书城科普读物青少年身边的环保丛书:环境与人类健康
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第31章 土壤重金属污染及其危害

土壤无机污染物中以重金属比较突出,主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解,而易于积累,转化为毒性更大的甲基化合物,甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积,严重危害人体健康。

土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等,砷虽不属于重金属,但因其行为、来源以及危害都与重金属相似,故通常列入重金属类进行讨论。就对植物的需要而言,金属元素可分为两类:1植物生长发育不需要的元素,而对人体健康危害比较明显,如镉、汞、铅等;2植物正常生长发育所需元素,且对人体又有一定生理功能,如铜、锌等,但过多会造成污染,妨碍植物生长发育。

同种金属,由于它们在土壤中存在形态不同,其迁移转化特点和污染性质也不同,因此在研究土壤中重金属的危害时,不仅要注意它们的总含量,还必须重视各种形态的含量。

土壤的汞污染主要来自于污水灌溉、燃煤、汞冶炼厂和汞制剂厂(仪表、电气、氯碱工业)的排放。比如一个700兆瓦的热电站每天可排放汞25千克。含汞颜料的应用、用汞做原料的工厂、含汞农药的施用等也是重要的汞污染源。

汞土壤中汞的存在形态有无机态与有机态,并在一定的条件下互相转化。无机汞有Hg5O4、Hg(OH)2、HgCl2、HgO,它们因溶解度低,在土壤中迁移转化能力很弱,但在土壤微生物作用下,汞可向甲基化方向转化。微生物合成甲基汞在好氧或厌氧条件下都可以进行。在好氧条件下主要形成脂溶性的甲基汞,可被微生物吸收、积累,而转入食物链造成对人体的危害;在厌氧条件下,主要形成二甲基汞,在微酸性环境下,二甲基汞可转化为甲基汞。

汞对植物的危害因作物的种类而异。汞在一定浓度下使作物减产,在较高浓度下甚至使作物死亡。不同植物对汞吸收能力是:针叶植物>落叶植物,水稻>玉米>高粱>小麦,叶菜类>根菜类>果菜类。

镉主要来源于镉矿、镉冶炼厂。因镉与锌同族,常与锌共生,所以冶炼锌的排放物中必有ZnO、CdO,它们挥发性强,以污染源为中心可波及数千米远。镉工业废水灌溉农田也是镉污染的重要来源。

土壤中镉的存在形态也很多,大致可分为水溶性镉和非水溶性镉两大类。离子态和络合态的水溶性镉CdCl2、Cd(W03)2等能为作物吸收,对生物危害大,而非水溶性镉CdS、CdCO3等不易迁移,不易被作物吸收,但随环境条件的改变二者可互相转化。如土壤偏酸性时,镉溶解度增高,在土壤中易于迁移;土壤处于氧化条件下(稻田排水期及旱田),镉也易变成可溶性,被植物吸收也多。镉的吸附迁移还受相伴离子如Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Ca2+等的影响,如锌的存在可抑制植物对镉的吸收。

镉对农业最大的威胁是产生“镉米”、“镉菜”,进入人体后使人得骨痛病。另外,镉会损伤肾小管,出现糖尿病,还有镉引起血压升高,出现心血管病,甚至还有致癌、致畸的病例报道。

铅是土壤污染较普遍的元素。污染源主要来自汽油里添加抗爆剂烷基铅,随汽油燃烧后的尾气而积存在公路两侧百米范围内的土壤中,另外,铅字印刷厂、铅冶炼厂、铅采矿场等也是重要的污染源。随着我国乡镇企业的发展,“三废”中的铅已大量进入农田。

进入土壤中的铅在土壤中易与有机物结合,极不易溶解,土壤铅大多发现在表土层,表土铅在土壤中几乎不向下移动。

铅对植物的危害表现为叶绿素下降,阻碍植物的呼吸及光合作用。谷类作物吸铅量较大,但多数集中在根部,茎秆次之,籽实中较少。因此,铅污染的土壤所生产的禾谷类茎秆不宜作饲料。

铅对动物的危害则是累积中毒。人体中铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动,对全身器官产生危害。

铬的污染源主要是电镀、制革废水、铬渣等。铬在土壤中主要有两种价态:Cr6+和Cr3+。两种价态的行为极为不同,前者活性低而毒性高,后者恰恰相反。Cr3+主要存在于土壤与沉积物中,Cr6+主要存在于水中,但易被Fe2+和有机物等还原。

植物吸收铬约95%留在根部。据研究,低浓度的Cr6+能提高植物体内酶活性与葡萄糖含量,高浓度时则阻碍水分和营养向上部输送,并破坏代谢作用。

铬对人体与动物也是有利有弊。人体中含铬过低会产生食欲减退症状。但饮水中铬超标400倍时,会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状。

土壤砷污染主要来自大气降尘与含砷农药。燃煤是大气中砷的主要污染源。土壤中砷大部分为胶体吸收砷污染或和有机物络合——螯合或和磷一样与土壤中铁、铝、钙离子相结合,形成难溶化合物,或与铁、铝等氢氧化物发生共沉淀。pH和Eh值影响土壤对砷的吸附。pH值高时,土壤砷吸附量减少而水溶性砷增加。土壤在氧化条件下,大部是砷酸,砷酸易被胶体吸附,而增加土壤固砷量。随Eh降低,砷酸转化为亚砷酸,可促进砷的可溶性,增加砷害。

砷对植物危害的最初症状是叶片卷曲枯萎,进一步是根系发育受阻,最后是植物根、茎、叶全部枯死。砷对人体危害很大,它能使红细胞溶解,破坏正常生理功能,甚至致癌等。

重金属

对什么是重金属目前尚无严格的定义,化学上根据金属的密度把金属分成重金属和轻金属,常把密度大于45g/cm3的金属称为重金属,如:金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。

从环境污染方面所说的重金属是指:汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有5种:铅、汞、铬、砷、镉。这些重金属在水中不能被分解,人饮用后毒性放大,与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物或无机物。