土壤重金屬污染后的修復(fù)

【摘 要】針對(duì)土壤重金屬污染的處理措施，本文詳細(xì)介紹了生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)兩種修復(fù)方法，以為土壤重金屬污染后的修復(fù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】土壤；重金屬；環(huán)境污染

自上世紀(jì)80年代以來，隨著工業(yè)化和城市化在我國的推進(jìn)，國民生產(chǎn)總值和居民生活水平穩(wěn)步提高，與此同時(shí)，鎘、鉛、鉻、汞、砷等重金屬和其他污染物也進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)，這些污染物在對(duì)大氣、水體造成污染后，最終都回歸于土壤而造成土壤污染。土壤修復(fù)主要通過生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)兩種方式進(jìn)行。

1 生物修復(fù)

生物修復(fù)是利用生物削減和凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性的修復(fù)方法，其主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)。

1.1 植物修復(fù)

這是一種利用自然界存在或人工培養(yǎng)的植物系統(tǒng)及其根系移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境中的重金屬污染物，或降低污染物中的重金屬毒性，以達(dá)到清除污染、修復(fù)或治理土壤目的的一種技術(shù)，分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定3種類型。

植物提取是依靠重金屬超積累植物從土壤中吸取重金屬離子，接著收割地上部分并進(jìn)行處理，連續(xù)種植該植物可有效降低或去除土壤重金屬，目前已發(fā)現(xiàn)有700多種超積累重金屬植物[1]；植物揮發(fā)是依靠植物根系吸收重金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，目前研究最多的是Hg和Se；植物穩(wěn)定是依靠耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，防止重金屬被淋洗到地下水或擴(kuò)散至空氣中，其機(jī)理是讓金屬在根部積累、沉淀或被根表吸收，以達(dá)到固化的目的。

利用超積累植物可以連續(xù)、反復(fù)地從土壤中提取重金屬，具有廉價(jià)、原位、土壤免擾動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，是目前土壤重金屬污染治理方法中最清潔的方法，并且植物的地上收割部分可集中處理回收重金屬。如果實(shí)際情況使植物提取難以實(shí)施，也可考慮選擇植物穩(wěn)定技術(shù)，在礦區(qū)應(yīng)用植物穩(wěn)定修復(fù)對(duì)防止礦區(qū)水土流失和次生污染有良好作用[2]。

但是，目前世界上已確認(rèn)的超積累植物雖然對(duì)重金屬的富集能力很強(qiáng)，但普遍具有生物量小、環(huán)境適應(yīng)性差、生長緩慢等缺點(diǎn)，這限制了該技術(shù)的推廣和使用。已經(jīng)有研究人員開始用一些生物量大、對(duì)重金屬耐性強(qiáng)的植物做試驗(yàn)，并在垂枝榕、煙草、美人蕉等植物的研究方面取得了一定的成果[3]；還有一些研究人員提出應(yīng)用生物工程和基因工程技術(shù)將超積累植物的基因?qū)胍恍┥锪看?、生長迅速、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的植物體內(nèi)，以培養(yǎng)更理想的超積累植物。

1.2 微生物修復(fù)

土壤微生物包括與植物根部相關(guān)的自由微生物、共生根際細(xì)菌、菌根真菌，通過吸附、沉淀、生物轉(zhuǎn)化、生物累積和外排等作用，微生物可以通過固化重金屬、降低其活性和生物有效性來降低重金屬毒性，或者增大重金屬活性和生物有效性以利于植物根系對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸還原菌和某些藻類能夠產(chǎn)生胞外聚合物與重金屬離子結(jié)合成絡(luò)合物；Macaskie等分離的檸檬酸菌可分解有機(jī)質(zhì)生成HPO2-4，與Cd形成 CdHPO4沉淀；國內(nèi)研究人員發(fā)現(xiàn)有些微生物能把劇毒的甲基汞降解為毒性小、可揮發(fā)的單質(zhì)Hg[4]。

微生物對(duì)土壤重金屬的作用非常獨(dú)特，微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合可以更徹底、更高效地修復(fù)土壤，同時(shí)還能保持土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這一研究方向已受到越來越多的關(guān)注，不過微生物修復(fù)技術(shù)目前更多地還處于科研和實(shí)驗(yàn)室水平。

1.3 動(dòng)物修復(fù)

終生或某一發(fā)展階段生活在土壤中的動(dòng)物，其自身及其腸道微生物在自然條件或人工控制下，通過生長、繁殖、穿插等活動(dòng)對(duì)土壤污染物進(jìn)行破碎、分解、消化和富集。利用土壤動(dòng)物的這個(gè)能力對(duì)土壤污染進(jìn)行治理的技術(shù)稱為動(dòng)物修復(fù)技術(shù)。有研究表明，蚯蚓對(duì)土壤重金屬有很強(qiáng)的富集能力，其體內(nèi)的Cd、Pb、As元素的含量與土壤中元素含量有很好的相關(guān)性，可隨土壤中重金屬含量的升高而升高[5]。另外，國內(nèi)研究人員對(duì)蜘蛛、腐生波豆蟲、梅氏扁豆蟲等動(dòng)物也有一定的研究。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)

前面所述的土壤重金屬污染的治理方法，工程措施一般見效快、重金屬消除較徹底，但費(fèi)用高、對(duì)土壤破壞大，而生物修復(fù)技術(shù)雖具有費(fèi)用低廉、清潔、不破壞土體結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，卻有效率低、耗費(fèi)時(shí)間長、受環(huán)境因素影響大等不足。很多研究表明，施肥、使用農(nóng)藥、搭配種植等農(nóng)藝措施也可顯著增加植物對(duì)土壤中重金屬的吸收累積量，從而提高植物修復(fù)的效率，而且相對(duì)于其他化學(xué)和工程強(qiáng)化措施，它具有技術(shù)成熟、成本較低、對(duì)土壤環(huán)境擾動(dòng)較小等優(yōu)點(diǎn)，因此，近年來一系列農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)開始逐步被用于強(qiáng)化重金屬污染土壤的植物修復(fù)。

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)包括農(nóng)藝修復(fù)和生態(tài)修復(fù)。農(nóng)藝修復(fù)包括改變耕作制度、調(diào)整作物品種、種植不進(jìn)入食物鏈的植物、選擇能降低土壤重金屬污染的化肥以及增施能夠固定重金屬的有機(jī)肥等措施。生態(tài)修復(fù)包括調(diào)節(jié)土壤水分、養(yǎng)分、pH值和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因素，以及調(diào)控污染物所處環(huán)境介質(zhì)。研究人員對(duì)此有不少研究成果，Naidu發(fā)現(xiàn)，每公頃Cd污染的土壤中施用750kg石灰，可使土壤重金屬有效態(tài)降低15%[6]；施用鉀肥、磷肥能降低土壤的有效態(tài)Pb[7]，施入硝態(tài)氮可大大降低植物對(duì)重金屬的吸收和累積，而施入氨態(tài)氮?jiǎng)t會(huì)增加植物中重金屬的含量[8]；有機(jī)肥（如豬糞）能改善鉛鋅尾礦污染土壤中紫花苜蓿的生長，從而減少其對(duì)重金屬的吸收[9]；玉米較其他糧食作物對(duì)Pb的吸收累積較小[10]。蔬菜中重金屬含量大小的順序一般為：葉菜類>根莖類>瓜果類[11]。

3 結(jié)語

從2009年至今，我國已有30多起重特大重金屬污染事件相繼發(fā)生，經(jīng)過幾十年的沉淀后，無論是在農(nóng)村還是城市，我國土壤重金屬污染正進(jìn)入集中多發(fā)期，來自土壤重金屬污染所造成的巨大環(huán)境壓力已經(jīng)突出表現(xiàn)在老百姓每日的飲食安全等方面，因此，對(duì)土壤重金屬污染的治理已成為我國現(xiàn)階段一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)?，F(xiàn)在已經(jīng)使用或者還處在研究階段的各種治理方法和技術(shù)都無法快速、高效、安全地清除土壤中的重金屬，因此，除了繼續(xù)加大研究力度，目前行之有效的方法包括兩個(gè)方面：一是對(duì)污染源加強(qiáng)控制，減少土壤環(huán)境中的重金屬進(jìn)入量；二是將幾類技術(shù)綜合應(yīng)用，增大重金屬的清除比例，對(duì)于暫時(shí)無法除去的污染物則先使之穩(wěn)定，減小其進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的流通量，從而減輕其毒害作用。

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作者簡介：

雷明馨（1971— ），女，碩士，講師，主要從事環(huán)境化學(xué)、農(nóng)化分析檢測的教學(xué)及綠色化學(xué)技術(shù)等科研工作。

趙仕林，博士，教授，四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人。

基金項(xiàng)目：

中央財(cái)政支持作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)