我國重金屬污染物的分布特征及來源分析

張寶強

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

自然界的重金屬主要分布在自然界的大氣、水體以及土壤中。大氣中重金屬的濃度已成為評判大氣污染程度的重要指標，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)進程的加快，重金屬污染會愈發(fā)嚴重。大氣中重金屬對人體的危害主要體現(xiàn)在兩個方面，一是通過呼吸途徑直接進入人體，二是重金屬顆粒物以遷移擴散的形式在植物葉片中富集，從而通過沉降作用轉(zhuǎn)移到地表土壤以及地表的水體，對地表土壤以及地表水體形成了二次污染，經(jīng)過長時間的生物化學作用后進入到動植物體內(nèi)，最終進入人的身體[1]。重金屬污染物通過各種形式進入水體內(nèi)，經(jīng)過長期的積累，水體中所含有的重金屬會不斷增加，從而導致水體中的水質(zhì)受到極大的影響[2]。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前我國土壤環(huán)境中存在較大的污染問題，尤其是土壤重金屬污染，已對我國土壤的安全產(chǎn)生了極大的威脅[3]。因此，當前的重金屬污染的問題亟待整治解決，早日恢復生態(tài)健康。

1 大氣重金屬

大氣重金屬是在一定的環(huán)境條件下，依靠自身的重力因素自然降落的顆粒物所導致，其所含重金屬元素濃度隨著季節(jié)和時間的改變呈規(guī)律性的變化；由于空間的差異導致大氣顆粒物的排放量會隨著區(qū)域的不同而影響其暴露水平；大氣顆粒物重金屬中所含化學形態(tài)不同，影響著其重金屬的生物有效性和化學活性，很大程度上決定著大氣中所含重金屬可能產(chǎn)生的毒害效應；不同的粒徑?jīng)Q定著大氣顆粒物在空氣中的含量，粗粒徑的顆粒物含量明顯不及細粒徑的，大氣顆粒物的75﹪～90﹪為細顆粒物。大氣中產(chǎn)生的污染物主要由Pb、Cd、As、Cr、Mn、Ni等，主要來源于化石燃料的燃燒、化肥額使用、交通廢棄排放以及金屬冶煉等，其中化石燃料的燃燒是主要的污染物來源。大氣重金屬污染較為嚴重的區(qū)域主要分布在我國京津冀、珠江三角洲以及環(huán)渤海地區(qū)。其中，重金屬Cd污染在南方城市較為嚴重，而Mn污染集中分布于我國的華北和華東地區(qū)，其余的4種重金屬分布較為平衡，沒有明顯的地域性。

大氣降塵是大氣污染的重要污染物之一，衡量一個城市環(huán)境重金屬污染的主要指標是大氣顆粒物的物質(zhì)組成以及含量。通過分析比對不同地區(qū)大氣顆粒物中旅重金屬的含量，結(jié)果表明，工業(yè)較為發(fā)達地區(qū)大氣顆粒物重金屬的含量最高，交通流動區(qū)域大氣顆粒物重金屬的含量最低，人類活動較多的商業(yè)區(qū)和居民文教區(qū)大氣顆粒物的重金屬含量處于中等水平。而在4個不同區(qū)域之間，重金屬Zn和Pb是大氣顆粒物水平分異變化較大的元素，不同功能區(qū)大氣顆粒物中含量差異較小的是Cu和Cd。工業(yè)區(qū)大氣顆粒物重金屬含量最高的原因很大程度上是由金屬冶煉、鋼鐵生產(chǎn)、機械加工、汽車制造等引起；交通流動區(qū)域大氣顆粒物主要受汽車活動等影響，包括輪胎的磨損、零件的損耗、尾氣排放、道路揚塵等因素所產(chǎn)生。人類活動較多的商業(yè)區(qū)和居民生產(chǎn)生活區(qū)大氣顆粒物重金屬的來源復雜多樣，有交通活動的影響，土壤中細小重金屬顆粒的懸浮、空氣的沉降、商品的磨損、建筑垃圾的不適當處理以及人類活動所產(chǎn)生的灰塵[4]。通過對我國大氣降塵中重金屬進行了生態(tài)風險評價，評價結(jié)果表明，降塵中汞、砷、鎘、鉻、鉛、鋅、鎳、銅元素的濃度的對數(shù)表現(xiàn)為正態(tài)分布趨勢，大氣顆粒物中重金屬元素的污染程度排序為鎘＞鉛＞鋅＞銅＞汞＞砷＞鉻＞鎳。造成大氣顆粒物重金屬污染的主要原因是煤炭的燃燒和工業(yè)污染物未經(jīng)處理的排放，導致了工業(yè)城市大氣顆粒物重金屬含量較高，較發(fā)達的東南沿海地區(qū)以及大型工礦企業(yè)較多的西南地區(qū)重金屬污染較為嚴重[5]。

2 水體重金屬

水體中重金屬含量受pH值的影響，堿性條件下重金屬易沉淀于底泥，酸性條件下易釋放。礦冶、電鍍、火力發(fā)電、電子制造等重污染企業(yè)是水體中重金屬的主要來源。其中，礦冶引起的水體重金屬污染主要是由礦山開采中雨水將大量的重金屬物質(zhì)沖刷流入河流中，對區(qū)域水體造成了嚴重的污染。電鍍行業(yè)主要產(chǎn)生鉻、鎳、鋅、銅等重金屬。電鍍企業(yè)由于違規(guī)偷排、亂排等行為導致了鍍液的泄露，其產(chǎn)生的重金屬主要是銅、鉻、鎳、鋅。火力發(fā)電行業(yè)主要是因為煤炭、石油等燃料是火力發(fā)電行業(yè)的主要的主要能源物質(zhì)，其燃燒過程會產(chǎn)生大量含重金屬的粉塵，粉塵進入大氣后經(jīng)過沉降進入河流、湖泊，最終匯聚到大海引發(fā)水體嚴重污染。電子制造行業(yè)在生產(chǎn)電腦、電視、電池等產(chǎn)品過程中均會產(chǎn)生大量的鉛、鋅、砷等重金屬。水體中不同來源的重金屬最終都將匯聚到海水，重金屬Pb主要受到大氣沉降的影響，重金屬Cd受到鹽度和pH的影響，海水中有機碳影響影響Hg較多[6]。過多的重金屬進入水體，易導致水生植物的生長變慢。對于在水中生存的動物而言，重金屬將會導致動物體的發(fā)育生長遲緩、出現(xiàn)代謝功能障礙，同時也會對胚胎產(chǎn)生極大的影響，污染較為嚴重則會影響其胚胎畸形或死亡。目前，在我國有部分企業(yè)將未經(jīng)處理的廢水直接排放到水體中，導致重金屬、懸浮物、有機物在水中嚴重超標。根據(jù)調(diào)查顯示：在工業(yè)分布十分廣泛的區(qū)域，水體重金屬的污染也十分嚴峻。研究表明，重金屬污染物進入水體后經(jīng)過一段時間基本由水相轉(zhuǎn)為固相，通過緩慢沉降從而進入沉積物。通過對我國水系表層沉積物中重金屬污染狀況進行評價，其評價結(jié)果是：Cd＞Hg＞Pb＞As＞Zn＞Cr＞Cu。變化范圍較大的是城市的污泥重金屬，數(shù)據(jù)顯示為較大的離散程度，表現(xiàn)出了較大的變異系數(shù)，從超標倍數(shù)看其數(shù)據(jù)分布類型均為偏態(tài)分布，w(Cd)、w(Ni)、w(Hg)的超標最嚴重。因此，在需要優(yōu)先關(guān)注對污泥的處置[8]。2006年～2013年我國城市污泥重金屬含量的大小依次排序為Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Ni＞As＞Cd＞Hg。由于南方地區(qū)的工業(yè)密集程度高、金屬礦區(qū)分布集中、開發(fā)程度高等原因，使得南方地區(qū)的城市污泥重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Ni含量較高，而在北方地區(qū)由于燃煤取暖，因此北方地區(qū)As和Hg的含量相對較高[9]。

表1 無機污染物超標情況[11]

3 土壤重金屬

根據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國土壤遭受重金屬污染嚴重，約有五分之一的不同土地遭受了不同程度的污染，使得農(nóng)用地的環(huán)境質(zhì)量問題令人堪憂，重金屬污染土壤環(huán)境問題突出。我國土壤重金屬污染呈現(xiàn)出區(qū)域性分布，東部、西部、中部三個地區(qū)的污染程度存在明顯差異，中部地區(qū)土壤重金屬污染的程度最嚴重，東部和西部地區(qū)相比之下污染程度較低。造成這種現(xiàn)象的原因可能是中部地區(qū)煤炭、金屬礦的大量開采。我國的平均污染率為16.7%，其中東部地區(qū)的污染率為11.39%，主要污染地為江蘇、廣東、遼寧；中部地區(qū)的污染率為33.33%，污染較為嚴重的省份為山西、河南、湖南；西部地區(qū)的污染率為17.24%，污染主要分布在云南、廣西、貴州[10]。我國土壤污染的類型可以分為三種，其中以無機型污染為主，有機型污染次之，復合型污染比重最小，無機污染物占全部污染類型的82.8%。

土壤重金屬污染受多方面因素的影響，不僅與工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動等人為活動有關(guān)，同時還受母質(zhì)風化過程的影響。因此，可將耕地土壤重金屬污染來源分為兩大類，分別是外源污染和內(nèi)源污染。其中土壤重金屬的主要外源物質(zhì)是大氣沉降，除此之外，化肥施用、污水灌溉是土壤重金屬污染的其他外源污染來源。金屬礦山的開采冶煉、污水灌溉、化肥施用、化工生產(chǎn)、含重金屬的農(nóng)藥等是土壤重金屬污染的來源，其中金屬礦山的開采與冶煉是重金屬污染的主要來源。從整體情況來看，以鎘-銅、砷-鎘-鉛等多種重金屬元素復合污染為主，是我國土壤重金屬污染的代表類型。土壤重金屬有兩方面的主要來源，一是成土母質(zhì)，不同的母質(zhì)和成土過程形成的土壤，其重金屬含量存在著明顯差異。二是人類活動：工礦企業(yè)的固體廢棄物、工業(yè)(三廢)的排放、長期污灌、大氣和酸雨沉降、交通污染、化肥和農(nóng)藥的大量施用等。

4 結(jié)論

通過分析大氣、水體、土壤中重金屬污染的來源與分布特征，可以明顯看出我國自然環(huán)境受到了嚴重的重金屬污染。大氣重金屬污染主要來源于化工企業(yè)以及交通尾氣排放等，其中化石燃料的燃燒是重金屬污染物的源頭。大氣重金屬污染主要分布在華北、環(huán)渤海以及珠江三角洲地區(qū)。由于城區(qū)的工業(yè)密集程度較高、人類活動頻繁等，使得城市污泥重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Ni等成為水體污染的主要物質(zhì)。根據(jù)土壤重金屬污染的情況，我國南方土壤污染超過北方；西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標較多；從西北到東南、東北到西南鎘、汞、砷、鉛等無機污染物呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。