彭化忠0911101最终版Word格式.docx

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作为有再生作用的自然资源,土壤在维护农业生态系统的平衡方面具有重要意义[1]。

随着工业的迅猛发展、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的不断增加，土壤重金属污染日益严重。

重金属污染物在土壤中具有移动性差、滞留时间长、不易被微生物降解、毒性强和积累效应等特征，对农作物的生长、产量及品质都有较大影响，并通过食物链影响着人类健康，土壤一旦受到重金属污染，要消除是一件极其不容易的事。

因此,调查和评价土壤环境中重金属污染程度，对摸清土壤环境质量、加强土壤污染的综合防治、保障人类健康等具有十分重要的现实意义[2]。

1研究概述

1.1重金属及铅危害

重金属指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。

环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、氟、铅、铬以及类金属砷、硒，还包括具有毒性的重金属锌、铜、镍、锡、钒等污染物[3]。

自然界中铅的分布极为广泛,存在于地壳、土壤、海水、河水及大气中。

尤其在城市和公路两侧土壤中含量较高，常造成土壤和植物铅污染。

土壤中的铅主要以Pb（OH）2、PbCO3、PbSO4的固体形式存在，土壤溶液中可溶性铅含量很低，Pb2+也可以置换黏土矿物质上吸附的Ca2+,因此在土壤中很少移动。

铅是人体惟一不需要的微量元素[4]，它是一种稳定的不可降解的污染物，在环境中可长期积累。

造成慢性铅中毒的主要原因是环境污染，据测定，当人体内血铅尝浓度过30微克/100毫升时，就会引发中毒症状。

长期接触微量铅的人，积蓄的铅能阻碍血细胞的形成，导致人的智力下降，学习、工作成绩低落；

蓄积到一定程度时会使人出现精神障碍、噩梦、失眠、头痛等慢性中毒症状；

严重者还可有乏力、食欲不振、恶心、腹胀、腹痛或腹泻等。

铅还可通过血液进入脑组织，损害小脑及大脑皮层，干扰代谢活动，使营养物质与氧气供应不足，引起脑小毛细血管内皮层细胞肿胀，进而发展为弥漫性脑损伤。

最近，台湾学者研究发现，长期铅暴露会使工人受孕率降低。

铅毒对儿童的影响更甚，儿童对铅的吸收量比成年人要高几倍。

当儿童的血铅浓度每100毫升达到60微克时，就会由智力障碍引起行为异常。

中国预防医学科学院副院长、我国儿童铅问题专家吴宜群称，铅对儿童的伤害是直接的而有些伤害是不可逆转的[5]。

1.2研究区概况

集安市隶属于吉林省通化市的县级市，位于吉林省东南部，东南与朝鲜民主主义人民共和国隔鸭绿江相望，边境线长203.5公里，是我国对朝三大口岸之一；

西南与辽宁省接壤，北与通化市接壤。

气候宜人，四季分明，风景秀丽，素有“东北小江南”之称。

全市幅员面积为3217平方公里，辖1个省级经济开发区，11个乡镇、3个街道，126个行政村，总人口23万人。

有汉族、朝鲜族、满族等9个民族，是中国东北的边陲重镇和长白山地区商品的重要集散地[6]。

集安属于季风性湿润气候。

这里光照充足，四季分明，气候宜人，山野植物分布均衡，被人们称为吉林省的“小冮南”。

集安是中草药的宝库，有天下闻名的人参，鹿茸。

集安土地地域分异明显，土地梯排列有序，土壤类型多样，与林地资源配合。

到2005年部份土地退耕还林后，全市实有耕地面积11360公倾，其中水田面积2415公倾。

2008年实有耕地11358公倾，其中水田面积2430公顷。

集安境内矿藏资源极为丰富，已知矿床、矿点、矿化点202处，其中大型矿床1个，中型矿床6个，有大量小型矿床分布。

已查明并开采利用矿藏28种，分别为贵重金属、有色金属、黑色金属、非金属、建材原料和水汽矿藏。

桓仁满族自治县位于辽宁省东北部边缘，西北与新宾满族自治县交接，西和本溪满族自治县相连，南与宽甸满族自治县为邻，东北部和通化县、集安市交界。

面积3547平方千米，人口35.2万人。

桓仁早期之名为“桓都”，为高句丽早期王城，也是唐朝时期渤海之“桓州”。

境内主要有汉、满、朝鲜、回等民族。

桓仁蕴藏丰富矿产资源。

地质构造位置特殊，成矿条件好，矿产勘查开发潜力大。

现已探明黑色金属、有色金属、贵重金属、稀有金属、建材非金属、燃料、化工原料、冶金辅助原料、地热水等矿藏9大类、40余种、130多处，且分布广，储量大，品位高。

桓仁地处长白与华北两大植被区系过渡带。

境内山高林茂，林业资源丰富，是辽宁省重点林区。

林地面积429.3万亩，占全县面积80.69%，故有“八山”之称。

有林地383.5万亩，其中天然林320.1万亩,人工林63.4万亩。

活立木蓄积1513万立方米，森林覆被率72.6%。

桓仁水利资源极为丰富，境内江河溪流密如蛛网，较大河流70余条、大小泡沼104个、泉眼254处。

浑江由东北向南流经全县161.8公里。

全县水域面积39.8万亩，占总面积7.5%。

桓仁依托水利资源优势，大力发展水电能源转业化，建有国家大型水电站2座，总装机容量29.5万千瓦，年发电量6亿千瓦时；

县属水电站20座，总装机容量3.73万千瓦，年发电量1.1亿千瓦时，是全国首批100个电气化县之一[7]。

2材料与方法

2.1数据处理

选取桓仁·

集安作为研究对象，根据桓仁·

集安工作区范围为北纬41000′—41020′东经125045′—126005′，对桓仁·

集安铅元素网格化数据图进行处理，得出桓仁·

集安工作区铅元素网格化数据图见表1

126005′

125045ˊˊ555′

表1桓仁·

集安工作区铅元素网格化数据图（mg/kg）

41020′

21.5

21.8

21.4

20.6

20.8

21.2

22.9

22.7

22.1

19.1

17.6

11.4

40.9

21.7

15.6

15.7

16.4

16.8

17.7

19.9

23.5

18.6

17.9

18.1

20.4

23.3

26.3

19.2

15.2

14.2

17.2

22.2

19.0

24.5

18.8

24.9

28.6

25.1

27.6

22.8

30.3

29.6

23.8

19.4

17.5

18.9

18.0

17.4

24.1

31.6

30.0

25.3

31.0

23.9

26.8

16.9

17.0

19.5

19.3

33.1

29.7

24.2

22.4

17.3

13.5

13.2

20.2

23.2

33.7

29.9

27.3

26.1

44.8

34.1

19.6

18.7

21.3

28.4

28.1

30.5

30.7

22.5

24.4

12.6

25.9

26.9

27.4

26.5

25.8

12.7

45.9

23.4

27.9

24.8

27.1

20.9

20.7

24.3

25.

28.2

20.0

24.7

29.3

25.5

25.0

17.8

28.0

18.3

23.7

29.1

38.2

37.1

38.6

15.3

18.4

27.2

28.7

28.9

33.8

32.9

32.3

22.0

20.3

27.5

32.1

33.5

33.3

22.6

21.9

32.2

33.0

23.0

37.3

31.3

27.0

30.9

21.6

17.1

32.8

34.2

41.8

32.6

24.6

29.0

36.9

36.3

28.3

25.7

26.4

33.4

32.7

23.6

31.1

36.8

40.4

51.7

37.6

38.8

57.8

25.4

41000′

29.4

40.7

35.0

31.8

30.8

31.9

50.4

33.9

33.2

29.2

2.2评价标准

该研究以国家《土壤环境质量标准》（GB15618-95）二级标准（表2作为评价标准,分析评价桓仁·

集安工作区土壤中铅（Pb）重金属的污染现状。

mg/kg

表2土壤环境质量（重金属）标准值（Si）

2.3评价方法

2.3.1单因子指数质量模型

单因子质量指数[8]是以土壤污染物的实测浓度与评价标准之比计算出的土壤环境质量污染指数，即

式中,Pi为土壤中污染物i的环境质量指数;

Ci为污染物i的实测浓度;

Si为污染物i的评价标准。

具体分级评价指标为:

若Pi≤0.7,土壤环境质量处于清洁安全状态;

0.7<

Pi≤1.0,表明土壤重金属含量没有超标污染,土壤环境质量尚清洁,作物生长发育正常,对人体健康无害,但土壤重金属污染已处于安全警戒状态;

若Pi>

1.0,表明土壤重金属含量超标污染,对作物的生长发育有影响,进而会通过食物链影响人体的健康。

1.0<

Pi≤2.0为轻污染;

2.0<

Pi≤3.0为中度污染;

Pi≥3.0为重度污染[9]。

3结果和讨论

3.1结果

3.1.1根据单因子指数质量模型

根据单因子指数方法，得到数据见表3

表3桓仁·

集安工作区铅（Pb）重金属污染评价结果

0.61

0.62

0.59

0.65

0.63

0.55

0.50

0.33

1.17

0.45

0.47

0.48

0.51

0.57

0.67

0.53

0.52

0.58

0.75

0.43

0.41

0.49

0.54

0.70

0.71

0.82

0.64

0.79

0.87

0.85

0.68

0.69

0.90

0.86

0.72

0.77

0.56

0.95

0.39

0.66

0.96

0.78

1.28

0.97

0.81

0.80

0.88

0.36

0.74

0.76

1.31

0.60

075

0.84

0.73

0.83

1.09

1.06

1.10

0.44

0.94

0.92

1.07

0.89

0.98

1.19

0.93

1.05

1.04

1.15

1.48

1.11

1.65

1.16

1.00

0.91

1.44

3.1.2讨论

从上表可以得出具体结果，如表4

表四桓仁·

集安工作区铅（Pb）重金属污染最终评价结果

土壤环境质量污染指数（Pi）

百分比（%）

污染状况

0.00<

Pi≤0.70

53.38

清洁安全

0.70<

Pi≤1.00

39.10

良好尚清洁

1.00<

Pi≤2.00

7.52

轻污染

2.00<

Pi≤3.00

0.00

中度污染

3.00<

Pi

重度污染

从表3、表4可以得出：

桓仁·

集安工作区53.38%的土壤单因子污染指数未超过0.7,表明土壤环境质量处于清洁安全状态;

39.10%的土壤单因子污染指数超过0.7，但未超过1.0,表明土壤重金属含量没有超标污染,土壤环境质量尚清洁,但土壤重金属污染已处于安全警戒状态;

。

7.52%的土壤单因子污染指数超过1.0，但未超过2.0，属轻度污染。

总体上说桓仁·

集安工作区土壤极大部分处于清洁安全状态，只有极少一部分出现了污染状况，尤其是偏中部地区，污染情况比较严重，应该对这部分地区予以重视，加强对该地区的土壤环境污染的治理工作。

在利用单因子指数质量模型对土壤重金属污染评价时，评价方法简单，能够简单的表现出重金属超过标准值的程度，可以给该地区重金属污染防治和可持续利用提供一定的科学依据。

4土壤铅污染的防治

土壤受污染后，蓄积在土壤中的有害物质能迁移到水、空气和植物中，最终进入人体。

土壤污染一旦形成，就会造成长远的影响，而且难以消除。

因此，我们应以“预防为主”，积极做好土壤的保护工作[10]。

土壤污染的防护要采取综合措施。

首先要控制和消除土壤的污染源：

严禁随意排放含铅“三废”，控制和合理使用含铅农药，合理施用污水和污泥，正确施用化肥。

同时对已经污染的土壤采取措施，消除土壤中的污染物或控制污染物迁移转化，使其不能进入食物链。

科学建含铅渣场，含铅废渣具有很强的污染性，对于这类废渣场的选址和建场必须十分慎重，要充分考察其地质、地理、地形、废渣理化特性、水文气候情况及周围地区的人文条件，综合评价，全面论证，切不能图一时的简单省事，见到大坑就填埋，遇到空地就倾堆，否则将造成长期甚至永久性污染而贻害后人。

目前，铅污染土壤的治理分为物理、化学和生物修复三种方法。

4.1物理方法

物理方法是利用重金属铅在土壤中的迁移速度比较慢的特点，将含有重金属铅的土壤转移出去的一种修复技术，主要包括换土法、隔离法、淋滤法、玻璃化法、电化学法和吸附固定法等。

4.11换土法

换土法就是把受重金属污染的土壤替换成未被污染的土壤，它又可分为翻土法、换土法和客土法三种。

4.12隔离法

隔离法是向土壤中加入固化剂，使土壤中的铅被固定住，防止因为铅的迁移而对附近土壤造成污染。

4.13淋滤法

淋滤法是使用淋洗剂清洗受污染的土壤，使土壤中的污染物随淋洗剂流出，从而达到修复污染土壤的目的它是修复污染土壤的一种新方法。

4.14玻璃化法

玻璃化法是将受污染的土壤加热使之熔化，冷却后能形成稳定的玻璃态物质，受土壤中的污染物能有效地被固定。

4.15电化学法

电化学法是在受污染的土壤中加入阴阳两个电极，利用铅离子的带电性，将土壤中的铅离子去除，并且能达到回收的目的。

此方法是由美国路易斯州立大学研究发现的。

4.16吸附固定法

吸附固定法是指向受污染的土壤中加入一种材料，将土壤中有效态的铅离子吸附并且能够固定，以免其对人体造成的伤害物理方法能取得比较好的治理效果，但是由于上述方法劳动量比较大，浪费大量的人力、物力和财力，而且对转移的含铅土壤的处理也是一个亟待解决的问题。

4.2化学方法

化学方法是利用改良剂与铅之间的化学反应，从而对污染土壤中的铅进行固定分离提取等，主要包括化学固定法、螯合剂调节法、土壤pH控制法、土壤氧化还原电位调节法和土壤重金属离子拮抗法等。

4.21化学固定法

化学固定法就是在受污染的土壤中加入化学试剂，发生化学反应，降低铅在土壤中的有效性和迁移性，达到治理的目的，如周鸿在含铅3000mg/kg的土壤上投加钙镁磷肥117g/kg后，白菜心叶的含铅量由285mg/kg降至76mg/kg，就是一个很好的例子。

4.22螯合剂调节法

螯合剂调节法是向受污染的土壤中加入螯合剂，螯合剂与土壤中的铅离子发生反应，增强了铅在土壤中的有效性。

4.23土壤pH控制法

土壤pH控制法是通过调节土壤中的pH值来调节铅离子的有效性和迁移性。

4.24土壤氧化还原电位调节法

土壤氧化还原电位调节法是基于土壤中存在的氧化物质和还原物质之间进行氧化还原反应时所产生的电位值，通过调节电位值来改变铅离子在土壤中的活性。

4.25土壤重金属离子拮抗法

土壤重金属离子拮抗法是通过土壤中某些无机态的离子之间存在拮抗作用，通过向土壤中加入一种对作物危害较轻的，且对植物生长有益的元素，来抑制对铅离子的吸收化学方法对铅污染土壤治理效果要好于物理方法，但向土壤中加入化学试剂对土壤环境扰动较大花费很高，更重要的是极易造成土壤的二次污染。

4.3生物方法生物修复技术

是在20世纪90年代迅速发展的一种治理土壤污染的新技术，是一种环境友好型治理技术，以其高效安全持久价廉等特点得到学者和政府的认可随着科学技术的不断发展，生物修复技术将会具有广阔的应用空间生物修复主要包括微生物和植物修复。

4.31微生物修复法

微生物修复法是利用土壤中的某些微生物，或者土壤中生活的小动物对重金属铅具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤铅的毒性Czamowaka等人测量出当土壤中铅的含量为170~180mg/kg时，蚯蚓的富集系数为0.36；

胡秀仁发现，经蚯蚓处理后，垃圾的重金属的溶出量明显增加；

Ireland发现蚯蚓粪中水溶态铅比重金属污染土壤中增加了50%；

Devliegher和Verstraete研究发现蚯蚓通过肠道消化和养分富集两个过程可以提高土壤中植物养分和金属元素的有效性。

4.32植物修复法

植物修复法是利用植物及其根系圈微生物体系的吸收、挥发、转化和降解的作用机制，来清除环境中污染物质的一项新兴的污染治理技术，它以费用低、不破坏场地结构、净化环境等优点成为修复铅污染土壤的热门技术。

具体地说，利用植物本身特有的利用污染物、转化污染物，通过氧化、还原或水解作用，使污染物得以降解和脱毒的能力，利用植物根系圈特殊的生态条件，加速土壤微生物的生长，显著提高根系圈微环境中微生物的生物量和潜能，从而提高对土壤中有机污染物的