土壤重金属治理方法
摘要：土壤重金属污染问题是环境和土壤科学研究者关注的热点问题。根据历年来学者们对湖南省土壤重金属污染的相关研究报道,综述了土壤中重金属的污染现状、主要污染来源、分布和重金属治理的主要方法及相关性研究。并就存在的问题和今后的研究重点进行了分析研究。
关键词：重金属；土壤；污染
1引言
近20年来，长沙的土地利用、土地覆盖格局发生了前所未有的快速变化，给城市土壤带来了严重的环境污染问题。湖南省是有色金属大省，全省受重金属污染土地面积高达13 %。魏本杰等对湘江流域某冶炼厂周边土壤重金属污染情况研究表明，重金属污染物主要积累在土壤耕作层（0~30），下层土壤污染较轻[1]。
在各种污染因素中，重金属污染范围广、持续时间长，又不易在生物循环和能量交换中分解，受到有关专家们的广泛关注。湖南土壤重金属的早期污染可追溯至湖南工业初期的作坊，如电镀、化工、印染、皮革、搪瓷、制药、冶炼、仪表厂等，这些作坊对土壤环境造成潜在的重金属污染。随着改革开放与经济发展，这些企业的生产规模不断扩大，二三十年来的积累效应，显著增加了重金属在土壤中的含量。随着湖南各城市的都市化迅速发展，郊区乡镇工业兴起，加快了工业“三废”的排放、城市生活垃圾以及汽车尾气等，这些已经逐渐取代农药和污水灌溉，成为现在湖南土壤重金属污染的主要来源。本文主要阐述了土壤中重金属的污染现状和主要污染来源以及总结了相关土壤重金属处理方法。
2 重金属污染的治理和修复
按照重金属在土壤中的赋存形态不同和土壤的性质不同。重金属污染土壤的修复和治理方法可分为三大类：土壤农化调控法、工程物理化学法及生物修复法。
2.1 工程物理化学法
工程物理化学法是指通过机械法、物理化学法等手段治理土壤重金属污染的方法，在土壤重金属污染初期应用该方法效果较好。主要包括：客土法、淋洗沉淀法等。
2.1.1 客土法
客土法是以非污染土壤将污染土壤覆盖或以非污染土壤置换污染土壤，使污染土壤得到恢复的方法。此法治理效果显著，但是需要大量的人力与财力，同时恢复土壤结构和肥力所需时间较长，而且不能断绝二次污染的可能，仅适合小面积污染的治理。
2.1.2 淋洗沉淀法
淋洗沉淀法是用清水或酸性溶液冲洗被污染过的土壤，使重金属溶解或增加重金属的溶解性，然后经过络合或沉淀作用使重金属富集而去除的过程。清水冲洗可以降低土壤中重金属的浓度，在一定程度上减轻其危害性；另一方面，可以增强重金属在土壤中的溶解度，再冲洗，从而减轻重金属污染。
除此之外，热处理法、电动化学法、污染物固化也属于物理化学法。它们各有优缺点，应根据实际情况选用适当方法。
2.2 农业化学调控法
农业化学调控法指通过调节土壤pH、有机质、CEC、土壤水分等因索。从而改变土壤重金属的水溶性，降低或升高其生物有效性，消减重金属污染危害或净化土壤的方法。
2.2.1 土壤pH值调节
土壤液的pH值能显著影响重金属在土壤中的溶解度。当pH小于5 时，土壤中重金属的活性提高，生物有效性增大，尤其是部分碳酸盐结合态将变成水溶态。此时若用碱性物质中和，提高其pH，将大大增强土壤对重金属的吸附。据研究表明，施用石灰、矿渣等碱性
物质，或钙镁磷肥等碱性肥料，能够减少植物对重金属的吸收[2]。土壤酸碱性对Cd的活性影响较大，通过对Cd污染的土壤施用石灰，重金属有效态含量降低明显，有效地降低了植物对Cd的吸收。施入硫化钠等含硫物质能使土壤中重金属形成硫化物结合态，生物有效性降低。总之，该法能够有效降解重金属在土壤中的溶解度，但同时也使土壤中的其他营养物质如微量元素等大量流失，应该衡量其利害关系后再使用。
2.2.2 离子拮抗
根据重金属离子之同的相互拮抗作用，增加某些对植物危害小的或有益的重金属，可抑制与之相拮抗的重金属元素，以减少植物对该重金属的吸收。如根据钙可与Zn、Ni、Cu、Pb、Cd等重金属的拮抗作用，施入Ca2+减轻Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的毒害；根据Si和Mn 的拮抗作用，在土壤中加入Si，或提高土壤中Si的活性，可以降低植株对Mn的吸收，加入稀土还可降低植物体内重金属离子含量[3]。人为改变环境中硒含量，可以减少进入食物链中的砷，减轻砷的污染。Zn能降低凤眼莲中Cd的含量和对植物体的毒害，还有增加活性Fe、Al、Mn能显著地减少土壤对Cd的吸附量，活性Si反之[4]。此外，施加有机质也可降低土壤中重金属的生物有效性，减少水溶态重金属的含量。因为有机质比表面积较大，对重金属有吸附作用；而其含有大量的官能团对重金属有络合作用，而且有机质是促还原物，可降低土壤氧化还原电位，使重金属发生钝化反应而形成硫化物等结合态沉淀，减少作物对重金属的吸收作用。同时，有机质可以改良土壤结构[5]。
2.3 生物修复法
生物修复是指利用生物的生命代谢活动减小存在于环境中有毒物质的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程[6，7]。此技术主要通过两种途径来实现对土壤重金属净化：(1) 生物利用其新陈代谢作用改变重金属化学形态，将土壤中的重金属活性降低，降低其在土壤环境中的活性和生物可利用性；(2)通过生物吸收和代谢作用达到对土壤重金属的吸附、净化与固定作用[8，9]。广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的治理环境污染的技术。它包括通过动植物和微生物吸收、降解、转化水体和土壤中的有害物质，使其浓度降低直低水平，甚至是直接转化为无害或对生物有益的物质，也包括将污染物矿化，以减少其向周边环境的扩散。其修复类型一般分为植物、微生物和动物修复以及其中两种或三种的联合修复。生物修复技术其作为环境科学研究中一个边缘性、多学科交叉的技术，是富有挑战性的前沿领域。根据污染物的种类不同，它可分为有机污染生物修复、重金属污染的修复和放射性物质的生物修复等。狭义的生物修复，是指利用微生物的吸附和代谢物的螯合作用清除水体或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或无害化的过程。它包括人为控制或自然条件下的污染物降解、矿化或无害化过程。生物修复技术因其修复效果好、不产生二次污染、易于管理与操作和投资小等优势，而日益受到人们的重视，其将成为重金属污染土壤修复研究的热点。
2.3.1 微生物修复
微生物修复是指利用微生物的吸附和代谢物的螯合作用清除水体或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或无害化的过程。它包括微生物对重金属的吸附、溶解、矿化等作用。微生物对重金属的生物富集主要表现在胞外络合、沉淀以及胞内累积。一些微生物如蓝细菌、假单胞杆菌、硫酸还原菌和某些藻类，能产生胞外聚合物，其含有大量阴性基团的，可以与重金属络合，去除或降低重金属污染[10，11]。Macaskie等通过实验发现柠檬酸菌体内能产生一种抗Cd的磷酸酯酶，形成镉盐沉淀。Bargagli在Hg矿区附近土壤中发现一些真菌，干重累积Hg高达100 mg·kg-1[12]。微生物对重金属的生物转化主要指微生物对重金属进行溶解、生物氧化与还原、矿化、甲基化与去甲基化以及改变重金属的价态达到转化重金属的目的。烟草头孢酶F2在含Hg量200 mg·L-1 HgCl2的液体培养基中培养16 h，结果发现汞含量比原来减少90 %，进一步研究表明，HgCl2能被还原成汞元素。经过分析，大概有12 %的
