人类对来自地球深层的矿物燃料（fossil fuels）和其他原材料的过度使用打破了已持续数百万年的自然平衡，土壤甚至整个生态系统面临着全球性重金属污染的威胁。对此，我们虽然不必见风就是雨，但是，土壤一旦被污染后，将不再能够生产出下一代人所需的粮食或饲料。
问题是如此之大以至于只有通过国际合作才能得到妥善解决。我们必须估测全球土壤污染的状况，分析污染产生的原因及其影响，并对目前的污染进行监控、运用现有的技术减少或防止重金属的泄出，使土壤污染降到尽可能低的水平。
可以说，我们所面临的问题十万火急。
遗传上的适应
首先，我们必须了解这种污染现状是如何形成的。
数百万年以来，地表的岩石是将重金属释放到土壤中的唯一源地，这大体是通过气候因素如雨、风和其他天气过程实现的。土壤中的生物和植物的根系将土中的金属转移到地上部的生物体内，而这些金属元素又经过食物链或其他转换过程重新循环到土壤中去。这样，以生物体为生命基础的生物，包括人类，经过吸收和再循环的稳定态平衡，已渐渐地适应了自然界的重金属浓度。
19世纪下半叶以来，这种自然循环被严重地扰乱了，结合在矿物能源（fossil energy）如煤和不能换新的原材料如矿石中的重金属泄出量的不断增加直接或间接地破坏了地表。进入本世纪后，尤其是50年代以后，对原材料和矿物能源包括石油、天然气的需求量直线上升，从而使这种状况更加恶化了。假如放任该状况的继续，那么，一个难以逃避的结局是，通过大气和水循环的污染、污水废物的废弃、污染的粪便以及农林业中使用的化肥、农药等沉降出的重金属，将会使大多数陆地生态系统和土壤受到全球性的污染。
由于土壤充当了重金属的最终沉积场所，并且这是一种不可逆过程，因此，一旦超越了土壤的保护性功能如过滤及缓冲能力，重金属便被释放到土壤溶液中。在那里它们将被土壤中的生物和植物根系吸收并排泄到地下水中，从而毒害了土壤中的生物、污染了食物链并使地下水劣质化。
重金属的定义
重金属是指那些密度超过每立方厘米5克的金属，这大约有70种元素，包括人们熟悉的铅、银、汞，但只有其中的20种对生态起重要作用。它们是动植物的必需微量元素，不过也有毒性，其毒性和必需性变化很大，主要取决于金属和生物的种类（如图1所示，表明4种不同重金属促进或抑制植物生效应的宽广浓度范围）。
况且，元素的正、负效应不仅取决于元素的类型和反应浓度，而且还取决于不同生物之间以遗传为基础的生理行为。在涉及土壤和陆地生态系统中有关重金属引起的污染问题时，必须将上述因素加以认真考虑。
土壤中的重金属有两大来源：自然界和人为的污染。来自于自然界的重金属含量变化很大，在土壤中的含量可能很高，这主要取决于特殊的岩石类型。其他的自然来源包括森林火灾，以及由于风、雨和火山爆发引起的泥土迁移和沉降。通常，土壤中重金属的人为污染有三条途径：空气、水循环以及机械运输。
全球性和地区性的大气污染是由工业、交通、电站、废物垃圾的焚烧引起的，比起水循环和机械运输引起的污染，它更难监控。土壤中沉积的重金属含量，取决于离污染源的远近和该地的植被类型。由于森林可以滤去固态和气态的污染物的释放，所以，森林地区往往比农业地K多接受2~5倍的沉积量。森林土壤的人为酸化增加了重金属泄漏到土壤溶液中的移动性，不过，农业土壤的情况却没有如此严重，因为农业土壤通常具有较高的p H值，可以通过石灰、化肥和人粪尿的施用来改善其性质。
工业和农业
工业生产过程中使用的大量重金属是土壤重金属污染的主要源地。而在农业用地中，污染源则是污水、废物、磷肥、被污染的粪肥以及植物保护剂。由于最严重的重金属污染通常是由被污染的垃圾特别是污水废物引起的，所以，很多国家都禁止将它们丢弃到农业用地。从磷酸盐矿生产出的化肥平均含有百万分之5~40的镉，因此，通过施肥途径，每公顷农业用地每年将投进2~6克镉。尽管像托马斯磷酸盐（Thomas phosphate）那样的磷肥几乎不含镉，但它含有大量的钒和铬。
为了改善食物的消化，猪饲料中加入了含铜的添加剂，从而使猪肥含有铜和锌。使用液态猪肥将在20~30年内严重污染土壤，特别是在家畜多的地区。
植物保护剂引起的重金属污染正在日益减轻，因为有机制剂正在替代大多数无机杀虫剂如：波尔多液（用硫酸铜和石灰水制成）和砷硫合剂。
土壤中的反应
通常，土壤对重金属具有很强的结合力，土壤中的重金属反应包括在污染物和土壤的固相、液相之间发生的物理、生物和生化过程。这些过程相当复杂，因为土壤由各种类型的有机、无机的混合物组成，，如腐殖质、粘土，以及铝、铁、锰的氧化物及可溶性成分，土壤的p H值和氧化还原状况也会发生很大变化，这些都显著地影响上述反应过程。因此，一种金属根据结合键的类型和键能，可以与不同的土壤成分形成不同的产物。
重金属在土壤中的主要功能参数及反应过程，基本上遵循以下三个过程：
· 土壤的多孔空间对固态和液态重金属化合物的物理过滤。
· 重金属被土壤生物特别是植物根系吸收，作为一种生物结合的过程。主要是通过液态吸收，这取决于土壤生物体的数量、性质以及土壤pH值、氧化还原状况和其他参数。
· 最重要的是生化过程：
——在腐殖质、粘土或铁、铝、锰等氧化物的表面进行离子交换所产生的吸附作用和解吸作用。
——腐殖质的络合作用（具有极强的结合力）。—铁、铝、锰等的氧化物通过联合沉淀作用引起的封闭。
——粘土和氧化物中的结合力能使重金属扩散到晶体结构中。
——某些化合物如碳酸盐、磷酸盐和硫酸盐的沉淀和溶解作用。
行动计划
在估测污染的现状，分析其产生原因和影响后，即可采取挽救土壤的行动。采用记录可比性数据的方法，系统地估测一个国家或地区的整个地表。有必要使调查方法标准化，否则即使在地区、国家或国际级水平上估测了污染的现状，并被大众所认可，然而还是缺乏通用性。
关于土壤污染的分析存在着直接和间接两种方法。直接法就是对土壤中的重金属进行化学分析。间接法是采用投入——产出分析或分析土壤污染对土壤生物、植物和地下水的影响，采用此法虽然能够得出结论，但缺乏某时某地重金属浓度的精确数据。
对数据和污染源进行全面分析能确定（至少可以估计）土壤污染的原因。通过建立一系列固定的取样点，多次分析土壤样品及进行结果的比较可以连续监控污染的发展情况。
为了估测污染的潜在危险，还有必要收集另外一些数据，特别是土壤的质地、结构、吸湿性以及生物学和气象资料等数据。对固定取样点的时间序列分析可用来估测污染对将来的影响。
必须采取行动的第二部分——监督和控制，以便说服官员、决策者和政治家去制定法律和条例以减少重金属的泄出。这一行动需要采取国际合作，统一检测方法，协调一致以便交换数据和确定统一的阀值。
计划的第三部分——预防行动，将主要集中力量减少或防止重金属的泄出，特别是国际水平上的大范围污染。国家的措施应致力于减少或禁止通过水循环或机械运输引起的污染。由于在现有的方法下，重金属的污染过程是不可逆的，所以，防治的唯一办法是减少或杜绝重金属的来源。瑞士在这方面已树立起良好的榜样，该国禁止镉的使用，而是用污染程度较轻的替代物。
处理方法的局限性
计划的第四部分和最后一部分——处理污染土壤的可能性至今仍非常有限，处理费用相当高。事实上，由于重金属与土壤有很强的结合力以及费用太高等原因，大规模的去污染目前是不可行的，只有两种现实的办法：
· 通过混入具有很高吸附能力的无污染物质如氧化物和粘土，从而稀释被严重污染的土壤。
· 调节土壤pH值和氧化还原状况。例如，在氧化还原势较低的情况下，可以通过施用石灰或充气来达到目的。虽土壤中的重金属浓度仍保持不变，但这样能增加土壤的结合力，减少重金属在土中的移动性。
预防仍然是最好的措施，假如我们要使土地保持足够能力以养活21世纪不断膨胀的人口，那么，预防得越早，效果也就越好。
[Ceres，1992年5~6月］