（一）土壤中的重金属
1.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、铬、铅、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也应引起足够的重视。
土壤重金属的侵袭与累积是一种十分普遍的现象，而人们更多关注的是污染问题。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。[4]
2.土壤重金属的来源
土壤重金属来源广泛，主要包括大气沉降、污水灌溉、工业固体废物不当堆置、矿业开采活动、农药和化肥的施用等。
3.控制土壤中重金属溶解度的主要反应
（1）离子交换
离子交换吸附又称非专性吸附，指重金属离子与土壤表面电荷之间的静电作用而被土壤吸附。土壤表面通常带有一定数量的负电荷，所以带正电荷的金属离子可以通过这种作用被土壤吸附。一般来说，阳离子交换容量较大的土壤具有较强的吸附带正电荷重金属离子的能力；而对带负电荷的重金属含氧基团，它们在土壤表面的吸附量则较小。但是，土壤表面正负电荷的多少与溶液pH有关，当pH降低时，其吸附负电荷离子的能力将增强。通常非专性吸附的重金属离子可以被高浓度的盐交换下来。
土壤层状硅酸盐黏粒含有永久性电荷，在适宜的pH下，重金属以离子状态存在，因而它可通过静电引力吸持金属离子。在层状硅酸盐表面，二价和三价过渡重金属离子表现出典型的离子交换特性。然而浓度很低的层状硅酸盐黏粒对Co2+、Zn2+和Cd2+等金属离子存在着专性吸附作用。这表明层状硅酸盐黏粒存在着少量能对这些金属离子进行化学吸附的位点，可能是位于边面上的-SiOH或-AlOH基团，也可能是黏粒中的氧化物和有机质所存在的位点。
（2）吸附反应
①吸附等温式
表面或界面化学涉及界面上分子或化合物的物理化学行为，吸附过程涉及吸附质和吸附剂的反应。吸附包括物理吸附和化学吸附。
通常，化学吸附又称专性吸附，含有价键的形成，与化学反应一样，在进行过程中有吸热或放热现象，而且强化学键的形成往往释放大量反应热。因为当重金属趋近土壤物质表面时，必须克服表面能障，所以化学吸附通常包括吸附过程中的活化能，它倾向于发生在吸附剂的专性吸附位上，且不经过单分子层阶段；解吸活化能可能很大。
与化学吸附相比，物理吸附是吸附质和吸附剂通过弱的原子和分子间作用力（范德华力）而粘附，原子之间的电子云没有显著的叠盖效应，是一种界面上迅速而非活化的过程；其速度取决于吸附质向界面扩散速度，吸附热相当低；吸附质的化学性质在吸附和解吸过程中基本保持不变。
②化学吸附
进入土壤中的重金属离子大部分被其组分吸持而不可逆，这是由于土壤中的金属氧化物和氢氧化物以及无定形铝硅酸盐等能提供化学吸附的表面位点。
化学吸附作用取决于吸附剂的结晶度和表面形态。实践证明，在金属离子浓度较低时吸附作用涉及金属一羟基键的形成，而不是在表面产生固相沉淀。
吸附作用的可逆性对于评价土壤重金属累积作用和潜在危害是十分重要的。铁、铝氧化物对重金属的吸附是一种内配位作用，它不遵守可逆的质量作用定律。
根据化学吸附理论，解吸作用总需要一定的活化能。所以解吸作用的活化能通常较吸附作用大得多，而吸附反应速率则较解吸反应快得多。因此，解吸反应中的滞后现象可能反映了由缓慢解吸作用引起的一种不平衡，而不是真正的不可逆性；然而，滞后现象不能完全归因于缓慢的解吸速率，因为已证明部分金属可缓慢地被封闭在氧化铁中，而只有氧化物溶解时这些被封闭的金属才能释入溶液。
通过讨论，可以清楚地了解到化学吸附的本质不同于离子交换吸附。化学吸附又称专性吸附，指重金属离子通过与土壤中金属氧化物表面的-OH、-OH2等配位基或土壤有机质配位而结合在土壤表面。这种吸附可以发生在带不同电荷的表面，也可以发生在中性表面上，其吸附量的大小决定于土壤表面电荷的多少和强弱。专性吸附的重金属离子通常不能被中性盐所交换，只能被亲和力更强和性质相似的元素所解吸或部分解吸。
（二）土壤有机污染物
有机污染物是指能导致生物体或生态系统产生不良效应的有机化合物，包括天然有机污染物和人工合成有机污染物。[5]下面重点介绍几个备受关注的有机污染物。(www.xing528.com)
1.挥发性和半挥发性有机物
一般根据有机物的物理性质来划分挥发性和半挥发性有机污染物。
沸点为50～260℃，在标准温度和压力（20℃，1.01325×105 Pa）下饱和气压超过133.3Pa的有机污染物为挥发性有机污染物（VOC），在常温下以气态形式存在于空气中挥发性有机污染物共有300多种，按其化学结构，可进一步分为8类：烷烃类、芳香烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他。
沸点为240～400℃，在标准温度和压力（20℃，1.01325×105Pa）下饱和气压1.33×10-5～13.3 Pa的有机污染物归为半挥发性有机污染物（SVOC），半挥发性有机污染物主要为酚类、苯胺类、酚酞酯类、多环芳烃类及有机农药类等。
挥发性与半挥发性有机污染物的界限并非十分严格，有些挥发性有机污染物诸如二氯苯、三甲苯在半挥发性有机污染物中也出现。硝基苯类化合物属于半挥发性有机污染物，但也有一定的挥发性。
挥发性与半挥发性有机污染物是一类危害极其严重的大气污染物，这些物质化学性质稳定，不易分解，会渗入含水层，易造成地下水污染。医学专家研究表明，部分高浓度的挥发性与半挥发性有机污染物，可导致人体中枢神经系统、肝、肾和血液中毒，具有强致癌、致突变性及致生殖系统毒害性
2.持久性有机污染物
联合国欧洲经济委员会（UNECE）将持久性有机污染物（POPs）定义为一类具有毒性、易于在生物体内富集、在环境中能够持久存在并且能通过大气运动在环境中进行长距离迁移，对人类健康和环境造成严重影响的有机化学物质。[6]持久性有机污染物的4个显著特性是：长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，被《斯德哥尔摩公约》限制和禁止使用的持久性有机污染物总数达到21种，主要为有机氯农药、化学产品的衍生物杂质以及含氯废物焚烧的产物。
POPs在环境中难以发生化学分解和光解，也难被生物降解，一旦排放到环境中，在水体中的半衰期大多为几十天至20年，在土壤中半衰期大多为1～12年。POPs会抑制生物体免疫系统的功能，干扰内分泌系统，促进肿瘤的生长。
3.杂环类化合物
环状化合物中，成环的原子除碳原子外，还有一个或多个非碳原子的化合物，称为杂环类化合物，环中除碳原子外的其他元素原子称为杂原子。[7]可以把杂环类化合物看成是苯的衍生物，即苯环中的一个或几个-CH被杂环原子取代而生成的化合物。
根据环上原子的个数，可以将杂环类化合物分为三元环、四元环、五元环、六元环；根据杂原子的种类，可以将杂环类化合物分为含氧、含硫、含氮杂环类化合物等。最常见的杂环类化合物是五环和六环杂环及苯并杂环类化合物，五元杂环类化合物有呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑等，六元杂环类化合物有吡啶、吡嗪、嘧啶等。
杂环类化合物广泛存在于自然界。生物体内存在的物质主要是杂环类化合物，如核酸、某些维生素、抗生素、激素、色素，合成的药物也多数是杂环类化合物。化石燃料中的硫氮氧杂环类化合物在燃烧过程中释放出大量的氧化硫和氧化氮气体，这是酸雨的成因之一。部分硫氮氧杂环已经被证实有毒、可致癌和致突变，并且杂环类化合物是许多高毒性污染物的母体化合物，因此研究杂环类化合物的产生对高毒污染物的降解具有重要意义。
4.有机氰化物
氰化物是指化合物分子中含有氰基，碳氮三键给予氰基相当高的稳定性，使之在通常化学反应中都以一个整体存在。根据与氰基连接的元素或基团是无机物还是有机物，把氰化物分为无机氰化物和有机氰化物。无机氰化物有氰化钾、氰化钠和氯化氰等，是多为白色、略带苦杏仁味的晶体或粉末，易溶于水；有机氰化物简称腈，多为无色液体，是高毒或中等毒性化合物，常见的乙腈、丙烯腈、正丁腈能在体内很快地析出离子，属高毒类化合物。
有机氰化物可经呼吸道、胃肠道和皮肤、黏膜吸收进入体内。接触的机会有：生产氰化物或用氰化物作为原料制造药物、染料、合成有机树脂等；电镀行业如镀铜、镀铬等；采矿业如提取金、银、锌等；塑料、尼龙等高分子材料的燃烧产物。
5.酚类化合物
酚类化合物是芳香烃中苯环上的氢原子被一个或多个羟基取代所产生的化合物，根据分子所含羟基数目可分为一元酚和多元酚；还可根据其能否与水蒸气一起蒸发，而分为挥发性酚和不挥发性酚，沸点在230℃以下的酚称为挥发酚，沸点在230℃以上的酚称为不挥发性酚。
酚类是一种重要的工业有机化合物，被广泛应用于树脂、尼龙、增塑剂、杀虫剂、炸药等商品的生产中。含酚废水是危害较大、污染范围较广的工业废水之一，是环境中水污染的重要来源。在许多工业领域排出的废水中均含有酚，这些废水若不经过处理直接排放、灌溉农田，则可污染大气、水、土壤和食品。酚是一种中等强度的化学毒物，生物对其吸收速率很快，较易发生生物降解，酚上的取代基越多，在生物体中停留时间越长。在环境污染、卫生毒理学上比较有意义的酚类化合物，主要是苯酚、甲酚、五氯酚及其钠盐。
6.氮基化合物
有机氮基化合物的种类繁多，物理化学性质各不相同，广泛应用于各行业。许多胺类生物碱具有生理或药理作用，许多有机含氮化合物具有特殊气味，如吡啶、三乙胺等。有机含氮化合物中有些是神经毒物，如叠氮化合物；有些属于致癌物质，如芳香胺中的2-萘胺、联苯胺，偶氮化合物中的邻氨基偶氮甲苯等偶氮染料，脂肪胺中的乙烯亚胺、吡啶烷，大多数亚硝基胺和亚硝基酰胺等。
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