非農業土壤對生態環境要素的影響評述

王思遠 楊樹俊 張賀 孫東年 劉耕苑

(江蘇省地質工程勘察院 江蘇南京 210012)

非農業土壤是在經過人類城市活動的長期干擾下形成的特殊土壤，它區別于自然土壤和農業土壤，有著特殊的理化性質和生態循環過程。非農業土壤是保護城市生態環境的屏障。在起到維護城市生態環境的作用時，它自身的特性也會逐漸演變，導致土壤本身的功能失調和土壤質量的惡化。主要表現為土壤理化性質的退化。同時，非農業土壤的退化也會影響城市生態環境，如土壤的自凈功能。土壤的自凈能力有限，如果使用不當使之超過負荷，將阻礙物質交換，影響植被和微生物的生長環境。相反，被污染的土壤直接或間接地被人體吸收，威脅著城市居民的健康。

非農業土壤重金屬污染日益嚴重，受污染程度普遍高于農村土壤。非農業土壤重金屬污染的來源有很多，主要集中在工業污染源和交通工具的排放上。

工業污染來源主要有以下幾點。

（1）礦產冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工等行業排放的重金屬以氣溶膠的形式進入大氣，再經過干濕沉降進入土壤[1]，孫厚云等人[2]對河北承德釩鈦磁鐵礦小流域土壤重金屬研究顯示鐵礦尾礦庫周邊表層土壤Cu、Cr、Ni 存在累積。（2）含有重金屬的工業廢渣隨意堆放或直接混入土壤，潛在地危害著土壤環境[3]。據統計，工礦區土壤重金屬污染率超過30%[4]。（3）隨著城市化進程的推進，很多污染企業搬出陸續城市區域，但是這些企業造成的污染還在持續影響非農業土壤。（4）煤炭燃燒也是造成非農業土壤污染的來源，煤炭燃燒時除了會產生大量煙塵以及一些有毒有害氣體和有機化合物外，也會產生砷、汞、鉛等重金屬，這些污染物會沉降至非農業土壤。

由于城市交通網的完善及人均汽車保有量的增加，使非農業土壤受到汽車尾氣、輪胎磨損、制動器磨損和汽車外殼等因素污染日益加劇[5]。鉛的污染主要是源于汽車尾氣，而汽車輪胎的添加劑中含有鋅，所以輪胎磨損產生的粉塵，是土壤鋅污染的來源[6]。道路交通源重金屬向周邊土壤擴散的主要途徑有大氣沉降、道路徑流以及路面濺灑水等[7]。雖然人們通過試驗對土壤狀況以及各種污染的來源、分布和危害有了解，但詳細的研究還相對較少，后期需要繼續加強。

對城市生態系統中的大氣、水和生物要素而言，非農業土壤污染影響著三要素的主要循環，在土壤受到污染后，含重金屬濃度較高的污染表層土容易在風力和水力的作用下進入大氣和水體中，也更容易與城市生物之間進行物質和能量交換，破壞了空氣質量、水質、生態功能和生物的正常生長。

1 非農業土壤污染對大氣的影響

非農業土壤污染物通過分子擴散或風力和水力從土壤向地表空氣遷移，從而造成空氣污染。研究表明，進入人體的土壤顆粒不是整個土壤，主要是直徑小于50 μm的顆粒[8]，這些含有重金屬的顆粒會形成灰塵或通過皮膚和嘴被吸入體內[9]，通過消化道進入各種器官，其中以砂土危害最大[10]。利用核探針研究了大氣顆粒物的指紋特征，結果表明，上海市大氣顆粒物中約31%來自土壤揚塵[11]。隨著城市化的快速發展和大量建設項目的建立，土壤的運輸和遷移更加頻繁，土壤粉塵化也更加頻繁。土壤粉塵攜帶的污染物進一步惡化城市空氣，給居民健康帶來危害。有機污染物和重金屬汞的直接揮發也是非農業土壤對空氣質量污染的一個重要方面[12]。

2 非農業土壤污染對水的影響

城市生態系統中，當土壤長期積累污染物時，土壤中含有高濃度有機質或重金屬的受污染表層土在外力作用下進入水體，污染地表水和地下水。楊金玲等人[13]對南京市土壤蓄水能力的研究表明：隨著非農業土壤壓力密集程度的增強，土壤有效數據庫和滯留數據庫的容量也隨之降低，而死亡數據庫的容量卻顯著增加，這一現象將降低非農業土壤土壤疏導能力和持水能力，增加了城市高強度瞬時洪水的機會，因此各種污染物也將通過地表滲入河流、湖泊和水庫，影響地表水質量，并污染居民的飲用水源。同時，城市系統在運轉過程中，所產生的有機廢水、酸廢水、堿廢水、富含氧化劑的廢水，均有機會在非農業土壤中聚集，從而造成城市地表水和地下水的污染。張甘霖等人[14]對南京城區地下水的研究表明，受非農業土壤的影響，南京城區地下水中的氮、磷等營養元素及重金屬均有一定的超標。同時也有研究證明城市地下水中的重金屬與非農業土壤不存在同源性，沒有顯著的相關關系。如楊軍等人[15]通過土壤的柱浸試驗，在土壤中添加不同濃度的重金屬砷、鎘、銅、鉛，結果顯示在淋溶時間延長后4種重金屬（尤其是鎘）呈典型的下降趨勢。且經過土柱的土壤滲濾液中4種重金屬均未超過地下水質量標準（GB/T 14848）的限值，對淺層地下水未形成污染風險。

3 非農業土壤污染對生物的影響

目前，非農業土壤污染對動植物影響的研究主要集中在重金屬污染、微生物污染和可食用綠色植物污染。通過對這3 項污染程度的分析，可以為檢測非農業土壤污染程度提供數據支持，也可以找到可用于土壤修復的生物類型。

土壤中重金屬對植物的危害體現在，擾亂植物正常的生理代謝過程，干擾植物大分子的結構和功能，影響植物細胞的超微結構[16]。經研究發現，當重金屬滲入綠色蔬菜時，其選擇滲透功能受損，滲透性增加，使原細胞中的一些可溶性元素外滲，破壞了細胞內酶代謝的原功能區。這一過程是綠色蔬菜污染的原因之一[17]。利用X 射線顯微分析和元素含量測定方法證實，鋁處理后小麥幼苗鋁含量迅速增加，而鈣和磷區元素含量下降，鉀的外流受到抑制，敏感種比耐鋁種更為突出[18]。非農業土壤重金屬污染主要通過蔬菜、呼吸道等食用綠色植物對居民健康造成危害。宋波等人[19]研究發現，北京的蔬菜土壤中存在大量鎘的積累，其范圍為0.091～0.971 mg/kg。而且蔬菜中鎘的含量在0.1～101.4 μg/kg之間，算術平均值為12.8 μg/kg，Box-Cox平均值為10.0 μg/kg。北京市蔬菜中鎘的攝入量為每人12.2 μg/d，蔬菜中的鎘含量將會危害一些人的健康。先前對土壤和兒童血液中鉛含量的研究發現[20]，SL 和BL 之間的關系式為BL=3.06+0.33（SL）×0.5。這是由于土壤中的鉛通過食物和灰塵進入人體造成的，因為兒童更容易接觸受污染的土壤。超積累植物在植物修復技術中的應用一直受到國內外專家的關注和研究。遏藍菜（Thlaspi arvense L）被發現是一種鋅、鎘和鎳超富集植物，可用于改良重金屬污染土壤的植物[21]。印度芥菜（Brassica juncea L）也是修復中度污染土壤的潛在超富集植物[22]。

城市及周邊地區土壤污染加劇，持續時間長，直接破壞了土壤微生物的生態結構和生理特性。大量試驗表明，受重金屬污染的土壤微生物數量差異很大。不同種類的微生物對重金屬污染的敏感性通常按以下順序排列：放線菌>細菌>真菌[23]。隨著銅和鋅含量的增加，微生物代謝產物顯著減少，重金屬污染嚴重影響了微生物群落的大小和基質的利用率[24]。通過對受重金屬銅、鎘、鉛、鋅復合污染的農田土壤樣品的研究，發現重金屬復合污染環境中土壤微生物群落的遺傳多樣性，但結果并不是土壤中重金屬污染越嚴重，為生物多樣性，成都中等重金屬污染確實提高了土壤微生物多樣性指數[25]。此外，非農業土壤污染也會對動物產生不同程度的污染，如蚯蚓、蝸牛等土壤里動物，對維持非農業土壤的生態平衡起著重要作用，研究發現，土壤中重金屬含量可以顯著提高土壤動物體內重金屬的積累，從而對土壤動物造成危害，土壤動物的病理變化也可以反映土壤中重金屬污染的程度[26-28]。

4 非農業土壤污染對人類健康的影響

非農業土壤由于其特殊性，主要在人類生活聚集區，也是受人類影響最嚴重的土壤類型。反過來，非農業土壤在受到污染后又會對人類健康造成深刻的影響。土壤中重金屬元素不論通過何種途徑進入人體，如果在體內過量積累均會對健康產生危害[29]，其影響主要表現在以下幾個方面。

4.1 食入或吸入影響

非農業土壤一般在人類的生活環境中隨處可見，當土壤受到污染之后，很容易被戶外活動的人在有意無意間食入或吸入。尤其是幼兒在戶外活動時，一方面由于幼兒身高較低，地表灰塵容易被吸入體內，造成對身體的危害；另一方面，幼兒在玩耍時，會在不經意以泥土為食，從而誤食受污染的泥土造成對身體的污染。當室外土壤在干燥情況下，細顆粒物質在風力作用下形成揚塵，被人類吸入體內，在體內引起急慢性中毒，從而危害人的健康。

4.2 皮膚接觸影響

當人體皮膚接觸到受污染的土壤之后，會被土壤污染物沾染，長此以往會出現慢性中毒的癥狀，尤其是相關職業者的職業病。另外，當人體皮膚存在創傷和破損等時，接觸到土壤中污染物時，會直接導致人體中毒。由于人類與非農業土壤接觸密切，土壤中有毒有害物質更容易進入人體內，從而更容易通過皮膚接觸而造成污染物對人體健康的危害。

4.3 間接影響

土壤中的污染物可以通過大氣、水、食物等途徑間接影響人體健康。非農業土壤一般均會受到不同程度的污染和破壞，當被污染的土壤中存在有機污染物、重金屬污染物以及生物毒害物時，就存在了通過大氣、水、和食物間接影響人類健康的風險。土壤中如存在甲基鹵化物，當其分解或經攪動后進入大氣中，則會對人類健康造成危害；當土壤中的污染物經雨淋或澆灌進入地下水或地表水中，會污染生活水源，影響人類的健康；而非農業土壤污染后，雖然不能直接生長人類食物而影響人類健康，但其通過多重食物鏈，影響人體的健康。

5 結語

非農業土壤的健康時刻影響著人們的生活環境，威脅著城市居民的身心健康。非農業土壤可以間接或直接影響城市大氣、水質環境、土體內生物的種群多樣性等，這種影響會長期存在于城市生態系統。因此，要營造適合人類生存和發展的城市生態環境，滿足人們對美好生活的需求，要進行非農業土壤的多環境介質、多界面、多要素等關鍵科學問題的研究，包括污染物的遷移轉化過程、富集機制、生態風險等研究。加強土壤環境監管，開展定點城市的土壤環境調查及合理規劃研究，制訂相應的土壤環境監測方案，建立監測的保障機構，定期進行調查和監測，建立全面動態監測系統。必須要重視非農業土壤的演變和發展，及其會產生的生態環境效應。將非農業土壤的發生發展及演替的研究內容納入城市生態環境研究科學理論中，并結合城市發展中產生的污染類型等內容，總結城市形成土壤研究的科學方法；同時將這些方法和理論應用于實際中，為新形勢下非農業土壤的管護、利用與規劃、城市規劃發展及土壤生態環境問題的解決提供理論依據和技術支持。