重金属污染土壤修复技术探讨

合理地利用农业生态系统工程措施， 不仅能保持土壤的 肥力， 改良和防治土壤重金属污染， 提高土壤质量， 并能与自 然 生 态 循 环 和 系 统 协 调 运 作 。如 可 以 在 污 染 区 公 路 两 侧 尽 可 能种树、种花、种草或经济作物 （ 如蓖麻） ， 种植草皮或观赏树 木， 不但可以美化环境， 还可以净化土壤； 蓖麻可用作肥皂的 原料。
③植物钝化。是通过植物、根际微生物的分泌作用， 螯合 或沉淀土壤中有毒金属， 以降低其生物有效性并防止其进入 地下水和食物链， 从而减少其对环境和人类健康的污染风 险 。 植 物 还 可 通 过 保 护 污 染 土 壤 不 受 侵 蚀 、减 少 土 壤 渗 漏 来 防止重金属污染物的淋移， 通过根部累积和沉淀或根表吸附 来加强对污染物的固化。此外， 根际微生物改变根际环境 ｐＨ 值和氧化还原电位来改变污染物的化学形态， 固定土壤中的 重 金 属［２， ３］。
三 、小 结 目前土壤重金属污染物修复技术在探索中发展， 采用物 理 工 程 措 施 、化 学 方 法 修 复 重 金 属 污 染 土 壤 ， 具 有 一 定 的 局 限性， 难以大规模处理污染土壤， 并且能导致土壤结构破坏， 生物活性下降和土壤肥力退化。农业生态措施又存在周期 长， 效果不显著的特点。生物修复是一项新兴的高效修复技 术 。但 存 在 以 下 问 题 ①大 多 数 超 富 集 植 物 都 存 在 着 生 长 速 率 慢、生物相对较小的特点 ， 不利于快速， 高效地吸收重金属和 进 行 机 械 化 操 作 。②一 种 植 物 往 往 只 是 吸 收 一 种 或 两 种 重 金 属， 对土壤中其它浓度较高的重金属则表现出中毒症状， 限 制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用 前 景 。③用 于 清 洁 重 金 属 的 植 物 器 官 往 往 会 通 过 腐 烂 、落 叶 等途径使重金属污染物重返土壤。由于以上原因： 要注重超 累积植物筛选与培育及及时在植物落叶前收割并处理植物 器官。筛选、培育吸收能力强， 生长速度快、适应性强的植物， 同时能吸收多种重金属元素植物是生物修复的一项重要任 务。另外对重金属污染土壤， 采用生物修复综合技术， 即以植 物修复为主， 辅以化学、微生物及农业生态措施， 增加重金属 的生物有效性， 促进植物的生长和吸收， 从而提高植物修复 的综合效率。 — — — — — — — — — — — 参考文献： ［１］沈振国， 刘有良 、《超积累重金属植物研究 进 展 》植 物 生理学通报、１９９８．３４（ ２） ： １３３￣１３９． ［２］ 骆 永 明 ． 金 属 污 染 土 壤 的 植 物 修 复 ［Ｊ］． 土 壤 ， １９９９， ５： ２６１－ ２６５， ２８０． ［３］ＫＵＮＩＴＯ Ｔ， ＳＡＥＫＩ Ｋ， ＮＡＧＡＯＫＡ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ － ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｉｎ ｒｈｉｚｏｓｐｈｅｒｅ ｏｆ ｈｉｇｈｌｙ ｃｏｐｐｅｒ－ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｏｉｌ ［Ｊ］． Ｅｕｒ Ｊ Ｓｏｉｌ Ｂｉｏｌ， ２００１， ３７： ９５－ １０２． ［４］ 林匡飞． 蓖麻吸镉特征及镉土的改良试验［Ｊ］． 农业环 境保护， １９９６， １： １－ ４，８． ｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ， １９９５， ３１： ３０００－ ３０１６．
（ ２） 重金属微生物修复技术 土壤中微生物的种类和数量都是相当大的， 它在重金属 的归宿中也起着不可忽视的作用， 其主要作用原理是： 微生 物可以降低土壤中重金属的毒性； 微生物可以吸附积累重金 属； 微生物可以改变根际微环境， 从而提高植物对重金属的 吸收， 挥发或固定效率。如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某 些藻类， 能够产生胞外聚合物与重金属离子形成络合物； Ｍａｃａｓｋｉｅ 等分离的柠檬酸菌， 分解有机质产生的 ＨＰＯ２－ ４ 与 Ｃｄ２＋形成 ＣｄＨＰＯ４ 沉淀 ； 李 志 超 发 现 有 些 微 生 物 能 把 剧 毒 的 甲 基 汞 降 解 为 毒 性 小 、可 挥 发 的 单 质 Ｈｇ； Ｆｒａｎｋｅｎｂｅｒ 等 以 Ｓｅ 的微生物甲 基 化 作 用 为 基 础 进 行 原 位 生 物 修 复 。 耿 春 女 等 利 用 菌 根 吸 收 和 固 定 重 金 属 Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ 取 得 了 良 好 的效果。 ４．农 业 生 态 的 修 复 技 术 农业生产过程中可以因地制宜的改变一些耕作管理制 度来减轻重金属的危害， 在污染土壤上种植不进入食物链的 植物。主要有： 通过控制土壤水分来调节其氧化还原电位 （ Ｅｈ） ， 达 到 降 低 重 金 属 污 染 的 目 的 ； 在 不 影 响 土 壤 供 肥 的 情 况下， 选择最能降低土壤重金属污染的化肥； 增施有机肥， 有 机肥能够固定土壤中多种重金属以降低土壤重金属污染； 选 择抗污染的植物和不要在重金属污染的土壤上种植进入食 物链的植物； 如在含镉 １００ 毫 克／千 克 的 土 壤 上 改 种 蓖 麻 ， 五
②植物挥发。是与植物吸收相连的， 利用植物的吸收、 积 累 、挥 发 而 减 少 土 壤 污 染 物 。 目 前 这 方 面 研 究 最 多 的 是 元 素汞与硒。细菌在汞污染位点存活繁衍， 通过酶的作用可将 甲基汞和离子态汞转化为毒性小得多的单质汞而挥发到大 气 中 。许 多 植 物 可 从 污 染 土 壤 中 吸 收 硒 并 将 其 转 化 成 可 挥 发 态（ 二甲基硒和二甲基二硒） ， 从而降低硒对土壤生态系统的 毒 性［２］。
附 、氧 化 还 原 、拮 抗 或 沉 淀 作 用 ， 以 降 低 重 金 属 的 生 物 有 效 性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂， 常用的改良剂 有 石 灰 、沸 石 、碳 酸 钙 、磷 酸 盐 、硅 酸 盐 和 促 进 还 原 作 用 的 有 机物质， 不同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或 碳酸钙主要是提高土壤 ｐＨ 值， 促使土壤中 Ｃｄ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｚｎ 等 元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。如当土壤 ｐＨ＞ ６．５ 时， Ｈｇ 就能形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。廖敏等研究 发 现， 在低石灰水平下， 土壤有机质的羟基和羧基与 ＯＨ—反 应， 促使土壤可变电荷增加， 有机结合态的重金属增多， 并且 Ｃｄ２＋与 ＣＯ２－ ３ 结生成难溶于 水 的 ＣｄＣＯ３。 在 沈 阳 张 士 污 灌 区 的 试 验 表 明 ， 每 公 顷 土 壤 施 用 １５００～１８７５ 千 克 石 灰 ， 籽 实 含镉量下降 ５０％。关于磷酸盐和硅酸盐固化土壤重金属的技 术研究报道较多， 一般认为该物质可使土壤中重金属形成难 溶性的沉淀。如向土壤中投放硅酸盐钢渣， 对 Ｃｄ、Ｎｉ、Ｚｎ 离子 具有吸附和共沉淀作用。水田土壤中的 Ｃｄ 以磷酸镉的形式 沉淀， 磷酸汞的溶解度也很小。沸石是碱金属或碱土金属的 水化铝硅酸盐晶体， 含有大量的三维晶体结构和很强的离子 交换能力， 从而能通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中 重金属的有效性。有机物可促使重金属以硫化物的形式沉 淀， 同时有机物中的腐殖酸能与重金属离子形成络合或螯合 物以降低其活性。
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重金属污染土壤修复技术探讨
闫大莲
［摘 要］ 随着工业、农业的迅猛发展， 人口的剧增， 环境污染日益严重， 土壤不可避免遭受重金属污染。这里对重金属污 染土壤修复技术进行探讨。
［关键词］ 土壤 重金属污染 修复
一 、前 言 土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生 态环境的重要组成部分。随着工矿业的迅速发展， 土壤重金 属 污 染 已 日 益 严 重 ， 污 染 土 壤 中 的 重 金 属 主 要 有 汞 、镉 、铅 、 铜 、铬 、砷 、镍 、铁 、锰 、锌 等 ， 砷 虽 不 属 于 重 金 属 ， 但 因 其 行 为 与来源以及危害都与重金属相似， 故通常列入重金属类进行 讨 论 。土 壤 重 金 属 污 染 主 要 来 自 长 期 进 行 污 水 灌 溉 和 污 泥 施 用， 由施用含有铅、汞、镉、砷等的农药和不合理地施用化肥， 使用农用塑料薄膜， 以及工业生产、汽车尾气排放、汽车轮胎 磨 损 产 生 的 大 量 含 重 金 属 的 有 害 气 体 和 粉 尘 等 造 成 。它 具 有 隐 蔽 性 、长 期 性 和 不 可 逆 性 的 特 点 。 土 壤 中 有 害 重 金 属 积 累 到一定程度， 不仅会导致土壤退化， 农作物产量和品质下降， 而 且 还 可 以 通 过 径 流 、淋 失 作 用 污 染 地 表 水 和 地 下 水 ， 恶 化 水文环境， 并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体 健康， 如日本 ２０ 世纪初发生的“骨痛病”就是 因 食 用 含 镉 大 米所致。长期食用镉污染（ 大于 １ｍｇ／ｋｇ） 米， 除患“骨痛病”外， 轻 者 也 会 引 起 高 血 压 、钠 阻 留 以 及 酶 系 统 、生 育 能 力 受 影 响 。 因此重金属污染土壤的修复治理已成为大家十分关注的问 题。 二 、土 壤 重 金 属 污 染 修 复 技 术 重金属污染的土壤可根据污染情况采用物理工程措施、 化 学 修 复 措 施 、农 业 措 施 、生 物 措 施 或 几 种 措 施 的 配 合 进 行 治理。 １．物 理 工 程 措 施 主 要 包 括 客 土 、换 土 和 深 耕 翻 土 等 措 施 。通 过 客 土 、换 土 和深耕翻土与污土混合， 可以降低土壤中重金属的含量， 减 少重金属对土壤—植物系统产生的毒害， 从而使农产品达到 食品卫生标准。深耕翻土用于轻度污染的土壤， 而客土和换 土则是用于重污染区， 工程措施是比较经典的土壤重金属污 染 治 理 措 施 ， 它 具 有 彻 底 、稳 定 的 优 点 ， 但 实 施 工 程 量 大 、投 资费用高， 破坏土体结构， 引起土壤肥力下降， 并且还要对换 出的污土进行堆放或处理。 ２．化 学 修 复 措 施 化学修复就是向土壤投入改良剂， 通过对重金属的吸
年后， 土壤镉含量平均降低 ７．６％［１］； 因地制宜 地 种 植 玉 米 、水 稻、大豆、小麦等， 水稻根系吸收重金属的含量占整个作物吸 收量 的［２］５８％￣９９％， 玉 米 茎 叶 吸 收 重 金 属 的 含 量 占 整 个 作 物 吸收量的 ２０％￣４０％， 玉米籽实吸收量最少， 重金属在作物源自文库 内 分 配 规 律 是 根 ＞茎 叶 ＞籽 实 ［４］。
３． 生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。 利 用 生 物 （ 植 物 、微 生 物 ） 削 减 、净 化 土 壤 中 的 重 金 属 或 降 低 重金属毒性。由于该方法效果好， 易于操作， 日益受到人们的 重视， 成为污染土壤修复研究的热点。 （ １） 植物修复技术 ①植 物 提 取 。主 要 是 利 用 超 积 累 植 物 对 重 金 属 的 吸 收 作 用， 结合土壤改良技术， 把污染物由地下转移到地上部分， 随 后收割地上部分进行集中处理， 达到降低土壤中重金属含量 的 目 的 。 目 前 已 发 现 有 ４００ 多 种 植 物 能 够 超 积 累 各 种 重 金 属， 一些超积累植物能同时积累多种重金属［１］， 如羊蕨属植物 和具有富集重金属性的苋科植物对土壤中的重金属吸收率 达到 １００％。Ｔｏｍｍｙ Ｌａｎｄｂｅｒｇ 等 １９９５ 年发现， 不同土壤中某
５８ 现代农业
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些 柳 属 的 无 性 系 克 隆 对 镉 离 子 有 很 强 的 吸 收 力 。在 以 硫 酸 盐 和磷酸盐为肥料的情况下， 遏蓝菜属的一些栽培变种的茎秆 对 重 金 属 具 有 较 强 的 富 集 能 力 。蓖 麻 以 及 一 些 藻 类 对 重 金 属 也具有较强的吸收能力， 因此利用超积累植物处理轻污染区 是一种比较理想的方法。蒋先军等的研究发现， 印度芥菜对 铜 、锌 、铅 等 中 等 污 染 土 壤 具 有 良 好 的 修 复 效 果 。刘 云 国 等 研 究 １０ 种超积累植物对镉污染土壤的修复效果发现， 土壤中 镉下降最低的为 ０．３５４ 毫克／升。