徐劍輝

摘要 介紹了土壤重金屬污染的現(xiàn)狀，綜述了土壤重金屬污染的修復方法，包括物理修復、化學修復和生物修復，在此基礎上提出了目前土壤重金屬污染修復的建議，即將土壤重金屬修復與分子生物學、基因工程等學科相結(jié)合，培育適宜生長、吸收強、富集專一性低的植物。

關鍵詞 土壤；重金屬污染；修復方法

中圖分類號 S158.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）05-161-02

Abstract Soil heavy metal pollution status was introduced， remediation methods were reviewed， including physical remediation， chemical remediation and bioremediation. On the basis of this， suggestions for remediation were proposed， namely combining soil heavy metal remediation with molecular biology and gene engineering， to culture suitable for growth， strong absorption， low specific enrichment plant.

Key words Soil； Heavy metal pollution； Remediation method

近年來我國工業(yè)化和城市化進入高速發(fā)展階段，工業(yè)和生活廢棄物的排放以及農(nóng)業(yè)化肥施用量等都明顯增加，含重金屬的污染物通過不同途徑進入土壤，造成土壤中重金屬元素的富集。土壤是環(huán)境的重要組成部分，是自然環(huán)境的核心，土壤污染會對大氣、水環(huán)境質(zhì)量造成影響，同時也涉及到農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，并可通過食物鏈危害人類和動物的生命健康[1]。研究表明，我國農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染概率為16.67%左右，即我國耕地土壤重金屬污染面積占耕地面積總量的1/6左右[2]。因此，土壤重金屬污染問題不容小覷。重金屬是指相對密度≥5.0的金屬元素，在環(huán)境污染研究中生物毒性顯著的Hg、Cd、Pb、Cr等備受關注[3]，另外具有毒性的重金屬還包括Cu、Zn等[4]。筆者就土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復方法進行了綜述，并對土壤重金屬污染修復方法進行了展望。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 土壤重金屬的主要分布

以城市土壤為例，根際城市土壤利用功能的不同，重金屬污染呈現(xiàn)不同的分布特點及規(guī)律。一般情況下，市中心污染程度大于城市外圍，工業(yè)區(qū)和商業(yè)區(qū)重金屬污染最為嚴重，風景娛樂區(qū)和新開發(fā)區(qū)重金屬含量一般較低[5-7]。城市土壤重金屬污染存在空間差異，即某些重金屬元素在個別區(qū)域嚴重富集。將城市土壤污染分布劃分為3種模式，即點狀污染：如非煙氣排放的廢棄物處理、垃圾填埋、采礦、制造業(yè)等，形成一些有限范圍的離散污染斑點，該污染會以污染源為中心形成一個較高污染程度的斑點，并向周邊逐漸遞減。②帶狀污染：道路兩側(cè)接納汽車尾氣的沉降，排污水道兩側(cè)土壤富集工業(yè)用水和生活污水的有機物和無機物，使其兩側(cè)土壤造成明顯帶狀污染。如冶煉廠、加油站附近以及交通干線兩側(cè)，呈現(xiàn)較嚴重的帶狀污染。公路兩側(cè)一般是城市土壤重金屬污染最為嚴重的地帶[8-10]。③面源污染：由工業(yè)排煙、汽車尾氣以及各種化石燃料的燃燒在城市上空形成污染性氣團，其形成的污染物沉降于城市和周邊土壤中形成面源污染。面源污染程度往往隨距城區(qū)距離的增大而減少。農(nóng)田土壤的重金屬污染與城市土壤污染空間分布較為相似，農(nóng)業(yè)用地重金屬污染的空間分布特征表明，土壤污染程度隨著與污染源距離的增加向外呈扇形遞減[11-13]，農(nóng)田土壤中的Cd、Cu、Zn、Pb總量隨距公路距離的增加呈降低趨勢[14]。

1.2 土壤重金屬污染的主要來源

土壤重金屬含量主要受自然和人為兩方面因素的影響。自然因素主要包括成土母質(zhì)和成土過程。人為因素則包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通等方面的因素。隨著城市化的不斷發(fā)展，人為因素成為造成土壤重金屬污染的重要原因。工業(yè)生產(chǎn)過程中的污染主要來源于工礦企業(yè)的廢水未經(jīng)嚴格處理直接排放，造成周邊土壤富集高含量的有毒重金屬[15]，企業(yè)排放的煙塵廢氣等以氣溶膠的形式進入大氣再通過沉降的方式進入土壤形成污染。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程不合理的施肥以及污水灌溉，都會造成土壤重金屬污染[4]。交通運輸過程中汽車尾氣的排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵，污染元素一般以Pb、Cu、Zn等為主[16]。另外生活垃圾中的廢燈管、電池、廢舊電器等金屬制品或渡金屬制品中重金屬的溶出對土壤重金屬污染也具有重要作用。

1.3 土壤重金屬污染的危害

土壤重金屬對水環(huán)境、空氣環(huán)境和生物效應的影響都會對人體健康造成不同程度的危害。土壤對降水和流經(jīng)水源具有凈化功能，可吸附水體中的污染物質(zhì)，當土壤長期吸附了大量污染物后反會對水體形成污染。隨著工業(yè)城市化進程加快，空氣中粉塵增多，帶有污染物的土壤揚塵至空氣中，吸入人體內(nèi)對人體健康形成危害。研究表明，上海市大氣顆粒物中約有31%來自土壤揚塵[17]。土壤重金屬污染對人體危害主要通過人體對土壤和塵土的直接吸入，農(nóng)作物對土壤重金屬的吸附積累，最終通過食物鏈進行污染傳遞。目前對鎘米、砷毒、血鉛等的報道較多，20世紀50年代日本出現(xiàn)的“水俁病”和“骨痛病”是由重金屬Hg和Cd引起的。土壤重金屬污染還會造成皮膚病、肝病、癌癥等。廣東省韶關市大寶山地區(qū)是全國著名的由土壤重金屬污染而使人體遭受損害的癌癥村[18]。

2 土壤重金屬污染修復方法

土壤重金屬分為離子交換態(tài)、可氧化態(tài)、可還原態(tài)和殘渣態(tài)4種形態(tài)。其中離子交換態(tài)遷移性最強，生物毒性也越大，而殘渣態(tài)最穩(wěn)定，生物毒性也最小。因此，土壤重金屬污染的治理和修復目前主要從兩方面著手：一是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，降低重金屬的遷移性和生物有效性。二是增強重金屬的溶解性和遷移性，去除重金屬[19-20]。

2.1 物理修復

物理修復主要包括電動修復、電熱修復、土壤淋洗3種方法[21]。電動修復是指通過電流，在電場作用下，土壤中的重金屬離子（Pb、Cd、Cr、Zn等）向電極方向進行遷移[22]，從而對污染土壤進行集中收集處理。研究表明，電流能打破所有的金屬-土壤鍵，當電壓固定時，去除效率與通電時間成正比[21]。但對于滲透性較高、傳導性較差的土壤和沙性土壤，電動力學方法所起的作用較微弱，適用效果不好。研究發(fā)現(xiàn)，土壤組分、緩沖能力、pH以及金屬種類會對電動修復效果造成影響[23]。該技術要求較高，難以廣泛、大規(guī)模的應用。電熱修復是利用一些重金屬（Hg，Se等金屬）在高溫狀態(tài)下?lián)]發(fā)的特性，用高頻電壓產(chǎn)生熱能，對污染土壤進行加熱進而促進可揮發(fā)重金屬與土壤的分離，從而達到土壤治理的效果。但在電熱修復的同時，高溫加熱本身對土壤也會造成嚴重的破壞。土壤淋洗是利用淋洗液將土壤中的重金屬淋洗至土壤液相中，再通過對廢水的回收處理達到治理重金屬污染的效果。目前主要淋洗液包括有機或無機酸、堿、鹽和螯合劑。研究發(fā)現(xiàn)，EDTA可使土壤對Cu的吸收率與解吸率明顯降低，吸收率和解吸率與EDTA量的對數(shù)呈顯著負相關[24]。土壤淋洗技術是應用最早、應用最多、技術最成熟的物理修復方法。

2.2 化學修復

化學修復主要是向土壤中投入改良劑，改變土壤中重金屬的存在形態(tài)，將溶解性和遷移性較高的重金屬進行鈍化，形成植物利用率較低的形態(tài)。不同改良劑對重金屬的作用機理不同，因此，在土壤修復過程中需針對土壤的性質(zhì)選擇有效的改良劑。常用的改良劑主要有石灰、碳酸鈣、磷酸鹽等。石灰石和碳酸鈣主要是通過調(diào)節(jié)土壤pH，使土壤中的重金屬生成氫氧化物或磷酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類等沉淀或難溶性物質(zhì)，對Cd、Cu、Zn等金屬具有較好的改良效果。磷酸鹽使土壤中重金屬形成難溶性物質(zhì)，大大降低了Pb、Cu、Zn、Cd的有效濃度。由于化學修復在土壤原位中進行，操作簡單方便，但僅改變了重金屬的存在形態(tài)并沒有從根本上消除重金屬，容易造成二次污染。

2.3 生物修復

生物修復主要是指利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)、降解和轉(zhuǎn)化等作用機理對土壤中污染物進行清理的過程。修復方式主要包括植物提取，即通過植物對重金屬的吸收作用，將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到植物中，從而達到土壤修復的目的[25]；植物固定，即利用植物根系分泌物減少土壤中重金屬污染物的流動性，減少重金屬的生物可利用性[26]，但并未從土壤中真正去除重金屬；植物揮發(fā)，即利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的某些重金屬轉(zhuǎn)化為揮發(fā)態(tài)[27]，通過揮發(fā)減少土壤中的重金屬。利用超富集植物對土壤中重金屬的提取作用被認為是植物修復技術的重點[28-29]。研究表明，東南景天（Sedum alfredii）可忍耐和富集Cd和Zn等重金屬[30]，玉米（Zea mays）和豌豆（Pisum sativum）對Pb具有很好的吸收效果等[31]。植物修復技術具有方便可行、低消耗等特性，對重金屬污染土壤治理潛力巨大。但植物生長受自然條件如光照、溫度等影響，植物對不同重金屬吸附不具備廣泛性。

3 展望

我國土壤重金屬污染主要集中在城市中心人口密集處、農(nóng)田灌溉區(qū)等地區(qū)，污染的主要途徑來自人為，創(chuàng)造環(huán)境友好型社會首先應降低人為污染。重金屬的修復治理是一個復雜的過程，單一使用物理修復、化學修復、生物修復都存在弊端，修復效果較差。如果能將物理、化學、生物等修復方式相結(jié)合，尋找一種取長避短的方式將是今后土壤重金屬修復的主要工作。研究顯示，超富集植物對土壤重金屬修復具有良好的效果，具有操作方便、消除固定重金屬的作用。但超富集植物一般植株較為矮小、生長緩慢且易受環(huán)境影響。將土壤重金屬修復與分子生物學、基因工程等學科相結(jié)合，培育適宜生長、吸收強、富集專一性低的植物，將是今后的研究方向。

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