第一節　土壤中重金屬的來源

土壤中重金屬的來源是多途徑的，首先是與成土母質的差異有關，不同的母質、成土過程所形成的土壤，重金屬的含量也有所不同。此外，人類的工農業生產活動也會造成大氣、水體和土壤的重金屬污染^［4］。

一、大氣沉降

大氣中的重金屬元素一部分來自于自然力的作用。大風揚沙、浪花飛濺、火山爆發、植被火災等自然過程均可能向大氣中釋放含重金屬元素的物質，例如，火山噴發物中的Cd含量可達30～800ng/kg^［5］。然而，大氣中的重金屬元素更大程度上是由人類的生產生活活動所產生的，包括化石燃料的燃燒、金屬冶煉、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損等，這些工農業生產活動產生了大量含重金屬的有害氣體和粉塵，它們主要分布在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側^［6］。不同重金屬元素的兩種來源所占比例各不相同，據統計，全球由于自然來源而進入大氣的重金屬元素中，Cd僅占其向大氣總釋放量的15%左右，Pb所占的比例也很低，只有總釋放量的3.5%左右，而Cr、Cu的比例較高，分別為59%和44%。大氣中的Cd、Co和Pb等重金屬元素的輸入量，人為活動所占比例遠遠大于自然活動的釋放^［7］。

大氣中的大多數重金屬經兩條途徑進入土壤生態系統，一是自然沉降，二是降水沉降^［8］。其污染范圍主要以工礦廠區的煙道、工業廢物集中收集點和主要交通線路等污染源為中心，向著四周呈輻射狀擴散；沿著城市、郊區、農村的布局，隨著距離加大，污染擴散的程度降低。此外，重金屬污染情況還與城市結構等多種因素相關，例如，與城市人口密度、機動車數量、城市綠地面積等因素呈正相關關系。城市的重工業產業越發達，污染也就越嚴重。

二、污水灌溉

城市污水一般包括生活污水、商業污水和工業廢水。污水灌溉指的是城市污水經過集中處理之后，直接用于澆灌農田和城市綠地。隨著社會經濟的迅速發展，城市工業活動產生了大量的工業廢水，這些污水排入河道，導致多種高濃度的重金屬污染物引入城市污水中，并可以通過污水灌溉，進一步進入土壤中。其分布存在一定的規律性，靠近污染源和位于工業區附近的土壤，往往污染較為嚴重；而遠離污染源和工業區的土壤污染較輕，甚至不被污染。我國是缺水國家，人均水資源僅為世界平均水平的1/3，為了保證工業用水和生活用水的正常進行，有的地區的農業用水常常無法得到保證。自20世紀60年代至今，我國使用污水進行灌溉已成為農業生產灌溉的重要手段，污灌面積迅速擴大，尤以北方旱區最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上^［4］。污水灌溉導致土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等多種重金屬含量的增加。

隨著污水灌溉而進入土壤的重金屬元素，可以以不同的方式被土壤截留。Cd很容易被水中的懸浮物質吸附，因而污水中的Cd含量隨著距排污口距離的增加而迅速下降，因此污染的擴散范圍相對較小。Cr存在2種形態，以3價和6價為主，3價的Cr能夠很快地被土壤吸附而固定下來，6價的Cr進入土壤后被有機質還原為3價，隨之被吸附固定，因此污灌區土壤重金屬Cr呈現逐年累積的趨勢。95%的Hg與土壤膠體和有機質迅速發生吸附，一般累積在土壤表層，自上而下濃度遞減。Pb非常容易與土壤有機質和黏土礦物發生吸附反應，遷移能力較弱，其污染濃度與距污染源的距離成反比^［9］。

三、固體廢物

含重金屬的廢棄物種類非常繁雜，這些固體廢物的隨意處理和處置，也是導致農田土壤重金屬污染的一個重要原因。例如，市政污泥中含有豐富的有機質和N、P、K等營養元素，但同時也含有高濃度的重金屬元素。將污泥作為農業生產的肥料施用于農田，在提高作物產量的同時，將大量的重金屬污染物引入農田，并隨著重金屬元素的積累，農田中的污染日益嚴重。Anthony等研究發現，將城市污泥用于改良土壤肥力的同時，土壤中Cd、Hg、Pb等重金屬的含量也明顯增加^［10］。

一些固體廢物，可以直接或者經過加工作為肥料。將其施用于農田土壤中，就將重金屬污染引入了農田。例如畜牧業生產產生的大量動物糞便及加工副產物，它們本身含有植物所需的N、P、K等微量元素和大量的有機質，但是由于動物飼料中含有重金屬成分，因而施用這些農業生產廢棄物加工而成的肥料的同時，也會將重金屬污染引入農田中。磷石膏是化肥工業生產的廢棄物，由于其含有不同形態的含P化合物，從而被大量施用以改良土壤性質，但是卻造成了As、Cr、Mn、Pb等重金屬元素含量的增加^［9］。

四、農用物資

農藥、肥料和塑料大棚是農業生產必不可少的農用物資，對農業生產的發展起著決定性作用。但是不合理的長期使用，也會導致土壤重金屬污染。絕大多數的農藥是有機化合物，但是少數農藥為有機、無機混合的化合物或者純礦物質，因此某些含有As、Cu、Hg、Zn等重金屬的農藥，長期大量施用會導致農田重金屬污染。

重金屬元素是肥料中報道最多的污染物質。氮肥、鉀肥重金屬含量較低，磷肥含量較高，這主要是因為磷酸鹽本身與重金屬有較高的絡合能力。復合肥根據其原料和加工流程的不同重金屬含量也有所差異。磷肥中含有濃度不等的Cd，全球磷肥的平均含Cd量為7mg/kg，因此長期大量使用會造成土壤Cd的累積，進而引起嚴重污染。Taylor等在50年的時間內，監測了新西蘭同一個地塊的58個土壤樣品，研究發現磷肥的施用導致了土壤Cd含量從0.39mg/kg上升至0.85mg/kg^［11］。

農用大棚和塑料地膜是我國的農業生產活動中必不可少的農用物資。然而，生產加工這些塑料產品的過程中所用到的熱穩定劑，其中含有高濃度的Cd和Pb，這就不可避免地將重金屬污染物引入了農田中。