土壤重金屬污染后的修復

【摘 要】針對土壤重金屬污染的處理措施，本文詳細介紹了生物修復和農業生態修復兩種修復方法，以為土壤重金屬污染后的修復提供參考。

【關鍵詞】土壤；重金屬；環境污染

自上世紀80年代以來，隨著工業化和城市化在我國的推進，國民生產總值和居民生活水平穩步提高，與此同時，鎘、鉛、鉻、汞、砷等重金屬和其他污染物也進入環境系統，這些污染物在對大氣、水體造成污染后，最終都回歸于土壤而造成土壤污染。土壤修復主要通過生物修復和農業生態修復兩種方式進行。

1 生物修復

生物修復是利用生物削減和凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性的修復方法，其主要包括植物修復、微生物修復和動物修復。

1.1 植物修復

這是一種利用自然界存在或人工培養的植物系統及其根系移去、揮發或穩定土壤環境中的重金屬污染物，或降低污染物中的重金屬毒性，以達到清除污染、修復或治理土壤目的的一種技術，分為植物提取、植物揮發和植物穩定3種類型。

植物提取是依靠重金屬超積累植物從土壤中吸取重金屬離子，接著收割地上部分并進行處理，連續種植該植物可有效降低或去除土壤重金屬，目前已發現有700多種超積累重金屬植物[1]；植物揮發是依靠植物根系吸收重金屬，將其轉化為氣態物質揮發到大氣中，目前研究最多的是Hg和Se；植物穩定是依靠耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，防止重金屬被淋洗到地下水或擴散至空氣中，其機理是讓金屬在根部積累、沉淀或被根表吸收，以達到固化的目的。

利用超積累植物可以連續、反復地從土壤中提取重金屬，具有廉價、原位、土壤免擾動的優點，是目前土壤重金屬污染治理方法中最清潔的方法，并且植物的地上收割部分可集中處理回收重金屬。如果實際情況使植物提取難以實施，也可考慮選擇植物穩定技術，在礦區應用植物穩定修復對防止礦區水土流失和次生污染有良好作用[2]。

但是，目前世界上已確認的超積累植物雖然對重金屬的富集能力很強，但普遍具有生物量小、環境適應性差、生長緩慢等缺點，這限制了該技術的推廣和使用。已經有研究人員開始用一些生物量大、對重金屬耐性強的植物做試驗，并在垂枝榕、煙草、美人蕉等植物的研究方面取得了一定的成果[3]；還有一些研究人員提出應用生物工程和基因工程技術將超積累植物的基因導入一些生物量大、生長迅速、環境適應性強的植物體內，以培養更理想的超積累植物。

1.2 微生物修復

土壤微生物包括與植物根部相關的自由微生物、共生根際細菌、菌根真菌，通過吸附、沉淀、生物轉化、生物累積和外排等作用，微生物可以通過固化重金屬、降低其活性和生物有效性來降低重金屬毒性，或者增大重金屬活性和生物有效性以利于植物根系對重金屬的吸收和轉運。如動膠菌、藍細菌、硫酸還原菌和某些藻類能夠產生胞外聚合物與重金屬離子結合成絡合物；Macaskie等分離的檸檬酸菌可分解有機質生成HPO2-4，與Cd形成 CdHPO4沉淀；國內研究人員發現有些微生物能把劇毒的甲基汞降解為毒性小、可揮發的單質Hg[4]。

微生物對土壤重金屬的作用非常獨特，微生物修復技術與植物修復技術相結合可以更徹底、更高效地修復土壤，同時還能保持土壤的結構和性質，這一研究方向已受到越來越多的關注，不過微生物修復技術目前更多地還處于科研和實驗室水平。

1.3 動物修復

終生或某一發展階段生活在土壤中的動物，其自身及其腸道微生物在自然條件或人工控制下，通過生長、繁殖、穿插等活動對土壤污染物進行破碎、分解、消化和富集。利用土壤動物的這個能力對土壤污染進行治理的技術稱為動物修復技術。有研究表明，蚯蚓對土壤重金屬有很強的富集能力，其體內的Cd、Pb、As元素的含量與土壤中元素含量有很好的相關性，可隨土壤中重金屬含量的升高而升高[5]。另外，國內研究人員對蜘蛛、腐生波豆蟲、梅氏扁豆蟲等動物也有一定的研究。

2 農業生態修復

前面所述的土壤重金屬污染的治理方法，工程措施一般見效快、重金屬消除較徹底，但費用高、對土壤破壞大，而生物修復技術雖具有費用低廉、清潔、不破壞土體結構等優點，卻有效率低、耗費時間長、受環境因素影響大等不足。很多研究表明，施肥、使用農藥、搭配種植等農藝措施也可顯著增加植物對土壤中重金屬的吸收累積量，從而提高植物修復的效率，而且相對于其他化學和工程強化措施，它具有技術成熟、成本較低、對土壤環境擾動較小等優點，因此，近年來一系列農業生態修復技術開始逐步被用于強化重金屬污染土壤的植物修復。

農業生態修復包括農藝修復和生態修復。農藝修復包括改變耕作制度、調整作物品種、種植不進入食物鏈的植物、選擇能降低土壤重金屬污染的化肥以及增施能夠固定重金屬的有機肥等措施。生態修復包括調節土壤水分、養分、pH值和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態因素，以及調控污染物所處環境介質。研究人員對此有不少研究成果，Naidu發現，每公頃Cd污染的土壤中施用750kg石灰，可使土壤重金屬有效態降低15%[6]；施用鉀肥、磷肥能降低土壤的有效態Pb[7]，施入硝態氮可大大降低植物對重金屬的吸收和累積，而施入氨態氮則會增加植物中重金屬的含量[8]；有機肥（如豬糞）能改善鉛鋅尾礦污染土壤中紫花苜蓿的生長，從而減少其對重金屬的吸收[9]；玉米較其他糧食作物對Pb的吸收累積較小[10]。蔬菜中重金屬含量大小的順序一般為：葉菜類>根莖類>瓜果類[11]。

3 結語

從2009年至今，我國已有30多起重特大重金屬污染事件相繼發生，經過幾十年的沉淀后，無論是在農村還是城市，我國土壤重金屬污染正進入集中多發期，來自土壤重金屬污染所造成的巨大環境壓力已經突出表現在老百姓每日的飲食安全等方面，因此，對土壤重金屬污染的治理已成為我國現階段一項迫在眉睫的任務。現在已經使用或者還處在研究階段的各種治理方法和技術都無法快速、高效、安全地清除土壤中的重金屬，因此，除了繼續加大研究力度，目前行之有效的方法包括兩個方面：一是對污染源加強控制，減少土壤環境中的重金屬進入量；二是將幾類技術綜合應用，增大重金屬的清除比例，對于暫時無法除去的污染物則先使之穩定，減小其進入生態系統食物鏈的流通量，從而減輕其毒害作用。

參考文獻

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[11]王麗鳳.沈陽市蔬菜污染調查及防治途徑研究[J].農業環境保護，1994，13（2）：84-88.

作者簡介：

雷明馨（1971— ），女，碩士，講師，主要從事環境化學、農化分析檢測的教學及綠色化學技術等科研工作。

趙仕林，博士，教授，四川省環境科學學會常務理事、環境科學學術帶頭人。

基金項目：

中央財政支持作物生產技術專業