土壤污染及其對健康的危害

1、第三節(jié)土壤污染及其對健康的危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高度發(fā)展和人類活動(dòng)的急劇增多，產(chǎn)生了環(huán)境污染和生態(tài)破壞的新問題。土壤受廢棄物排放、污水灌溉、廢氣沉降和農(nóng)藥施用的污染。尤其人們毫無顧忌地濫用土壤作為不斷增多的有害廢棄物處理場所，向土壤投棄了許多土壤中分解者所不能分解的，或者超出其分解能力的物質(zhì)，導(dǎo)致土壤自凈能力被破壞，以致成為污染物的貯庫。有害物質(zhì)長年盤踞在土壤中，不斷地遷移到相鄰環(huán)境介質(zhì)中，通過空氣、水和植物對人體健康產(chǎn)生危害。屬于這些危害的是一些腸道傳染病和寄生蟲病的傳播，以及某些重金屬和農(nóng)藥在人體組織器官中蓄積所造成的慢性中毒、致癌、致畸、致突變等健康損害。一、土壤污染的來源與類型土壤污染（so

2、ilpollution）是指排進(jìn)土壤的有機(jī)物或含毒棄廢物過多，超過了土壤的自凈能力，引起土壤質(zhì)量惡化，從而在衛(wèi)生學(xué)和流行病學(xué)上產(chǎn)生了有害影響。（一）土壤污染的來源土壤污染的來源很多，大致可以分為：11生活污染，包括生活垃圾、人畜糞便和生活污水等。22工業(yè)廢水、廢氣、廢渣以及汽車廢氣污染。33農(nóng)業(yè)污染，主要是農(nóng)藥和化肥污染土壤。44戰(zhàn)爭污染，在使用核化生武器時(shí)，可造成土壤污染。（二）土壤污染的類型土壤主要污染物可分為生物污染物和化學(xué)污染物。生物污染物主要是病原體，除腸道致病菌、寄生蟲卵、病毒、鉤端螺旋體外，還有破傷風(fēng)桿菌、炭疽桿菌、肉毒桿菌等，病原體在土壤中可生存較長時(shí)間，如腸道致病菌在土壤中可

3、生存100170天，結(jié)核桿菌生存一年，炭疽芽胞能生存15年之久。土壤又是寄生蟲卵和蚴蟲生長發(fā)育過程中必須的環(huán)境，如蛔蟲卵可在極低氣溫下積雪的土壤中存活，在熱帶地區(qū)可存活2年以上。土壤中已發(fā)現(xiàn)100多種能使人類致病的病毒。腸道病毒在適宜條件下于中性土壤中可存活24個(gè)月，這些都為土壤傳播疾病創(chuàng)造了條件?；瘜W(xué)污染物包括有毒重金屬如鉛、汞、鎘、鉻、砷等，農(nóng)藥化肥及有毒的有機(jī)物，致癌物如石油、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等。其中農(nóng)藥污染最廣泛。此外，還有放射性物質(zhì)造成土壤污染亦不容忽視。土壤污染按污染來源和性質(zhì)可分為以下幾種類型。水型污染污染來源主要是以未經(jīng)處理的生活污水、工業(yè)廢水或醫(yī)院污水灌溉農(nóng)田，或利用滲水坑

4、來處理污水而使土壤受到重金屬、有機(jī)物或病原體污染，例如土壤中鎘多不超過0.5mg/kg，而為鉛鋅礦廢水污染的農(nóng)田土壤中含鎘高達(dá)10136mg/kg。又如保定污水灌溉的稻田表土含鉛比對照高64倍。氣型污染工企業(yè)排出的污染物如二氧化硫、氮氧化合物、鉛、鎘、汞、氟等，經(jīng)過自然沉降或降雨而污染土壤，如電解鋁廠、磷肥廠、細(xì)鐵廠排出的廢氣中含有高濃度的氟，據(jù)某鋁廠調(diào)查，廠內(nèi)土壤氟濃度為2200mg/kg，廠外為490mg/kg，對照為330mg/kg。固體廢棄物型污染工業(yè)固體棄廢物或生活垃圾在土壤上堆放和填埋，或作農(nóng)田基肥，由于淋浴、滲透，可使其中的有害物質(zhì)有機(jī)物、病原體進(jìn)入土壤中，如武漢市生活垃圾含汞9

5、.5mg/kg、鉛13.8mg/kg、大腸菌值10-210-9,特別是有毒的工業(yè)固體廢棄物更可嚴(yán)重污染土壤，并通過土壤污染地下水。農(nóng)藥型污染目前我國大量使用農(nóng)藥與化肥,我國目前生產(chǎn)的農(nóng)藥包括殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、氮化肥增效劑等有100多種,我國化肥用量全年約1億噸。但由于使用不合理,農(nóng)藥的利用率只有10,化肥利用率也只3040,其余均進(jìn)入環(huán)境主要是土壤之中。殘留在土壤中的農(nóng)藥、化肥可以通過食物鏈危害人體鍵康。二、土壤的自凈（soilself-purification）土壤是由固相（礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等固體物質(zhì)）,液相（土壤水分）和氣相（土壤空氣）組成的,充滿各種生物和微生物,具有吸附、交換、絡(luò)合

6、、螯合作用和氧化還原作用,因此具有降解、轉(zhuǎn)化化學(xué)污染物和殺死致病微生物的自凈能力。土壤自凈作用是指進(jìn)入土壤的污染物,在土壤的物理、化學(xué)和微生物作用下,使污染物中的病原體死亡,有機(jī)物無機(jī)化或腐殖質(zhì)化,有害污染物濃度減少的過程。由于土壤上常生長有植物,因此土壤自凈作用應(yīng)是土壤與植物聯(lián)合作用。土壤的物理凈化作用主要是機(jī)械隔濾作用,如對大腸桿菌就有很好的隔濾作用?；瘜W(xué)凈化功能如水解,離子交換等,有機(jī)磷殺蟲劑在土壤中容易被水解而消失。微生物凈化作用可藉其產(chǎn)生的酶來實(shí)現(xiàn),如被酚污染的土壤,微生物可產(chǎn)生能分解酚的多酚氧化酶系。（一）化學(xué)性污染的自凈由于化學(xué)污染物質(zhì)的種類很多,土壤的結(jié)構(gòu)、類型、酸堿度、氧化還

7、原狀態(tài)和土壤微生物的種類又各不相同,所以,各類化學(xué)物質(zhì)在土壤中的降解、蓄積、轉(zhuǎn)化、遷移和殘留情況也是不同的。當(dāng)前值得重視的是重金屬類和農(nóng)藥對土壤的污染。1重金屬類：重金屬在土壤中的動(dòng)態(tài)與以下因素有關(guān)。土壤pH重金屬一般是以氫氧化物、離子和鹽類形式存在,土壤pH越低,金屬的溶解度越高，容易被植物吸收或遷移。而土壤pH偏堿性時(shí)，多數(shù)金屬離子形成難溶的氫氧化物而沉淀，植物難以吸收。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)土壤pH為5.3時(shí)，糙米鎘含量為0.3mg/kg，而pH為8.0時(shí)，鎘含量僅為0.06mg/kg。.土壤的氧化還原狀態(tài)土壤中的氧氣充足表示土壤處于氧化狀態(tài)，氧氣缺乏表示土壤處于還原狀態(tài)。土壤的氧化或還原條件控制

8、著土壤中重金屬的轉(zhuǎn)化和存在狀態(tài)。例如氧氣充足時(shí)，砷化物多為五價(jià)，而在還原條件下則為三價(jià)（亞砷酸鹽），毒性比前者大。還原狀態(tài)時(shí)，重金屬離子與硫酸鹽形成金屬硫化物（難溶解）而被固定于土壤中。土壤腐殖質(zhì)的吸附和螯合作用土壤腐殖質(zhì)能大量吸附金屬離子，使金屬通過螯合作用而穩(wěn)定的被留在土壤腐殖質(zhì)中，從而使金屬毒物不易遷移到水中或植物中，減輕其危害。由上述可知，重金屬元素不能被土壤微生物分解，而極易與土壤有機(jī)物、無機(jī)物結(jié)合生成穩(wěn)定的絡(luò)合物和螯合物，殘留在土壤中。重金屬在土壤中的一般遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律與土壤結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)有關(guān)。土壤中重金屬在植物中的殘留情況是，土壤中有機(jī)物和粘土礦物的含量越多，鹽基代換量越大；土

9、壤的pH越高，重金屬在土壤中的活動(dòng)性越弱，重金屬對植物的有效性越低，植物中殘留量也越少。2農(nóng)藥類按照農(nóng)藥在土壤中的轉(zhuǎn)化、分解的難易程度可分為兩類，一是易轉(zhuǎn)化、降解類，如有機(jī)磷制劑等。二是難轉(zhuǎn)化、降解類，如有機(jī)氯、有機(jī)汞制劑等。不同的農(nóng)藥殘留時(shí)間也不同，受農(nóng)藥的理化性質(zhì)、劑型和土壤的理化性質(zhì)等的影響。有機(jī)磷農(nóng)藥殘留期以天計(jì)算，如2周到數(shù)周，而有機(jī)氯農(nóng)藥卻以年計(jì)算，如DDT殘留期為4年，六六六為3年。土壤中農(nóng)藥可通過植物的根系轉(zhuǎn)至植物組織內(nèi)部，特別是可食部位，構(gòu)成對人體健康的潛在性危害。例如土壤中六六六含量為1.526mg/kg時(shí)，在該土壤中生長的小麥的六六六含量為1.72mg/kg。（二）生物性

10、污染的自凈1病原體的死滅病原微生物進(jìn)入土壤后，受到許多不利因素作用而逐漸死亡，例如日光的照射、土壤生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境條件不利于外來病原微生物的生存、土壤微生物的拮抗作用和噬菌體作用、抗生素作用、以及植物根系分泌的殺菌素等作用。因此土壤中病原微生物的死滅時(shí)間，受上述諸因素的制約。2有機(jī)物的無機(jī)化在缺氧條件下，參與凈化的微生物以厭氣性微生物為主，分解過程中因氧的供應(yīng)不足，氧化不完全，致形成許多還原性產(chǎn)物，如有機(jī)酸、氨、硫化氫、沼氣和氫氣等。有機(jī)酸在土壤中過多的積聚，常抑制土壤微生物的生長，對厭氧分解有抑制作用，使分解速度減慢，甚至完全停止。在有氧條件下，參與作用的微生物主要以需氧微生物為主，污物中的有

11、機(jī)質(zhì)分解速度較快，有機(jī)物無機(jī)化進(jìn)行得較徹底，生成氧化狀態(tài)的簡單化合物，不產(chǎn)生有機(jī)酸及有害氣體。隨著有機(jī)物的無機(jī)化，病原菌和寄生蟲卵也逐漸死亡。氨化作用：土壤中含氮的有機(jī)物如蛋白質(zhì)、氨基酸、硫氨、尿素等分解為氨或銨鹽，稱氨化階段，參與氨化的細(xì)菌稱為氨化微生物。由氨基酸分解產(chǎn)生氨以及有機(jī)酸、醇類、碳?xì)浠锏姆磻?yīng)式如下：RCHNHCOOH+HO22水解RCHO+HCOOH+NHRCHOHCOOH+NH3RCHOH+CO+NH223RCHNHCOOH+O22氧化RCOOH+CO+NH23RCHNHCOOH+H-22RCHCHNHCOOH硝化作2用2還原分解RCHCOOH+NH23RCH+CO+NH32

12、3RCHCHCOOH+NH3含氮有機(jī)物由氨化作用產(chǎn)生的氨經(jīng)硝化菌的作用轉(zhuǎn)化成硝酸的過程稱為硝化作用?？梢苑譃橐韵聝刹?。由氨生成亞硝酸。反應(yīng)式如下：由亞硝酸轉(zhuǎn)化成硝酸。反應(yīng)式如下：2HNO+O2硝-酸菌t2HNO3+200.8J在厭氧的條件下，氨化過程中還可產(chǎn)生硫化氫、硫醇等惡臭物質(zhì)，而硝酸鹽也可通過反硝化細(xì)菌如脫氮色桿菌、螢光極毛桿菌還原為亞硝酸鹽與氨或分子態(tài)氮。糖類的轉(zhuǎn)化糖類是不含氮的有機(jī)物，在氧氣充足的條件下，它們的分解進(jìn)行得迅速而徹底，由復(fù)雜的碳水化合物一直分解到CO2、水或形成碳酸鹽類；但在氧氣不足的條件下，糖類的分解即停留在有機(jī)酸和CO2的階段，有時(shí)形成甲烷。茲以纖維素的分解為例。纖

13、維素在氧氣充足條件下的分解反應(yīng)如下：（C6H10O5）n+nH2OTnC6H10O6C6H10O6+6O2T6CO2+6H2O6106222纖維素在缺氧條件下的分解反應(yīng)如下：淀粉和纖維素在厭氧條件下，可腐敗分解產(chǎn)生各種有機(jī)酸、甲烷和co2,它們可污染空氣，抑制土壤微生物的生長，并可減弱土壤的自凈能力。有機(jī)物的腐殖化（humification）在土壤微生物的作用下，外界的有機(jī)物由復(fù)雜化合物分解為簡單化合物，與此同時(shí)在土壤微生物的作用下又重新合成為有機(jī)高分子物質(zhì)，稱腐殖質(zhì)。腐殖質(zhì)是一種疏松的暗褐色物質(zhì)，它含有多種有機(jī)化合物，其中最主要的部分為腐殖酸（即胡敏酸、烏明酸、克連酸等），另外尚有木質(zhì)素，纖

14、維素、蛋白質(zhì)、油脂、氨基酸、脂肪酸等多種物質(zhì)。它雖然含有較多的有機(jī)物質(zhì)，但相當(dāng)穩(wěn)定，不再腐敗，不再產(chǎn)生臭氣，也不招引蒼蠅，隨著有機(jī)物質(zhì)的腐殖化，病原菌（芽胞菌除外）及寄生蟲卵均已死滅，故在衛(wèi)生上是安全的。另外，腐殖質(zhì)還是農(nóng)業(yè)的一種良質(zhì)有機(jī)肥料，并有助于改良土壤，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有重要的價(jià)值。腐殖質(zhì)化也可由人工造成，例如用堆肥方法處理垃圾，糞尿，就是將有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿希ǜ迟|(zhì)）。有機(jī)物的分解比較慢，據(jù)估計(jì)一般紙張要34個(gè)月，火柴棍6個(gè)月，人工合成的有機(jī)化合物因自然界中沒有相應(yīng)分解的微生物，因此分解需要更長的時(shí)間，例如農(nóng)藥氯丹在土壤中存留時(shí)間為11年,DDT為3年，一次性聚苯乙烯飯盒、塑料瓶要100

15、200年。綜上所述，有機(jī)污染物質(zhì)在土壤中的微生物作用下逐漸分解，由大分子的復(fù)雜有機(jī)化合物變成簡單的小分子無機(jī)化合物。在這一過程的同時(shí)，土壤環(huán)境的理化和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生一定變化，致使病原微生物和寄生蟲卵逐漸被全部殺滅，土壤達(dá)到自凈。然而，自凈作用是有一定限度的，超過限度，便可能引起疾病的傳播并且污染環(huán)境。因此，應(yīng)盡量避免和減少污染物進(jìn)入土壤。三、土壤污染對健康的危害土壤污染的主要來源為工業(yè)污染、糞污污染和農(nóng)藥殘留，不同來源的污染物對人群健康影響亦不盡相同。土壤污染對健康的影響往往是潛在的、間接的，如通過農(nóng)作物再進(jìn)入人體。（一）工業(yè)污染工業(yè)污染物可隨廢氣、廢水或廢渣進(jìn)入土壤，再通過污染的農(nóng)作物或地下

16、水對人體健康產(chǎn)生危害。工業(yè)污染物種類很多，有的是有毒有害物質(zhì)，也有突變物、致癌物和致畸物。它們可以是單個(gè)毒物或多種毒物聯(lián)合對健康產(chǎn)生危害如由于煉鋼廠、煉鋁廠氟污染引起氟中毒（參見表53、表54）；含鎘工業(yè)廢水污染土壤，生產(chǎn)出鎘米，人食用鎘米引起痛痛病；又如石油工業(yè)廢水含致氟含量對照區(qū)污染區(qū)大氣(mg/m3)070715飲水(mg/L)01808l土壤(mg/Kg)520781糧食(mg/kg)197374蔬菜(mg/Kg)028054表53煉鋼、煉鋁廠廢氣氟污表54氟暴露居民臨床檢查表5-5石油工業(yè)廢水灌區(qū)居民健康影響觀察指標(biāo)肝腫大（）慢性胃痛（卻胃癌死亡率（110萬）惡性腫瘤死亡率（110萬

17、）先天畸形發(fā)生率紀(jì)攝氟量(mg/d)234510尿氟(mg/L)0.821.121.36氟斑牙（）14.2847.0453.24骨盆骨質(zhì)硬化（）2.785.6211.35脛腓骨周鈣化（）13.8929.6538.30對照區(qū)污灌區(qū)4.2106.02.222.212.034.245.782.47.1417.58癌性的多環(huán)芳烴化合物，用這種廢水作污水灌溉可污染土壤飲、水和農(nóng)作物，致居住在石油工業(yè)廢水灌區(qū)的居民消化道疾病癌、癥和先天畸形都有所增加（見表5-5）。由化學(xué)廢物污染土壤引起嚴(yán)重后果的著名例子是美國洛夫渠事件，洛夫渠是一條長1.5km的廢渠，194（年左右胡克化工業(yè)公司利用該渠堆放無用化學(xué)副產(chǎn)

18、品至少有80種。50年代起在渠上建居民區(qū)和學(xué)校，7年0代中期鄰近居民發(fā)生種種疾患如氯痤瘡、畸胎及流產(chǎn)率增高，調(diào)查發(fā)現(xiàn)有82種化學(xué)污染物，其中11種疑為人類可能致癌物。（二）生物性污染生物性污染主要來自人畜排泄物和生活污水，農(nóng)業(yè)污水及某些工業(yè)廢水也是來源之一。我國環(huán)境生物性污染傳播的主要腸道傳染病的發(fā)病率，仍保持在相當(dāng)?shù)乃剑毫〖?32/10萬、傷寒10/10萬、病毒性肝炎113/10萬；與環(huán)境生物性污染關(guān)系密切的血吸蟲病患者總數(shù)達(dá)15（萬。人畜糞便中含有大量的致病微生物和寄生蟲卵。土壤歷來被當(dāng)作糞便處理的場所，經(jīng)常受到致病微生物和寄生蟲卵的污染。每g新鮮糞便中，含有大腸桿菌5X106108個(gè)，

19、腸道病毒105108空斑形成單位；霍亂和傷寒患者排出的病原體，每g糞便含菌108109個(gè);帶菌者排出的E1Tor霍亂弧菌，每g糞便含菌102105個(gè)。每ml生活污水含有1100個(gè)腸道病毒空斑形成單位，大腸桿菌106107個(gè)。某些寄生蟲病流行區(qū)，人群中40排出鉤蟲卵，3060排出蛔蟲卵和鞭蟲卵；在蛔蟲病集中區(qū)，71的土壤樣品中含有蛔蟲卵。在土壤中痢疾桿菌存活25100天，傷寒桿菌100400天，腸道病毒100170天，芽孢桿菌（破傷風(fēng)、氣性壞疽、肉毒、炭疽的致病菌）存活1年以上；蛔蟲卵在土壤中可存活7年之久。根據(jù)北京、天津污水灌溉區(qū)調(diào)查的資料，污水中病原體含量：大腸菌群250/ml,蠕蟲卵22/

20、L；病原體檢出率；大腸菌群100%,沙門氏菌90%,蛔蟲卵82。農(nóng)田土壤病原體檢出率：糞大腸菌群88，沙門氏菌8，蛔蟲卵78%。蔬菜病原體檢出率：沙門氏菌27%,蛔蟲卵40%。當(dāng)?shù)鼐用裆抽T氏菌隱性感染率19%,蛔蟲感染率65%。嬰幼兒急性腹瀉發(fā)病率5.4%、病死率22.3/10萬，遠(yuǎn)高于對照區(qū)的4.0%和無1例死亡。當(dāng)人們與污染的土壤直接接觸時(shí)（兒童游戲、土建和農(nóng)田作業(yè)）,即可受到病原體感染。若食用被病原體污染的蔬菜、瓜果等則間接地受到感染。在污染土壤上孳生和聚集的蒼蠅和昆蟲,則成為擴(kuò)大傳播的帶菌體。當(dāng)污染土壤經(jīng)過雨水沖刷,又可能污染飲用水源。此外,土壤受到糞便污染后,有機(jī)物在土壤中腐敗分解,

21、產(chǎn)生惡臭氣體（氨、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)酸等）,同時(shí)招致蒼蠅孳生、鼠類繁殖,嚴(yán)重地惡化了居民區(qū)的環(huán)境條件,為傳染病的傳播流行創(chuàng)造了有利條件。（三）農(nóng)藥污染對健康的影響農(nóng)藥對土壤的污染源是由于農(nóng)業(yè)和植物保護(hù)以及衛(wèi)生目的而進(jìn)行的殺蟲、滅鼠、消毒等所造成。目前我國各種農(nóng)藥制劑產(chǎn)量為每年150多萬t,約有140個(gè)品種,常用的有60個(gè)品種,其中有機(jī)磷殺蟲劑占大部分。農(nóng)藥的危害因素在于農(nóng)藥在土壤和植物性食物中的殘留。農(nóng)藥經(jīng)過各種途徑（直接施入、降雨淋洗、種子消毒、枝葉凋落）進(jìn)入土壤,由于農(nóng)藥的穩(wěn)定性不同,在土壤中的殘留期也各異。農(nóng)藥進(jìn)入土壤后,揮發(fā)性強(qiáng)的可逸散至大氣圈,未能被土壤吸收的則被淋失。土壤對農(nóng)藥吸附

22、作用的強(qiáng)弱主要取決于農(nóng)藥的種類和土壤性質(zhì)。農(nóng)藥和土壤膠體之間的吸附、代換吸收或借氫鍵、水橋聯(lián)系在一起形成結(jié)合殘留物。某些農(nóng)藥與土壤接觸時(shí)能發(fā)生單純的化學(xué)降解,或在土壤表面受太陽輻射而進(jìn)行緩慢的光解作用。農(nóng)藥在土壤中的生物化學(xué)降解則十分緩慢,土壤微生物對農(nóng)藥瞬間很難發(fā)揮降解作用,尤其沒有能迅速破壞有機(jī)氯農(nóng)藥的微生物,這就使得這類農(nóng)藥在土壤中能夠普遍存留。殘留期愈長,在土壤中積累愈多。在環(huán)境里,土壤是富集農(nóng)藥數(shù)量最大的場所,并且從土壤遷移到相鄰環(huán)境介質(zhì),參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán),對人體健康產(chǎn)生影響。危害較大的農(nóng)藥主要是有機(jī)氯農(nóng)藥和含鉛、砷、汞等重金表6-6六六六在環(huán)境中的殘留量表67DDT在環(huán)境中的殘留量與人與人體內(nèi)蓄積量樣品土壤（ug/kg）蔬菜（ug/kg）糧食（ug/kg）乳汁（ug/L）脂肪（mg/kg）血清（ug/L）尿（ug/L）胎盤（ug/kg）川沙縣5333680531185494連云港等224436463282015860028.313.84572.2890樣品土壤（ug/kg）蔬菜（ug/kg）糧食（ug/kg）乳汁（ug/L）脂肪（mg/kg）血清（ug/L）尿（ug/L）胎盤（ug/kg）川沙縣連云港等3051275630343151891700