土壤重金屬的危害極其修復措施

邢華銘　杜海濤　李思捷

[摘 要]近年來，越來越受關注的重金屬污染變得嚴重，成為急迫解決的世界性問題。本文綜述了土壤重金屬對土壤酶、植物和人類的危害。并且簡述了幾種修復方法的原理、實用性及其國際研究與發(fā)展動態(tài)。預期轉(zhuǎn)基因技術的應用在提高植物修復的實用性方面必將有突破性進展。

[關鍵詞]土壤 重金屬 污染 修復技術

中圖分類號：G302 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0346-01

1.引言

近年來，土壤重金屬污染已成為嚴重的世界性問題和難題，越來越受到人們的關注。導致土壤環(huán)境產(chǎn)生污染的重金屬主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、準金屬砷 （As） 等生物毒性顯著的元素， 也包括有一定毒性的鋅（Zn）、銅（Cu）、鈷（Co）等常見元素。土壤重金屬污染是影響人類健康和環(huán)境質(zhì)量的主要問題之一，它不僅影響農(nóng)作物生產(chǎn)，而且也影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量，甚至通過食物鏈危害人類的健康。因為重金屬在土壤中不能為微生物分解，因而會在土壤中不斷積累，影響土壤性質(zhì)，甚至可以轉(zhuǎn)化為毒性更大的烷基化合物，被植物和其他生物吸收、富集，進而通過食物鏈在人、畜體內(nèi)蓄積，直接影響植物、動物甚至人類健康。所以，土壤重金屬危害防止的問題亟待解決。

2.土壤重金屬的危害

2.1 對土壤酶的危害

土壤酶是一種生物催化劑，是反映土壤肥力的一個敏感性生物指標，更加直接反映了土壤生物化學過程的強度和方向[2]。有研究表明，Hg對脲酶的抑制作用最為敏感，長期大量施用含Pb的污灌，有可能使土壤中氮的轉(zhuǎn)化受到較為嚴重的影響[3-4]。

2.2 對植物及農(nóng)作物的危害

土壤中的重金屬會對植物產(chǎn)生一定的毒害作用，引起株高、主根長度、面積等一系列生理特征的改變[5]。主要是因為吸收到植物體內(nèi)的重金屬能誘導其體內(nèi)產(chǎn)生某些對酶和代謝具有毒害作用和不利影響的物質(zhì)， 如H2O2、C2H2等類物質(zhì)。對農(nóng)作物的危害亦是如此，污染土壤中的重金屬會通過作物根部的吸收進入作物體內(nèi)灌溉水中含2. 5 mL的Hg時，水稻就可發(fā)生明顯的抑制生長的作用，表現(xiàn)為 生長矮小，分孽減少，根系發(fā)育生長不良，葉片失綠，穗小?？?，產(chǎn)量降低，籽粒含Hg 超出食用標準（≤0.2mg/L）。

2.3 對人類的危害

重金屬對土壤污染后，人們通過食物鏈不斷攝取有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在體內(nèi)累積達到一定劑量后產(chǎn)生毒害癥狀。當人體攝入或吸入過量的Cd，會引起身體各器官一系列的病變，可引發(fā)以骨礦密度降低和骨折發(fā)生機率增加為特征的骨效應。可見，土壤重金屬污染對人體產(chǎn)生極大的危害。

3.土壤重金屬的修復技術

3.1 物理修復

物理修復主要包括土壤淋洗、電動修復和電熱修復三種修復技術。

土壤淋洗是應用最早，也是應用最多、技術最成熟的物理修復方法。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含重金屬的廢水進一步回收處理的土壤修復方法。土壤淋洗技術實際操作較為復雜，雖能有效去除土壤中的重金屬，但由于投資過高，并有可能造成土壤二次污染，因此在大面積土壤污染中應用較少。

電動修復是一種原位修復技術，近年來發(fā)展很快，在一些歐美國家已進入商業(yè)化。但事實上，實驗室采用一種金屬離子的溶液做模擬試驗常能有效地去除土壤中的金屬離子，有時也得到相反的結果。這主要與pH控制著土壤溶液中重金屬離子的吸附與解吸、沉淀與溶解有關，而且酸度對電滲速度有明顯影響，所以如何控制土壤pH值是電動修復技術的關鍵。

電熱修復技術是利用一些重金屬在高溫下快速揮發(fā)的特性，用高頻電壓加熱土壤，重金屬受熱揮發(fā)，離開土壤以達到修復土壤重金屬污染的目的。但是，在高溫加熱的同時也對土壤本身造成了嚴重的破壞。

3.2 化學修復

化學修復包括化學改良劑修復、表面活性劑修復和有機質(zhì)改良。

化學改良劑修復是通過向污染土壤添加不同的改良劑， 通過增加土壤有機質(zhì)、 陽離子代換量和黏粒的含量以及改變土壤pH，Eh和電導率等理化性質(zhì)，而使土壤中的重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低土壤重金屬的生物有效性。該技術關鍵在于選擇經(jīng)濟有效的改良劑，不同改良劑對重金屬的作用機理不同，因此在實際操作中必須明確改良劑的作用機理才能應用， 避免形成二次污染。

表面活性劑修復即利用表面活性劑潤濕、增溶、分散、洗滌等特性，改變土壤表面電荷和吸收位能，或從土壤表面把重金屬置換出來，以絡合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金屬在土壤溶液中的流動性。表面活性劑有助于重金屬從土壤顆粒上解析出來，并進入土壤環(huán)境，增加污染物在土壤環(huán)境中的可動性，從而加速污染物的去除。

有機質(zhì)對重金屬污染土壤的凈化機制主要是通過腐殖酸與金屬離子發(fā)生絡合反應來進行的，作為土壤中重要的絡合劑，有機質(zhì)中的-COOH，-OH，-C=O和-NH2等均能與重金屬發(fā)生絡合、螯合，使土壤中重金屬的水溶態(tài)和交換態(tài)明顯減少。陳世寶等人結合國內(nèi)外的相關報道，對有機質(zhì)治理土壤中重金屬污染做了應用研究，指出有機質(zhì)改良法可兼顧環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益，是土壤重金屬污染治理的一個很好方向。

3.3 生物修復

生物修復包括植物修復和為生物修復。

植物修復技術是一種以植物忍耐、分解或超量積累某些化學元素的生理功能為基礎，利用植物及其共存微生物體系來吸收、降解、揮發(fā)和富集環(huán)境中污染物的治理技術。陳同斌等2002年發(fā)現(xiàn)砷超富集植物蜈蚣草（Pteris vittata L）。劉金林等發(fā)現(xiàn)一年蓬（Erigeron annuus（L.） Pers.）對重金屬有較強的富集能力，鴨跖草（Commelina communis L.）、艾蒿（Artemisia argyi）對Cu具有較強的富集能力[13]。楊肖娥等發(fā)現(xiàn)鋅超富集植物東南景天（Sedumalfredii），其地上部Zn含量高達4134～5000mg/kg 。Xingfeng Zhang等發(fā)現(xiàn)了Cd的超富集植物—少花龍葵（Solanum photeinocarpum） 。植物修復是一種新興的綠色生物技術，能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境保持土壤結構和微生物活性的情況下，通過植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，從而修復被污染的土壤，而且植物修復通常成本較低，易操作并且對環(huán)境有益，對動輒大面積亟需治理的受污染農(nóng)田比較適用，它已成為一項可靠的相對安全的環(huán)境修復技術，是一種發(fā)展前景較好的凈化途徑。

微生物修復法就是利用土壤中的某些微生物的生物活性對重金屬具有吸收、 沉淀、氧化和還原等作用，把重金屬離子轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，從而降低土壤中重金屬的毒性，具有費用低、對環(huán)境影響小、效率高等特點，是一項廉價的綠色治理方法。曹德菊利用常規(guī)微生物資源（枯草桿菌Bacillus subtilis、酵母菌Yeast、大腸桿菌Escherichia Coli等）對重金屬離子Cd2+、Cu2+進行生物修復試驗，結果發(fā)現(xiàn)在環(huán)境中Cu2+、Cd2+濃度較低的情況下，微生物具有良好的修復性能，去除率可達25%～60%。

4.展望

土壤重金屬污染來源廣泛、危害較大，在今后相當長的時間內(nèi)仍將是我國所面臨的重要環(huán)境問題，亟待解決。近些年來， 在Se、Hg、Cd、Zn 等重金屬元素轉(zhuǎn)基因植物研究方面已初獲成果。建立重金屬的超積累植物基因庫；通過應用分子生物學技術和基因工程技術，應用轉(zhuǎn)基因工程技術，將自然界中超富集植物的耐重金屬、超富集基因移植到生物量大、生長速率快的植物體內(nèi)，培育出理想的超積累植物。預期轉(zhuǎn)基因技術的應用在提高植物修復的實用性方面必將有突破性進展。

參考文獻

[1] 高太忠，李景印.土壤重金屬污染研究與治理現(xiàn)狀[J].土壤與環(huán)境，1999，8（2）：137-140

[2] 楊志新，馮圣東，劉樹慶. 鎘、鋅、鉛單元素及其復合污染與土壤過氧化氫酶活性關系的研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2005，13（4）：138-141

[3] 李法云，減樹良，羅義.污染土壤生物修復技術研究[J].生態(tài)學雜志，2003，22（1）：35-39