土壤重金屬污染研究

摘要：土壤重金屬污染是指由于人類活動，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超過背景值，過量沉積而引起的含量過高引起的。本文從土壤重金屬污染的研究現狀出發，詳細論述了土壤重金屬遷移規律的影響因素，并提出了土壤重金屬污染的修復措施。

關鍵詞：土壤；重金屬；修復措施

重金屬污染是當今面積最廣、危害最大的環境問題之一。土壤中重金屬污染不僅降低土壤肥力和作物的產量與品質，而且惡化環境，并通過食物鏈危及人類的生命和健康。由于重金屬污染毒性機制和生物效應的復雜性，重金屬污染一直是當前研究的熱點。因此，土壤重金屬污染的治理對于環境質量的改善十分重要，土壤重金屬污染的修復也是環境可持續發展的必然要求。

1.土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染是指由于人類活動將重金屬引入到土壤中，致使土壤中重金屬含量明顯高于原有含量，并造成生態環境惡化的現象。例如在廢蓄電池加工回收處理場地，土壤Pb的濃度高達12000mg/kg，而Cu和Zn也嚴重超標（1800～2200mg/kg）；在一些工礦區或污灌區的土壤也常受Cd、Pb、Cu的復合污染。土壤中多重金屬元素或化合物之間以及重金屬與土壤界面之間存在相互作用，使其污染土壤修復技術具有挑戰性。

據統計，1980年我國工業“三廢”污染耕地面積266.7萬公頃，1988年增加到666.7萬公頃，1992年增加到1000萬公頃。目前，全國遭受不同程度污染的耕地面積已接近2000萬公頃，約占耕地面積的1/5。全國目前約有1.3萬公頃耕地受到Cd的污染，涉及11個省市的25個地區；約有3.2萬公頃的耕地受到Hg的污染，涉及15個省市的21個地區。部分地區的重金屬污染已相當嚴重，如廣州郊區老污灌區，土壤中Cd的含量竟高達228mg/kg，平均含量為6.68mg/kg；沈陽張士灌區有2533hm2土地遭受Cd的污染，其中嚴重污染的占13%。據報道，目前我國污灌區有11處生產的大米中Cd含量嚴重超標。

2.土壤重金屬遷移規律的影響因素

重金屬在土壤—農作物系統中的遷移規律與元素本身的化學特性、土壤理化性質、農作物種類等有關，并且會因各種污染元素數量和遷移速度的差異，在不同類型土壤剖面中的積累狀況不同。

2.1重金屬元素自身理化性質對遷移規律的影響

不同種類重金屬因其自身理化行為與生物有效性的差異，在土壤-農作物系統中的遷移化規律明顯不同。研究表明同一土壤剖面中的Pb和Cr容易被土壤吸附而難以遷移，Cd的遷移率明顯高于其他元素，Cd、As、Zn、Cu較易在農產品中積累，而Cr難以被吸收。重金屬存在形態可分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機物結合態和殘渣態。作物對重金屬元素的吸收與重金屬元素在土壤中的存在形態密切相關，一般認為可交換態含量與蔬菜中重金屬元素含量間有較好的相關性，在土壤中遷移能力也強。

2.2土壤理化性質對重金屬在土壤中遷移規律的影響

土壤的理化性質是影響重金屬在土壤中的存在形態以及重金屬生物有效性的主要因素，土壤的理化性質主要包括pH值、土壤質地、土壤氧化還原電位（Eh值）、有機質含量等。土壤pH值主要通過影響土壤重金屬的存在形態和土壤對重金屬的吸附量，從而影響重金屬的遷移和淀積行為。有機質對土壤重金屬的影響極其復雜，小分子量有機質與重金屬絡合或螯合增加其移動性，大分子有機質通過提高土壤CEC而使重金屬元素有效性降低，隨著土壤有機質含量的上升，大部分重金屬元素濃度降低，生物有效性降低。

3.修復措施

3.1生物修復

（1）植物修復技術對土壤性質和周圍生態環境的影響小，是真正意義上的“綠色修復技術”。植物修復技術的效果與重金屬在土壤中的生物可利用性密切相關。重金屬元素主要富集在根部，莖葉含量相對較少。植物各部位對重金屬的吸收與土壤中可交換態和碳酸鹽結合態含量具有一定的相關性，尤其是莖葉相關性更強。由于土壤中殘余態不能被植物吸收，植物主要吸收土壤中可交換態的含量，而土壤中鐵錳氧化物結合態和有機結合態與土壤中可交換態的含量互相轉換，因此，即使在沒有新污染源的情況下，土壤中重金屬并不能完全被植物吸收達到安全值。

（2）微生物修復。微生物對金屬元素有浸出作用，主要包括胞內和胞外累積作用、胞外絡合作用、氧化還原作用、甲基化和脫甲基化作用以及微生物在新陳代謝過程中改變介質的物理化學環境而促使金屬元素溶出等作用。微生物通過向胞外周圍環境釋放無機和有機酸可以擾亂金屬元素的地球化學形態。細胞外有機化合物中含有具多功能團分子結構的低分子量有機物，其可以改變可溶性金屬離子的形態，使它們沉淀下來。

3.2化學修復

在一定條件下施用碳酸鹽、磷酸鹽、氧化物質促進沉淀形成，減少重金屬對土壤的副作用和進入土壤的數量。土壤改良劑的選擇必須根據生態系統的特征、土壤類型、作物種類、污染物的性質等來確定。但通過投加改良劑來治理重金屬污染的土壤，需防止重金屬的再度活化。淋洗法，通過淋洗使重金屬移出根層，一般有以下2種方式：①含有某種配位體的溶液淋洗土壤，配位體傾向于與重金屬形成具有一定穩定常數的絡合物。②對輕壤質土壤消除重金屬污染物時，應選用能與已知污染陽離子形成絡合物的配位體的溶液沖洗土壤，用含有能與污染陽離子產生難溶性沉淀物的陰離子溶液繼續沖洗土壤，調節沖洗液的組成與用量，使重金屬在土壤一定深度形成難溶的間層。

4.結束語

土壤重金屬污染是當前面臨的重大難題之一，迫切需要解決。而今植物修復技術的發展和廣泛應用，為解決土壤重金屬污染提供了一條綠色通道。同時，作為微生物最大的聚居場所的土壤系統，不可忽視微生物的強大作用，應該積極開展研究，使其發揮更大的作用。單一化學手段治理土壤重金屬污染，雖然有一定的成效，但是不可避免二次污染；而化學手段也不可摒棄，化學手段可以改良土壤，在一定程度上是其他手段所不可替代的。因此，建議可以繼續推進生物修復技術的發展，同時，將物理、生物、化學修復手段結合起來，更好地治理土壤重金屬的污染。

參考文獻

[1]顧繼光，周啟星，王新.土壤重金屬污染的治理途徑及其研究進展[J].應用基礎與工程科學學報，2003，11（2）：143-151.

[2]張從，夏立江.污染土壤生物修復技術[M].北京：中國環境科學出版社，2000.

[3]陳懷滿.土壤植物系統中的重金屬污染[M].北京：科學出版社，1996.

[4]LEESW，GLICKMANNE，COOKSEYDA.ChromosomallocusforcadmiumresistanceinPseudomonasputidaconsistingofacadmiumtransportingATPaseandaMerRfamilyresponseregulator[J].AppliedandEnviron.Microbio.，2001，67（4）：1437-1444.

[5]STONEA.T.Reactionsofextracellarorganicligandswithdissolvedmetalionsandmineralsurfaces[J].ReviewsinmineralogyandGeochemistry，1997，35（1）：309-344.

作者簡介：

劉青（1992-），女，漢族，河南省許昌市人，鄭州大學本科生，研究方向：環境科學。