耕地土壤重金屬污染與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

何雪蓮 韋超前 來楷迪 段明宇

（貴州省環(huán)境工程評(píng)估中心 貴州貴陽 550003）

引言

土壤是人類進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)和生存發(fā)展的重要自然資源,也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，目前已成為各國(guó)面臨的棘手環(huán)境問題。重金屬為密度大于5g/cm3的45 種元素，如Cd、Zn、Cr，Mn、Pb、Hg 等。土壤重金屬污染是指重金屬含量超過土壤自凈能力而在土壤中大量累積的現(xiàn)象。土壤重金屬污染不僅會(huì)影響土壤環(huán)境物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)化，改變土壤的理化性質(zhì)，威脅生物多樣性，減少糧食產(chǎn)量，還會(huì)造成土壤資源退化與枯竭，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)惡化，同時(shí)重金屬還會(huì)通過食物鏈在人體內(nèi)積累，威脅人體健康。如，Hg 會(huì)引起嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，且Hg 的濃度超過0.01mg/L 還會(huì)引發(fā)人體劇烈反應(yīng)；Pb 暴露會(huì)影響心血管、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟和生育問題，引發(fā)老年癡呆，使嬰兒智力低下，以及腎臟功能退化等；Zn 與人類消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)，Zn 中毒會(huì)產(chǎn)生惡心、腹瀉等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣短、休克等現(xiàn)象；Cd 中毒可導(dǎo)致腎、骨、肺、肝損傷，甚至癌癥等；慢性As 暴露除了損傷皮膚損傷和致皮膚癌外，還會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、心血管和發(fā)育等產(chǎn)生影響。因此，耕地土壤重金屬污染問題備受關(guān)注。

我國(guó)耕地資源短缺，人均耕地面積偏少，耕地土壤質(zhì)量偏低，加上耕地土壤重金屬污染，使得我國(guó)耕地質(zhì)量安全面臨巨大挑戰(zhàn)，因此耕地土壤重金屬污染和治理修復(fù)已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的問題。由于重金屬的不可降解性和污染持久性，導(dǎo)致受重金屬污染的耕地土壤很難自行恢復(fù)，需采取各種化學(xué)、物理、生物以及工程性措施進(jìn)行專門的治理和修復(fù)，這些治理修復(fù)技術(shù)主要通過對(duì)重金屬污染物的遷移擴(kuò)散進(jìn)行抑制，同時(shí)降低重金屬在土壤中的總濃度和生物有效性的方式，達(dá)到對(duì)重金屬污染土壤的質(zhì)量改善[2]。但由于重金屬污染的耕地土壤具有多樣性和復(fù)雜性，且治理修復(fù)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制的目標(biāo)和角度不同，因此不同的修復(fù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在適用范圍、修復(fù)效果及成本差異。本文在分析我國(guó)耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀及來源的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)重金屬污染耕地土壤治理修復(fù)技術(shù)進(jìn)行全面分析和比較，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用前景進(jìn)行分析評(píng)估，以期為相關(guān)研究人員選擇合適的重金屬污染耕地治理修復(fù)技術(shù)提供指導(dǎo)。

1 耕地土壤重金屬來源

土壤中的重金屬來源較廣，主要分為自然源和人為源2 大類[3]，詳見圖1。在自然源中，成土母質(zhì)中重金屬的含量決定了風(fēng)化成土后土壤中重金屬的背景濃度，不同類型母質(zhì)重金屬含量不同。如，喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化形成的土壤重金屬Cd 含量遠(yuǎn)高于基巖，存在次生富集現(xiàn)象。另外，還有一些含煤巖系、含礦巖系以及黑色頁巖分布區(qū)，由于基巖中某些重金屬相對(duì)富集，導(dǎo)致風(fēng)化成土后土壤中重金屬的富集，即所謂地質(zhì)高背景特征。瞿飛等[4]通過研究指出不同母質(zhì)中Cd 含量的不同，且石灰?guī)r＞河流沖積物＞老風(fēng)化殼＞泥巖＞砂頁巖＞頁巖。鄧帥等[5]對(duì)重慶黑色巖系地質(zhì)高背景區(qū)土壤重金屬富集特征的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中存在明顯的土壤Cd、Cr、Cu、Zn 和Se的富集特征。此外，火山噴發(fā)、大風(fēng)揚(yáng)沙、山火等自然現(xiàn)象也會(huì)將重金屬帶入耕地土壤。

圖1 耕地土壤重金屬來源

人為源主要包括4 大類型，即工業(yè)源、生活源、農(nóng)業(yè)源和交通源。工業(yè)源主要包括采礦、冶煉、材料生產(chǎn)等；生活源主要包括生活垃圾、污水排放等；農(nóng)業(yè)源主要包括肥料、農(nóng)藥、污水灌溉等；交通源主要為交通尾氣排放。其中，工業(yè)源是土壤重金屬污染重要的來源。由于礦產(chǎn)資源的開采和冶煉等產(chǎn)生會(huì)大量粉塵、固體廢物、污水等，因此在地表徑流及大氣沉降過程中會(huì)使重金屬向周圍地區(qū)遷移擴(kuò)散，加重礦區(qū)周圍土壤重金屬污染。此外，重金屬在地表農(nóng)業(yè)土壤上的沉積通量與其在大氣中的污染水平密切相關(guān)，因此燃煤煙氣排放、汽車尾氣排放和垃圾焚燒都會(huì)導(dǎo)致土壤中的重金屬污染[6]。同時(shí)，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)藥、肥料等農(nóng)用物資產(chǎn)品的不合理使用會(huì)造成耕地土壤重金屬污染，如磷肥中Hg、Cd、As、Zn 含量較多，長(zhǎng)期使用會(huì)造成重金屬在土壤中累積。另外，磷酸鹽離子會(huì)和重金屬離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物也會(huì)加重耕地土壤重金屬污染。長(zhǎng)期使用含有Cr、Cd、Pb、Hg、Cu、Zn 等重金屬的除草劑、殺蟲劑、殺菌劑會(huì)造成耕地土壤重金屬積聚；用于制作地膜和塑料大棚的熱穩(wěn)定劑也含有重金屬Cd 和Pb，不合理使用也是造成耕地土壤重金屬污染的重要因素。

2 耕地土壤重金屬污染現(xiàn)狀

聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織網(wǎng)2015 年發(fā)布《世界土壤資源狀況》指出全球有約33%耕地土壤處于退化之中。農(nóng)業(yè)、工業(yè)污染加劇，導(dǎo)致耕地土壤重金屬污染在世界范圍內(nèi)日趨嚴(yán)重。日本在20 世紀(jì)70 年代因耕地土壤重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，引發(fā)了一系列環(huán)境問題。英國(guó)工業(yè)初期不合理開采導(dǎo)致的耕地土壤重金屬污染，歷經(jīng)300 年仍未從根本上得到解決。為應(yīng)對(duì)耕地土壤污染，美國(guó)、日本等國(guó)家先后建立相關(guān)保護(hù)部門，并頒發(fā)多條有關(guān)耕地土壤污染的條例。

我國(guó)生態(tài)環(huán)境部門也指出，我國(guó)耕地土壤狀況總體形勢(shì)十分嚴(yán)峻，我國(guó)現(xiàn)有耕地面積約19億hm2，受重金屬污染耕地面積達(dá)2667 萬hm2?！度珖?guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)重金屬耕地土壤污染超標(biāo)率占16.1%，重金屬Cd、Hg、As、Cu、Pb 和Zn 分別超標(biāo)7%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%和0.9%。近期一項(xiàng)對(duì)全國(guó)范圍的土壤重金屬調(diào)查結(jié)果也顯示，我國(guó)土壤重金屬污染關(guān)注最多的是Pb 和Cd，而對(duì)Ni 的關(guān)注相對(duì)較少，其中Pb、Cd、Hg、Cr、As、Ni 和Cu 的平均濃度分別為139.78mg/kg、3.02mg/kg、1.24mg/kg、80.47mg/kg、28.31mg/kg、43.13 mg/kg 和82.67 mg/kg。

我國(guó)重金屬的污染主要集中在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和礦業(yè)地，其中礦區(qū)土壤重金屬的平均濃度高于其他土地利用類型土壤。與《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618-2018）標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，重金屬污染的農(nóng)業(yè)土壤中Pb、Cd、Hg、Cu 的平均濃度分別是農(nóng)業(yè)土壤標(biāo)準(zhǔn)限值的1.04、5.73、2.22、1.14 倍[7]，因此耕地土壤重金屬污染形勢(shì)不容樂觀。

我國(guó)土壤重金屬含量自北向南呈上升趨勢(shì)。其中，南方土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，Cd、Pb、Zn、Cu 嚴(yán)重超標(biāo)；東北地區(qū)土壤重金屬污染較為典型，主要集中在Zn、Cd、As、Cr 超標(biāo)；長(zhǎng)三角周邊多地存在Hg、Zn 超標(biāo)等；西南地區(qū)主要重金屬污染物主要包括Cd、Hg、Pb、As、Sb 等。

我國(guó)土壤重金屬污染的嚴(yán)重程度各省間存在較大差異，其中東北(以遼寧省為代表)和南方(以廣西和云南為代表)土壤重金屬復(fù)合污染嚴(yán)重；華東地區(qū)(以福建、上海為代表)、華中地區(qū)(以河南、湖北和湖南為代表)和華北地區(qū)(以河北、甘肅為代表)土壤中也存在單一或多種重金屬污染[8]。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)相關(guān)部門已聯(lián)合地方部門針對(duì)土壤重金屬污染問題開展綜合治理工作，多個(gè)部門積極配合，農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染整體上取得了不錯(cuò)的治理效果。

3 耕地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

考慮到修復(fù)目標(biāo)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制，針對(duì)重金屬污染耕地土壤可因地制宜選擇修復(fù)方法。耕地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要包括物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)4 種。

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是利用土壤和重金屬物理特性，經(jīng)過物理工程措施、電動(dòng)技術(shù)和電熱技術(shù)一系列物理處理技術(shù)將重金屬元素從土壤中去除。

3.1.1 物理工程措施

物理工程措施主要包括換土、客土、深耕等，其中客土法指在重金屬污染耕地土壤中添加物理性質(zhì)良好、未受污染的土壤；換土法是將被污染的耕地土壤全部或者部分替換；深耕則是通過機(jī)械手段打散土壤以達(dá)到稀釋目的。因此，物理工程措施是一種比較經(jīng)典的修復(fù)技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、修復(fù)徹底等優(yōu)點(diǎn)，但容易導(dǎo)致土壤肥力下降和污染土壤的二次處理問題，僅適用于小面積和污染更嚴(yán)重的土壤的處理，并不是理想的修復(fù)技術(shù)。

3.1.2 電動(dòng)技術(shù)

電動(dòng)技術(shù)是指耕地土壤直接外加直流電場(chǎng)，讓重金屬離子和無機(jī)離子發(fā)生定向移動(dòng)，將搜集到的離子進(jìn)行沉淀、離子交換等處理或者二次利用，達(dá)到凈化耕地土壤的目的。電動(dòng)技術(shù)常與化學(xué)淋洗劑協(xié)同應(yīng)用，是一種原位修復(fù)技術(shù)，不會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)，且在砂性土中具有良好的修復(fù)效果，馬強(qiáng)等[9]發(fā)現(xiàn)淋洗劑KCl 、KNO3聯(lián)合電動(dòng)技術(shù)可以有效去除Cd 和Cu。

3.1.3 電熱技術(shù)

電熱技術(shù)是對(duì)受污染的土壤進(jìn)行加熱，然后利用不同重金屬污染物不同的揮發(fā)溫度所采取的修復(fù)技術(shù)，主要用于修復(fù)Hg、 Se 等熔點(diǎn)低和揮發(fā)性強(qiáng)的重金屬。有研究表明，電熱技術(shù)可以讓壤土、黏土中的Hg 的離子濃度從下降到原來的1‰，針對(duì)砂性土甚至可以下降到0.01‰,其中Hg 的回收率超過99%。因此，電熱技術(shù)雖具有操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但是會(huì)破壞土壤的理化性質(zhì)，收集到的重金屬蒸氣易散逸到大氣中造成二次污染。

3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

與物理修復(fù)技術(shù)相比，化學(xué)修復(fù)技術(shù)因其成效好，長(zhǎng)效性、價(jià)格低廉的特點(diǎn)而被廣泛使用?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)是指向污染土壤中投入化學(xué)藥品，使重金屬發(fā)生吸附、氧化還原、拮抗或沉淀反應(yīng)，達(dá)到降低重金屬生物有效性的目的，主要包括化學(xué)淋洗技術(shù)和化學(xué)固定技術(shù)。

3.2.1 化學(xué)淋洗技術(shù)

化學(xué)淋洗技術(shù)是將淋洗液添加到土壤表面去除重金屬污染物，最后將含有重金屬元素的廢液收集處理，常用的淋洗液有螯合劑、酸、堿、鹽等，需要注意是挑選的最佳淋洗液既要高效提取各種形態(tài)的重金屬，同時(shí)又不能使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，技術(shù)成本低廉，操作人員無需直接接觸污染物，但該技術(shù)僅適用于小范圍的污染土壤修復(fù)，針對(duì)黏性土修復(fù)效果較差，且淋洗劑易發(fā)生滲透造成水體污染。

3.2.2 化學(xué)固定技術(shù)

化學(xué)固定技術(shù)主要通過向受污染的耕地土壤中添加高效的化學(xué)改良劑，讓改良劑與重金屬經(jīng)過一系列的氧化還原、礦質(zhì)化固定、置換等作用，使重金屬形態(tài)發(fā)生改變，減少重金屬的傳播路徑，增加有機(jī)質(zhì)含量、改變電導(dǎo)率、提高土壤的pH 等性質(zhì)，使土壤的理化性質(zhì)得到改善，如常用的改良劑有石灰、碳酸鈣、蒙脫石、硅酸鹽等。目前碳基材料作為一種綠色改良劑，由于其多功能性和優(yōu)異的修復(fù)性能，在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注[10]。趙修顯等[11]將硫脲-羥基磷酸鈣復(fù)配體系作為改良劑, 使Pb、Cd、Hg、Cu、Zn 的固定率分 別 達(dá)99.57%、91.41%、93.01%、93.26%、91.37%。但該技術(shù)也只是一種原位修復(fù)技術(shù)，雖操作簡(jiǎn)單卻并不能將重金屬從污染土壤中去除，只是改變了重金屬的存在形式，存在二次污染的隱患。

3.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物和植物的新陳代謝對(duì)重金屬含量以及毒性進(jìn)行降解，達(dá)到去除重金屬的目的，與物理修復(fù)技術(shù)和化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比較，該項(xiàng)技術(shù)不僅具有對(duì)環(huán)境危害小、成本低廉、效率高、不會(huì)造成二次污染等特點(diǎn)，還可以讓被重金屬污染的生態(tài)環(huán)境得到復(fù)原。生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)[12]。

3.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是利用植物自然生長(zhǎng)過程中對(duì)重金屬元素進(jìn)行的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、根際穩(wěn)定等反應(yīng)，達(dá)到消除重金屬修復(fù)耕地土壤的目的，通常情況下這些具有特殊功能的植物往往對(duì)重金屬元素具備耐受性以及超量累積性。

植物修復(fù)技術(shù)包括植物提取、植物揮發(fā)以及植物固定[13]。植物提取是指植物從耕地土壤中吸收重金屬污染物并在植物的莖和葉富集，待植物成熟后進(jìn)行集中處理，所使用的植物主要包括超累積植物和誘導(dǎo)累積植物，目前超累積植物數(shù)量已達(dá)到700 多種，是進(jìn)行植物提取修復(fù)土壤的首選。植物揮發(fā)技術(shù)是指植物地下部吸收重金屬污染物后，地上部經(jīng)過蒸騰作用散逸到大氣中，主要針對(duì)Hg、Se 以及As 的修復(fù)，應(yīng)用效果與水分、風(fēng)速、溫度等環(huán)境因素有密切關(guān)系。植物固定是植物與土壤共同作用下，將重金屬污染物固定，降低重金屬有效性和移動(dòng)性，防止在空氣中散逸以及滲漏到地下水中，敖子強(qiáng)等[14]使用植物固定技術(shù)對(duì)廢舊礦山周圍的污染土壤進(jìn)行修復(fù)，指出植物固定技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)和可行性，在取得了良好的修復(fù)成效的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

綜合而言，植物修復(fù)技術(shù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，且成本低廉對(duì)環(huán)境友好，但對(duì)植物的生長(zhǎng)環(huán)境有一定要求，使用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)需注意是否會(huì)出現(xiàn)異地引種破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的現(xiàn)象。

3.3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物獨(dú)特的絡(luò)合作用、胞外沉淀作用以及細(xì)胞內(nèi)的富集作用對(duì)重金屬進(jìn)行固定，進(jìn)而有效降低殘留在耕地土壤中的重金屬濃度。截止目前，該項(xiàng)技術(shù)主要通過人工培育微生物或利用土壤本身存在的微生物，在適宜環(huán)境下讓微生物通過代謝作用將土壤中重金屬污染物進(jìn)行降解。錢春香等[15]曾發(fā)現(xiàn)微生物的分泌的有機(jī)物可以將離子態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為固態(tài)金屬，減少重金屬的遷移途徑。微生物修復(fù)技術(shù)適用于大范圍的污染土壤修復(fù)，成本低廉，成效高，不易產(chǎn)生二次污染，是一種理想的修復(fù)技術(shù)，但是對(duì)微生物的生長(zhǎng)環(huán)境有一定要求。

3.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

雖然重金屬修復(fù)方式種類繁多，但物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)中任何一種修復(fù)技術(shù)都存在不足。因此，國(guó)外內(nèi)部分學(xué)者嘗試聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，取得了較好的修復(fù)成果，如通過調(diào)整作物種類、合理施用肥料、加強(qiáng)水分管理等，使用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)降低土壤中有毒重金屬含量。聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要包括農(nóng)藝措施、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)以及化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

3.4.1 農(nóng)藝措施

農(nóng)藝措施是因地制宜調(diào)整耕作管理制度以及在污染土壤上種植不進(jìn)入食物鏈的植物，降低耕地土壤重金屬的有效性，達(dá)到減輕耕地土壤重金屬污染的目的[16]。農(nóng)藝措施修復(fù)技術(shù)主要包括調(diào)整水肥條件、加強(qiáng)田間管理措施等。

水肥合理使用對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和修復(fù)土壤具有重要意義。土壤水分會(huì)影響土壤的氧化還原電位，土壤淹水后氧化還原電位下降加快重金屬的浸出，從而使土壤中的重金屬含量降低。同時(shí)，肥料還可以影響土壤對(duì)重金屬的吸附解析，改變重金屬的存在形式，影響植物對(duì)其吸收和富集。因此，可合理使用水肥能促進(jìn)超累積植物根系發(fā)育，提高生物量，提高對(duì)重金屬的遷移量。有研究表明，Pb 超累積植物金絲草修復(fù)被Pb 污染的土壤時(shí)，加入少量氮肥有利于植物對(duì)Pb 的吸收，但隨著氮肥量水平增加，植物對(duì)Pb 吸收能力逐漸降低，因而肥料使用量應(yīng)在適當(dāng)范圍內(nèi)[17]。

田間管理手段包括調(diào)整作物種類、翻耕，間作等。間作是通過在同一塊耕地土壤上種植2 種及以上植物，且這些種類職務(wù)的根系分泌物要在土壤環(huán)境中相互影響，使重金屬的有效性降低，減少經(jīng)濟(jì)作物對(duì)重金屬的吸收。另外，間作還可給微生物提供一個(gè)適宜的生存環(huán)境，提高微生物活性實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)重金屬的降解效率。田間試驗(yàn)中，水稻和空心菜間作系統(tǒng)中的Cd 生物富集分別顯著提高了17.99%和31.98%（P＜0.05），對(duì)Cd 的金屬去除當(dāng)量比為1.34，大米中的Cd 濃度顯著低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762-2017）允許的水平。翻耕是通過機(jī)械手段將重金屬富集土壤轉(zhuǎn)移到植物根系發(fā)達(dá)區(qū)域，加大植物根系對(duì)重金屬接觸面積，最后需要對(duì)植物進(jìn)行集中處理，以達(dá)到對(duì)耕地土壤重金屬修復(fù)的目的。井永萍等[18]通過增施有機(jī)肥、深耕等農(nóng)藝措施使重金屬污染土壤中的Cd、Pb和Zn 分別降低了46.8%、31.2%、45.5%。

總的來說，農(nóng)藝措施雖然對(duì)但人工栽培技術(shù)要求較高，但是因其成本低廉、易于推廣，修復(fù)效果顯著，得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。

3.4.2 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

植物-微生物修復(fù)技術(shù)主要利用土壤、植物、微生物復(fù)合體，三者相互配合共同降解重金屬，達(dá)到減輕土壤重金屬污染目的。植物-微生物修復(fù)技術(shù)是利用植物根系分泌物給微生物提供適宜生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，加快微生物生長(zhǎng)繁殖，提高重金屬降解效率。

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中應(yīng)用比較廣泛的是植物-專性降解菌聯(lián)合修復(fù)技術(shù)和植物-真菌聯(lián)合修復(fù)技術(shù)[19]。植物-專性降解菌聯(lián)合修復(fù)是指專性降解菌在植物遭受重金屬毒害時(shí)可以通過氧化還原反應(yīng)和甲基化反應(yīng)達(dá)到降低土壤重金屬污染的目標(biāo)。植物-真菌聯(lián)合修復(fù)是通過放線菌、真菌等菌類與植物根系形成聯(lián)合體，菌根的新陳代謝產(chǎn)物可供植物生命活動(dòng)所需要的能量，而植物根基分泌物可以給菌根提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，兩者協(xié)同合作凈化土壤。逯延軍等[20]通過向Cr嚴(yán)重污染的種有萬壽菊土壤中加入微生物群豐富的污泥，進(jìn)行植物-微生物聯(lián)合修復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微生物自身的轉(zhuǎn)化作用可以提高萬壽菊耐受性，使萬壽菊的轉(zhuǎn)運(yùn)能力得到加強(qiáng)的同時(shí)也能減少土壤中的Cr(Ⅵ)含量。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但需要篩選出超累積植物和耐性強(qiáng)的微生物。由于超累積植物種類較少，科學(xué)技術(shù)限制篩選出耐性微生物工作截止目前依然進(jìn)展緩慢。

3.4.3 化學(xué)-植物修復(fù)技術(shù)

化學(xué)-植物修復(fù)技術(shù)是通過添加化學(xué)藥劑，改變重金屬在耕地土壤的存在形式，提高植物的提取、揮發(fā)、穩(wěn)定的效率，以達(dá)到減輕耕地土壤重金屬污染的目的。

化學(xué)-植物修復(fù)技術(shù)使用的化學(xué)藥劑主要是化學(xué)活化劑和化學(xué)鈍化劑。最廣泛使用的化學(xué)活化劑是螯合劑和低分子有機(jī)酸，其中螯合劑乙二胺二琥珀酸（EDDS）可以與重金屬發(fā)生反應(yīng)，降低遷移能力；低分子有機(jī)酸檸檬酸（CA）可以和重金屬發(fā)生螯合反應(yīng)，借助檸檬酸（CA）加強(qiáng)超累積植物對(duì)重金屬脅迫的抵抗能力。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑吲哚乙酸（IAA）處理后的薺菜提高了超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶等抗氧化酶的活性，從而有效去除土壤的Cd 和U。化學(xué)鈍化劑一般選用操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的改良劑加入重金屬污染耕地土壤中，升高土壤pH，讓重金屬生成移動(dòng)性更低的氫氧化物或沉淀物，防止重金屬的進(jìn)一步擴(kuò)散。沈鋒[21]向種植了大豆和玉米的重金屬污染土壤中加入改良劑石灰，結(jié)果顯示石灰能抑制作物對(duì)重金屬吸收，減少重金屬傳入食物鏈的途徑，提高作物的生物量。因此，化學(xué)-植物修復(fù)技術(shù)雖具有效率高、長(zhǎng)效性等優(yōu)點(diǎn)，但如果化學(xué)藥劑濃度過高也會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒性。

3.5 土壤重金屬修復(fù)技術(shù)比較與分析

耕地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)需要以生態(tài)環(huán)境為重要依據(jù)，需要從生態(tài)保護(hù)的角度出發(fā)，結(jié)合農(nóng)田土壤重金屬污染多樣性和地域性，因地制宜地選擇出最適宜的修復(fù)技術(shù)。此外，大多數(shù)修復(fù)技術(shù)或多或少都會(huì)給環(huán)境帶來一些不良影響。如，電熱技術(shù)可以高效修復(fù)重金屬土壤，但是會(huì)使土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞并降低土壤動(dòng)物、植物活性?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)使用的化學(xué)藥劑，如無機(jī)鹽溶液、螯合劑、表面活化劑等，雖能同時(shí)去除多種重金屬，但過量使用也會(huì)破壞土壤理化性質(zhì)，造成二次污染。生物修復(fù)技術(shù)是一種新興的修復(fù)技術(shù)，雖然對(duì)環(huán)境友好，不會(huì)造成二次污染，但成本較高，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境有要求，修復(fù)周期長(zhǎng)。聯(lián)合修復(fù)技術(shù)作為一種新興修復(fù)技術(shù)，將多種修復(fù)技術(shù)綜合應(yīng)用，張春鑫等[22]指出聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步必然產(chǎn)物，該技術(shù)可以彌補(bǔ)單個(gè)修復(fù)技術(shù)的不足，將不同修復(fù)技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)整合在一起，達(dá)成修復(fù)重金屬耕地土壤污染的目的，是一種理想的修復(fù)技術(shù)。常用耕地土壤重金屬修復(fù)技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)，如表1 所示。

表1 常用耕地土壤重金屬修復(fù)技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

結(jié)論

新形勢(shì)下，耕地土壤重金屬污染備受關(guān)注，研發(fā)和落實(shí)耕地土壤重金屬污染治理修復(fù)技術(shù)，加快對(duì)重金屬污染耕地土壤的治理和修復(fù)是當(dāng)務(wù)之急。物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)與聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，雖已被越來越多地應(yīng)用到重金屬污染耕地土壤修復(fù)中，但耕地土壤重金屬污染修復(fù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，單一的物理、化學(xué)、生物等修復(fù)技術(shù)都無法取得較好的成效，而聯(lián)合修復(fù)技術(shù)不僅提高了污染土壤的修復(fù)效率，還克服了單一修復(fù)技術(shù)的局限性，因此應(yīng)根據(jù)耕地土壤重金屬污染的實(shí)際條件、污染特征和修復(fù)目標(biāo)，選擇合適的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤治理與修復(fù)。目前，耕地土壤重金屬污染主要采用植物修復(fù)為主微生物、化學(xué)、農(nóng)藝措施調(diào)控為輔的修復(fù)策略，已取得了良好的修復(fù)治理成效，在取得社會(huì)效益的同時(shí)統(tǒng)籌生態(tài)效益，具有良好的應(yīng)用發(fā)展空間和發(fā)展前景。