第一节　土壤中重金属的来源

土壤中重金属的来源是多途径的，首先是与成土母质的差异有关，不同的母质、成土过程所形成的土壤，重金属的含量也有所不同。此外，人类的工农业生产活动也会造成大气、水体和土壤的重金属污染^［4］。

一、大气沉降

大气中的重金属元素一部分来自于自然力的作用。大风扬沙、浪花飞溅、火山爆发、植被火灾等自然过程均可能向大气中释放含重金属元素的物质，例如，火山喷发物中的Cd含量可达30～800ng/kg^［5］。然而，大气中的重金属元素更大程度上是由人类的生产生活活动所产生的，包括化石燃料的燃烧、金属冶炼、汽车尾气排放及汽车轮胎磨损等，这些工农业生产活动产生了大量含重金属的有害气体和粉尘，它们主要分布在工矿的周围和公路、铁路的两侧^［6］。不同重金属元素的两种来源所占比例各不相同，据统计，全球由于自然来源而进入大气的重金属元素中，Cd仅占其向大气总释放量的15%左右，Pb所占的比例也很低，只有总释放量的3.5%左右，而Cr、Cu的比例较高，分别为59%和44%。大气中的Cd、Co和Pb等重金属元素的输入量，人为活动所占比例远远大于自然活动的释放^［7］。

大气中的大多数重金属经两条途径进入土壤生态系统，一是自然沉降，二是降水沉降^［8］。其污染范围主要以工矿厂区的烟道、工业废物集中收集点和主要交通线路等污染源为中心，向着四周呈辐射状扩散；沿着城市、郊区、农村的布局，随着距离加大，污染扩散的程度降低。此外，重金属污染情况还与城市结构等多种因素相关，例如，与城市人口密度、机动车数量、城市绿地面积等因素呈正相关关系。城市的重工业产业越发达，污染也就越严重。

二、污水灌溉

城市污水一般包括生活污水、商业污水和工业废水。污水灌溉指的是城市污水经过集中处理之后，直接用于浇灌农田和城市绿地。随着社会经济的迅速发展，城市工业活动产生了大量的工业废水，这些污水排入河道，导致多种高浓度的重金属污染物引入城市污水中，并可以通过污水灌溉，进一步进入土壤中。其分布存在一定的规律性，靠近污染源和位于工业区附近的土壤，往往污染较为严重；而远离污染源和工业区的土壤污染较轻，甚至不被污染。我国是缺水国家，人均水资源仅为世界平均水平的1/3，为了保证工业用水和生活用水的正常进行，有的地区的农业用水常常无法得到保证。自20世纪60年代至今，我国使用污水进行灌溉已成为农业生产灌溉的重要手段，污灌面积迅速扩大，尤以北方旱区最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上^［4］。污水灌溉导致土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等多种重金属含量的增加。

随着污水灌溉而进入土壤的重金属元素，可以以不同的方式被土壤截留。Cd很容易被水中的悬浮物质吸附，因而污水中的Cd含量随着距排污口距离的增加而迅速下降，因此污染的扩散范围相对较小。Cr存在2种形态，以3价和6价为主，3价的Cr能够很快地被土壤吸附而固定下来，6价的Cr进入土壤后被有机质还原为3价，随之被吸附固定，因此污灌区土壤重金属Cr呈现逐年累积的趋势。95%的Hg与土壤胶体和有机质迅速发生吸附，一般累积在土壤表层，自上而下浓度递减。Pb非常容易与土壤有机质和黏土矿物发生吸附反应，迁移能力较弱，其污染浓度与距污染源的距离成反比^［9］。

三、固体废物

含重金属的废弃物种类非常繁杂，这些固体废物的随意处理和处置，也是导致农田土壤重金属污染的一个重要原因。例如，市政污泥中含有丰富的有机质和N、P、K等营养元素，但同时也含有高浓度的重金属元素。将污泥作为农业生产的肥料施用于农田，在提高作物产量的同时，将大量的重金属污染物引入农田，并随着重金属元素的积累，农田中的污染日益严重。Anthony等研究发现，将城市污泥用于改良土壤肥力的同时，土壤中Cd、Hg、Pb等重金属的含量也明显增加^［10］。

一些固体废物，可以直接或者经过加工作为肥料。将其施用于农田土壤中，就将重金属污染引入了农田。例如畜牧业生产产生的大量动物粪便及加工副产物，它们本身含有植物所需的N、P、K等微量元素和大量的有机质，但是由于动物饲料中含有重金属成分，因而施用这些农业生产废弃物加工而成的肥料的同时，也会将重金属污染引入农田中。磷石膏是化肥工业生产的废弃物，由于其含有不同形态的含P化合物，从而被大量施用以改良土壤性质，但是却造成了As、Cr、Mn、Pb等重金属元素含量的增加^［9］。

四、农用物资

农药、肥料和塑料大棚是农业生产必不可少的农用物资，对农业生产的发展起着决定性作用。但是不合理的长期使用，也会导致土壤重金属污染。绝大多数的农药是有机化合物，但是少数农药为有机、无机混合的化合物或者纯矿物质，因此某些含有As、Cu、Hg、Zn等重金属的农药，长期大量施用会导致农田重金属污染。

重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。氮肥、钾肥重金属含量较低，磷肥含量较高，这主要是因为磷酸盐本身与重金属有较高的络合能力。复合肥根据其原料和加工流程的不同重金属含量也有所差异。磷肥中含有浓度不等的Cd，全球磷肥的平均含Cd量为7mg/kg，因此长期大量使用会造成土壤Cd的累积，进而引起严重污染。Taylor等在50年的时间内，监测了新西兰同一个地块的58个土壤样品，研究发现磷肥的施用导致了土壤Cd含量从0.39mg/kg上升至0.85mg/kg^［11］。

农用大棚和塑料地膜是我国的农业生产活动中必不可少的农用物资。然而，生产加工这些塑料产品的过程中所用到的热稳定剂，其中含有高浓度的Cd和Pb，这就不可避免地将重金属污染物引入了农田中。