01城市土壤重金属污染研究综述

第25卷　第1期热　带　地　理Vol125,No11 2005年3月TROPICALGEOGRAPHYMar1,2005　

　收稿日期:2004-08-30;修订日期:2004-11-25　基金项目:国家自然科学基金项目(30200025);广东省自然科学基金项目(003031);广东省林业局项目资助　作者简介:黄勇(1980-),男,湖南娄底人,硕士研究生,主要从事环境与景观生态学研究,(E2mail)hybsbcn@scbg1ac1cn。　3通讯联系人,(E2mail)renhai@scbg1ac1cn。　①　BockheimJG1Natureandpropertiesofhighly-disturbedurbansoils1Philadelphia1Pennsylvania1PaperpresentedbeforeDivisionS-51SoilGenesis,MorphologyandClassification1AnnualMeetingoftheSoilSocietyofAmerica1Chicago,IL11974。城市土壤重金属污染研究综述

黄　勇1,郭庆荣1,2,任　海13,万洪富2,杨国义2

(11中国科学院华南植物园,广州510650;21广东省生态环境与土壤研究所,广州510650)

摘　要:综述了城市土壤中重金属污染的来源、含量分布、化学形态、积累的生物效应及污染修复等近几年来的研究进展,以期为相关研究、环境决策和环境管理提供参考。关键词:城市土壤;城市化;重金属;城市生态环境中图分类号:X53;P951 文献标识码:A 文章编号:1001-5221(2005)01-0014-005

随着城市化在全球范围内的飞速发展,以及城

市人口的不断增长,客观上需要增加对城市生态环

境的了解,以及研究城市生态环境与人类健康之间

的相互关系。城市土壤是城市生态环境的重要组成

部分,对城市的可持续发展有着重要意义。在城市

环境中,各种各样的人类活动,将大量的重金属带入

城市土壤中,造成这些元素在土壤中的积累,并通过

大气、水体或食物链而直接或间接地威胁着人类的

健康甚至生命。因此,研究城市土壤的重金属污染

的来源、含量分布、化学形态、积累的生物效应及其

污染的修复具有重要的意义。

1　城市土壤的定义及其基本特性

Bockheim早在1974年提出的城市土壤定义,认为城市土壤是指由于人为的、非农业作用形成的,并且由于土地的混合、填埋或污染而形成的厚度大

于或等于50cm的城区或郊区土壤①。Dekimpe等[1]在Bockheim定义的基础上将城市土壤定义为

在城区和城郊区域受人为活动强烈影响的土壤。我

国学者张甘霖等[2]则认为城市土壤并不是一个分

类学上的术语,它是指出现在市区和郊区,受多种人

为活动的强烈影响,原有继承特性得到强烈改变的

土壤的总称。笔者认同张甘霖等的观点。

由于受到人类活动的强烈影响,城市土壤在物

理、化学、生物学等方面表现出独特的性状[3-5]:(1)时间与空间变异性明显,在较短距离内会出现完全不同的土壤类型;(2)土壤层次排列混乱,且分

层明显;(3)土壤层次中含有丰富的外源物,如玻

璃、铁钉与陶瓷等;(4)变性的土壤物理结构,压实

板结现象明显;(5)土壤pH值向碱性方向演变、有

机质含量增加,同时表现出明显的污染特征;(6)养

分循环与土壤生物活动受到严重干扰。2　城市土壤重金属污染研究

211　城市土壤重金属污染的来源 在城市土壤重金属来源研究方面,认识到城市

土壤中的重金属一部分来源于成土母质,另一部分

则为外源人为输入。成土母质是城市土壤中重金属

含量的重要来源[6],是决定城市土壤中重金属元素

含量与分布特征的重要因素之一。例如,在北京市,目前土壤中Cr、Ni的含量就主要受成土母质的影

响,只是个别地区存在明显的Cr、Ni含量严重偏高

的现象[7]。城市交通运输则是城市土壤重金属污

染的另一个重要来源,汽车尾气排放、轮胎添加剂中

的重金属元素均可影响到土壤中Pb、Zn、Cu的含

量,且这些元素的积累量都与交通流量有关[8,9]。

另外城市生活垃圾与工业废弃物的堆放及填埋对其

附近城市土壤中重金属的含量与形态特征有着明显

的影响,其附近土壤中重金属元素的含量与形态分

布特征与垃圾中的重金属含量及其有效态含量呈明

显的正相关[10,11]。在不同工矿企业周围,土壤重金

属含量还表现出明显的特异性,如Zn矿冶炼厂废

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弃物的排放即可导致其周边城市土壤Zn含量特

异[12]。同时公园与花园绿化过程中污水、污泥堆肥

的广泛使用也明显影响到城市土壤中的重金属组成

与含量[13]。212　城市土壤重金属含量的空间分布城区内不同的土地利用方式,对土壤中的重金属含量有着显著影响。一般来说,道路旁边土壤中

的重金属元素含量明显比城市公园的含量高,但同

时公园土壤中的含量又高于远郊相同母质下农业土

壤中的含量[14]。而相同土地利用方式下的土壤重

金属污染状况则表现出明显的同一性[15]。对我国

开封与南京城市土壤重金属污染状况的研究结

果[16,17]也表现出类似的分布积累特征,工、矿冶区

以Pb、Cd的积累为特征,而居民区和商业区则以

Cu、Zn的积累为特征,即不同的人类活动造成城市土壤中不同类型的重金属积累。

城市和城郊长期的工矿业活动导致城市与城郊

土壤不同程度的污染,污染程度往往随城区距离增

大而减少。沿纽约市140km长的“城区2郊区2农

区”森林生态样带,土壤中Cu、Ni、Pb的含量随着该

区与市中心距离的增加而降低,且城区土壤中的

Cu、Ni、Pb含量分别是农区土壤中含量的4、2、2倍[18]。香港与广州城市土壤中的重金属含量分布

也表现出类似的特征,即城区土壤所有的重金属平

均含量最高,而城郊的农业土壤(果园、菜园、作物

土壤)和公园土壤居中,林地土壤含量则最低[19,20]。

213　城市土壤重金属的化学形态分析土壤重金属污染的严重性及重金属在土壤中的

环境行为并不完全取决于其总量,而取决于其化学形

态。化学连续浸提法是目前分析土壤中重金属化学

形态最广泛采用的方法。许多采用这一方法的研究

发现城市土壤中重金属元素主要以Fe2Mn氧化物结

合态、硅酸盐结合态、有机结合态等形式存在,其水溶

性含量非常低[11,21-23]。同时由于城市土壤的高pH值(偏碱性),土壤中的重金属元素均表现出较低的生

物有效性[22]。对南京、香港等城市土壤重金属元素

化学形态分布研究也得到了类似的结果,但香港城市

土壤中的镉元素却表现出较高的可交换性[23,24]。在

对城市土壤饱和离心液的研究中发现,59%以上的溶

解态Cd是以自由离子的形式存在,而溶解态的Cu、

Pb、Zn仍主要以有机结合态的形式存在[25]。因此,非常有必要对城市土壤中Cd的生态效应及其对人类

的健康影响作进一步深入研究。

此外,城市土壤中的重金属能通过扬尘进入大气,并最终通过人的呼吸作用而进入人体,从而直接

影响到人的身体健康。因此最近几年,国外有人作

了以人体和动物的胃液作为浸提液来评价重金属元

素的生物有效性的研究,结果表明用胃液来研究城

市土壤中的铅与砷的生物有效性可以很好地反映动

物的实际吸收率[26,27]。

214　城市土壤重金属积累的生物学效应城市土壤重金属元素积累的生物学效应可以通

过植物、动物、微生物的生理生态等方面的变化而得

到很好的表征。对这些效应的研究不仅有助于找出

评价城市土壤重金属污染的有效监测指标,而且有

助于发现敏感的指示生物。

城市土壤中累积的重金属可以通过土壤-蔬菜

系统直接进入人体,从而威胁到人体健康,是城市人

群暴露土壤重金属污染的主要途径之一。过去关于

城市(郊)土壤-蔬菜系统重金属污染的研究主要

侧重于城郊蔬菜及其他作物污染状况的调查研究,而关于区域城市土壤重金属污染风险评估的理论和

方法的研究开展得很少。国外最近几年在土壤中重

金属含量风险评价方面开展了一些非常有意义的工

作。西班牙的Nadal等通过建立评价模型发现工业

地区甜菜中Cr的积累与摄入有可能导致癌症发生

率增加[28];英国的Yong等最近提出的线性数学模型,可以根据人体对特定蔬菜的摄入量来计算土壤

污染的健康风险。我国主要在城市土壤-蔬菜系统

中重金属污染状况调查研究方面做了大量工作,也

得到了一些显著的成果[29-30]。但还远远不够,今后

应加强对风险评估理论与方法的研究,为我国的城

市污染土壤管理和农产品安全生产提供实际指导。

此外,城市土壤重金属污染还对土壤微生物有

着深刻的影响。与农业土壤相比,城市土壤中的微

生物由于受到重金属元素的影响,其基底呼吸作用

明显增强;生物量显著降低;Cmic/Corg和qCO2值明显

升高;Biolog数据显示城市土壤对能源碳的消耗量

和速度显著升高[31]。通过主成分分析,发现城市土

壤中有效态铅、锌、铜与镍的积累对城市土壤微生物

的Biolog结果有着显著影响,且这种效应具有长期

性[32]。因此,可以通过研究城市土壤中的微生物

Biolog结果的变异来反映其重金属积累的严重性。国内外学者还广泛借助蚯蚓来研究城市土壤重

金属污染对动物的毒理学效应,寻找可靠的监测指

标。Kennette等通过野外采样研究发现蚯蚓体内组

织的重金属富积量与城市土壤中高浓度的Cu、Pb和Zn含量达到一种动态平衡状态,并且蚯蚓体内的51

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