当重金属在土壤中深度潜伏
——对话南开大学环境科学与工程学院院长，长江学者周启星
重金属的隐性传递：土壤——作物——人
辽宁日报：土地污染特别是重金属污染土地日益引起人们的关注。今天想请您给我们从科学的角度来讲解一下这个问题，以使我们对此有个正确的认识。首先请教您的是，重金属污染是目前土壤污染的主要类型吗？除了常听到的镉、铅，还有哪些重金属元素对土壤的危害也较为严重？
周启星：重金属污染是目前土壤污染的主要类型之一，因为它产生和发现得比较早，传统工业如采矿、冶炼、燃煤等很容易造成重金属的泄漏和扩散。
随着工农业生产的发展，目前造成土壤污染的还有有机污染，如石油、多环芳烃、各种有机农药等，以及无机污染，如氟化物、氰化物以及氮、磷等肥料的过量污染，都会对土壤环境造成危害。
危害土壤比较严重的重金属有镉、汞、砷、铅、铬、铜、锌、镍、铋和锑等。这些重金属在土壤——农作物系统中以离子或化合物的形式存在，积聚在土壤浅层，大多在作物的根部区域，有时还可以向下迁移到地下水中。
如果在土壤表层富集超过一定的浓度，造成土壤质量恶化，同时可以被作物大量吸收。再通过食物链传递，直接或间接地威胁人类健康。
辽宁日报：提到危害人体健康，我们就会想到上世纪50至70年代发生在日本的重金属污染事件，让我们认识到重金属对人的影响是非常大的。
周启星：日本多发的“痛痛病”即是由镉中毒造成的。研究表明，土壤中如果镉含量过高，镉与植物蛋白质结合能抑制一些酶的活性，并导致体内蛋白质的失活，甚至破坏叶片的叶绿素结构，减少根系对水分和养分的吸收，使根系生长减慢甚至死亡。
对人来说，镉的毒性也很大，镉化合物不易被肠道吸收，却积存于骨骼、肝或肾脏不易排出，进而导致骨质疏松和软化，尤以对肾脏损害最为明显。再如重金属铬，一旦在体内蓄积，会影响体内的氧化——还原过程和水解过程。
辽宁日报：一旦土壤中含有了重金属，就一定会被土地中生长的作物或植物吸收吗？
周启星：土壤是一个非常复杂的系统，重金属在土壤中的积累、迁移、转化及是否被作物吸收，要看其具体在土壤体系中与其他物质相互作用的物理、化学以及生物学的过程，如氧化——还原、吸附——解吸、酸碱平衡和生物代谢等。
在这些过程中，土壤本身的pH值、质地、有机质含量、阳离子交换量等都是影响重金属存在形态以及是否容易被生物利用的因素。不同作物类型对各种重金属的生物效应、吸收累积、释放机制也是不同的。
如，某沿海区域的农田土壤被检测出重金属含量很高，但未对其上生长的作物产生影响；而在某内陆某区域土壤重金属含量同样很高，但是，被作物吸收的却很多，什么原因呢？通过研究发现，是两地土壤的pH值不同造成的。
最后的“收容所”土壤：重金属在其中深度潜伏
辽宁日报：开矿和化工厂排出的废物含有许多重金属，如果与周围的土地亲密接触，可能会侵入土壤，除此之外，土壤还会遭遇到来自哪些方面的重金属“侵袭”？
周启星：土壤的开放性决定了它接触重金属物质的广泛性，刚才说了，重金属与传统工业关系密切，是土壤中重金属的主要来源。当然，不同区域重金属的来源可能有所差异，比如在我国城市地区，重金属更多地来自汽车尾气排放及生活与工业燃煤，特别是铅、汞等重金属，通过大气沉降到表层土壤；
在城郊地区，如果生活垃圾和其他固体废弃物随意堆积，则易造成诸如电池、炉渣中的重金属泄漏和释放。
化工厂、冶炼、印染和电镀，甚至一些在建筑中产生的废气、废水及各种废弃物，未经处理直接投放到环境中，会给附近区域土壤造成重金属的污染。
污水的流动性还导致了把重金属带到更多和更远的区域。另外，我国农田目前应用的磷肥中含有较高的重金属镉，如果长期施用或者应用过量，会造成土壤重金属的污染和富集。
辽宁日报：有些地区把工业废水或城市污水进行环保处理后，用处理过的水来灌溉农田，这是否可行，是否能把污水中的重金属处理掉？
周启星：从目前的技术水平来看，污水处理的设备并不能完全清除废水中重金属的成分，一旦其中的重金属含量超标，就会在土壤中富集起来。所以，污水即使经过处理，也不应该直接用来灌溉农田，而要经过检验。如果重金属略有超标，可以用做工业冷却水等。
辽宁日报：土壤重金属污染与其他污染如水、大气等受到污染相比，有什么特点？
周启星：水体和大气的特点之一是具有流动性，一方面它可以把污染物、有害物质带到其他区域，同时说明它们有较好的扩散稀释能力。
土壤就不同了，它几乎是不可移动的，而且是最后的“垃圾桶”——大气和水体中的大部分污染物最终回到土壤中，这就是它的可积累特点；土壤中的重金属很难被水稀释，长期存留在土壤中，不能为我们直观所感觉，所以它还具有隐蔽性的特点；
土壤中重金属富集需要一定的时间，对作物产生“质变性”的影响有一个毒性积累的过程；土壤成分复杂，被污染后，消除其毒害在技术上有相当的难度。
总之，土壤重金属污染具有发生的隐蔽性、形成的复杂性、毒性的缓效性、治理的困难性和修复的长期性等特点。
因此，土壤的污染问题是个具有挑战性的问题，直接关系到我国的土地质量好坏，关系到农业生产、农民增收及公众的食品安全、身体健康等问题，我们必须高度重视。
辽宁日报：土壤中的重金属元素会迁移吗？
周启星：任何重金属在土壤中都有可溶与不可溶两部分。不可溶的那部分便积累在土壤中。
重金属可溶部分会进入水循环，随着水体的迁移而迁移。
有些重金属如汞、铅则会进入大气循环而迁移。
总之，存在于土壤中的重金属，迁移是绝对的，只是迁移的速度和其影响因素不同。
辽宁日报：我国土壤重金属污染面临着怎样的形势，是否严重？
周启星：我国许多地区的农田面临着重金属污染的威胁，并处于较为严重的状态，呈现出由点到面、由面到区域的扩散过程，个别地区甚至目前仍有恶化的趋势。
比如，在东北、华北、华东的沿海一带工业发展较早，而且较为集中、发展迅速，在这些地区，土壤中镉等重金属的含量均偏高；
而在我国湖南以及西南的贵州、云南和广西等地，砷等重金属的污染则比较严重，因为当地使用的燃煤中砷的含量较高；
而在西北一些地区，随着各种产业的转移和现代工业的迅速发展，近几年也发现一些区域的土壤受到了各种重金属的污染和危害。
据2002年我们的一次不完全统计，全国受重金属污染的农业土地约有2.5×107平方公里。其中，严重污染土地超过7×105平方公里,甚至有1.3×104平方公里土地因镉含量超标而被迫弃耕。
辽宁日报：某一农田区域一旦受到重金属污染，这块地就不能用做农业生产了吗？
周启星：这里就有一个标准的问题。1995年我国颁布了《土壤环境质量标准》，里面有对土壤重金属含量限制的规定，但是仅有这个标准是不够的。
辽宁日报：为什么这么说？
周启星：这个质量标准也只是整个土壤环境标准的一部分。而整个土壤环境标准本身还很不完善。
比如，一级农田土壤中重金属镉标准是不高于0.2mg/kg，按照这个标准，我国大部分地区的农田都超出了这个标准，这些农田都可以改作他用。
实际上，许多条件下，土壤中镉的含量甚至超出0.5mg/kg也不会导致对作物的危害和相关农产品中镉的超标。再说，我国的耕地资源如此有限，如果按这个标准废弃农田或改作他用，将严重影响我国的农业粮食生产。
所以，我们必须重视污染土壤的修复工作，利用现代科技的方法和手段来降低土壤环境中的重金属含量。
而进行这项工作，首先必须尽快制定和出台相关的修复标准。有了这个修复标准，我们的许多耕地资源就可以得到有效的保护！
不过，我国目前还没有可能制定和出台这个修复标准，因为我们有关修复基准（科学学术层面上的标准）的研究非常有限，而“基准”是“标准”制定的前提。
土壤修复术：“手术”消除重金属
辽宁日报：如果发现一块区域土壤重金属含量偏高，除了对土壤进行修复，是否还有其他的“应急”措施？
周启星：如果说到对农业生产的影响，那么我们还要具体考虑农作物的性质，不同作物对污染物的吸收能力存在差异性，比如有同样汞含量的两块地，一个种稻田、一个种旱田，汞被吸收的程度就不一样，水稻吸收量较旱田作物要大。
这从某一角度说明，还有很多其他应急措施可以采用，包括在轻度污染的土壤，可以采用低积累作物来“避开”重金属污染物。因此，我们对不同作物品种吸收重金属及其机理的研究也一直在进行。
辽宁日报：您刚才讲了土壤重金属污染的特点和严重性，这都时刻在提醒我们要做好土壤重金属污染防治，特别是预防工作，需要全社会都重视起来，从源头上来遏制重金属污染，处理好各种废水、废气和废物，不能走“先污染后治理”的路；同时土壤修复同样具有现实意义，而且有着很高的技术含量，所以，对这方面想问一下，污染土壤修复的思路及含义是什么，是把其中的重金属剥离开来吗？
周启星：可以通过技术手段剥离、清除、转移、吸收和转化土壤中的重金属，使其浓度降低到可以接受的水平，甚至将有毒、有害的污染物转化为无害的物质。
辽宁日报：今年8月份，有报道说日本农业环境技术研究所开发出低成本清除土壤中镉的新技术：首先要向镉含量超标的水田注入氯化铁溶液，然后加以搅拌，以提高土壤酸度，使土壤中的镉溶入水中，然后进行排水，以排掉镉。试验表明，水田土壤中镉浓度降低60％至80％，糙米中镉浓度就降低70％至90％。这是一种有效的修复办法吗？
周启星：这是一种物理、化学的修复方法，它使镉溶入水中加以清除。这种方法“剥离”重金属在时间上非常有效，但是也带来两个问题：就是往土壤里注入氯化铁后，土地原来的理化性质被改变了，再有就是排水，会把“酸”带到其他区域。
辽宁日报：那么，还有哪些较为有效的修复方法？
周启星：还有清洗法、换土法、通风去污法、光化学转化法、改良剂法等，这些方法有的成本高，有的会造成二次污染.
利用植物和微生物的联合修复以及生态修复是目前国际上的研究热点。有一些观赏类植物对重金属的吸收能力很强，那么我们就可以在重金属污染严重的区域种植这种植物，让它大量吸收、积累某些重金属，然后做无害化处理和利用。
一些种类的微生物在生长代谢过程中需要一些具有特殊生物学功能的微量元素，其中有一部分是重金属元素，例如，锌是乙醇脱氢酶、RNA和DNA聚合酶的组分，所以能被微生物吸收，这样，微生物通过自身的生命活动可以积极地改变和转化土壤中重金属的存在状态，降低其生物学毒性。
同物理化学方法相比，生态修复具有可基本保持土壤的理化特性、净化效果较理想、处理成本低和应用广泛的优点。
总之，面对土壤重金属污染的复杂性，需要我们针对区域特点，克服缺点，对各种修复手段优化组合，提高修复效率，最终达到修复的目的。
艰巨的前沿课题：应尽快提升至国家层面研究
辽宁日报：生态修复作为土壤重金属污染的重要整治手段之一，目前的技术水平成熟了吗？
周启星：植物修复处于应用示范阶段，与污染土壤修复产业化还有一定距离。
微生物修复研究取得了一些可喜的发现，在一些典型污染地区,进行了实用规模的生态修复实验。
应该说，由于土壤环境本身的复杂性，土壤修复是一项十分艰巨的前沿课题，不同学科如土壤学、农学、生态学、地学、化学、计算机和数学的研究人员以及农、林、渔等有关的生产单位都参与了进来；
而土壤被重金属污染后无法自动恢复的特性要求我们必须加快这一问题的研究和解决，这是一项十分紧迫的任务。
辽宁日报：各国对重金属污染土壤的问题特别重视吧？
周启星：土地是极其重要的不可再生资源，土壤环境关系到一个国家的可持续发展，世界许多国家特别是发达国家均开展了污染土壤治理与修复的工作。
美国政府在近期也投入100多亿美元用于污染土壤修复技术开发研究，特别是一些新型污染物的修复治理；
荷兰政府在上世纪80年代就投入15亿美元进行污染土壤的修复技术研究和应用试验；
1990-1996年德国政府在废物管理与污染土壤修复项目上投资达60多亿美元；
整个欧洲从事生物修复工程技术的研究机构和商业公司有近百个……从这方面看，我国土壤污染控制与修复面临着巨大机遇与挑战。
辽宁日报：那么，针对我国严重的土壤重金属污染引发的环境问题，我们应该采取哪些措施？
周启星：面对新世纪全球环境问题日益突出，土壤污染与生态安全必须提上日程，这方面有几个要点必须把握:
一是社会各界要充分认识到土壤污染包括重金属污染的危害性、严重性，只有认识提高了，各项工作才能顺利开展；
二是像你刚才说的，从源头上做好预防工作，做好废水、废气、废物的无害化处理，防止重金属污染和扩散；
三是尽快在国家层面上开展污染农田土壤修复基准的研究，在此基础上加紧制定“修复标准”，加快修订土壤环境质量标准，做到标准完善、有法可依；
四是科学治理和修复，尽快实施污染土壤修复战略。
文章来源：辽宁日报
