非农业土壤对生态环境要素的影响评述

王思远 杨树俊 张贺 孙东年 刘耕苑

(江苏省地质工程勘察院 江苏南京 210012)

非农业土壤是在经过人类城市活动的长期干扰下形成的特殊土壤，它区别于自然土壤和农业土壤，有着特殊的理化性质和生态循环过程。非农业土壤是保护城市生态环境的屏障。在起到维护城市生态环境的作用时，它自身的特性也会逐渐演变，导致土壤本身的功能失调和土壤质量的恶化。主要表现为土壤理化性质的退化。同时，非农业土壤的退化也会影响城市生态环境，如土壤的自净功能。土壤的自净能力有限，如果使用不当使之超过负荷，将阻碍物质交换，影响植被和微生物的生长环境。相反，被污染的土壤直接或间接地被人体吸收，威胁着城市居民的健康。

非农业土壤重金属污染日益严重，受污染程度普遍高于农村土壤。非农业土壤重金属污染的来源有很多，主要集中在工业污染源和交通工具的排放上。

工业污染来源主要有以下几点。

（1）矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行业排放的重金属以气溶胶的形式进入大气，再经过干湿沉降进入土壤[1]，孙厚云等人[2]对河北承德钒钛磁铁矿小流域土壤重金属研究显示铁矿尾矿库周边表层土壤Cu、Cr、Ni 存在累积。（2）含有重金属的工业废渣随意堆放或直接混入土壤，潜在地危害着土壤环境[3]。据统计，工矿区土壤重金属污染率超过30%[4]。（3）随着城市化进程的推进，很多污染企业搬出陆续城市区域，但是这些企业造成的污染还在持续影响非农业土壤。（4）煤炭燃烧也是造成非农业土壤污染的来源，煤炭燃烧时除了会产生大量烟尘以及一些有毒有害气体和有机化合物外，也会产生砷、汞、铅等重金属，这些污染物会沉降至非农业土壤。

由于城市交通网的完善及人均汽车保有量的增加，使非农业土壤受到汽车尾气、轮胎磨损、制动器磨损和汽车外壳等因素污染日益加剧[5]。铅的污染主要是源于汽车尾气，而汽车轮胎的添加剂中含有锌，所以轮胎磨损产生的粉尘，是土壤锌污染的来源[6]。道路交通源重金属向周边土壤扩散的主要途径有大气沉降、道路径流以及路面溅洒水等[7]。虽然人们通过试验对土壤状况以及各种污染的来源、分布和危害有了解，但详细的研究还相对较少，后期需要继续加强。

对城市生态系统中的大气、水和生物要素而言，非农业土壤污染影响着三要素的主要循环，在土壤受到污染后，含重金属浓度较高的污染表层土容易在风力和水力的作用下进入大气和水体中，也更容易与城市生物之间进行物质和能量交换，破坏了空气质量、水质、生态功能和生物的正常生长。

1 非农业土壤污染对大气的影响

非农业土壤污染物通过分子扩散或风力和水力从土壤向地表空气迁移，从而造成空气污染。研究表明，进入人体的土壤颗粒不是整个土壤，主要是直径小于50 μm的颗粒[8]，这些含有重金属的颗粒会形成灰尘或通过皮肤和嘴被吸入体内[9]，通过消化道进入各种器官，其中以砂土危害最大[10]。利用核探针研究了大气颗粒物的指纹特征，结果表明，上海市大气颗粒物中约31%来自土壤扬尘[11]。随着城市化的快速发展和大量建设项目的建立，土壤的运输和迁移更加频繁，土壤粉尘化也更加频繁。土壤粉尘携带的污染物进一步恶化城市空气，给居民健康带来危害。有机污染物和重金属汞的直接挥发也是非农业土壤对空气质量污染的一个重要方面[12]。

2 非农业土壤污染对水的影响

城市生态系统中，当土壤长期积累污染物时，土壤中含有高浓度有机质或重金属的受污染表层土在外力作用下进入水体，污染地表水和地下水。杨金玲等人[13]对南京市土壤蓄水能力的研究表明：随着非农业土壤压力密集程度的增强，土壤有效数据库和滞留数据库的容量也随之降低，而死亡数据库的容量却显著增加，这一现象将降低非农业土壤土壤疏导能力和持水能力，增加了城市高强度瞬时洪水的机会，因此各种污染物也将通过地表渗入河流、湖泊和水库，影响地表水质量，并污染居民的饮用水源。同时，城市系统在运转过程中，所产生的有机废水、酸废水、碱废水、富含氧化剂的废水，均有机会在非农业土壤中聚集，从而造成城市地表水和地下水的污染。张甘霖等人[14]对南京城区地下水的研究表明，受非农业土壤的影响，南京城区地下水中的氮、磷等营养元素及重金属均有一定的超标。同时也有研究证明城市地下水中的重金属与非农业土壤不存在同源性，没有显著的相关关系。如杨军等人[15]通过土壤的柱浸试验，在土壤中添加不同浓度的重金属砷、镉、铜、铅，结果显示在淋溶时间延长后4种重金属（尤其是镉）呈典型的下降趋势。且经过土柱的土壤渗滤液中4种重金属均未超过地下水质量标准（GB/T 14848）的限值，对浅层地下水未形成污染风险。

3 非农业土壤污染对生物的影响

目前，非农业土壤污染对动植物影响的研究主要集中在重金属污染、微生物污染和可食用绿色植物污染。通过对这3 项污染程度的分析，可以为检测非农业土壤污染程度提供数据支持，也可以找到可用于土壤修复的生物类型。

土壤中重金属对植物的危害体现在，扰乱植物正常的生理代谢过程，干扰植物大分子的结构和功能，影响植物细胞的超微结构[16]。经研究发现，当重金属渗入绿色蔬菜时，其选择渗透功能受损，渗透性增加，使原细胞中的一些可溶性元素外渗，破坏了细胞内酶代谢的原功能区。这一过程是绿色蔬菜污染的原因之一[17]。利用X 射线显微分析和元素含量测定方法证实，铝处理后小麦幼苗铝含量迅速增加，而钙和磷区元素含量下降，钾的外流受到抑制，敏感种比耐铝种更为突出[18]。非农业土壤重金属污染主要通过蔬菜、呼吸道等食用绿色植物对居民健康造成危害。宋波等人[19]研究发现，北京的蔬菜土壤中存在大量镉的积累，其范围为0.091～0.971 mg/kg。而且蔬菜中镉的含量在0.1～101.4 μg/kg之间，算术平均值为12.8 μg/kg，Box-Cox平均值为10.0 μg/kg。北京市蔬菜中镉的摄入量为每人12.2 μg/d，蔬菜中的镉含量将会危害一些人的健康。先前对土壤和儿童血液中铅含量的研究发现[20]，SL 和BL 之间的关系式为BL=3.06+0.33（SL）×0.5。这是由于土壤中的铅通过食物和灰尘进入人体造成的，因为儿童更容易接触受污染的土壤。超积累植物在植物修复技术中的应用一直受到国内外专家的关注和研究。遏蓝菜（Thlaspi arvense L）被发现是一种锌、镉和镍超富集植物，可用于改良重金属污染土壤的植物[21]。印度芥菜（Brassica juncea L）也是修复中度污染土壤的潜在超富集植物[22]。

城市及周边地区土壤污染加剧，持续时间长，直接破坏了土壤微生物的生态结构和生理特性。大量试验表明，受重金属污染的土壤微生物数量差异很大。不同种类的微生物对重金属污染的敏感性通常按以下顺序排列：放线菌>细菌>真菌[23]。随着铜和锌含量的增加，微生物代谢产物显著减少，重金属污染严重影响了微生物群落的大小和基质的利用率[24]。通过对受重金属铜、镉、铅、锌复合污染的农田土壤样品的研究，发现重金属复合污染环境中土壤微生物群落的遗传多样性，但结果并不是土壤中重金属污染越严重，为生物多样性，成都中等重金属污染确实提高了土壤微生物多样性指数[25]。此外，非农业土壤污染也会对动物产生不同程度的污染，如蚯蚓、蜗牛等土壤里动物，对维持非农业土壤的生态平衡起着重要作用，研究发现，土壤中重金属含量可以显著提高土壤动物体内重金属的积累，从而对土壤动物造成危害，土壤动物的病理变化也可以反映土壤中重金属污染的程度[26-28]。

4 非农业土壤污染对人类健康的影响

非农业土壤由于其特殊性，主要在人类生活聚集区，也是受人类影响最严重的土壤类型。反过来，非农业土壤在受到污染后又会对人类健康造成深刻的影响。土壤中重金属元素不论通过何种途径进入人体，如果在体内过量积累均会对健康产生危害[29]，其影响主要表现在以下几个方面。

4.1 食入或吸入影响

非农业土壤一般在人类的生活环境中随处可见，当土壤受到污染之后，很容易被户外活动的人在有意无意间食入或吸入。尤其是幼儿在户外活动时，一方面由于幼儿身高较低，地表灰尘容易被吸入体内，造成对身体的危害；另一方面，幼儿在玩耍时，会在不经意以泥土为食，从而误食受污染的泥土造成对身体的污染。当室外土壤在干燥情况下，细颗粒物质在风力作用下形成扬尘，被人类吸入体内，在体内引起急慢性中毒，从而危害人的健康。

4.2 皮肤接触影响

当人体皮肤接触到受污染的土壤之后，会被土壤污染物沾染，长此以往会出现慢性中毒的症状，尤其是相关职业者的职业病。另外，当人体皮肤存在创伤和破损等时，接触到土壤中污染物时，会直接导致人体中毒。由于人类与非农业土壤接触密切，土壤中有毒有害物质更容易进入人体内，从而更容易通过皮肤接触而造成污染物对人体健康的危害。

4.3 间接影响

土壤中的污染物可以通过大气、水、食物等途径间接影响人体健康。非农业土壤一般均会受到不同程度的污染和破坏，当被污染的土壤中存在有机污染物、重金属污染物以及生物毒害物时，就存在了通过大气、水、和食物间接影响人类健康的风险。土壤中如存在甲基卤化物，当其分解或经搅动后进入大气中，则会对人类健康造成危害；当土壤中的污染物经雨淋或浇灌进入地下水或地表水中，会污染生活水源，影响人类的健康；而非农业土壤污染后，虽然不能直接生长人类食物而影响人类健康，但其通过多重食物链，影响人体的健康。

5 结语

非农业土壤的健康时刻影响着人们的生活环境，威胁着城市居民的身心健康。非农业土壤可以间接或直接影响城市大气、水质环境、土体内生物的种群多样性等，这种影响会长期存在于城市生态系统。因此，要营造适合人类生存和发展的城市生态环境，满足人们对美好生活的需求，要进行非农业土壤的多环境介质、多界面、多要素等关键科学问题的研究，包括污染物的迁移转化过程、富集机制、生态风险等研究。加强土壤环境监管，开展定点城市的土壤环境调查及合理规划研究，制订相应的土壤环境监测方案，建立监测的保障机构，定期进行调查和监测，建立全面动态监测系统。必须要重视非农业土壤的演变和发展，及其会产生的生态环境效应。将非农业土壤的发生发展及演替的研究内容纳入城市生态环境研究科学理论中，并结合城市发展中产生的污染类型等内容，总结城市形成土壤研究的科学方法；同时将这些方法和理论应用于实际中，为新形势下非农业土壤的管护、利用与规划、城市规划发展及土壤生态环境问题的解决提供理论依据和技术支持。