土壤重金屬污染修復及效果評價研究進展

康春景，魏長雨，高 軒，何旭麒

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450001）

土壤是人類賴以生存的自然資源，對人類生存發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。但是，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，化肥、農(nóng)藥、除草劑的大量使用以及工業(yè)垃圾的傾倒、廢水的無序排放導致我國土壤污染嚴重。由于土壤中的重金屬具有明顯的隱蔽性、不可逆性、表聚性以及長期性等顯著特點，使得土壤污染中的重金屬污染問題更加突出。當土壤中的重金屬含量過高并超出其所擁有的自凈能力時，不僅會毒害土壤中的微生物以及地表植物，導致農(nóng)作物質(zhì)量與產(chǎn)量的下滑，還會通過食物鏈影響到農(nóng)副產(chǎn)品的安全，對整個生物鏈造成嚴重的破壞，甚至危及人類健康。

當前，土壤重金屬污染問題受到社會各界的關(guān)注，如何采用科學合理的技術(shù)方法開展污染修復成為當務之急，也是為社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障。因此，開展土壤重金屬污染修復及效果評價研究有著重要的意義。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及危害

1.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

通過對農(nóng)業(yè)部環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，當前我國遭受重金屬污染的耕地面積已經(jīng)超過了10%，每年因此而減產(chǎn)的糧食數(shù)量高達1000萬噸，甚至還有1200萬噸的糧食因重金屬含量超標出現(xiàn)了不能食用的情況，所造成的經(jīng)濟損失高達200億。此外，通過對全國糧調(diào)結(jié)果進行分析得出，有10%的糧食不同程度的存在As、Hg、Cd以及Pb等重金屬超標的情況。在珠三角地區(qū)，因為重金屬污染導致不適合種植的耕地已經(jīng)占到了總面積的22.8%。并且從污染分布情況看，現(xiàn)在我國南方重金屬污染程度比北方更為嚴峻，京津冀、湘贛鄂、珠三角和成都平原等地區(qū)污染相對更為嚴重，主要的重金屬污染物分別為鉛、貢、砷、鎳、鉻等。

由于受到不同污染源的影響，目前我國土壤重金屬污染形勢異常嚴峻，也受到越來越多人的重視，此外近年，土壤重金屬污染覆蓋范圍呈現(xiàn)擴大的趨勢。有專家學者通過調(diào)查研究，明確提出當前我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀更是呈現(xiàn)出了由工業(yè)到農(nóng)業(yè)、由城市到農(nóng)村、從上游到下游、從地表到地下、由水土到食品的轉(zhuǎn)移趨勢，各種土壤污染事故的更是頻發(fā)。

怎樣從源頭入手完成土壤重金屬污染的控制以及修復已經(jīng)成為當前急需解決的關(guān)鍵問題，只有切實做好這項工作才能為社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供更有力的支撐和保障。

1.2 土壤重金屬污染危害

土壤重金屬污染不僅給生態(tài)環(huán)境、人們的身體健康帶來危害，還對社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成非常大的負面影響。

土壤重金屬污染會給生長在上方的農(nóng)作物造成非常大的危害。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，由于受到土壤重金屬污染形勢越演越烈的影響，我國每年的糧食總產(chǎn)量下滑了約1000萬噸。導致這種情況出現(xiàn)的主要原因是土壤中大量的重金屬元素會對植物的細胞膜系統(tǒng)造成嚴重破壞，進而抑制了農(nóng)作物的健康生長，導致產(chǎn)量的下降，最終使農(nóng)戶蒙受慘重的經(jīng)濟損失。

土壤重金屬污染會嚴重破壞周邊生態(tài)環(huán)境。在我國，土壤重金屬污染對生態(tài)環(huán)境所造成的破壞主要來源于人類所從事的工業(yè)生產(chǎn)活動。例如，工業(yè)生產(chǎn)所排放的廢水、廢氣以及廢渣等物質(zhì)都會對其周圍生態(tài)環(huán)境造成極大的損害，導致土壤遭受重金屬污染的同時，還會使周邊地區(qū)生態(tài)遭到破壞，影響人們的日常生產(chǎn)、生活以及身體健康。

土壤重金屬污染還會有極大可能引發(fā)大氣污染和水污染。這主要是由于隨著自然條件的不斷改變，土壤中的重金屬污染物會慢慢對大氣以及水體造成影響，進而造成更為惡劣的污染現(xiàn)象發(fā)生。

除此之外，土壤重金屬污染還會給人們的身體健康造成威脅。

2 土壤重金屬污染修復技術(shù)分析

隨著社會的高速發(fā)展，人們環(huán)境保護意識增強的同時對良好生態(tài)環(huán)境和生存環(huán)境的要求也越來越高，繼而對土壤污染問題的重視程度也越來越高。而在我國，由于粗放經(jīng)濟時期的盲目開發(fā)和過度排放，使得土壤重金屬污染問題嚴峻，并且造成了非常惡劣的影響。十九大以來習近平總書記著重提出“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)環(huán)境保護理念，使得修復和解決環(huán)境污染問題愈發(fā)急迫。

在我國，土壤重金屬污染修復常用的技術(shù)有：物理修復、化學修復、生物修復、農(nóng)業(yè)修復以及復合修復等。

2.1 物理修復技術(shù)分析

物理修復實際上就是通過物理原理以及方法對土壤重金屬污染問題進行修復。常用的修復技術(shù)主要有翻土、換土、土壤淋洗、熱處理以及固化等幾種。其中翻土指的是把已經(jīng)被污染的表土翻轉(zhuǎn)到下層；換土指的是先移除已被污染的土壤，更換沒有被污染的新土；土壤淋洗指的是用淋洗液淋洗已經(jīng)被污染的土壤；熱處理指的是加熱被污染土壤，使其中所存在的揮發(fā)性污染物得到有效揮發(fā)，并對其進行回收以及處理；固化指的則是將被污染土壤和一定量的固化劑充分混合到一起，在經(jīng)過熟化處理以后得到滲透性更差的固體混合物。

物理修復技術(shù)的主要優(yōu)勢是可以徹底清除被污染土壤里面的重金屬，擁有穩(wěn)定并且不受土壤條件限制的特點。然而，這種修復技術(shù)相對來講工程量更大，需要花費昂貴的費用，而且被更換下的土壤也沒有一個好的處理場所。

2.2 化學修復技術(shù)分析

化學修復技術(shù)就是將一定量的吸附劑、抑制劑以及鈍化劑等化學試劑添加到被重金屬所污染的土壤里面，這些化學試劑會和重金屬發(fā)生氧化、還原等化學反應，推動重金屬物質(zhì)的有效降解，降低毒害作用。例如，在應用化學修復技術(shù)的時候，人們完全可以向其中添加EDTA淋洗劑，這個時候被污染土壤里面的重金屬就會因為螯合作用被分離出來，而且這種方式還不會對土壤本身結(jié)構(gòu)造成破壞。另外，還有研究發(fā)現(xiàn)改性以后的油頁巖殘渣也可以有效吸附土壤里面存在的Cd2+、Pb2+等重金屬離子。所以，在日常生活當中，人們完全可以利用被改性以后的油頁巖殘渣改良農(nóng)田土壤，以此來實現(xiàn)“以廢治廢”的目標。

化學修復技術(shù)的主要優(yōu)勢就是其屬于原位修復技術(shù)，其不需要花費太過昂貴的資金既可以完成大面積被污染土地的改良，方法更為簡單便捷，對輕中度重金屬污染土壤的改良效果相對更為優(yōu)秀。但是，其同樣有缺點存在，其不能有效完成土壤里面重金屬的徹底清除，會有極大可能再次出現(xiàn)活化現(xiàn)象。

2.3 生物修復技術(shù)分析

生物修復技術(shù)指的就是通過生物自身所特有的分解能力對其中的有毒有害物質(zhì)進行分解，將土壤里面的污染物清除出去，以此來使污染得到有效恢復。目前常用的生物修復技術(shù)主要有植物修復、動物修復以及微生物修復等三種。其中，植物修復指的是通過自然生長或者人工培育所得植物展開對污染物重金屬的吸收以及轉(zhuǎn)化，以此來有效降低重金屬生物的有效性；動物修復指的則是通過土壤里面所存在的低等動物對其中所包含的重金屬污染物進行吸收；微生物修復指的則是利用土壤里面的相關(guān)微生物吸收、沉淀其中的微生物，完成對土壤的改善。雖然，到現(xiàn)在為止，生物修復技術(shù)還不是非常成熟，然而其卻為土壤修復指出了新的方向。

生物修復技術(shù)的主要優(yōu)勢是不需要花費太多的資金，管理以及操作相對來講都非常便捷，不會導致二次污染的出現(xiàn)。而且利用這一技術(shù)進行土壤重金屬污染修復還可以使土壤里面的有機含量及其肥力都得到有效增強，更加適用于大面積推廣。然而，其同樣有缺點存在，就是沒有辦法完成重污染土壤的有效治理。

2.4 農(nóng)業(yè)修復技術(shù)分析

農(nóng)業(yè)修復技術(shù)實際上指的是根據(jù)實際環(huán)境情況對耕作管理習慣進行優(yōu)化改善，以此來有效完成重金屬毒害作用的環(huán)節(jié)。在應用農(nóng)業(yè)修復技術(shù)展開土壤重金屬污染修復的時候，應該在保證土壤供肥情況不受影響的前提下，選擇可以更好減輕土壤重金屬污染程度的有機肥，并種植一些擁有更強抗污染能力的農(nóng)作物，按照實際情況以及因地制宜的原則對耕種結(jié)構(gòu)和制度進行調(diào)整。

農(nóng)業(yè)修復技術(shù)的主要優(yōu)勢是可以通過農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的有效利用避免土壤肥力受到影響并進一步增強土壤質(zhì)量，成本較低，操作實施也更為方面。然而，這種修復的缺點也比較明顯，需要花費更多的時間，并且需要配合使用化學以及生物修復技術(shù)，更為使用污染程度較輕的土壤。

2.5 復合修復技術(shù)分析

復合修復技術(shù)實際上就是以一種修復技術(shù)為主，輔用其余修復技術(shù)來減輕乃至徹底消除土壤重金屬污染情況。到現(xiàn)在為止常用的復合修復技術(shù)主要有生物復合技術(shù)、物化復合修復技術(shù)以及物理化學——生物修復技術(shù)等幾種。通過這些復合修復技術(shù)的有效利用可以使修復效率得到有效提高，并彌補單一修復技術(shù)的缺陷，進步降低土壤修復需要花費的資金。但是，其同樣有缺點存在，目前這種技術(shù)還不是非常成熟，應用范圍也還相對較小，并且多項技術(shù)復合使用以后的相互作用還需要展開更為深入的探究，不然很有可能會造成惡劣影響的出現(xiàn)。

3 土壤重金屬污染修復效果評價方法探究

當前，各種污染修復技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應用到了土壤重金屬污染修復當中，但是如何確認修復效果以及其適應性并在區(qū)域推廣，卻成為專家和學者需要解決的關(guān)鍵問題。我國常用的土壤重金屬污染修復效果評價方法主要有形態(tài)分析評價、植物毒性評價、陸生無脊椎動物評價以及土壤微生物評價等幾種。

3.1 形態(tài)分析評價

形態(tài)分析評價法是利用連續(xù)提取的方式對土壤里面重金屬形態(tài)的分布情況進行描述。而進行連續(xù)提取的時候所采用的方法主要有BCR和分步提取法兩種。而通過對不同修復案例進行分析可以發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬形態(tài)主要分為殘渣態(tài)、可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)以及有機結(jié)合態(tài)等幾種。像是通過BCR提取法的有效利用可以在土壤修復過程中進行連續(xù)提取，并觀察修復以后的土壤，利用更為科學合理的方式展開對土壤的評價以及針對。

通過這種方式可以幫助我們明確完成土壤修復效果的判斷，分析修復效果是否滿足預期目標。而連續(xù)提取法則主要把土壤里面的重金屬形態(tài)分成了氧化還原態(tài)、殘渣態(tài)以及酸溶態(tài)等幾種，這里面氧化還原態(tài)以及酸溶態(tài)的重金屬更加容易被植物吸收利用，而殘渣態(tài)以及可氧化態(tài)相對來講則更為穩(wěn)定，植物很難完成對它們的吸收利用。在應用這種方法展開形態(tài)分析評價的時候，可以使用ICP——MS完成修復前后土壤當中重金屬形態(tài)含量的準確界定，這樣可以更好的完成污染修復效果判斷。

3.2 植物毒性評價

植物毒性評價法實際上指的就是在完成修復的土壤里面種植植物，然后綜合考慮植物的出苗率、生物量以及生長情況對植物體內(nèi)酶活性的變化情況以及重金屬量富特征進行片段。利用這種方式能夠有效完成得到修復以后土壤里面重金屬毒性變化的表征。

這種修復效果評價方法的主要原理是絕大多數(shù)的重金屬離子在和外源物質(zhì)進行結(jié)合以后，其自身就擁有了在土壤里面遷移能力，并且可以被植物所吸收。同時，植物在土壤里面形態(tài)特征所發(fā)生的變化是可以被肉眼觀察到的，并且人們完全可以通過相關(guān)技術(shù)對植物的細胞以及分子進行分析，完成植物毒性的準確評定，從而有效完成土壤重金屬污染的修復效果判斷。除此之外，這種評價方法還擁有測定周期相對較短以及靈敏度高等優(yōu)勢，屬于現(xiàn)在非常常見的土壤修復效果評價方法。

3.3 陸生無脊椎動物評價

陸生無脊椎動物評價法指的是以不同種類的陸生無脊椎動物或者對土壤情況非常敏感等動物為研究對象，然后把這種動物直接投放在已經(jīng)得到修復的被重金屬污染過的土壤里面，然后根據(jù)這些動物所遭受的危害情況完成對修復效果的準確評價。

3.4 土壤微生物評價

土壤微生物評價法指的是有效利用土壤里面所存在的大量微生物展開修復效果評價工作。這主要是因為這些微生物會直接或者間接的參與到土壤里面所發(fā)生氣體交換以及土壤肥料降解等工作中去。所以，可以有效完成被修復土壤里面和微生物相關(guān)參數(shù)的準確測定，從而幫助人們完成土壤重金屬污染吸附效果的準確判斷。

4 結(jié)束語

總之，隨著時代的快速發(fā)展和社會的不斷進步，土壤污染問題所帶來的環(huán)境影響和社會影響越來越突出，修復污染問題不僅是改善生態(tài)環(huán)境所需更是民眾所迫，土壤重金屬污染修復工作也得到了廣泛的關(guān)注。由于我國在土壤重金屬污染修復工作上起步相對較晚，很多修復技術(shù)仍停留在小規(guī)模的實驗或者模擬階段，沒有被廣泛應用到大規(guī)模的修復當中，還需不斷的摸索和反復論證。為更好的踐行污染修復工作，以習近平總書記提出生態(tài)文明建設理念為指導，仍需對修復技術(shù)展開持續(xù)不斷的優(yōu)化完善，以此來提高修復技術(shù)的有效性、可行性以及適應性，進而為我國的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供更有力的支撐和保障。