土壤重金屬危害及修復措施探討

■王環 蔡鵬飛 楊曉菲

（北京通州區環境保護監測站 北京 101100）

土壤重金屬危害及修復措施探討

■王環 蔡鵬飛 楊曉菲

（北京通州區環境保護監測站 北京 101100）

隨著現代社會經濟的快速發展，社會經濟活動對自然生態環境的影響愈發深刻，工農業生產活動導致的土壤重金屬污染問題，逐漸成為現代農林部門和環保部門關注的重要問題。本文將立足于土壤重金屬危害的實際情況，就土壤重金屬污染對植物、土壤動物、土壤酶以及人類的危害問題進行簡要分析，并針對當前普遍存在的土壤重金屬污染問題，提出了包括物理修復、化學修復、植物修復以及微生物修復在內的修復措施。

土壤重金屬危害修復措施

0 前言

工業化思想指導下的現代工業和農業生產規模和生產技術進步，很大程度上是以破壞環境為代價的，多年的工業污染和化學肥料污染導致我國土壤重金屬含量不斷提升，土壤的重金屬污染已經成為影響廣泛的社會環境問題，受到人們越來越多的關注。

據統計，我國不同程度遭受重金屬污染的耕地面積接近3.4億畝，約占耕地總面積的1/5，每年因為土壤重金屬污染導致的糧食減產超過107t，被重金屬污染的糧食作物多達1.2*107t，造成直接經濟損失200億人民幣以上。

土壤重金屬污染當前對社會經濟的消極影響還只是表面，其危害的長期性和滯后性，在相當長一段時間內都會對區域植物、動物和人類身心健康造成深遠影響，因此對土壤重金屬危害及修復措施的探討具有鮮明的現實意義。

1 土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染是指土壤中重金屬元素含量明顯高于自然背景值，并且造成嚴重的自然和生態環境破壞的現象。從環境保護角度來看土壤重金屬污染中的重金屬是指相對密度在5.0以上的金屬元素，主要包括有Fe、Mn、Cu、Zn、Cd等45種元素，從化學性質來看As元素是一種非金屬元素，但是其在土壤中存在的物質形態以及對環境的影響與重金屬元素相同，所以這一元素也歸于土壤重金屬污染的重金屬元素類屬。從重金屬污染現象整體角度來看當前導致土壤重金屬污染的重金屬元素主要有Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等8中元素。

土壤重金屬污染的危害不僅僅體現在土壤中重金屬含量上，還受土壤中重金屬元素的存在狀態影響。

通常情況下土壤中重金屬元素的水溶和交換狀態是重金屬活性較強的狀態，對接觸物的置換反應導致的毒性也最大；重金屬元素處于殘存狀態時，其本身的化合狀態已經比較穩定，在土壤中的活性補強，同時與接觸物反應導致的毒性也不大。

土壤中重金屬元素超標導致的重金屬污染問題是一種同時具備隱蔽性、滯后性、不可逆性和區域性的污染現象，重金屬元素在土壤圈的富集會使其加入正常生態系統的循環，造成重金屬污染在大氣圈、陸地圈、生物圈和水圈的循環污染，嚴重危害并破壞自然生態環境[1]。

2 土壤重金屬污染危害分析

2.1 對植物的危害

土壤中富集的重金屬元素會對植物的生長和植物作物的質量產生較大的影響，其作用機制是重金屬參與到植物的代謝和生長活動，影響并破壞植物新陳代謝的正常機制，并與植物本身包含的元素反應產生對職務生長有毒害的物質，或者是遏制植物正常生產所需要營養物質的產生和傳遞。

同時因為重金屬自身的排他性，其在植物內部的富集會排斥其他有益金屬的在植物內部的產生和匯聚，以重金屬Cd對小麥生長的影響為例，在小麥的生長過程中Cd的富集會限制小麥幼苗葉和根的生長，土壤中的Cd會通過小麥幼苗的代謝過程進入到小麥的莖和葉中，遏制小麥內部Fe、Mg、Ca和K等影響元素的產生，同時會排斥這些營養元素在小麥幼苗內部的富集，影響小麥幼苗的正常生長[2]。

2.2 對動物的危害

土壤中重金屬元素的富集會對土壤生物造成直接傷害，這種傷害不僅體現在對土壤生物的直接傷害上，還會對土壤生物的繁衍能力造成消極影響。以常見的土壤生物蚯蚓和線蟲為例，通過對正常土壤和重金屬污染土壤中土壤生物數量和種類多樣性分析，發現，在重金屬污染土壤中重金屬元素的存在會對土壤生物的生存產生直接影響，重金屬元素含量較高的土壤中蚯蚓的數量與正常金屬含量中的蚯蚓數量相差一倍不止，同時重金屬污染對土壤生物的影響還體現在土壤生物的多樣性上，在重金屬污染農田檢測活動中發現蚯蚓種群的多樣性指數僅為1.5835，而正常情況下標準農田中的蚯蚓種群多樣性指數應該在2所有。由此可見土壤的重金屬污染對土壤生物自身的存在較大的傷害，同時這種傷害還會延續到蚯蚓的繁衍能力[3]。

2.3 對土壤酶的危害

土壤酶是一種生物催化劑，其在土壤中的存量和分布狀況會對土壤肥力產生直接影響，因此自從被發現以來土壤酶一直是土壤肥力的一個重要指標。同時對土壤酶的的測定能夠有效的監控土壤生物化學狀態的變化方向和變化量。

由于土壤酶本身的生物化學性質并不穩定，所以土壤中重金屬元素的富集會對土壤酶產生較大的影響，以Hg為例，重金屬元素Hg對土壤酶中脲酶的感應極為敏感，Hg元素的大量富集會形成對土壤酶中脲酶的置換能力，能夠與脲酶反應生成其他物質從而破壞土壤酶的整體結構，導致土壤酶數量的下降和分布的不均勻，進而導致區域土壤的費力下降[4]。

2.4 對人體健康的危害

土壤中的重金屬元素尤其是土壤表層富集的重金屬元素極易進入人體，不同種類的重金屬元素在人體內部的蓄積會對身體健康造成嚴重威脅。

Cd元素在身體中的蓄積會誘發人體臟器的病變，同時Cd元素會嚴重對人體骨骼質量產生直接影響，使骨質密度出現不同程度的下降，同時因為骨質密度下降日常生活正常動作導致骨折的幾率也大大增加；重金屬元素Pb在人體內的富集會導致生殖功能和免疫力的下降，同時大量鉛在人體血液中的富集會導致頭暈、頭疼、記憶力衰退等癥狀；Cr元素在人體內部的富集會對皮膚和呼吸系統產生嚴重影響，這種影響具體表現為皮膚和呼吸道粘膜的潰瘍和炎癥[5]。

3 土壤金屬污染的修復措施

3.1 物理修復

物理修復措施是土壤重金屬污染處理的主要措施，主要包括有電動修復、電熱修復和土壤淋洗修復三種具體技術，其中電動修復技術的工作原理類似于固體電池，借助重金屬離子的導電特性實現對重金屬離子的去除，在實際應用中借助充電技術連接待處理區域土壤，通電以后區域土壤中的重金屬離子會在電流的推動下由正極向負極移動，并最終移動到負極周圍的重金屬離子采集裝置中，實現對區域土壤中重金屬離子的去除；電熱修復技術是針對一些高溫狀態不穩定重金屬設置的修復技術，主要利用了一些重金屬在高溫狀態下的快速揮發特性。在待處理土壤區域施加高頻電壓來加熱土壤，在高溫作用下一些容易揮發的重金屬會快速揮發，進而實現對重金屬污染的處理。

但是這種處理技術對重金屬污染的針對性不強，加熱過程會對土壤本身造成較為嚴重的破壞；土壤淋洗是當前最為實用的重金屬污染處理技術，無論是從處理影響控制角度看，還是從成本控制角度來看，土壤淋洗技術的可操作性都是最強的，在具體應用活動中，首先根據土壤重金屬污染的實際情況進行針對性的淋洗液的試配，試配成功以后使用相應淋洗液將土壤固相中的重金屬轉移倒土壤液相中去，再對融合了重金屬污染物的廢水進行處理，實現對重金屬污染土壤的處理[6]。

3.2 化學固定修復

化學固定修復技術并不是從土壤中將重金屬污染物去除的技術，而是一種針對重金屬污染物污染機制的處理技術，重金屬元素在土壤中的富集事件本身并不會造成消極的影響，只是因為重金屬元素同時富有活性和毒性，在土壤中的主動運動和主動反應，會對土壤酶、植物和土壤生物造成消極影響。

如果能夠阻斷重金屬污染物對土壤酶、植物和土壤生物造成消極影響的過程，就能夠有效的遏制土壤重金屬污染問題。

化學固定修復技術就是針對這一環節的修復技術，在具體的修復實踐活動中，首先對待處理土壤中重金屬污染物的種類和性質進行分析，針對土壤中重金屬污染物的活性實際，向污染土壤中添加有機質、沸石、污泥和磷酸鹽等物質活性物質，這些活性較高的物質在加入以后會與同樣具有活性的重金屬污染物形成物理化學反應，產生一系列的沉淀、吸附、離子交換、腐殖化和氧化還原反應，使得重金屬污染物與添加物質形成各種形態的穩定化合物，從而達到遏制重金屬污染物活性，阻斷重金屬污染物對土壤酶、植物和土壤生物的危害[7]。

3.3 植物修復

植物修復技術主要是借助植物對重金屬污染物的吸附能力，實現對重金屬污染物的處理的，這種技術是成本最低，修復活動環保效能最好的修復技術，屬于真正意義上的“綠色修復技術”，在可持續發展理念逐漸普及的今天這一技術受到了越來越多的關注。

植物修復技術的關鍵就是修復植物，重金屬污染的修復植物是因為植物對重金屬含量較高土壤的適應性改變而形成的，這種植物本身生長在重金屬含量較高的土壤區域，在長時間的演變過程中形成了對重金屬環境的適應能力，能夠大量吸收重金屬元素并保存在體內。在植物生長的過程中實現對重金屬污染物的富集和去除。

但是這種修復技術有較強的局限性，修復植物本身并不能夠形成對絕大多數重金屬污染物的處理能力，處理活動往往只能針對一種或少量重金屬物質。

同時以植物作為處理核心，處理過程也會受到植物自身對環境和土壤要求的限制，應用范圍并不廣泛[8]。

3.4 微生物修復

微生物修復技術是依靠土壤中微生物生物活性實現對重金屬的處理的，在土壤環境下微生物具有極強的活性，會在重金屬物質表面富集、與一些重金屬元素產生反應。

遮斷重金屬元素與外界元素的接觸甚至能夠與重金屬元素輕度螯合，將其轉化為低毒性的產物，從而達到控制重金屬污染的目的，微生物修復技術是一種較為成熟的修復技術形式，在實際應用中具有費用低、環境影響小、效率高的特點。

在實踐檢測中發現一些微生物能夠對重金屬進行生物轉化，利用微生物改變重金屬離子的氧化---還原狀態降低土壤環境中重金屬的含量，遏制其活性和毒性的發展，從而形成某種微生物對重金屬的解毒機制[9]。

3.5 其它修復技術

如前文所述在土壤重金屬污染的處理活動中，存在著多種污染修復技術，各種技術在實際應用各有優勢同時也存在一定的缺陷，針對這種修復技術現象，現代重金屬污染治理活動中開始研究結合多種修復技術特性的綜合性修復技術。例如物理修復中的電動修復技術就能夠和植物修復技術相結合，在實際應用中電動修復技術的電流會產生對重金屬元素的推動力，讓重金屬元素更加活潑、更加規律的運動，提升修復植物對重金屬的吸附和吸收效率。微生物處理技術也可以和植物處理技術相結合，微生物對重金屬毒素具有很強的耐受性，能夠包裹、阻隔重金屬的毒性，進而為修復植物提供一定的保護，保證修復植物不會因為吸收大量重金屬而死亡，提升植物修復的質量和效果[10]。

4 結論

土壤重金屬污染已經成為我國土壤污染的一種重要形式，對我國的土壤資源利用產生了廣泛而深遠的影響。因此在現代社會可持續發展理念的指導下，對土壤重金屬危害及修復措施的探討具有鮮明的現實意義。

本文從土壤重金屬污染概述、土壤重金屬污染危害分析、土壤金屬污染的修復措施三個方面對土壤重金屬污染的危害進行了簡要分析，并針對土壤重金屬對植物、動物、土壤酶和人體的危害現象，提出了相應的處理修復措施，以期為土壤重金屬污染問題處理水平的提升提供支持和借鑒。

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[2]石平.遼寧省典型有色金屬礦區土壤重金屬污染評價及植物修復研究 [D].東北大學,2010.

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[7]金忠民.植物組合技術修復鉛、鎘污染土壤的研究 [D].東北林業大學,2013.

[8]李華娟.吉林省典型煤礦區廢棄地土壤重金屬污染評價及豆科植物修復效應研究[D].吉林大學,2014.

[9]陳志霞.骨炭、磷礦粉修復重金屬復合污染土壤的效應研究 [D].中國地質大學 (北京),2012.

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Q938.1+3[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-332-2

王環（1981～），男，本科，助理工程師。