土壤重金屬污染修復(fù)方法研究

張 倩

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寶雞分公司，陜西 西安 710075）

土壤是生態(tài)系統(tǒng)的基本要素之一，是人類以及一切生命賴以生存的根基。隨著改革開放以來中國工業(yè)化步伐和城市發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，每年有大量的污染物排放到環(huán)境中，并對土壤造成了嚴(yán)重的污染。當(dāng)前，土壤污染已經(jīng)受到全世界各國政府的高度關(guān)注，土壤防治理念從“先污染后治理”向“誰污染誰治理”的觀念轉(zhuǎn)變，土壤污染防治取得了一定的成效。雖然全世界范圍內(nèi)都采取了有力措施來治理土壤污染，但是土壤污染的問題仍然沒有得到有效根治，對當(dāng)前自然環(huán)境以及動植物和人類的健康都存在潛在的影響。其中，重金屬污染是土壤污染比較常見且影響較大的一類，重金屬在土壤中長期累積，將改變農(nóng)用地土壤的功能，并嚴(yán)重影響農(nóng)作物的質(zhì)量，最終通過食物鏈影響人類的身體健康。我國是一個以農(nóng)業(yè)發(fā)展為基礎(chǔ)的人口大國，且尚處于發(fā)展階段，為了保證我國農(nóng)畜產(chǎn)品和國民的健康安全，進(jìn)行土壤重金屬污染防治已經(jīng)是刻不容緩的熱點(diǎn)研究內(nèi)容。

1 重金屬污染物來源及現(xiàn)狀

重金屬一般是指比重≥5.0 g/cm3的金屬，包括Ni、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Al、Hg等，隨著人類經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類活動對土壤的影響越來越大，工業(yè)排放、汽車尾氣排放以及一些農(nóng)業(yè)施肥等活動，都會影響土壤中重金屬含量[1]。比如，趙彥鋒等[2]對無錫等城市土壤重金屬的主要來源進(jìn)行了分析，通過主成分分析法分析后的結(jié)果表明，無錫市的工業(yè)活動控制著土壤重金屬含量變異。Sun等[3]的研究表明，交通和工業(yè)是典型區(qū)域土壤重金屬污染的主要來源。楊忠平等[4]研究發(fā)現(xiàn)，汽車尾氣、輪胎摩擦、汽油燃燒會分別增加Pb、Zn、Cu等重金屬。Modaihsh等[5]研究了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的常見化肥的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)不同種肥料重金屬濃度不同，某種磷肥中Cd含量達(dá)到32.3 mg/kg。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中會通過農(nóng)藥化肥使用、秸稈焚燒等產(chǎn)生一定量的Cd、Hg、As等重金屬。土壤重金屬元素會被農(nóng)作物和植被吸收，人類作為食物鏈的最終一端，也不可避免地會將這些重金屬吸收進(jìn)體內(nèi)，從而危及身體的健康[6]。

2014年，國務(wù)院發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，我國土壤污染率達(dá)到了16.1%，而其中有大約20%的土壤被重金屬污染，農(nóng)業(yè)用地已經(jīng)成為土壤污染的重災(zāi)區(qū)，整體來說，重金屬污染的情況在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)比經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)要更為嚴(yán)重，尤其是長江三角洲、珠江三角洲和東北老工業(yè)區(qū)等地區(qū)。自2010年起，我國年均重金屬污染物排放量已超過900 t，由此而產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失已遠(yuǎn)超200億元[7]。對土壤重金屬污染的有效修復(fù)和治理，已經(jīng)成為一個亟待解決的社會重大問題，土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的研究也迫在眉睫。

2 重金屬污染危害

土壤中重金屬濃度超過一定的比例，就會對土壤微生物、植物、農(nóng)作物，以及動物和人類產(chǎn)生不利影響[8]。洪晨等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)土壤中Cu污染對氨氧化微生物的數(shù)量有顯著抑制作用。在郭星亮等[10]的研究中，重金屬污染區(qū)土壤中蛋白酶的活性為非污染區(qū)的19.1%～57.1%。而重金屬污染物會通過影響作物生長過程中的原葉綠素酸酯還原酶活性，引起作物光合作用失常，導(dǎo)致作物生長不健康，甚至死亡。而部分重金屬污染物會通過植物根系吸收作用累積在作物體內(nèi)，會通過人類和動物的直接食用或者食物鏈轉(zhuǎn)移入其體內(nèi)，一定程度上會破壞人體的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)等[11]。不同的金屬元素造成的影響也不盡相同，如體內(nèi)過量的鎘會對腎臟造成較大的傷害[12]。另外，由于重金屬元素本身的特質(zhì)，在自然環(huán)境中很難降解或者分解，對環(huán)境和人類的影響長期存在，當(dāng)重金屬含量積累到一定程度，就會造成不可挽回的后果。因此，針對土壤重金屬污染的修復(fù)研究顯得特別重要以及刻不容緩。

3 土壤重金屬污染修復(fù)方法

3.1 物理修復(fù)法

物理修復(fù)法是目前采用比較多的重金屬污染修復(fù)方法。其中，客土回填是指利用外源未被污染的土源對土壤耕作層進(jìn)行覆蓋，通過將重金屬濃度較高的表層土壤移除或者覆蓋，從而稀釋土壤中的重金屬濃度[13]。很多學(xué)者的研究表明，客土法有很直觀、顯著的修復(fù)效果。侯李云[14]通過對不同覆土厚度對重金屬污染物含量變化的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)覆土厚度在15 cm時As含量降低效率最為顯著。李榮華等[15]通過客土回填方式，研究了其修復(fù)效果。結(jié)果表明，客土回填覆蓋可有效降低土壤中Cd、Pb、Cu、As的含量，但該方法工程量較大，成本較高，不適合土源較稀缺或土源運(yùn)距較遠(yuǎn)的地區(qū)。土壤翻耕是通過機(jī)械或人工的手段對受重金屬污染的土壤進(jìn)行攪拌混合，稀釋重金屬含量，進(jìn)而降低土壤中有毒害物質(zhì)引發(fā)的危害[16]。王科等[17]通過對土壤進(jìn)行深翻，并使用有機(jī)肥料，發(fā)現(xiàn)可將土壤中Cd含量降低54.5%。土壤翻耕方法效率較高，且可提升土壤孔隙度，能顯著促進(jìn)土壤蓄水保肥能力，但如果翻耕深度過深，并不能減少土壤中的重金屬含量，反而讓土壤中的重金屬向土壤下層擴(kuò)散。

3.2 化學(xué)修復(fù)法

化學(xué)修復(fù)主要通過土壤淋洗的方式來進(jìn)行修復(fù)，土壤淋洗是指利用液體或其他流體來淋洗污染土壤而去除污染物的技術(shù)。李尤等[18]研究了鼠李糖脂對土壤重金屬污染物的淋洗效果，研究表明，淋洗效果較好，淋洗劑中Zn含量達(dá)到397 mg/kg，Cd含量達(dá)到30 mg/kg，As含量達(dá)到21 mg/kg。目前，不少學(xué)者也發(fā)現(xiàn)復(fù)合淋洗劑比單一淋洗劑擁有更好的效果。陳尋峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，用NaOH和EDTA（乙二胺四乙酸）復(fù)合可顯著降低As含量。芮大虎等[20]使用乙二胺四乙酸二鈉進(jìn)行土壤Cd、Pb污染修復(fù)研究，結(jié)果表明，經(jīng)修復(fù)后，土壤中Cd、Pb質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別較淋洗前降低了41.46%和32.32%，且試劑用量也遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法。魯文超等[21]綜述了納米材料對土壤重金屬污染的修復(fù)進(jìn)展，并展望了未來一段時間內(nèi)納米材料的應(yīng)用前景和改進(jìn)思路。

3.3 生物修復(fù)法

生物修復(fù)主要包含動物修復(fù)和植物修復(fù)方法，通過生物的生理活動和代謝機(jī)能，對土壤中重金屬物質(zhì)進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化和固定，在提高和改善土壤理化性質(zhì)的同時，修復(fù)受重金屬污染的土壤。但由于各類生物對重金屬污染的吸附、轉(zhuǎn)化能力有限，大多數(shù)只能對其中一種重金屬污染物進(jìn)行吸收，且轉(zhuǎn)化時間較長。而一旦土壤中重金屬污染物濃度過高，也會對生物的生存產(chǎn)生危害，不利于土壤生物多樣性。植物修復(fù)優(yōu)點(diǎn)明顯，技術(shù)簡單，成本低廉，同時對環(huán)境不會造成較大影響。但是修復(fù)過程耗時長，無法在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)修復(fù)效果。而進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)后的植物體內(nèi)含有大量有毒有害物質(zhì)，如何進(jìn)一步對其進(jìn)行優(yōu)化處理，目前尚未有很好的辦法，各項(xiàng)研究內(nèi)容還不完善，對于重金屬再次進(jìn)入環(huán)境也無法控制。李鴻博等[22]在前人研究基礎(chǔ)上，總結(jié)了生物炭對土壤重金屬污染的固定作用，重點(diǎn)對生物炭的施加方式、用量以及田間管理對重金屬污染修復(fù)的影響進(jìn)行了分析，并提出未來在土壤監(jiān)測方面需要進(jìn)一步研究。