土壤重金屬污染的生態工程修復方法

牟 雪

（新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

土壤重金屬污染的生態工程修復方法

牟 雪

（新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

土壤重金屬污染問題越來越引起人們關注，闡明了土壤中重金屬污染的來源、污染情況及造成的危害，主要綜述了目前國內專家、學者對土壤污染、生物修復及生態修復的研究進展，結合我國具體情況，提出采用生態工程方法，能有效地逐步凈化土壤，使重金屬污染土壤得到治理和利用，并可獲得較好的經濟、環境和社會效益。

重金屬；污染土壤；生態修復；生態工程

土壤是一個國家最重要的自然資源，它是農業發展的物質基礎。沒有土壤就沒有農業，也就沒有人們賴以生存的衣、食等基本原料。土壤一旦遭受污染，特別是重金屬的污染很難修復。

隨著人口的增長和工業化進程的加大，土壤與環境的保護及農業可持續發展成為當今世界人類面臨的重要課題[1]。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。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。

本文綜合了國內外的相關研究，概述了土壤中的重金屬污染的現狀及采用生態工程手段修復的方法，并簡單介紹了生態修復在土壤污染方面的機理及應用，旨在探求一種高效修復重金屬污染的生態工程的方法。

1. 土壤重金屬污染的現狀

1.1 土壤重金屬污染的來源

目前土壤中重金屬污染日益嚴重，并且外來重金屬多富集在土壤的表層。主要是由于采用城市污水和工業污水灌溉，集約化養殖動物糞便的不合理處置，生活垃圾、工業廢渣及其他固體廢棄物任意堆放和填埋，廢氣中重金屬的擴散、沉降、累積，導致其淋溶物隨地表徑流進入農田，含重金屬農藥、磷肥的大量施用所致[2]。

大氣中大多數重金屬通過自然沉降[3]和雨淋沉降進入土壤圈。由城市－郊區－農區，污染隨著距城市距離的加大而降低，城市的郊區污染較為嚴重；此外，還與城市的人口密度、城市土地利用率、機動車密度呈正相關；重工業越發達，污染相對就越嚴重[4]。

使用含有 Pb、Cd、Hg、As等的農藥和不合理地施用化肥都可以導致土壤中重金屬的污染。農用薄膜生產中應用到的熱穩定劑中含有Cd、Pb，塑料大棚和地膜都可以造成土壤重金屬污染。污泥中含有大量的有機質和氮、磷、鉀等營養元素，但同時污泥中也含有大量的重金屬元素，隨著市政污水處理產生的大量污泥被施加于農田，農田中的重金屬含量也會不斷增高。

金屬礦山的開采、冶煉、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金屬的礦山酸性廢水，隨著礦山排水和降雨使之帶入水環境或直接進入土壤，都可以直接或間接地造成土壤重金屬污染。礦山酸性廢水重金屬污染范圍一般在礦山的周圍或河流的下游，在河流不同河段的重金屬污染程度往往受污染源(礦山)的控制。

1.2 土壤重金屬污染的危害

大量研究證明：重金屬污染的土壤，其微生物生物量比正常使用糞肥的土壤低得多，并且減少了土壤微生物群落的多樣性。吸收到植物體內的重金屬能誘導其體內產生某些對酶和代謝具有毒害作用和不利影響的物質，間接引起植物傷害。如某些重金屬脅迫下植物體內產生過氧化氫、乙烯等類物質對體內代謝和酶活性的負效應，甚至導致植物的死亡[6]。

重金屬的脅迫有時會引起大量營養元素(N、P、K)的缺乏和有效性的降低，較高濃度的重金屬含量有抑制植物體對鈣、鎂等礦物質元素的吸收和轉運的能力。重金屬處理引起植物鐵含量的下降或缺乏，導致鐵參與生理過程的異常，呈現鐵缺乏癥狀。較高濃度的鋅處理使大豆出現葉片失綠的毒害癥狀。當鎘超過一定濃度后對葉綠素有破壞作用[7]。

1.3 土壤重金屬污染現狀

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。1996年農業部調查表明：我國污灌區面積約140萬公頃，遭受重金屬污染的土地面積占污染總面積的64.8%。其中輕度污染占46.7%，中度污染占9.7%。嚴重污染面積占8.4%，其中以Hg和Cd的污染面積最大。

2. 生物修復

2.1 植物修復技術

在中重金屬污染物最不易修復，針對大面積污染土壤，植物修復在總體上是目前所有土壤污染治理中最好的方法，在美國等發達國家已經開展大規模的實驗，中國也在這方面作過研究。

植物促進是根據重金屬的螯合原理，向土壤中施加螯合劑如EDTA、DTPA、EGTA、檸檬酸等活化土壤中的重金屬，增加重金屬的生物有效性，提高富集植物對重金屬的積累，促進植物的吸收，是植物修復發展的一個新方向。因為植物修復主要是通過收割地上部分進行的，施加螯合劑提高了某些植物對重金屬的吸收，促進了重金屬向地上部分的轉移，因而對植物修復的成功非常有利。研究發現向鉛污染土壤中加入EDTA(1.0g/kg)后24 h，Pb從根向枝干部分的凈轉移提高了120倍。

2.2 微生物修復技術

利用微生物的生物活性對重金屬的親和吸附或轉化為低毒產物從而降低重金屬污染程度。由于微生物對重金屬具有較強的親和吸附能力，有毒金屬離子可以沉積在細胞的不同部位或結合到胞外基質上，或被輕度螫合在可溶性或不溶性生物多聚體上，一些微生物如動膠菌、藍細菌、硫酸還原菌以及某些藻類，能夠產生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，它們具有大量的陰離子基團，與重金屬離子形成絡合物。近年來微生物生物技術已逐步應用于凈化污染土壤，通常采用新的原位處理、反應器或土壤填埋對污染土壤進行生物修復，在重金屬污染土壤中加入真養產堿菌株使得土壤水懸浮液得到凈化。

一些微生物可對重金屬進行生物轉化，其主要作用機理是微生物能夠通過氧化還原、甲基化和去甲基化作用轉化重金屬，改變其毒性，從而形成了某些微生物對重金屬的解毒機制。

3. 小結

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。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。

[1]何振立，周啟星，謝正苗. 污染及有益元素的土壤化學平衡[M]北京：中國環境科學出版社，1998.

[2]顧紅,李建東,趙煊赫等.土壤重金屬污染防治技術研究進展[J].中國農學通報,2005,21(8):397-399,408.

[3]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.

[4]董悅，劉曉群，李翠蘭，于東海，張士勇. 土壤重金屬污染研究進展[J].現代農業科技，2009，（4）:143-144.

[5]黃耀裔. 土壤重金屬污染來源與預防治理[J].能源與環境,2009,(1):62-64.

[6]安志裝，王校常，等．重金屬與營養元素交互作用的植物生理效應[J]．土壤與環境，2002，11(4)：392-396．

[7]李海華，劉建武，等．土壤—植物系統中重金屬污染及作物富集研究進展[J]．河南農業大學學報，2000，34(1)：30-34．

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1007-6344（2015）09-0175-01