农业土壤重金属污染及防治

重金属对农业土壤环境的污染及采取的预防和治理措施。重金属在化学中一般是指密度在4.5克/立方厘米以上的金属。环境污染研究中的重金属主要指汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的重元素，以及有一定毒性的一般重金属，如锌、铜、镍、钴、锡等。最引人关注的是汞、镉、铅、铬、砷等。重金属是土壤环境中一类具有潜在危害的污染物，与其他许多污染物不同，一般不易随水淋滤，不能被土壤微生物分解。生物体可以富集重金属，使重金属在土壤环境中积累，某些重金属元素在土壤中甚至还可以转化为毒性更大的甲基化合物。重金属在土壤环境中积累的初期，不易为人们所觉察或注意，而一旦毒害作用比较明显地表现出来，就难以消除。
重金属在土壤环境中的污染特征可归纳为三点：
❶重金属在土壤环境中的分布特征。重金属是构成地壳的元素，在地壳中的含量大都低于0.1%，在土壤环境中分布广泛，多存于各种矿物和岩石中。经过岩石风化、火山喷发、大气降尘、水流冲刷和生物摄取等过程，构成其在自然环境中的迁移循环，使重金属元素遍布于土壤、大气、水体和生物体中，特别是在土壤环境中易于积累。因此，与人工合成的有机污染物不同，重金属在土壤环境中存在背景值。而且由于成土母岩、母质、成土过程等因素的差异，重金属元素在土壤环境中的背景值存在空间分异的特征。
❷重金属污染源。重金属多为有色金属，在人类的生产和生活各方面广泛应用，使得在环境中存在着各种各样的重金属污染源。采矿和冶炼是向环境中释放重金属的最主要污染源。煤和石油的燃烧是重金属的主要释放源。这些污染源大多是点源性质的，对于土壤环境来说是不均匀污染，在局部地区土壤重金属的污染可能相当严重。
重金属污染的化学特性。重金属大多属于过渡性元素，过渡性元素的原子有其特有的电子层结构，使其在土壤环境中的化学行为具有一系列特点： 一是过渡元素有可变价态，能在一定的幅度内发生氧化还原反应。重金属的价态不同，其活性和毒性也不同。二是重金属易发生水解反应生成氢氧化物，也可以与一些无机酸反应生成硫化物、碳酸盐、磷酸盐等。这些化合物的溶度积都比较小，易生成沉淀物，在土壤中不易迁移，且积累于土壤中。三是重金属作为中心离子能够接受多种阴离子和简单分子的独对电子，生成配位络合物，也可以与一些大分子有机物如腐殖质、蛋白质等生成螯合物。形成络合物、螯合物以后，其在水中的溶解度可能增大，并在土壤环境中迁移。
农业土壤重金属污染的防治要以防为主，防治相结合来进行。对未污染或污染较轻的土壤应采用以防为主，避免重金属通过各种途径进入土壤环境，这是最有效、最可靠的防治措施。对于已污染且污染比较严重的土壤采用防治并重的办法，一方面切断污染源，避免污染物质进一步污染土壤； 另一方面采用有效的技术措施，对土壤进行改良，尽可能以提高土壤环境容量、控制重金属的活化以切断重金属进入食物链，同时采用一些科学方法对土壤中的重金属进行稀释和去除。比如：
施用改良剂。施用改良剂是指向土壤中施加化学物质，以降低重金属活性，减少重金属向植物体内的迁移，一般称之为重金属钝化。将改良剂施在轻度污染的土壤中是有效的。常用的改良剂有石灰、碳酸钙、磷酸盐、硅酸钙炉渣和促进还原作用的有机物质，如有机肥等。
调节土壤Eh和水浆管理。土壤中多种重金属元素在还原条件下，随着淹水时间的延长，与产生的硫化氢结合形成难溶性硫化物沉淀。可以通过淹水栽培和向土壤中施用促进还原的物质，以及提供硫化氢作为硫离子的供给源，减少重金属在土壤的活性，降低对作物的危害。对遭受镉、钼污染的土壤，采用长期淹水方法，尽量避免落干、烤田和间断灌水栽培，才能明显抑制作物吸收重金属。在砷污染的土壤中，不能采用淹水控制土壤的方法，因为在还原条件下，砷会转化成亚砷酸，不但不能降低砷的毒害，反而会增加毒害作用。
客土和换土法。客土是指在现有的污染土壤上覆上一层未污染的土壤。换土是指将受污染的土壤挖除，至适当深度后再填入未污染的土壤。两种方法对于改变土壤污染现状都是非常显著的。在采取客土和换土措施时，需要注意： 一是客土和换土材料尽量和当地土壤的理化性质相一致，以免引起土壤上下层或新旧土壤之间性质差异过大，造成新的环境问题。如客土是酸性，而原来的土壤是偏碱性中性，就会引起土壤酸度增大，使下层土壤重金属活性增大。二是所施用的客土或换土的厚度应大于耕层厚度。被换走的污染的土壤应有妥善的处理办法，以免引起异地污染问题。三是在客土和换土过程中，应依据土壤 （落土材料） 的性质，即肥力状况，同时混入一些提高肥力或钝化作用的土壤改良剂、肥料，以便使土壤性质迅速接近耕种土壤，不至于减产。