李晶晶

（安徽銀杉環(huán)?？萍加邢薰荆不?合肥 230088）

土壤屬于生態(tài)環(huán)境中最基礎(chǔ)的組成部分之一，與食物安全及人體健康有緊密聯(lián)系，可以說土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的首端。近幾年，我國工業(yè)發(fā)展速度迅猛提升，農(nóng)業(yè)發(fā)展過程也應(yīng)用了大量的化學(xué)物質(zhì)，產(chǎn)生了嚴(yán)重的土壤環(huán)境污染問題，對(duì)人體健康構(gòu)成了直接或間接的危害，也對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了明顯的負(fù)面影響。重金屬污染在眾多土壤環(huán)境污染問題中尤為突出，砷（As）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、銅（Cu）、鎳（Ni）和鋅（Zn）等都屬于常見的污染土壤的重金屬元素，其在土壤中難以進(jìn)行有效遷移。重金屬元素通過生態(tài)食物鏈富集，如果進(jìn)入人體并不斷累積，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的健康問題[1]。因此，我們應(yīng)當(dāng)科學(xué)應(yīng)用相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)對(duì)被重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)積極探索修復(fù)技術(shù)應(yīng)用策略，不斷總結(jié)成功的土壤修復(fù)經(jīng)驗(yàn)。

1 重金屬污染來源及危害

重金屬主要是指密度大于4 g/cm3～5 g/cm3的金屬元素，這類金屬元素即使?jié)舛葮O低，也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生明顯的毒害作用，農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染以及生活污染都屬于主要的土壤重金屬污染來源。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為了達(dá)到高產(chǎn)效果，存在長期過量施肥的情況，導(dǎo)致土壤出現(xiàn)明顯的酸化板結(jié)，不僅對(duì)土壤肥力產(chǎn)生明顯的負(fù)面影響，還干擾到土壤耕地層質(zhì)量，化肥和農(nóng)藥在土壤中不斷堆積，使土壤中積累大量的重金屬元素[2]；在工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢氣以及廢水等，若無妥善處理便直接排放，通過大氣沉降、地面漫流及垂直入滲至土壤當(dāng)中，也會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的逐漸累積；此外，生活垃圾填埋過程中產(chǎn)生的垃圾滲透液和生活垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰等，也是造成土壤內(nèi)高濃度重金屬離子增加的原因。

如果單純依靠自然環(huán)境無法有效降解土壤中大部分的金屬物質(zhì)，土壤理化性質(zhì)將會(huì)發(fā)生巨大改變，最后會(huì)對(duì)土壤、動(dòng)植物乃至人類產(chǎn)生巨大威脅。重金屬會(huì)對(duì)農(nóng)作物吸收土壤中的營養(yǎng)元素產(chǎn)生阻礙，不利于農(nóng)作物的正常生長，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物死亡[3]。土壤當(dāng)中的重金屬還會(huì)在雨水下滲作用下污染水體，進(jìn)而對(duì)飲用水源產(chǎn)生破壞，影響人類健康。重金屬污染目前已成為人類諸多疾病的誘因。

2 常用的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

2.1 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)

應(yīng)用物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)土壤當(dāng)中重金屬的去除、固化以及穩(wěn)化。在修復(fù)污染面積相對(duì)較小的土壤時(shí)，可以選擇土壤置換、除土以及深耕等修復(fù)方法。以土壤置換為例，主要是利用干凈的土壤置換出重金屬污染土壤，之后加工處理污染土壤以有效去除重金屬；除土則是直接挖走重金屬污染土壤，以達(dá)到減少土壤中重金屬的效果[4]；深耕修復(fù)技術(shù)主要是將被重金屬污染的土壤置換到土壤深處，降低土壤表層的重金屬含量，以此降低重金屬對(duì)周邊動(dòng)植物的負(fù)面影響，同時(shí)也可以達(dá)到降低土壤重金屬遷移能力的效果；固化和穩(wěn)定技術(shù)主要是將穩(wěn)定化藥劑添加到土壤中，以此來有效控制金屬物質(zhì)的影響，不過固化劑和穩(wěn)定藥劑可能會(huì)造成二次污染。從整體情況來看，應(yīng)用物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)具有明顯的局限性，大概率會(huì)引發(fā)對(duì)土壤的其他破壞或者二次污染問題，化學(xué)藥劑還可能危害周邊動(dòng)植物健康生長，因此需要將其與生物修復(fù)技術(shù)等進(jìn)行有效的結(jié)合[5]。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)

在對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)可以取得突出的綠色清潔效果，并且不需要復(fù)雜的操作，具有良好的成本效益，可以運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)修復(fù)中低度重金屬污染土壤。在耕種特異性的修復(fù)植物時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合土壤的理化性質(zhì)，在植物完成生長發(fā)育的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)土壤的修復(fù)。從修復(fù)機(jī)制的角度出發(fā)，可以將植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)一步細(xì)分為植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)、植物固定修復(fù)技術(shù)以及植物提取修復(fù)技術(shù)等。首先，植物揮發(fā)修復(fù)主要是通過植物根系對(duì)土壤中的重金屬離子進(jìn)行吸收，通過體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合以及莖葉蒸騰作用轉(zhuǎn)化重金屬離子為氣態(tài)物質(zhì)[6]，以轉(zhuǎn)基因煙葉吸收土壤當(dāng)中Hg為例，可以將其轉(zhuǎn)化為HgO進(jìn)行揮發(fā)，但植物揮發(fā)修復(fù)具有明顯的應(yīng)用局限性，難以有效修復(fù)重金屬重度污染土壤，并且揮發(fā)物質(zhì)還可能對(duì)空氣造成二次污染；植物固定修復(fù)技術(shù)主要是通過根系分泌物和重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，在根系滲流帶中固定金屬離子，譬如東方香蒲可以有效降低土壤中Cd和Pb的移動(dòng)性，為了獲得更加理想的修復(fù)效果，可以將植物固定技術(shù)和其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)不僅不會(huì)引發(fā)二次污染，還可以對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行改善，但是其難以降低土壤重金屬含量，作用停留在降低重金屬的移動(dòng)性方面；植物提取修復(fù)技術(shù)主要是通過超積累植物（可超量吸收積累重金屬的植物）對(duì)土壤當(dāng)中重金屬進(jìn)行有效清除，現(xiàn)階段比較常見的超積累植物包括羊茅Festuca ovinal、普通蕎麥Fagopyrum esculentum、天藍(lán)遏藍(lán)菜Noccaea caerulescens、柔毛堇菜Viola principis以及金邊吊蘭Phnom Penh C hlorophytum等，這一修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，不僅不會(huì)產(chǎn)生二次污染，還能切實(shí)降低土壤重金屬濃度[7]。

2.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)主要是利用微生物對(duì)重金屬賦存狀態(tài)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，以此來降低重金屬的危害性，實(shí)現(xiàn)重金屬降解。主要做法是對(duì)特異性菌株進(jìn)行提取和篩選，之后將其培育為菌粉，施于重金屬污染土壤，便可以實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)，該技術(shù)主要分為細(xì)菌修復(fù)和真菌修復(fù)兩種技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)的綠色環(huán)保特性非常突出，但是對(duì)土壤理化性質(zhì)要求較高，一些滲透性較低的土壤就不適合應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)[8]。并且，特異性微生物只能對(duì)特定金屬物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別和吸收，化合物形態(tài)發(fā)生改變會(huì)導(dǎo)致修復(fù)效果大打折扣，而且其修復(fù)周期相對(duì)來說比較長。在應(yīng)用細(xì)菌修復(fù)技術(shù)時(shí)，主要是利用細(xì)菌分泌的特異性胞外物質(zhì)，降低重金屬在土壤內(nèi)的移動(dòng)性。真菌生長代謝過程會(huì)產(chǎn)生大量的低分子量有機(jī)酸，為土壤中重金屬溶解和結(jié)合提供加速作用，工作人員主要從植物根莖細(xì)胞中提取可以修復(fù)重金屬污染土壤的真菌，比如從油菜體內(nèi)提取的芽孢桿菌可以吸收和降解土壤當(dāng)中的Cu2+。圖1所示為解磷微生物修復(fù)土壤金屬污染的作用機(jī)理。

圖1 解磷微生物修復(fù)土壤金屬污染作用機(jī)理圖

2.4 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的應(yīng)用可提升土壤的整體修復(fù)效果，其主要是充分利用了水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部高溫氣體長時(shí)間停留的特點(diǎn)，對(duì)污染土壤進(jìn)行焚燒固化處理，利用高溫將土壤有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)化合物，有效抑制酸性物質(zhì)排放，固定化處理硫、氯等物質(zhì)。利用生料配料系統(tǒng)輸送重金屬污染土壤至水泥窯，在水泥熟料中固定重金屬。土壤預(yù)處理系統(tǒng)以及水泥回轉(zhuǎn)窯共同組成了水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)，配套的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過焚燒煙氣中氮氧化物和二氧化物指標(biāo)的變化，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理污染土壤處理過程中的問題[9]，大大提升污染土壤的處理效果。但是該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用還比較少，并且具有較高的專業(yè)技術(shù)要求。

3 植物修復(fù)技術(shù)和其他技術(shù)的聯(lián)用

3.1 植物修復(fù)技術(shù)和基因工程技術(shù)的聯(lián)用

植物修復(fù)技術(shù)和基因工程技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，主要是通過控制關(guān)鍵植物的關(guān)鍵基因，進(jìn)一步提升植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)能力。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、金屬還原酶以及金屬硫蛋白等在提高植物修復(fù)能力方面都扮演著重要角色，現(xiàn)階段主要研究相關(guān)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要包括鐵鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族（ZIP）、巨噬細(xì)胞蛋白家族（NARMP）、重金屬三磷酸腺苷（ATP）酶蛋白家族等。近年來，研究人員應(yīng)用CRISPR／Cas9基因編輯技術(shù)，靶向編輯NARMP等基因的表達(dá)方式及表達(dá)量，進(jìn)一步提高植物吸收能力和耐受重金屬的能力[10]。譬如，利用基因編輯技術(shù)敲除水稻金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的OsARM1基因，促進(jìn)水稻對(duì)As的耐受性；在植物中轉(zhuǎn)入可以對(duì)植物螯合素以及金屬配體基因進(jìn)行調(diào)控的基因，可以明顯提高修復(fù)重金屬污染土壤的能力?；蚬こ碳夹g(shù)與植物修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用具有巨大的發(fā)展空間，但是其科研難度和應(yīng)用難度較大，且今后還需進(jìn)一步論證轉(zhuǎn)基因植物的生態(tài)安全問題。

3.2 植物修復(fù)技術(shù)和微生物技術(shù)的聯(lián)用

微生物技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用可以有效改變土壤理化性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)金屬形態(tài)的改變，并且還可以分泌有機(jī)酸以及表面活性劑改變重金屬形態(tài)，使植物對(duì)土壤重金屬的吸收效率進(jìn)一步提高。植物根際促生細(xì)菌不僅可以抵抗重金屬污染等外部環(huán)境的壓力，還可以有效維持土壤肥力，主要是因?yàn)槠淇梢援a(chǎn)生生物表面活性劑，以促進(jìn)重金屬復(fù)合物的形成，還可以通過降低土壤和水之間的界面張力來解析土壤中的重金屬，在促進(jìn)重金屬生物有效性提高的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)植物修復(fù)效率的全面提高。另外，植物根際促生細(xì)菌還可以利用固氮作用、溶磷作用等促進(jìn)植物生長，其還可以分泌生長素增強(qiáng)植物對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力。今后，研究人員應(yīng)當(dāng)對(duì)植物根際促生細(xì)菌--根系分泌物--植物之間的物質(zhì)交換和信息交流機(jī)制進(jìn)行深入研究，菌根真菌同樣可以對(duì)植物修復(fù)重金屬污染土壤產(chǎn)生明顯影響，有助于在重金屬污染條件下，有效改善植物的生長發(fā)育情況，為了進(jìn)一步提升植物修復(fù)重金屬污染土壤的能力，應(yīng)當(dāng)對(duì)菌根真菌和寄生植物之間的共生關(guān)系進(jìn)行全面研究。

3.3 植物修復(fù)技術(shù)和土壤改良劑及螯合劑的聯(lián)用

在利用植物修復(fù)技術(shù)的過程中，經(jīng)常遇到修復(fù)植物難以維持正常生長的情況，相關(guān)人員可以聯(lián)合應(yīng)用土壤改良劑及螯合劑等，提升修復(fù)植物的生存率。土壤改良劑可以利用農(nóng)作物殘?jiān)⒓仪菁S便等燃燒之后產(chǎn)生的生物炭，在對(duì)土壤重金屬進(jìn)行有效吸附的同時(shí)，促進(jìn)土壤肥力的有效提高。比如，將玉米秸稈生物炭施用在重金屬污染土壤中，可以提高甜菜對(duì)Cd的積累量；海泡石同樣屬于可以降低重金屬對(duì)植物危害作用的土壤改良劑，主要是因?yàn)槠浜写罅康墓倌軋F(tuán)以及礦物質(zhì)等。螯合劑可以和重金屬形成具有水溶性的螯合物，賦予重金屬良好的流動(dòng)性，使其更容易被修復(fù)植物所吸收。

4 重金屬污染土壤修復(fù)實(shí)踐

（1）我們以環(huán)江縣某土壤修復(fù)項(xiàng)目為例，對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討。該項(xiàng)目主要是修復(fù)選礦廠尾礦庫及周邊污染土壤。首先清理被堵塞的截洪溝，為了有效防范再次堵塞，在截洪溝外側(cè)修建漿砌石護(hù)坡，同時(shí)進(jìn)行生態(tài)綠化封場(chǎng)。為了滿足場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管控需求，工作人員還建造了30 m的擋土墻和漿砌石護(hù)坡以及10 m的排水管，在2號(hào)尾礦砂堆放場(chǎng)建設(shè)相應(yīng)的截排水系統(tǒng)和滲濾液收集池，收集池還配備了物理沉淀過濾系統(tǒng)。此項(xiàng)目是利用化學(xué)穩(wěn)定方法對(duì)尾礦砂無序堆放，導(dǎo)致底部受污染的土壤以及尾礦庫下游受污染底泥進(jìn)行處理，將受污染的土壤和底泥送至指定地點(diǎn)進(jìn)行固化填埋處理，并利用附近山體表層粘土客土修復(fù)處理周邊安全利用類農(nóng)田，有效消除選礦廠尾礦庫對(duì)周邊土壤環(huán)境污染的隱患。

（2）珠江三角洲存在明顯的土壤重金屬污染問題，因?yàn)槿祟惢顒?dòng)頻繁以及工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，使得鉛同位素成為主要的沉積物重金屬。在處理重金屬污染土壤之前，工作人員先開展相應(yīng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴靖艣r以及相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行全面把握，對(duì)不同指標(biāo)規(guī)律及具體情況進(jìn)行全面搜集和記錄，以此為后續(xù)土壤修復(fù)工作提供支撐。工作人員還將生物控制技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際的土壤修復(fù)工作中，對(duì)作物的遺傳潛力進(jìn)行充分挖掘，定向培養(yǎng)可以低積累和低轉(zhuǎn)移污染物的作物新品種，充分發(fā)揮植物細(xì)胞壁過濾機(jī)制的重要作用，有效吸收重金屬物質(zhì)。

（3）廣東省惠州市十分重視電鍍行業(yè)重金屬污染防治工作的開展，相關(guān)人員對(duì)惠州市惠城區(qū)宏達(dá)五金廠重金屬污染情況進(jìn)行了調(diào)查，利用X射線熒光分析儀明確各類污染因子的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)該廠舊址存在嚴(yán)重的鉻和鎳等重金屬超標(biāo)的問題。以鎳的分析值為例，其超出風(fēng)險(xiǎn)篩選指導(dǎo)值613倍。工作人員在進(jìn)行土壤修復(fù)時(shí)，主要應(yīng)用了客土、換土、深翻、化學(xué)固定修復(fù)以及生物修復(fù)等技術(shù)。以生物修復(fù)為例，該工程主要采用植物劍葉鳳尾蕨吸收土壤中的銅元素和鉛元素等，不但獲得了良好的處理效果，投入成本也較低，該工程重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果情況對(duì)比見表1。

表1 某重金屬污染土壤修復(fù)工程技術(shù)應(yīng)用效果對(duì)比表

在實(shí)際的重金屬污染土壤修復(fù)工作中，工作人員應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況以及具體問題，制定最佳的土壤修復(fù)方案。

5 結(jié)語

綜上所述，土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用可以為我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展提供重要的指導(dǎo)作用。物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)都屬于應(yīng)用頻率較高的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)，為了獲得更理想的植物修復(fù)效果，可以將基因工程、微生物、材料化學(xué)技術(shù)等與植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用。在實(shí)際修復(fù)重金屬污染土壤的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)注重開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因地制宜，選擇最適合的土壤修復(fù)方案。