土壤鉻污染修復(fù)技術(shù)研究概述

鄭施雯 邱紀(jì)俠 鄭沖 詹果兒 包尤思 張文娟 劉偉何 雯艷

（浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315012）

土壤鉻污染修復(fù)技術(shù)研究概述

鄭施雯 邱紀(jì)俠 鄭沖 詹果兒 包尤思 張文娟 劉偉何 雯艷

（浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315012）

本文綜述鉻的環(huán)境化學(xué)行為、土壤鉻污染的危害與修復(fù)技術(shù)，重點介紹植物修復(fù)技術(shù)及其研究進展，并提出今后的研究重點與方向。

土壤；鉻污染；超積累植物；修復(fù)

土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，近年來人類的生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)活動對環(huán)境的破壞程度日益加劇，對人類的生活與健康造成了嚴(yán)重的影響，其中重金屬污染是重中之重。重金屬鉻是冶金、電鍍、制革等行業(yè)常用的基本原料，是一種毒性大具有潛在危害的無機污染物，能通過遷移和積累對土壤造成一定的破壞，當(dāng)其在土壤中積累到一定閾值的時候，會對植物產(chǎn)生毒害作用，而且不能通過微生物降解，這種不可逆性積累是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)破壞和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、質(zhì)量下降的最主要原因，同時經(jīng)食物鏈的放大作用，重金屬元素會大量蓄積于人體，當(dāng)重金屬含量達到一定劑量時會嚴(yán)重威脅人類健康。因此，如何修復(fù)土壤系統(tǒng)中的重金屬鉻污染是目前國際性的難題和研究熱點。

1 鉻的環(huán)境化學(xué)行為

鉻是一種重要的環(huán)境污染元素，地殼中平均含量為200mg/kg。被鉻污染的土壤主要分布在0～20 cm土層內(nèi)，40 cm以下幾乎不受影響。在土壤中三價鉻是主要形態(tài)，土壤對Cr（Ⅲ）的吸附能力是對Cr（Ⅵ）的31～301倍，土壤膠體對三價鉻有強烈的吸附作用，并隨pH升高而增強，當(dāng)pH值上升到4以上，三價鉻的溶解性降低，在pH值為5.5時，將全部沉淀。水中是六價鉻的主要存在形式，進入土壤后的Cr（Ⅵ）在有機質(zhì)等還原物質(zhì)作用下很容易被氧化成Cr（Ⅲ），并且這種還原作用隨pH值的升高而降低。

2 土壤鉻污染的危害

2.1 對人體的影響

三價鉻是人體必需的微量元素之一，人體缺少鉻元素時，容易使人體糖代謝紊亂，導(dǎo)致糖耐量異常。六價鉻的毒性約為三價鉻的100倍以上，六價鉻通過食物等途徑在人體內(nèi)大量蓄積，對人體造成傷害，六價鉻是主要的致害因素，并具有致癌作用。

2.2 對植物的影響

大量的試驗研究表明，微量元素鉻是植物所必需的，植物缺少鉻就會影響作物的正常發(fā)育，但是植物體內(nèi)累積過量又會引起毒害作用，而直接或間接地給人類健康帶來危害［1］。研究表明，高濃度鉻對植物產(chǎn)生脅迫造成傷害，破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能，從而破壞正常的生理活動。隨著濃度增大，脅迫時間延長，尤其是鉻與核酸、蛋白質(zhì)和酶等大分子相結(jié)合，甚至能取代蛋白質(zhì)和酶的特定功能元素［2］。如降低蒸騰速率，抑制根系的活性，阻礙植物對水分及礦質(zhì)元素的吸收和運輸，使植物葉片脫落、根部生長受阻直至死亡。

3 土壤鉻污染研究現(xiàn)狀

當(dāng)前我國區(qū)域農(nóng)業(yè)環(huán)境惡化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。全國遭受不同程度污染的耕地面積已達到2 000萬km2，約占耕地面積的1/5。我國每年因重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)超過1 000萬t，被重金屬污染的糧食多達1 200萬t，合計經(jīng)濟損失至少200億元。據(jù)統(tǒng)計，我國鉻產(chǎn)量超過30萬t/a，鉻渣排放量約60萬t/a，全國堆存的鉻渣約548萬t/a。大量鉻渣未經(jīng)防護導(dǎo)致鉻渣粉塵隨風(fēng)擴散至附近土壤經(jīng)雨水沖刷進入河流造成土壤及水體的嚴(yán)重污染，同時許多企業(yè)的含鉻廢水未經(jīng)處理隨意排放，有的甚至被混入城市垃圾和一般廢物中而得不到有效的控制。

4 鉻污染土壤修復(fù)技術(shù)

目前，污染土壤修復(fù)技術(shù)有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)和植物修復(fù)等。重金屬污染土壤的修復(fù)原則是應(yīng)用各種修復(fù)技術(shù)，去除土壤中的過量重金屬，或者降低重金屬在土壤中的生物活性，減輕對生物的毒害作用。與物理和化學(xué)修復(fù)原理相比，植物修復(fù)在土壤污染治理中的潛力無限，其優(yōu)勢主要有成本低、美化景觀、經(jīng)濟盈利、應(yīng)用面積大和不造成二次污染等。本文重點介紹目前研究的熱點——植物修復(fù)技術(shù)。

4.1 植物修復(fù)的概念和類型

自從l983年美國科學(xué)家Chaney等［3］首次提出運用植物去除土壤重金屬污染物的設(shè)想以來，人們逐漸將低含量重金屬污染治理的研究重點轉(zhuǎn)向了植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)對重金屬污染的治理主要是利用超積累植物。其優(yōu)點在于修復(fù)過程中不破壞土壤結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)。植物修復(fù)重金屬污染土壤主要從以下四方面展開：植物提取修復(fù)、植物揮發(fā)修復(fù)、植物穩(wěn)定修復(fù)和植物根際過濾修復(fù)技術(shù)。狹義的植物修復(fù)技術(shù)特指植物提取修復(fù)，其中植物提取指利用某些具有高富集重金屬能力的植物吸收、轉(zhuǎn)運土壤中的重金屬元素并將其存儲于植株地上部分，通過收獲整個植株達到減少土壤重金屬的目的，收獲后的植株再進行異地處理和利用。植物提取是目前研究較多的最能徹底、最有發(fā)展?jié)摿Φ慕鉀Q重金屬污染的技術(shù)，實驗室、中試及野外工程試驗均已開展。

4.2 修復(fù)物種的評判標(biāo)準(zhǔn)

能否作為重金屬污染土壤的修復(fù)物種，主要看2個評判標(biāo)準(zhǔn)：重金屬在植物體內(nèi)的富集量以及植物的生物量。既要考慮植物本身的生長特性如生物量、生長率等，更重要的是植物對重金屬的吸收、積累和轉(zhuǎn)移能力。作為重金屬污染的修復(fù)物種應(yīng)具備下條件：①即使在土壤重金屬污染物濃度較低時也能有較高的重金屬富集量；②能在體內(nèi)大量蓄積重金屬，其地上部積累的重金屬含量能達到普通植物的100倍以上；③能同時修復(fù)幾種重金屬污染；④植株生長速度快，生物量大；⑤具有抗蟲、抗害能力。

5 植物修復(fù)土壤鉻污染的研究進展

目前植物提取修復(fù)研究的時間不長，基礎(chǔ)研究還相當(dāng)薄弱，已發(fā)現(xiàn)的鉻超積累植物較少。國外發(fā)現(xiàn)了2種鉻超積累植物，即生長于津巴布韋的Sutera fodina Wild和Dicoma niccolifera［4］。在國內(nèi)，張學(xué)洪等［5］在野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)了鉻的超積累植物李氏禾，葉片內(nèi)平均鉻含量最高達到1 786.9 mg/kg。陳志明等［6］研究表明，小蓬草表現(xiàn)出較高的鉻富集能力，蟋蟀草和地黃對鉻有較強的從根部向地上部遷移的能力。鄭施雯等［7］在調(diào)查時發(fā)現(xiàn)狗牙根、灰綠藜、牛筋草、蔊菜和反枝莧可作為鉻污染土壤生態(tài)修復(fù)的先鋒植物。

6 結(jié)語

土壤重金屬污染的治理是一個長期、持續(xù)、艱巨的過程，以植物修復(fù)技術(shù)來控制治理土壤的重金屬污染成為比較理想的方式，目前國家也在加快土壤環(huán)境保護法的起草工作進程，可見國家對土壤修復(fù)的重視程度。今后的植物修復(fù)技術(shù)的主要研究方向應(yīng)為：廣泛進行超積累植物種質(zhì)的篩選與鑒別；進行修復(fù)植物根際微生物群落的生態(tài)學(xué)和生理學(xué)研究；研究修復(fù)機理、改良誘導(dǎo)使其具有更高富集能力；進一步開展與微生物的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)；建立完善超積累植物的修復(fù)流程及相關(guān)設(shè)備裝備等，完善相關(guān)配套技術(shù)以利于提高修復(fù)效率；加強基因方面的研究，以利于超積累植物的性能改進；加大植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用程度和范圍，最大限度地修復(fù)污染土壤。

［1］巢麗儀，秦華明，陳結(jié)清，等.重金屬鉻脅迫對玉米幼苗生長的影響［J］.種子，2008（3）：29-30.

［2］周啟星，宋玉芳.污染土壤修復(fù)原理與方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［3］Chaney RL，Minnie M，Li YM，et al.Phytoremediation of soil metals［J］.Current Opinion in Biotechnology，1997（8）：279-284.

［4］紀(jì)柱.鉻污染土壤的修復(fù)［J］.無機鹽工業(yè)，2008（2）：47-50.

［5］張學(xué)洪，羅亞平，黃海濤，等.一種新發(fā)現(xiàn)的濕生鉻超積累植物——李氏禾（Leersia hexandra Swartz）［J］.生態(tài)學(xué)報，2006（3）：950-953.

［6］陳志明，王玉軍，于淼，等.某電鍍廠附近土壤鉻污染及植物富集特征研究［J］.農(nóng)學(xué)通報，2010（3）：289-292.

［7］鄭施雯，魏遠，顧紅波，等.鉻污染地區(qū)植物重金屬含量特征與耐性植物篩選研究［J］.林業(yè)科學(xué)研究，2011（2）：205-211.

Review on Remediation Technologies on Chromium Contaminated Soil

Zheng ShiwenQiu JixiaZheng ChongZhan GuoerBao YousiZhang WenjuanLiu WeiHe Wenyan
（Zhejiang Renxin Central Academy of Sciences Co.,Ltd.，Ningbo Zhejiang 315012）

This paper reviewed the environmental chemical behavior of chromium,the pollution and remediation technology of chromium pollution in soil,mainly introduced the phytoremediation technology and its research progress, and put forward the research emphases and directions in the future.

soil；chromium pollution；hyperaccumulator；remediation

X53

A

1003-5168（2017）05-0157-02

2017-04-03

鄭施雯（1985-），女，碩士，工程師，研究方向：生態(tài)規(guī)劃及環(huán)境影響評價。

詹果兒（1982-），女，碩士，工程師，研究方向：環(huán)境影響評價、清潔生產(chǎn)審核和良好湖泊生態(tài)環(huán)境保護。