何谓土壤重金属污染
土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入土壤中，致使土壤重金属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。重金属污染不同于其它污染，其在土壤中不易随水淋溶，不易被微生物分解。重金属通过积累在农作物中进入食物链，具有明显的生物富集作用，对生态系统和人体健康构成风险。土壤中的汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)以及类金属砷(As)等重金属污染物。土壤中的金属输入主要通过4种途径：大气沉降(包括自然来源和人为来源)，含有金属杂质的化肥，动物粪肥，以及污染水体的灌溉。
由于不断加剧的农业生产和工业活动对农业土壤质量持续施加压力，我们对土壤中重金属积累趋势的预测以了解重金属污染风险的持续时间变得尤为重要。另外，金属通常与土壤固体紧密结合在一起，即使是相对于目前土壤重金属浓度稍有程度很小的浓度增加，都会对土壤健康造成潜在的不利影响。由此，中国科学院生态环境研究中心(Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences)吕永龙研究组，和英国生态与水文研究中心(National Environment Research Council Centre for Ecology and Hydrology)Steve Lofts研究组合作模拟了位于河北和北京界内的官厅水库(Guanting reservoir, GTR)的农业表层土壤Cu、Zn和Cd这3种金属的长期动态，并预测了到2060年重金属带来的土壤生态风险。这项工作为我国土壤重金属污染的预测提供了新方法，并可为土壤污染修复提供科学数据支撑。他们将这项研究发表在“Terrestrial ecosystem health under long-term metal inputs: modeling and risk assessment”文章中，于2016年5月刊登在由美国生态学会和中国生态学会合作出版的Ecosystem Health and Sustainability (EHS)期刊上。
研究区域
官厅水库于1951年10月动工，1954年5月竣工，是新中国成立后建设的第一座大型水库，但由于环境污染而于上世纪70年代停止其水源地功能。长期以来，吕永龙研究组在官厅水库流域进行了持续的环境样本采样和系统分析。
研究内容与结果
这项工作对英国生态与水文研究中心研发的土壤金属中间动态模型(Intermediate Dynamic Model for Metals, IDMM)进行了改进，模拟表层土壤中Cu, Zn和Cd的动态，并基于过去自然和人为的金属输入测试了该模型模拟土壤金属浓度的能力，发现2009年的预测值与流域调查中监测的表层土金属浓度一致。研究设定官厅水库流域在1950年以前金属含量接近于环境背景值，模型预测自1950年开始金属输入一直呈稳定增长趋势，而且大部分的金属输入来自工业排放产生的大气沉降。
过去的研究一般采用大气沉降、化肥、动物粪便和灌溉的历史性输入来进行金属动态模拟，近几年来，土壤金属动态模型已被应用在土壤中金属如铜、锌、镉的未来积累预测中。而在这篇文章中，研究者将土壤重金属的动态模型(IDMM)与潜在影响比例(Potentially Affected Fraction, PAF)结合起来，在不同的金属输入情景下预测未来金属累积，从而评估其潜在的生态风险。
三个情景A, B和C分别基于三种金属输入速率：(1)金属浓度从现在到2060年一直与2009年保持一致，(2)金属浓度以2000-2009年的增长速率线性增长，(3)金属浓度呈增长趋势，但增长趋势渐缓，直到在2060年达到阈值。计算出的PAF表明土壤中金属Zn带来的生态风险最大。据PAF最保守估计，到2060年，三个金属输入情景中的两个情景会出现土壤重金属潜在生态风险达到阈值的现象。
模型模拟表明，官厅水库流域内金属输入率需要在2009年的基础上下降5%到7.5%，以防止进一步的重金属积累从而导致严重的土壤生态风险。未来金属浓度的预测以及不同金属输入速率情景下的风险评估，将对未来的土壤可持续管理起到重要作用。
原标题：土壤重金属污染的生态风险会持续多长时间？——土壤重金属污染预测方法
