóng)田，而要經(jīng)過檢驗。如果重金屬略有超標(biāo)，可以用做工業(yè)冷卻水等。

遼寧日報：土壤重金屬污染與其他污染如水、大氣等受到污染相比，有什么特點？

周啟星：水體和大氣的特點之一是具有流動性，一方面它可以把污染物、有害物質(zhì)帶到其他區(qū)域，同時說明它們有較好的擴散稀釋能力。

土壤就不同了，它幾乎是不可移動的，而且是最后的“垃圾桶”——大氣和水體中的大部分污染物最終回到土壤中，這就是它的可積累特點；土壤中的重金屬很難被水稀釋，長期存留在土壤中，不能為我們直觀所感覺，所以它還具有隱蔽性的特點；

土壤中重金屬富集需要一定的時間，對作物產(chǎn)生“質(zhì)變性”的影響有一個毒性積累的過程；土壤成分復(fù)雜，被污染后，消除其毒害在技術(shù)上有相當(dāng)?shù)碾y度。

總之，土壤重金屬污染具有發(fā)生的隱蔽性、形成的復(fù)雜性、毒性的緩效性、治理的困難性和修復(fù)的長期性等特點。

因此，土壤的污染問題是個具有挑戰(zhàn)性的問題，直接關(guān)系到我國的土地質(zhì)量好壞，關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民增收及公眾的食品安全、身體健康等問題，我們必須高度重視。

遼寧日報：土壤中的重金屬元素會遷移嗎？

周啟星：任何重金屬在土壤中都有可溶與不可溶兩部分。不可溶的那部分便積累在土壤中。

重金屬可溶部分會進入水循環(huán)，隨著水體的遷移而遷移。

有些重金屬如汞、鉛則會進入大氣循環(huán)而遷移。

總之，存在于土壤中的重金屬，遷移是絕對的，只是遷移的速度和其影響因素不同。

遼寧日報：我國土壤重金屬污染面臨著怎樣的形勢，是否嚴(yán)重？

周啟星：我國許多地區(qū)的農(nóng)田面臨著重金屬污染的威脅，并處于較為嚴(yán)重的狀態(tài)，呈現(xiàn)出由點到面、由面到區(qū)域的擴散過程，個別地區(qū)甚至目前仍有惡化的趨勢。

比如，在東北、華北、華東的沿海一帶工業(yè)發(fā)展較早，而且較為集中、發(fā)展迅速，在這些地區(qū)，土壤中鎘等重金屬的含量均偏高；

而在我國湖南以及西南的貴州、云南和廣西等地，砷等重金屬的污染則比較嚴(yán)重，因為當(dāng)?shù)厥褂玫娜济褐猩榈暮枯^高；

而在西北一些地區(qū)，隨著各種產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移和現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，近幾年也發(fā)現(xiàn)一些區(qū)域的土壤受到了各種重金屬的污染和危害。

據(jù)2002年我們的一次不完全統(tǒng)計，全國受重金屬污染的農(nóng)業(yè)土地約有2.5×107平方公里。其中，嚴(yán)重污染土地超過7×105平方公里,甚至有1.3×104平方公里土地因鎘含量超標(biāo)而被迫棄耕。

遼寧日報：某一農(nóng)田區(qū)域一旦受到重金屬污染，這塊地就不能用做農(nóng)業(yè)生產(chǎn)了嗎？

周啟星：這里就有一個標(biāo)準(zhǔn)的問題。1995年我國頒布了《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，里面有對土壤重金屬含量限制的規(guī)定，但是僅有這個標(biāo)準(zhǔn)是不夠的。

遼寧日報：為什么這么說？

周啟星：這個質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也只是整個土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的一部分。而整個土壤環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)本身還很不完善。

比如，一級農(nóng)田土壤中重金屬鎘標(biāo)準(zhǔn)是不高于0.2mg/kg，按照這個標(biāo)準(zhǔn)，我國大部分地區(qū)的農(nóng)田都超出了這個標(biāo)準(zhǔn)，這些農(nóng)田都可以改作他用。

實際上，許多條件下，土壤中鎘的含量甚至超出0.5mg/kg也不會導(dǎo)致對作物的危害和相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品中鎘的超標(biāo)。再說，我國的耕地資源如此有限，如果按這個標(biāo)準(zhǔn)廢棄農(nóng)田或改作他用，將嚴(yán)重影響我國的農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)。

所以，我們必須重視污染土壤的修復(fù)工作，利用現(xiàn)代科技的方法和手段來降低土壤環(huán)境中的重金屬含量。

而進行這項工作，首先必須盡快制定和出臺相關(guān)的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。有了這個修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，我們的許多耕地資源就可以得到有效的保護！

不過，我國目前還沒有可能制定和出臺這個修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，因為我們有關(guān)修復(fù)基準(zhǔn)（科學(xué)學(xué)術(shù)層面上的標(biāo)準(zhǔn)）的研究非常有限，而“基準(zhǔn)”是“標(biāo)準(zhǔn)”制定的前提。

土壤修復(fù)術(shù)：“手術(shù)”消除重金屬

遼寧日報：如果發(fā)現(xiàn)一塊區(qū)域土壤重金屬含量偏高，除了對土壤進行修復(fù)，是否還有其他的“應(yīng)急”措施？

周啟星：如果說到對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，那么我們還要具體考慮農(nóng)作物的性質(zhì)，不同作物對污染物的吸收能力存在差異性，比如有同樣汞含量的兩塊地，一個種稻田、一個種旱田，汞被吸收的程度就不一樣，水稻吸收量較旱田作物要大。

這從某一角度說明，還有很多其他應(yīng)急措施可以采用，包括在輕度污染的土壤，可以采用低積累作物來“避開”重金屬污染物。因此，我們對不同作物品種吸收重金屬及其機理的研究也一直在進行。

遼寧日報：您剛才講了土壤重金屬污染的特點和嚴(yán)重性，這都時刻在提醒我們要做好土壤重金屬污染防治，特別是預(yù)防工作，需要全社會都重視起來，從源頭上來遏制重金屬污染，處理好各種廢水、廢氣和廢物，不能走“先污染后治理”的路；同時土壤修復(fù)同樣具有現(xiàn)實意義，而且有著很高的技術(shù)含量，所以，對這方面想問一下，污染土壤修復(fù)的思路及含義是什么，是把其中的重金屬剝離開來嗎？

周啟星：可以通過技術(shù)手段剝離、清除、轉(zhuǎn)移、吸收和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，使其濃度降低到可以接受的水平，甚至將有毒、有害的污染物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。

遼寧日報：今年8月份，有報道說日本農(nóng)業(yè)環(huán)境技術(shù)研究所開發(fā)出低成本清除土壤中鎘的新技術(shù)：首先要向鎘含量超標(biāo)的水田注入氯化鐵溶液，然后加以攪拌，以提高土壤酸度，使土壤中的鎘溶入水中，然后進行排水，以排掉鎘。試驗表明，水田土壤中鎘濃度降低60％至80％，糙米中鎘濃度就降低70％至90％。這是一種有效的修復(fù)辦法嗎？

周啟星：這是一種物理、化學(xué)的修復(fù)方法，它使鎘溶入水中加以清除。這種方法“剝離”重金屬在時間上非常有效，但是也帶來兩個問題：就是往土壤里注入氯化鐵后，土地原來的理化性質(zhì)被改變了，再有就是排水，會把“酸”帶到其他區(qū)域。

遼寧日報：那么，還有哪些較為有效的修復(fù)方法？

周啟星：還有清洗法、換土法、通風(fēng)去污法、光化學(xué)轉(zhuǎn)化法、改良劑法等，這些方法有的成本高，有的會造成二次污染.

利用植物和微生物的聯(lián)合修復(fù)以及生態(tài)修復(fù)是目前國際上的研究熱點。有一些觀賞類植物對重金屬的吸收能力很強，那么我們就可以在重金屬污染嚴(yán)重的區(qū)域種植這種植物，讓它大量吸收、積累某些重金屬，然后做無害化處理和利用。

一些種類的微生物在生長代謝過程中需要一些具有特殊生物學(xué)功能的微量元素，其中有一部分是重金屬元素，例如，鋅是乙醇脫氫酶、RNA和DNA聚合酶的組分，所以能被微生物吸收，這樣，微生物通過自身的生命活動可以積極地改變和轉(zhuǎn)化土壤中重金屬的存在狀態(tài)，降低其生物學(xué)毒性。

同物理化學(xué)方法相比，生態(tài)修復(fù)具有可基本保持土壤的理化特性、凈化效果較理想、處理成本低和應(yīng)用廣泛的優(yōu)點。

總之，面對土壤重金屬污染的復(fù)雜性，需要我們針對區(qū)域特點，克服缺點，對各種修復(fù)手段優(yōu)化組合，提高修復(fù)效率，最終達到修復(fù)的目的。

艱巨的前沿課題：應(yīng)盡快提升至國家層面研究

遼寧日報：生態(tài)修復(fù)作為土壤重金屬污染的重要整治手段之一，目前的技術(shù)水平成熟了嗎？

周啟星：植物修復(fù)處于應(yīng)用示范階段，與污染土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。

微生物修復(fù)研究取得了一些可喜的發(fā)現(xiàn)，在一些典型污染地區(qū),進行了實用規(guī)模的生態(tài)修復(fù)實驗。

應(yīng)該說，由于土壤環(huán)境本身的復(fù)雜性，土壤修復(fù)是一項十分艱巨的前沿課題，不同學(xué)科如土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、地學(xué)、化學(xué)、計算機和數(shù)學(xué)的研究人員以及農(nóng)、林、漁等有關(guān)的生產(chǎn)單位都參與了進來；

而土壤被重金屬污染后無法自動恢復(fù)的特性要求我們必須加快這一問題的研究和解決，這是一項十分緊迫的任務(wù)。

遼寧日報：各國對重金屬污染土壤的問題特別重視吧？

周啟星：土地是極其重要的不可再生資源，土壤環(huán)境關(guān)系到一個國家的可持續(xù)發(fā)展，世界許多國家特別是發(fā)達國家均開展了污染土壤治理與修復(fù)的工作。

美國政府在近期也投入100多億美元用于污染土壤修復(fù)技術(shù)開發(fā)研究，特別是一些新型污染物的修復(fù)治理；

荷蘭政府在上世紀(jì)80年代就投入15億美元進行污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究和應(yīng)用試驗；

1990-1996年德國政府在廢物管理與污染土壤修復(fù)項目上投資達60多億美元；

整個歐洲從事生物修復(fù)工程技術(shù)的研究機構(gòu)和商業(yè)公司有近百個……從這方面看，我國土壤污染控制與修復(fù)面臨著巨大機遇與挑戰(zhàn)。

遼寧日報：那么，針對我國嚴(yán)重的土壤重金屬污染引發(fā)的環(huán)境問題，我們應(yīng)該采取哪些措施？

周啟星：面對新世紀(jì)全球環(huán)境問題日益突出，土壤污染與生態(tài)安全必須提上日程，這方面有幾個要點必須把握:

一是社會各界要充分認(rèn)識到土壤污染包括重金屬污染的危害性、嚴(yán)重性，只有認(rèn)識提高了，各項工作才能順利開展；

二是像你剛才說的，從源頭上做好預(yù)防工作，做好廢水、廢氣、廢物的無害化處理，防止重金屬污染和擴散；

三是盡快在國家層面上開展污染農(nóng)田土壤修復(fù)基準(zhǔn)的研究，在此基礎(chǔ)上加緊制定“修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)”，加快修訂土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，做到標(biāo)準(zhǔn)完善、有法可依；

四是科學(xué)治理和修復(fù)，盡快實施污染土壤修復(fù)戰(zhàn)略。

文章來源：遼寧日報