有機改良劑修復重金屬污染土壤研究的自然辯證法評述

淡俊豪+齊紹武+朱益+靳輝勇+梁仲哲+和七紅

摘 要：有機改良劑在修復重金屬污染土壤中擔任著不可或缺的角色。本研究論述了氨基多羧基酸、有機酸、有機質(zhì)、生物乳化劑這4種改良劑的研究現(xiàn)狀與應用，運用自然辯證法的理論并結合改良劑的實際應用過程進行了評述，以期為研發(fā)出對土壤修復效果好、對環(huán)境破壞小、經(jīng)濟效益高的有機改良劑提供理論參考。

關鍵詞：有機改良劑；重金屬污染；土壤；自然辯證法

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.04.007

Review on Organic Agents in Remediation of Heavy Metals-Contaminated Soil from Scope of Natural Dialectics

DAN Junhao1， QI Shaowu1.2， ZHU Yi1， JIN Huiyong1， LIANG Zhongzhe1， HE Qihong1

（1.College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha， Hunan 410128， China；2.Hunan Hybrid Rice Research Center，Changsha， Hunan 410128， China）

Abstract： Organic agents played an important role in the remediation of heavy metals-contaminated soil. The article introduced the research progress of four organic agents， they are inopolycarboxylic acid， organic acid， humic acid， biosurfactants. The practice of applying agents was combined with the theory of natural dialectics to review the progrss. It will provide reference for creating the organic agents with good effect of soil remediation， environment friendly and high economic benefits.

Key words： organic agents； heavy metals-contaminated； soil； natural dialectics

隨著工商業(yè)的發(fā)展，人口的增加，由人類活動導致的生態(tài)環(huán)境惡化問題愈加嚴重，其中，土壤重金屬污染問題尤為突出。土壤重金屬污染是指由于人類活動使土壤中重金屬含量明顯高于其自然狀態(tài)的含量，并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象[1]。重金屬在土壤中以不同的化學形態(tài)存在，能在土壤中積累、遷移，并富集在作物上，直接或間接地影響了人類健康。由此可見，土壤重金屬污染已成為亟待解決的主要問題。

目前，對重金屬污染土壤的修復技術主要有物理修復技術、化學修復技術、生物修復技術以及組合修復技術，其中有機質(zhì)改良法是重金屬土壤修復的最佳方向之一[2]。有機改良劑的作用機制有吸附、沉淀、吸附、離子交換、表面絡合、表面沉淀、腐殖酸具備的絡合能力和膠體特性[3]。有機改良劑施用方便，成本低廉，對土壤改良有較大的促進作用，筆者就有機改良劑修復重金屬污染土壤與自然辯證法結合做簡要綜述。

1 有機改良劑的種類與應用

1.1 有機改良劑種類

有機改良劑主要分為氨基多羧基酸（APCAs）、有機酸、有機質(zhì)、生物乳化劑等[4]。氨基多羧基酸主要有EDTA、HEDTA、DTPA、EGTA、NTA、EDDHA、EDDS等。APCAs修復重金屬污染土壤主要是通過沉淀或吸附土壤重金屬離子，解吸重金屬離子以增加土壤溶液離子濃度來實現(xiàn)的，另外在電動修復中也用作洗脫劑。有機酸包括檸檬酸、草酸、酒石酸、蘋果酸等，有機酸能降低土壤對重金屬離子的吸附量，并可以降低重金屬離子對土壤微生物和作物的毒性。有機質(zhì)含有多種有機官能團（—COOH、—OH、—C=O、—NH2等），能與重金屬絡合，形成穩(wěn)定的金屬有機絡合物，使土壤中重金屬的水溶態(tài)和交換態(tài)減少，從而降低重金屬的可利用性和作物的吸收[5]。生物乳化劑是一類由生物產(chǎn)生的具有表面活性的化合物，其毒性小，可降解，并能吸附和固定土壤污染物，能減少土壤中重金屬的活動性。

1.2 有機改良劑的應用

氨基多羧基酸能與金屬離子形成配合物的分子結構和晶體結構，從而固定土壤中重金屬[6]。Matange[7]的研究結果表明，對鎘污染土壤進行淋洗修復，加入EDTA做洗脫劑可去除90%鎘。研究表明[8-9]：EDTA對土壤微生物的影響較小，對Cu、Zn的活化效果較好，降解速率較快，螯合效果較好；在電動修復中添加EDTA可增加Cu在土壤溶液中的濃度，去除大量的Cu。ASDA與EDTA的化學結構類似，能提高土壤水溶液中Pb的濃度，但其用量較多，不夠經(jīng)濟。EDDS能有效活化Cd、Pb，能較好地螯合重金屬。

有機酸能與金屬離子形成可溶性絡合物，從而增加金屬離子的活性和移動性。林琦等[10]發(fā)現(xiàn)：檸檬酸與草酸對Pb、Cu的絡合作用影響了土壤對其的吸附量，檸檬酸降低土壤對Pb、Cu的吸附，而草酸則增加土壤對Pb、Cu的吸附；檸檬酸可降低Pb對作物的毒害。陳英旭[11]研究有機酸對鉛、鎘的毒害作用的結果表明，有機酸不會影響不同化學形態(tài)鉛的優(yōu)勢順序，檸檬酸和酒石酸分別對鉛、鎘有較好的解毒效果。錢暑強等[12]發(fā)現(xiàn)，在電位修復Cu污染土壤時，用檸檬酸做清洗液，可去除土壤中89.9%的Cu2+，檸檬酸在電位修復過程中對pH值影響較小，能有效地避免目標組分發(fā)生沉淀。

有機質(zhì)的主要作用有吸附和固定土壤中重金屬離子，能降低土壤中重金屬的有效性。陳同斌等[13]發(fā)現(xiàn)，水溶性有機質(zhì)（DOM）能抑制土壤對鎘的吸附，且土壤肥鎘的最大吸附容量主要受液相中DOM的影響。腐殖酸是用于治理重金屬污染土壤的主要有機質(zhì)之一，它能與土壤重金屬離子螯合。王晶等[14]在研究腐殖酸對土壤重金屬形態(tài)影響中發(fā)現(xiàn)，腐殖酸在棕壤土上能使可溶態(tài)鎘和鐵鋁（錳）氧化態(tài)鎘含量下降，說明腐殖酸可明顯降低鎘在土壤中的活性，這主要取決于腐殖酸的螯合能力與膠體特性。李光林等[15]在研究鎘在胡敏酸上的吸附動力學和熱力學時發(fā)現(xiàn)，胡敏酸對鎘的吸附能力與介質(zhì)pH值有關，當pH=6.5時，胡敏酸對鎘的吸附主要為配基交換作用。有機肥作為重要的有機質(zhì)，可調(diào)節(jié)土壤pH值，減少土壤酸性，有利于作物的生長發(fā)育。華珞等[16]的研究結果表明，在重金屬污染土壤中施入有機肥能明顯降低有效態(tài)Cd和有效態(tài)Zn的含量，并減輕Cd2+與Zn2+對作物的毒害。陳建斌發(fā)現(xiàn)，在潮土中添加稻草和紫云英能降低土壤外源Cu的生物有效性，且減少交換態(tài)Cd和氧化錳態(tài)Cd，從而降低了作物對重金屬的吸收。

生物乳化劑按分子量的大小可分為：低分子量生物乳化劑即生物表面活性劑；高分子量生物乳化劑即生物聚合物。生物表面活性劑可生物降解，對生態(tài)環(huán)境的毒性較低。時進鋼等[17]發(fā)現(xiàn)，銅綠假單胞菌產(chǎn)生的鼠李糖脂對重金屬的去除效率較大，當鼠李糖脂溶液pH=10.0時去除效率最大，最終能去除80.1%的鎘與36.5%的鉛。朱清清等[18]的研究表明，生物表面活性劑皂角苷濃度為50 g·L-1，pH值為5.2時，土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的去除效率分別可達 45.6%，24.4%，19.0%和 17.6%，說明皂角苷濃度的增加和皂角苷淋洗液pH值的降低都能提高重金屬的去除效率。生物聚合物中的有效成分相互作用產(chǎn)生聚合陰離子，具有較強的生物吸附能力，田建民[19]在研究用微生物外紅硫螺菌屬形成的生物聚合物去除廢水中的重金屬的結果表明，當液體pH=6～7時，胞外生物聚合物對Cu2+、Zn2+的去除效率均達到99.7%。

2 有機改良劑修復土壤研究的自然辯證法分析

2.1 自然辯證法與自然科學

自然辯證法界通常將恩格斯辯證唯物主義自然觀概括為對于自然界不同層次物質(zhì)運動的整體聯(lián)系、演變、轉(zhuǎn)化和發(fā)展圖景[20]。恩格斯在《自然辯證法》一書中根據(jù)自然科學的歷史發(fā)展規(guī)律，找到了自然科學發(fā)展的方向，闡明了自然科學的發(fā)展和社會生產(chǎn)發(fā)展的關系、自然科學的發(fā)展和思維方式的轉(zhuǎn)變之間的關系，并著重指出辯證的思維方式對自然科學發(fā)展的重要性。如今人類從事科學活動的目的是認識自然，科學的歷史是人類對自然界逐漸認識并不斷深化的歷史，同時也是人類的自然觀不斷改變和豐富的歷史。恩格斯強調(diào)了自然科學家學習辯證思維方式的重要性，并指出自然科學家一旦忽視辯證法而走入歧途，便會從經(jīng)驗主義滑向唯靈論。

在從事科學研究時運用辯證的思維方法，能在很多方面預測科學發(fā)展的主要方向。恩格斯認為物體是相互聯(lián)系的、相互作用著的，正是這種相互作用構成了運動。在因果關系的論述中，恩格斯認為相互作用是事物的真正的終極原因，我們不能追溯到比對這個相互作用的認識更遠的地方，因為在它背后沒有什么要認識的了[21]。現(xiàn)代物理學正是從運動和相互作用在物理認識史中的相互關系出發(fā)，才注意研究物理運動的四種相互作用，即除了萬有引力作用以外，還存在著電磁作用、高能物理學中粒子運動的強相互作用和弱相互作用。由此可見，自然辯證法對現(xiàn)代科學發(fā)展有巨大的影響，它不僅給自然科學家提出了正確理論思維的辯證方法，也為解決當代自然科學基本問題，為研究自然科學中的哲學問題開辟了道路。所以，在從事科學研究時要以自然辯證法做思維導向，保持科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

2.2 辯證法思想在有機改良劑修復污染土壤中的應用

2.2.1 整體與部分的辯證關系 唯物辯證法認為，所有事物都是由各個部分構成的有機整體，整體與部分兩者不能單獨存在，兩者既相互區(qū)別，又相互聯(lián)系，是對立統(tǒng)一的關系[22]。因此，在治理重金屬污染土壤時要處理好整體與部分的關系，從整體著眼，并搞好部分，使整體功能得到最大地發(fā)揮。在用有機改良劑修復重金屬污染土壤時，應牢牢把握這個思想，在治理好土壤重金屬污染的整體前提下，也要考慮在土壤中施用的有機改良劑對土壤基本理化性質(zhì)的改變、對土壤微生物活性的影響、在土壤中是否能生物降解等部分問題。

2.2.2 矛盾的普遍性與特殊性的辯證關系 一切事物的發(fā)展都存在矛盾，且矛盾運動自始至終存在于每一事物。矛盾的普遍性是指它在它的規(guī)定性里和它自身有自由的等同性，即事物的共性；矛盾的特殊性是指不同事物都有其各自的特點，即事物的個性[23]。矛盾的普遍性與特殊性相互依存，共性寓于個性之中，并通過個性表現(xiàn)出來；個性在共性中得以體現(xiàn)，所有事物與其同類事物中的其他事物有共同之處，同時也服從于這類事件的一般規(guī)律。對于不同有機改良劑的指標，如實用性、時效性、安全性、經(jīng)濟性等，不可能要求某一有機改良劑的所有指標都處于最佳，而只是一種整體上的效果最佳，這可以看作是矛盾的共性。同一種有機改良劑在修復重金屬污染土壤時以上指標能達到一種總體上的平衡，這可以看作是矛盾的特殊性。目前改良劑的修復效果主要受重金屬離子種類、作物、土壤類型等條件的制約，能同時達到高穩(wěn)定性、高結合性、環(huán)境友好性、高可操作性的改良劑較少，目前科研人員也在盡力將矛盾的思想貫徹在改良劑研發(fā)中，為修復重金屬污染土壤研發(fā)更多的新型的土壤改良劑。

2.2.3 主要矛盾和次要矛盾的辨證關系 辯證唯物主義認為，矛盾有主要矛盾與次要矛盾，在事物發(fā)展過程中屬支配地位并起決定性作用的矛盾是主要矛盾；在矛盾體系中屬從屬地位，不起決定性作用的矛盾為次要矛盾[24]。在科學研究和日常生活中，要善于抓住和集中力量解決主要矛盾，也就是改良劑對土壤的作用機制，解決了主要矛盾，重金屬污染土壤的治理問題也就得到了解決。將有機改良劑施入重金屬污染土壤中，改良劑會解吸、固定、沉淀重金屬，如果改良劑降解能力弱、不夠經(jīng)濟低廉，那么解決這一矛盾時，改良劑的修復效果很可能不是最好?？蒲腥藛T只有處理好改良劑的主要矛盾和次要矛盾間的辯證關系，才能研發(fā)出修復效果好、可操作性強、經(jīng)濟實惠的有機改良劑。

2.2.4 內(nèi)因和外因的辯證關系 辯證唯物主義認為，事物的內(nèi)因和外因同時存在，外因是事物發(fā)展的條件，是事物發(fā)展中不可缺少的條件，能促進或阻礙事物的發(fā)展；內(nèi)因是事物發(fā)展的根據(jù)與基礎，事物發(fā)展的根本原因是事物的內(nèi)因，外因由內(nèi)因引起[25]。改良劑施入土壤中，它能改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，降低其生物有效性。對重金屬進行吸附、與金屬離子形成具有一定穩(wěn)定程度的絡合物等是內(nèi)因，它的可操作性、對環(huán)境安全性等是外因。改良劑的開發(fā)，必須將內(nèi)因和外因的辯證觀點相結合。

2.2.5 量變和質(zhì)變的辨證關系 物質(zhì)的世界是按照其本身固有的規(guī)律運動、變化和發(fā)展的，且它的本身規(guī)律就是由量變到質(zhì)變的過程。一切事物的聯(lián)系和發(fā)展都是量變和質(zhì)變的形式和狀態(tài)，是兩者的統(tǒng)一。量變是質(zhì)變的必要準備，質(zhì)變是量變的必然結果，兩者相互滲透。在研發(fā)改良劑的過程中，是先達到將土壤中重金屬去除的目的，再逐步結合不同改良劑的優(yōu)缺點。在多種改良劑配施入土壤時，改良劑的種類要把握適度，也要注意量的積累。

3 結 論

自然辯證法是辯證唯物主義自然觀，是馬克思主義哲學理論體系的重要組成部分，它由研究自然界和自然科學中的辯證法問題的論文、札記和片段組成，是關于自然界和科學技術發(fā)展的一般規(guī)律以及人類認識自然和改造自然的方法和理論[26]。在利用有機改良劑修復重金屬土壤的科研活動中，應充分認識到自然辯證法的指導作用，把握好不同改良劑的發(fā)展前景，才能快速有效地進行科學研究。

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