(一）土壤重金属污染的定义

重金属是指比重大于5.0的金属元素，在自然界中大约存在45种。但是，由于不同的重金属在土壤中的毒性差别很大，所以在环境科学中人们通常关注汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、钼、钴等。砷是一种准金属，但因其化学性质和环境行为与重金属有相似之处，通常也归属于重金属范畴进行讨论。由于土壤中铁和锰含量较高，因而一般不太注意它们的污染问题，但在强还原条件下，铁和锰所引起的毒害亦应引起足够的重视。

土壤重金属的侵袭与累积是一种十分普遍的现象，而人们最为关注的是污染问题。土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景值、并造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。

(二)土壤中重金属的来源

土壤重金属来源广泛，主要包括有大气降尘、污水灌溉、工业固体废弃物的不当堆置、矿业活动、农药和化肥等，表5-1为世界范围内不同来源每年输入土壤中的重金属元素，表明无论是在农村或城市，亦无论是工业或农业都有可能造成重金属对土壤环境的侵袭、累积或污染。

表5-1 世界上每年输入土壤中的一些重金属元素(1000t/a)

(1)大气沉降

大气对土壤中各种元素的含量具有明显的影响。主要的大气污染源有电厂、黑色冶金、石油开采和加工、运输、有色冶金以及建筑材料开采和生产等，进入大气的重金属通过干、湿沉降输入土壤和水体。例如1986-1988年期间甘肃白银有色金属基地由降水和降尘输入到农田的重金属为Cd 10.8 g/(hm²·a)，Pb 414.9g/(hm²·a)、Cu 352.6g/(hm²·a)和As 241.6 g/(hm²·a)，其中铅、砷均高于灌溉水的输入量(许嘉琳等1995)。

(2)污灌

污水灌溉是指已经经过处理并达到灌溉水质标准要求的污水为水源所进行的农田灌溉，但生产实践中大部分污水未经处理就被直接利用。我国污水灌溉面积约占全国总灌溉农田面积的7.3％(张慧文等2007)。由于北方比较干旱，缺水严重，而许多大城市都是重工业城市，耗水量大，所以农业用水更加紧张，污灌在这些地区比较普遍，如沈阳、西安、太原、郑州、北京、天津、兰州、石家庄和哈尔滨等均存在较为严重的因污灌引起的农田土壤和农作物的重金属累积或污染问题，受不同物质的侵袭、累积或污染的地区约占总污灌面积的45％。

沈阳市张士灌区污灌面积约2 800 hm²，镉污染严重，土壤含镉5～7 mg/kg，稻米含镉0.4～1.0 mg/kg，最高达3.7 mg/kg。每年约有1.25×10⁶kg稻谷不能食用。对张士灌区人和家畜镉影响的调查表明(吴燕玉等1986)，灌区居民每人每天摄取的Cd量为558 ug，而对照区仅为17.6ug，镉在人体器官中有明显的积累，灌区家畜脏器中的积累也非常明显，主要由于污灌区用作饲料的米糠、稻谷中含有较高的Cd所致。

甘肃白银市污灌年限30年的土地面积约360 hm²，其中白银区农业土壤受影响比较严重，主要物质为Cd、Cu、Pb、Zn、Hg和Ni，其中Cd和Cu污染最为严重。对白银市农业污灌土壤和作物中镉含量的研究表明(南忠仁等2001)，土壤中镉的含量在0.14～19.32 mg/kg之间，均值为(3.16±5.08) mg/kg，春小麦籽粒和玉米籽粒中的镉含量分别为0.61 mg/kg和0.58 mg/kg。而在其他区域，春小麦籽粒和玉米籽粒中的镉含量分别为0.042mg/kg和0.05～1mg/kg。

(3)采矿和冶炼

工矿地区土壤重金属的影响主要由采矿和冶炼中的废水、废渣及降尘所造成，这在中国南方地区表现得尤为突出。对江西省西华山、下龙塘、荡坪、大吉山和盘古山五个钨矿，永平和德兴两个铜矿，贵溪铜冶炼厂等8个主要金属矿山及冶炼厂附近地区土壤环境状况的调查，采集了农田、饲料和水样品共139份，农田土壤中最高含镉量达29.8 mg/kg，含铜量达2081 mg/kg(戴清文等 1993)。镉的污染非常严重，饲料中镉含量最高达16.1 mg/kg，铜含量最高也达863mg/kg。铜、钼含量比例严重失调，导致耕牛发生钼、镉中毒综合征的广泛流行，其他家畜也受到不同程度的伤害。

(4)肥料和农药

肥料中重金属的含量及其对土壤环境质量影响的可能性越来越被重视。对杭州和宁波等地29种市售常用肥料样品中重金属含量的调查结果表明(陈林华等2009)，肥料中Cd、Pb、Cu和Zn的含量范围分别为0.02～6.56、0.07～36、0. 11～165和0.75～460mg/kg。有机肥中Cd、Cu和Zn含量最高，过磷酸钙巾Pb含量最高。根据相关标准的限值，肥料样品中Cd、Cu和Zn的超标率分别为24.1％、13.8％和17.2％。对江苏省大型养殖场畜禽饲料、畜禽粪和商用有机肥的调查亦表明，其中的铜、铅、锌和镉的含量都较高，长期使用将有可能造成严重的土壤和作物重金属累积或污染问题。另外，由于我国进口的磷肥量较大，而像美国、加拿大和澳大利亚的磷肥中镉含量较高，所以每年带入农田的镉量也相当大。

大量施用含有重金属的农药亦是造成土壤重金属污染的一个重要原因，例如果园土壤中Cu的累积主要来自长期施用含Cu农药的结果。对苹果产区的研究表明(Wang et al. 2009)，果园土壤中铜的浓度随其栽培年限的增加而显著增加，而土壤中铜的累积已对土壤生态功能产生影响。土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量碳与有机碳的比值随着土壤铜浓度的升高而降低，这说明果园土壤中铜的含量已经影响了微生物生物量和土壤有机质的质量。同时，土壤酶活性也受到了显著的抑制；而土壤碳矿化率和土壤特定呼吸率随着铜浓度的升高而升高，这主要是由于土壤中铜的累积使得土壤微生物处于受胁迫的状态，呼吸速率增加，导致了更多的CO₂生成。

(5)工业生产

凡以重金属和含有重金属的材料为生产原料的行业，在生产过程中均可能排放重金属，如果处置不当，就会造成环境污染。由于IT产品制造业是重金属排放的源头之一，而中国是IT产业名副其实的世界工厂，世界上一半左右的电脑、手机和数码相机产于中国，重金属排放因而备受关注(张冉燃2010)。特别是与IT产品相关的电池行业和印刷电路板制造相关的电镀行业，重金属污染问题更应该高度重视。印刷电路板主要涉及铜、镍、镍化合物和铬等污染，电池和电源则多涉及铅污染，由于大量印刷电路板生产企业不能稳定达标排放，已经给当地河流、土壤和近海造成了污染。