1 土壤重金属污染的内涵及特点
土壤重金属污染是指土壤中重金属元素含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。
重金属元素在化学中一般定义为相对密度等于或大于5.0的金属，包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45种元素。As是一种类金属，但由于其很多性质和环境行为都与重金属元素类似，所以也将它归入重金属元素。一般来说，引起土壤重金属污染的元素主要包括Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等8种元素。
土壤重金属污染的危害不仅仅取决于重金属在土壤中的总量，还取决于其存在形态和各形态所占的比例，其中重金属元素以水溶态、交换态的活性毒性最大，残存态的活性毒性最小。离子交换态的重金属在土壤环境中活性大毒性强，易被植物吸收，也易被植物吸附、淋失或发生反应转为其他形态。如Cr6+在土壤中很稳定，其毒害程度要比易被土壤吸附的Cr3+大100倍，甲基汞要比Hg的其它形态毒性要强。
由于重金属元素本身所具有的特点和土壤环境的多介质、多界面、多组分以及非均一性等特点，决定了土壤重金属污染具有以下特点：隐蔽性和滞后性，不可逆性和长期性，区域性和严重性，治理难且周期长。
由于重金属能进入所有生态系统中，释放到大气圈、陆地圈、生物圈和水圈，对植物、动物和人类产生严重问题，特别是重金属能在土壤和有机体中富集，在食物链中产生不可预见的结果。
2 土壤重金属污染危害
对植物的危害
土壤中的重金属会对植物产生一定的毒害作用，引起株高、主根长度、叶面积等一系列生理特征的改变。主要是因为吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质，如H2O2、C2H2等类物质。重金属的胁迫有时会引起大量营养的缺乏和酶有效性的降低，较高浓度的重金属含量有抑制植物体对Ca、Mg等矿物质元素的吸收和转运的能力。经过Cd处理的小麦幼苗叶和根的生长明显受到抑制，其茎和叶中富集的Cd量增加，Fe、Mg、Ca和K等营养元素的含量下降。
对土壤动物的危害
随着各种重金属元素在土壤中的富集，对土壤动物的生存繁衍带来了严重威胁。土壤重金属含量对蚯蚓、线虫等无脊椎动物数目、丰富度、生物数量和群体构成等有直接影响。经研究发现沙质平原土壤蚯蚓数量明显高于受重金属污染的疏浚底泥土壤的蚯蚓数。
对土壤酶的危害
土壤酶是一种生物催化剂，是反映土壤肥力的一个敏感性生物指标，更能直接反映土壤生物化学过程的强度和方向。由于土壤酶活性易受土壤物理性质、化学性质和生物活性的影响，环境污染对土壤酶活性影响较大，可在一定程度上灵敏地反映出土壤的环境状况。
对人体健康的危害
土壤尤其是表层土壤中的重金属极易进入人体，直接对人体健康造成威胁，当人体摄入或吸入过量的Cd，会引起身体各器官一系列的病变，可引发以骨矿密度降低和骨折发生机率增加为特征的骨效应。
Pb能导致包括人类在内的各种生物的生殖功能下降、机体免疫力降低，当人体内血铅质量比达到600μg/g～800μg/g时会表现为头晕、头疼、记忆力减退和腹疼等一系列症状。
长期食用含Cr的食物，人体会出现不同程度的皮肤和呼吸道系统病变，并且出现溃疡和炎症。长期吸入Ni可以引起鼻癌、肺癌，并且可以引起接触性皮炎、肺炎等病症。
当金属Hg进入人体后，可与体内酶或蛋白质中许多带负电的基团如巯基等结合，使能量生成、蛋白质和核酸合成受到影响，从而影响细胞正常的功能和生长。
研究得出，癌的产生和发展与土壤环境中Sn元素质量分数有关，居住在Sn元素质量分数高的地区的人群癌症死亡率较高。可见，土壤重金属污染对人体产生极大的危害。
对农作物的危害:土壤中重金属过多会对农作物带来直接伤害,导致植物的死亡在重金属的胁迫下,有时会影响作物对氮、磷、钾营养元素的吸收,抑制作物生长,引起农产品产量下降另外,由于土壤重金属污染可使农产品中重金属...2.
对人体健康的危害:土壤中的重金属等污染物会通过各种食物链,经过逐级生物富集对人体健康产生危害,还可以通过影响水体和大气环境质量间接对人类健康造成威胁。
14.1.1.1 土壤重金属污染的标准
由于人类活动，土壤中的重金属含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。因重金属在土壤中不能被降解，同时会通过食物链在生物体内累积，甚至转化为毒性更高的化合物，其污染治理较难。为了监测土壤重金属污染水平，中国国家环保局制定了土壤环境质量标准（表14.1），对重金属污染进行监控。
14.1.1.2 土壤重金属污染的危害
（1）对土壤微生物的危害。长期处于重金属污染的土壤，其微生物种群和多样性会明显减少（Pennanen et al.，1996）。研究表明，重金属污染均能降低细菌、真菌和放线菌的数量，而耐性细菌数量比轻度污染土壤多15倍（王秀丽等，2003；Duxbury et al.，1983）。一旦重金属浓度上升到超过生物体的承受范围后，便会影响其生长、繁殖，严重时会造成死亡。
（2）对农作物的危害。重金属对作物的危害是多方面的。土壤重金属影响作物系统的生理、生化及遗传功能，从而妨碍作物的种子发芽、生长及产量（雷虎兰，1994；Sethy et al.，2013）；而且作物累积过量的重金属后，品质会下降，对整个农业生态系统造成威胁（杨远等，2005）。
（3）对人和动物的危害。土壤重金属累积后，通过食物链最终进入生物体内，从而影响动物及人类健康。过量的砷、汞及铅通过食物链进入人体后，可引起神经系统病变，威胁生物体生命；镉属于易累积性元素，过量时引起肾功能障碍，长期摄入还可引起“骨痛病”。铜过量时会引起人体细胞溶血，肝胆损坏；锌过量可引起贫血、高血压等病症。
表14.1 中国土壤环境质量标准 单位：mg/kg
14.1.1.3 土壤重金属污染现状
目前，全世界平均每年排放汞约1.5万吨，铜约340万吨，铅约500万吨，锰约1500万吨，镍约100万吨（周泽义，1999）。我国农业部调查结果显示，在约140万hm2的污水灌溉区，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中轻度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，严重污染的占8.4%，汞和镉污染面积最大（郑喜珅等，2002）。目前全国遭受不同程度污染的耕地面积约占1/5，我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1×107t，合计经济损失至少200亿元（韦朝阳等，2001）。据媒体报道，我国正绘制土壤重金属“人类污染图”。国外也同样存在土壤重金属污染，乌克兰弗兰科夫斯克地区的森林土壤中，累积了大量的铅和钼；镉、钼及锌的浓度超标很多，靠近工业区的地方，铅的浓度已超过毒性水平（Shparyk et al.，2004）。
14.1.1.4 土壤重金属污染的治理
目前对土壤重金属污染的治理技术主要分为三大类：净化（通过生物来修复污染土壤）、钝化（通过海泡石等矿物吸附重金属元素）和避害（用“客土”来转换污染土壤）。
客土、换土及深翻土壤等物理措施，以及使用改良剂（硅酸盐、石灰、磷酸盐）、表面活性剂及钝化剂等化学方法，均存在治理效果反复、费用高等缺点。
生物修复，指利用生物净化作用，将重金属从土壤中清除，从而降低其对生物体的毒性，包括植物修复和微生物修复。生物可通过以下途径清除土壤重金属危害：①改变重金属在土壤中存在的价态，将重金属固定或解毒；②通过生物富集对土壤重金属净化；③进行作物育种，使植物不再吸收重金属，从而保证农产品重金属含量不超标。陈同斌研究员在国际上发现了第一种砷超富集植物——蜈蚣草，通过每年刈割2次对土壤中的砷能够去除15.5kg/（hm2·a），解决了砷污染土壤植物修复的关键技术问题，同时，可通过浸提方法将蜈蚣草中的砷提取出来（陈同斌等，2002；谢景千等，2010；马杰等，2012）。
