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摘要 通过明确具显著生物毒性的重金属元素及其化合物的来源，分析其对农作物的危害机理。同时，探明农作物在受到重金属污染后的生物形态变化形式，判断农作物的状态，最终提出包括化学方法以及生物技术在内的应对措施。
关键词 重金属污染；农作物；影响；应对措施
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）15-0247-01
重金属是指比重在4.0以上（大概60种）或比重在5.0以上（45种）的元素，而对于农田土壤中重金属污染，主要是指具有生物毒性且对农作物易造成污染的铅、镉、铜、锌、镍、铬等重金属[1-5]。一般情况下，重金属是以环境可适的浓度广泛分布于自然界中。但随着社会的发展以及人类活动的加剧，包括对采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等活动的日益增多，造成铅、汞、镉、钴等生物毒性显著的重金属元素及其化合物进入大气、水、土壤中，随着时间的推移，在生物体中存留、积累和迁移，从而引起更严重的污染问题，对环境造成不可逆的危害[6-9]。
1 农作物污染来源
1.1 农业生产活动中农药及化肥的使用
农药及化肥的使用保证了农作物的产量，但与此同时也带来了环境污染的负面效果。其中由于农田长期、广泛地使用农药，已异化了害虫、草的耐药性，进而促使农药的药量不断加大，造成恶性循环，对环境、农作物以及人类都造成了更深层次的伤害。与此同时，为了追求更高的农作物产量，大量并且更加频繁地使用化肥，造成了重金属在农作物体内的富集，使得重金属含量不断攀升。如汞主要来自含汞的废水和不恰当的灌溉，镉、铅污染主要来自农用塑料薄膜中的热稳定剂等，铜、锌污染主要来源于有机肥、化肥和农药的使用。马耀华等人通过对上海地区菜园土的研究发现：经过一个种植期的施肥后，农作物体内的镉含量从0.10 mg/kg攀升至0.32 mg/kg。
1.2 工业污染
工业污染对于农作物的危害形式则体现在2个方面：一是工业、矿业废水以及弃渣的排放。工业污水和工业弃渣是重金属的重要载体。尤其是对于一些金属冶炼厂等高污染企业，废渣、废水中的重金属含量极高，若未经处理就随意堆放或直接混入土壤则会对生态环境造成非常大的危害。二是工矿企业排放的烟尘上吸附着大量的重金属，导致重金属以气溶胶的形式进入大气，经过大气的降水等形式的干湿沉降进入到土壤中去，从而对农作物造成污染。因此，在农业土壤中，工矿企业周围的土壤中重金属含量一般会较其他地区高很多，因而污染也严重很多。
1.3 大气污染
李其林等人通过研究表明：铅、镉、汞、砷与大气污染有直接的关系。如铅可来源于汽车含铅汽油燃烧后排放的尾气、轮胎中添加的锌以及发动机及车体零部件中的铜经过磨损后进入环境中等。Viard et al发现造成公路两侧表层土壤和植物发生重金属污染的主要途径是机动车释放的重金属微粒在近路侧发生沉降。Garcia et al通过对公路两侧土壤和植物中铅、镉、锌、铜等含量的测定，认为道路两侧重金属污染的主要来源是机动车，并提出在公路长期运营前提下路侧土壤会发生显著的重金属累积等观点。Nabul et al通过研究认定高速公路两侧土壤和叶菜类蔬菜中存在重金属累积和污染。刘廷良等研究发现，路两旁的土壤中锌的重要来源即为汽车轮胎添加剂中的锌。目前，我国城市化进程迅速推进，机动车等交通工具数量激增，因此其排放至大气中的污染物质也日益增加，从而导致重金属在道路附近的农业土壤中累积。生物毒性显著的重金属元素如铅、镉等，随着公路运营过程而长期存在，对人体健康安全存在着潜在影响。
2 重金属对农作物的危害机理
土壤酶是土壤中一种生物化学反应的生物催化剂。在多数情况下，土壤酶是以复合体的形式吸附在土壤胶体颗粒表面，只有部分会溶解于土壤的溶液中。在土壤中的各种生物化学反应过程都有土壤酶参加，如动植物残体和微生物残体的分解过程，腐殖质的分解及其合成有机化合物的水解与转化过程，还有某些无机化合物的还原、氧化反应等等。土壤酶的活性能够反映出某一种土壤在特定状况下生物化学过程的相对强度。因此，测定相应酶的活性，可以间接了解某种物质在土壤中的转化情况。
依据相关研究可知，土壤酶活性的大小与重金属的污染程度存在一定的相关性。土壤中的许多酶大部分是由微生物分泌的，并且它们和微生物共同参与土壤中物质与能量的循环。Kandeler et al通过对土壤中13种酶的研究发现，与土壤中碳循环有关的酶受到重金属的抑制较小，而与土壤氮、磷、硫循环有关的酶受到重金属抑制作用比较明显。同时，Kuperman et al的研究成果指出：随着重金属浓度的增加，几乎所有的土壤酶活性明显降低了10～50倍。生物酶一般为蛋白质，而重金属可与蛋白质发生络合反应，使得蛋白质变性沉淀，因而酶也就失去活性。有研究者将在金属冶炼厂及化工厂等高污染企业附近的受到重金属污染的土壤与未被污染的土壤相比，土壤中脱氢酶、蛋白酶、碱性磷酸酶及硫酸酯酶的活性均受到了明显的抑制。
3 重金属对农作物危害的表现形式
对于重金属元素含量超标的地区则会引起植物生理功能的紊乱、营养不均衡，最终使植物枯萎甚至死亡。此外，汞、砷能够有效地减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮元素的供应。重金属在农田土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，不容易被人所发现，这样会使危害更加严重，农田重金属污染不仅会使土壤中的肥力下降，导致农作物的产量和质量减少，而且会通过食物链最终危害人类的健康。重金属还会对生殖障碍造成影响，影响胚胎的正常发育，威胁儿童和成人的身体健康等。
4 应对措施
4.1 化学方法
治理重金属污染的化学方法可归纳为2种。一是土壤解毒剂的研发与应用。土壤解毒剂是一种以凝灰岩为主要材料的合成硅，它除含有钙和硅这2种元素之外，还含有少量的铁、锰、镁及钾等，可对土壤中残留的农药进行无害化处理，同时农药在分解后的产物又能促进细菌的繁殖，对被重金属污染的土壤起到一个轻度进化的作用。二是柠檬酸的研制。美国能源部下属的Brookhaven National Laboratory的科学家发明了一种柠檬酸。该种酸能够有效地从土壤和垃圾中分离出生物毒性显著的重金属污染物，并随之将其转变成为有具有可利用价值的物质。该种新方法几乎可以清除土壤和垃圾中所有的具有显著生物毒性的重金属镉、铅、锌、铜以及放射性物质比如铀、铂、钻、艳、锶等。经过该种柠檬酸的处理后，土壤中具显著生物毒性的重金属可大大减少。 4.2 生物技术
利用生物方法净化土壤这一农作物的生长载体中的复合污染，在现如今对于土壤污染防治与修复，生物修复技术得到广泛的推崇。日本往原公司研制出利用生物技术迅速净化土壤复合污染的技木，即在污染的土壤中混入肥料和微量的无害酸，从而使受到污染而失去活性的土壤恢复固有的呼吸作用。然后通过迅速消耗土壤中的氧而形成强烈的还原效应，达到治理污染修复农作物生长环境的目的。
5 参考文献
[1] 环境保护部.GB15618-2008土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2008.
[2] SANKAM，STRNADM，VONDRA J，et al.Sources of Soil and Plant Contamination in an Urban Environmentand Possible As sessment Me-thods[J].International Journal of Environmental Analytical Chemistry，1995（59）：327-343.
[3] 徐庆.上海郊区农业地土壤重金属污染研究与溯源[D].上海：东华大学，2008.
[4] 李军辉，卢瑛，尹伟，等.佛山市某工业区周边蔬菜重金属富集特征的研究[J].华南农业大学学报，2008，29（4）：17-20.
[5] NICHOLSON F A，CHAMBERS B J，JRWILLIAMS.Heavy Metals Con-tents if Livestock Feeds and Animal Manures in England and Wales[J].Bioresource Technology，1999（70）：23-31.
[6] 杨国义，张天彬，万洪富，等.广东省典型区域农业土壤中重金属污染空间差异及原因分析[J].土壤，2007，39（3）：387-392.
[7] 刘善江，李国学.高碑店污泥农用肥效及重金属污染防治[J].华北农学报，1999，14（1）：118-122.
[8] 胡喜巧，陈翠玲，蒋爱凤.新乡市生活污水中有效成分和重金属铬及镉含量的分析[J].河南农业科学，2008（4）：61-63.
[9] 范成五，熊元，秦松.红枫湖水库消落区典型土壤养分与重金属含量调查[J].西南农业学报，2008，21（4）：1029-1032.
关键词 重金属污染；农作物；影响；应对措施
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）15-0247-01
重金属是指比重在4.0以上（大概60种）或比重在5.0以上（45种）的元素，而对于农田土壤中重金属污染，主要是指具有生物毒性且对农作物易造成污染的铅、镉、铜、锌、镍、铬等重金属[1-5]。一般情况下，重金属是以环境可适的浓度广泛分布于自然界中。但随着社会的发展以及人类活动的加剧，包括对采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等活动的日益增多，造成铅、汞、镉、钴等生物毒性显著的重金属元素及其化合物进入大气、水、土壤中，随着时间的推移，在生物体中存留、积累和迁移，从而引起更严重的污染问题，对环境造成不可逆的危害[6-9]。
1 农作物污染来源
1.1 农业生产活动中农药及化肥的使用
农药及化肥的使用保证了农作物的产量，但与此同时也带来了环境污染的负面效果。其中由于农田长期、广泛地使用农药，已异化了害虫、草的耐药性，进而促使农药的药量不断加大，造成恶性循环，对环境、农作物以及人类都造成了更深层次的伤害。与此同时，为了追求更高的农作物产量，大量并且更加频繁地使用化肥，造成了重金属在农作物体内的富集，使得重金属含量不断攀升。如汞主要来自含汞的废水和不恰当的灌溉，镉、铅污染主要来自农用塑料薄膜中的热稳定剂等，铜、锌污染主要来源于有机肥、化肥和农药的使用。马耀华等人通过对上海地区菜园土的研究发现：经过一个种植期的施肥后，农作物体内的镉含量从0.10 mg/kg攀升至0.32 mg/kg。
1.2 工业污染
工业污染对于农作物的危害形式则体现在2个方面：一是工业、矿业废水以及弃渣的排放。工业污水和工业弃渣是重金属的重要载体。尤其是对于一些金属冶炼厂等高污染企业，废渣、废水中的重金属含量极高，若未经处理就随意堆放或直接混入土壤则会对生态环境造成非常大的危害。二是工矿企业排放的烟尘上吸附着大量的重金属，导致重金属以气溶胶的形式进入大气，经过大气的降水等形式的干湿沉降进入到土壤中去，从而对农作物造成污染。因此，在农业土壤中，工矿企业周围的土壤中重金属含量一般会较其他地区高很多，因而污染也严重很多。
1.3 大气污染
李其林等人通过研究表明：铅、镉、汞、砷与大气污染有直接的关系。如铅可来源于汽车含铅汽油燃烧后排放的尾气、轮胎中添加的锌以及发动机及车体零部件中的铜经过磨损后进入环境中等。Viard et al发现造成公路两侧表层土壤和植物发生重金属污染的主要途径是机动车释放的重金属微粒在近路侧发生沉降。Garcia et al通过对公路两侧土壤和植物中铅、镉、锌、铜等含量的测定，认为道路两侧重金属污染的主要来源是机动车，并提出在公路长期运营前提下路侧土壤会发生显著的重金属累积等观点。Nabul et al通过研究认定高速公路两侧土壤和叶菜类蔬菜中存在重金属累积和污染。刘廷良等研究发现，路两旁的土壤中锌的重要来源即为汽车轮胎添加剂中的锌。目前，我国城市化进程迅速推进，机动车等交通工具数量激增，因此其排放至大气中的污染物质也日益增加，从而导致重金属在道路附近的农业土壤中累积。生物毒性显著的重金属元素如铅、镉等，随着公路运营过程而长期存在，对人体健康安全存在着潜在影响。
2 重金属对农作物的危害机理
土壤酶是土壤中一种生物化学反应的生物催化剂。在多数情况下，土壤酶是以复合体的形式吸附在土壤胶体颗粒表面，只有部分会溶解于土壤的溶液中。在土壤中的各种生物化学反应过程都有土壤酶参加，如动植物残体和微生物残体的分解过程，腐殖质的分解及其合成有机化合物的水解与转化过程，还有某些无机化合物的还原、氧化反应等等。土壤酶的活性能够反映出某一种土壤在特定状况下生物化学过程的相对强度。因此，测定相应酶的活性，可以间接了解某种物质在土壤中的转化情况。
依据相关研究可知，土壤酶活性的大小与重金属的污染程度存在一定的相关性。土壤中的许多酶大部分是由微生物分泌的，并且它们和微生物共同参与土壤中物质与能量的循环。Kandeler et al通过对土壤中13种酶的研究发现，与土壤中碳循环有关的酶受到重金属的抑制较小，而与土壤氮、磷、硫循环有关的酶受到重金属抑制作用比较明显。同时，Kuperman et al的研究成果指出：随着重金属浓度的增加，几乎所有的土壤酶活性明显降低了10～50倍。生物酶一般为蛋白质，而重金属可与蛋白质发生络合反应，使得蛋白质变性沉淀，因而酶也就失去活性。有研究者将在金属冶炼厂及化工厂等高污染企业附近的受到重金属污染的土壤与未被污染的土壤相比，土壤中脱氢酶、蛋白酶、碱性磷酸酶及硫酸酯酶的活性均受到了明显的抑制。
3 重金属对农作物危害的表现形式
对于重金属元素含量超标的地区则会引起植物生理功能的紊乱、营养不均衡，最终使植物枯萎甚至死亡。此外，汞、砷能够有效地减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮元素的供应。重金属在农田土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，不容易被人所发现，这样会使危害更加严重，农田重金属污染不仅会使土壤中的肥力下降，导致农作物的产量和质量减少，而且会通过食物链最终危害人类的健康。重金属还会对生殖障碍造成影响，影响胚胎的正常发育，威胁儿童和成人的身体健康等。
4 应对措施
4.1 化学方法
治理重金属污染的化学方法可归纳为2种。一是土壤解毒剂的研发与应用。土壤解毒剂是一种以凝灰岩为主要材料的合成硅，它除含有钙和硅这2种元素之外，还含有少量的铁、锰、镁及钾等，可对土壤中残留的农药进行无害化处理，同时农药在分解后的产物又能促进细菌的繁殖，对被重金属污染的土壤起到一个轻度进化的作用。二是柠檬酸的研制。美国能源部下属的Brookhaven National Laboratory的科学家发明了一种柠檬酸。该种酸能够有效地从土壤和垃圾中分离出生物毒性显著的重金属污染物，并随之将其转变成为有具有可利用价值的物质。该种新方法几乎可以清除土壤和垃圾中所有的具有显著生物毒性的重金属镉、铅、锌、铜以及放射性物质比如铀、铂、钻、艳、锶等。经过该种柠檬酸的处理后，土壤中具显著生物毒性的重金属可大大减少。 4.2 生物技术
利用生物方法净化土壤这一农作物的生长载体中的复合污染，在现如今对于土壤污染防治与修复，生物修复技术得到广泛的推崇。日本往原公司研制出利用生物技术迅速净化土壤复合污染的技木，即在污染的土壤中混入肥料和微量的无害酸，从而使受到污染而失去活性的土壤恢复固有的呼吸作用。然后通过迅速消耗土壤中的氧而形成强烈的还原效应，达到治理污染修复农作物生长环境的目的。
5 参考文献
[1] 环境保护部.GB15618-2008土壤环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2008.
[2] SANKAM，STRNADM，VONDRA J，et al.Sources of Soil and Plant Contamination in an Urban Environmentand Possible As sessment Me-thods[J].International Journal of Environmental Analytical Chemistry，1995（59）：327-343.
[3] 徐庆.上海郊区农业地土壤重金属污染研究与溯源[D].上海：东华大学，2008.
[4] 李军辉，卢瑛，尹伟，等.佛山市某工业区周边蔬菜重金属富集特征的研究[J].华南农业大学学报，2008，29（4）：17-20.
[5] NICHOLSON F A，CHAMBERS B J，JRWILLIAMS.Heavy Metals Con-tents if Livestock Feeds and Animal Manures in England and Wales[J].Bioresource Technology，1999（70）：23-31.
[6] 杨国义，张天彬，万洪富，等.广东省典型区域农业土壤中重金属污染空间差异及原因分析[J].土壤，2007，39（3）：387-392.
[7] 刘善江，李国学.高碑店污泥农用肥效及重金属污染防治[J].华北农学报，1999，14（1）：118-122.
[8] 胡喜巧，陈翠玲，蒋爱凤.新乡市生活污水中有效成分和重金属铬及镉含量的分析[J].河南农业科学，2008（4）：61-63.
[9] 范成五，熊元，秦松.红枫湖水库消落区典型土壤养分与重金属含量调查[J].西南农业学报，2008，21（4）：1029-1032.