淺談土壤鎘污染的修復技術

駱翠紅

（武漢智匯元環保科技有限公司，武漢 430079）

土壤重金屬污染已成為普遍的環境問題之一，有關資料顯示，我國礦區、冶煉區、污水灌溉區的鎘濃度明顯高于邊遠地區，在空間分布上，南方地區土壤鎘含量比北方高，土壤中的鎘含量為0.27 mg/kg，超過國家一級土壤環境質量標準。許多地區的鎘污染是開采和冶煉活動引起的，或者是污水、污泥與磷肥的排放、工業中的廢料排放引起的。它會對植物生長過程造成各種不利影響。其中，長期施用磷肥已使鎘通過食物鏈的連續積累對人類健康構成潛在威脅，長期攝入過量的鎘污染食品會造成人體器官衰竭、骨質疏松軟化。關于土壤鎘污染方面的消息，國內外均有報道。例如，2013年，湖南攸縣爆發“鎘大米事件”。2014年，中國環境保護部和國土資源部發布數據，2005–2013采集的土壤樣品中有7%的樣品受到鎘污染，反映了我國目前土壤鎘污染問題亟待解決。

土壤中有效態的鎘才能產生影響，鎘遷移到土壤中以后，通過溶解、凝聚、沉淀、螯合、吸附等物理化學反應，依次形成不同的結構形態[1]。根據五步連續提取法得知，土壤中鎘的存在形態分為可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態。其中，處于絡合態和離子態的水溶性鎘極易被吸收，危害較大，而非水溶性鎘由于不易遷移很難被植物根部吸收，但隨環境條件發生變化，二者可相互轉化。因此，處理土壤鎘污染，人們還需對癥下藥。

目前，我國面臨嚴峻的土壤鎘污染。在保障人們生活生產不再受到持續污染的前提下，以一種高效率、經濟節約、見效快的修復技術治理土壤鎘污染，實現土地的可持續利用，已成為當今環境生態學、環境工程領域的熱點問題。本文結合當前已有的修復技術，指出其存在的不足之處，旨在為我國土壤鎘污染修復技術的發展提供理論依據。

1 土壤鎘污染的物理修復技術

1.1 換土法

換土法是將部分或全部鎘污染土換入非污染土，或者是換去受鎘污染表土，這樣可以根據無污染表層土的特性，活化下層的土壤。

1.2 客土法

客土法是將鎘污染土表層覆蓋上非污染土，也可混勻非污染土與污染土，使污染濃度降低從而減輕危害，上下土層翻土法是指將上層鎘污染土翻動至下層，使鎘擴散到周圍土層，防止鎘在某一層土壤集中，并使濃度降低到土壤可承受的范圍。

對于治理土壤鎘污染而言，上述方法適合于小面積污染土壤的治理，操作較為簡單，但是耗費時間較長，資金投入較大。同時，其存在效果不明顯、治標不治本、再次污染的問題，因此不是一種有效的治理方法。

2 土壤鎘污染的化學修復技術

2.1 化學淋洗

土壤淋洗是指利用淋洗劑產生的化學作用，將土壤中各種形態的重金屬污染物先分離出來再加以去除。因此，尋找一種合理的淋洗劑，在確保不會破壞原本土壤理化性質的同時，使其既不會再次對土壤造成污染，還可以有效地去除各種形態的污染物。人們在利用EDDS（乙二胺二琥珀酸）對土壤鎘、銅、鋅和鉛污染進行修復的試驗中發現，當酸堿度調整為5時，淋洗劑能夠去除污染土壤中的部分銅、鉛、鋅等重金屬離子；而使用EDTA（乙二胺四乙酸）淋洗污染土壤，可以去除污染土壤中大量重金屬離子。有研究表明，以上兩種淋洗劑均能去除土壤中的鎘元素[2]。

2.2 穩固化

土壤穩定化是指向重金屬污染土壤中加入某類藥劑，通過溶解、吸附、沉淀、氧化還原、螯合等物理化學作用，來抑制重金屬在土壤中的遷移和降低生物有效性，抑制、降低土壤中有毒重金屬排放的技術。藥劑的選擇應符合以下要求：添加的藥劑本身不含重金屬離子，對修復土壤不存在再次污染；選擇經濟、成本較低、實用性強的藥劑；藥劑的穩定化效果顯著，后期持續性強。

研究表明，向鎘污染土壤中添加海泡石，能夠有效降低鎘的含量。海泡石降低了土壤中的有效性鎘，使糙米中鎘含量明顯降低，在對海泡石分別進行磷肥復配和硅肥復配處理后，糙米鎘含量分別降低至0.33 mg/kg和0.34 mg/kg，最大降幅約為72.7%[3]。另外，鋼渣對鎘離子有吸附和沉淀作用，因為重金屬離子在土壤中易被氧化，從而形成鐵氧化物固定下來[4]。

3 土壤鎘污染生物修復技術

生物修復是指利用植物、動物、微生物代謝產生的一系列生理生化反應，減少土壤環境中的重金屬含量。該技術修復效果好、見效快、易于管理與操作、持續性強，因而研究與應用最廣泛。植被形成后，能保護表土、減少侵蝕和水土流失，還可以起到修復景觀的作用。

3.1 植物修復技術

植物修復技術具有適用范圍廣、投入成本低、持續性強等特點，既能在保持原土壤結構和土壤活性的條件下去除污染物，還可以改善土壤有機質含量和土壤結構，提高土地肥力，保持水土、修復景觀，因此深受國內外有關部門的青睞[5]。其中，植物提取是使用頻率較高的一種技術。植物提取是利用植物地下部分吸取污染物，并通過富集轉運將污染物積累于地上部分，最后通過收取地上部分實現植物修復的過程。因此，篩選重金屬超富集植物成為該領域的熱點研究課題。

目前，學者發現了超富集植物400余種，其中包含不少耐鎘植物。劉周莉等人通過試驗發現了一種新的鎘超富集植物——忍冬，試驗結果表明，當營養液中鎘含量為25 mg/L時，忍冬地上部分鎘含量接近300 μg/g，遠高于鎘超富集植物的臨界含量標準值100 μg/g[6]。蔣先軍等人的研究提出，印度芥菜是對土壤鎘污染具有較大修復潛力的植物之一，其對鎘的吸收與積累效果十分顯著，同時，它還能吸收鉛、鋅、銅、鉻、鎳等[7]。侯伶龍等人研究表明，魚腥草是一種根系發達、對鎘具有超富集能力的草本植物，能在200 mg/kg的土壤鎘污染環境下生長[8]。研究表明，EDTA和EDDS均為高效的鎘提取劑。

3.2 微生物修復技術

土壤中的重金屬離子可由根系分泌物固定，通過植物根際細菌和放線菌的活動，改變根際土壤理化性質而影響重金屬的化學形態，同時降低重金屬對植物根系的毒性。學者劉靈芝等人研究了在不同鎘濃度下，叢枝菌根菌對萬壽菊根系浸染率的影響[9]。結果表明，萬壽菊在接種礦區污染土叢枝菌根菌之后，根系浸染率顯著增加，體現了叢枝根菌對鎘有很強的抗性。這可能與植物根系對離子的固定作用有關，它改變土壤中重金屬的轉移能力，從而降低生物的有效性，也阻止重金屬離子在食物鏈中的傳遞與積累，這為鎘污染尾礦修復與景觀重建研究提供了初步依據。需要注意的是，植物固定技術并沒有真正去除土壤中的鎘，只是將鎘固定在植物根部或根際土中，改變環境條件后仍可使重金屬污染物的生物有效性發生改變。

此外，利用植物根系分泌的一些特殊物質，可以使土壤中的污染物化為揮發形態。芥菜累的根系分泌物可以使土壤中硒揮發之后并去除。洋麻類可使土壤中離子態硒轉化為可揮發性的甲基硒。

細菌的細胞壁中羧基，容易將金屬離子結合于壁表面。研究發現，一些菌株能鈍化固定土壤中的鎘，降低它們在土壤中的有效態含量。研究表明，在鎘濃度為1 mg/L，pH值為7時，細菌ZAN-044對鎘的吸附率為69%，比放線菌R27、紅緣層孔菌更適合修復鎘污染土壤。

真菌對于提高植物對重金屬的抗性，提高修復效率具有重要作用，可通過根系分泌物改變重金屬存在形態，進而降低重金屬的植物毒性及其生物有效性。需要注意的是，不同種類的菌根真菌對植物吸收重金屬的機制不同，某些菌種可能抑制植物對重金屬的吸收，從而降低植物的提取效率，因此要根據不同的土壤特性來合理選擇菌根菌種。

3.3 生物炭修復技術

生物炭可以通過提高土壤酸堿度、提高土壤有機質含量，改變土壤中土壤微生物的結構組成，從而降低重金屬毒害作用。生物炭本身含有碳酸鹽類，可促進離子交換反應，提高土壤酸堿值，進而降低重金屬的毒害作用。研究表明，棉稈炭處理土壤明顯降低了小白菜地上部分和根部的鎘積累量，地上部分鎘質量分數降至49.43%～68.29%，根部降至64.14%～77.66%。

研究表明，生物炭可以保持土壤肥力，因此對于污染農田土壤有極大的幫助，它可以提高土壤有機質水平，改善肥料的利用效率。泥炭土能降低甜瓜對鎘的吸附，雞糞能有效地降低小麥組織50%的鎘含量，促進小麥生長。生物炭提高土壤有機質水平體現在兩方面。一方面，通過吸附土壤中的有機分子，利用表面催化，促進小顆粒有機分子聚合，生物炭的多孔性為微生物生存提供附著位點和較廣闊的生存空間，進一步改善土壤微環境的理化性質，促進有益微生物繁殖及活性，最終影響土壤中微生物礦質元素循環的促進過程和形態轉換，進而改善土壤肥力。另一方面，生物炭本身所具備的極為緩慢的分解特性，有助于土壤形成腐殖質，并通過長期作用促進土壤肥力的提高。

生物炭表面含有豐富的官能團，可以在表面與重金屬形成絡合物，增加土壤對某種重金屬的專性吸附能力，降低重金屬離子的遷移率，從而減小毒害作用。然而，土壤對鎘離子的吸附受到土壤粘粒質量分數的影響，粘粒質量分數越高，粘粒礦化組分越大，土壤對鎘的吸附速率越低。目前，有研究結果顯示，土壤中有效鎘含量隨著鎘污染土壤中秸稈添加量的增加而減少。

4 現階段面臨的問題

肥料濫用是引起土壤鎘污染的一個重要因素。因此，人們應當最大化地降低化肥本身的重金屬含量，生產無污染的肥料。在全國土壤環境背景值所允許的鎘含量標準下，國家要指導農民通過科學方法合理施肥，這樣既可以提高土壤肥力，又可以降低土壤中重金屬含量。根據土壤環境適當調整作物種類，也是降低土壤重金屬污染風險的有效措施，在污染土壤中種植具有抗重金屬鎘耐性的作物，可以顯著降低鎘污染環境與健康風險。

開展土壤鎘污染的修復技術研究，對于促進人類生活生產質量安全、建設美好的生態環境具有重大意義。本文介紹了三種修復土壤重金屬鎘污染的方法，其中，生物修復技術被認為是最具有應用前景的修復措施，如植物修復技術。我國重金屬污染土壤植物修復技術在經過多年的研修與改進后，目前取得可觀的成果。然而，由于問題較為復雜，這一領域仍然存在不少問題。例如，目前多利用草本植物進行修復，草本植物的生物量小、根系較淺、生長緩慢、修復時間較長，使其在實際修復中的應用效果不太顯著。因此，有學者開始研究木本植物對重金屬的修復能力。相較于草本植物，木本植物在建立植被景觀上更具優勢。目前，人們已發現不少鎘的超富集植物，而在實際應用中，人們還應考慮各個品種的特性，從而達到更好的修復效果。

5 結語

土壤中的鎘污染與人類活動密切相關，因此，要徹底解決鎘對環境所造成的污染，保護農田、河流等生態環境，人們不僅要改進治理技術，還要從保護的源頭做起。一是減少有關的工業生產，或采取預防措施，禁止使用工業生產所排放的、未經處理的污水進行農田灌溉；二是在農業生產活動中，應當控制磷肥中的鎘含量，并合理施肥；三是對于已被鎘污染的土壤，應采取見效快、無污染的措施對其進行治理，最終減少鎘給人類健康帶來的危害；四是加強人們對我國現階段土壤鎘污染情況的認識，使其自發地參與到土壤環境保護的行動中來。

1 羅緒強，王世杰，張桂玲.土壤鎘污染及其生物修復研究進展[J].山地農業生物學報，2008，27（4）：357-361.

2 趙 娜，崔巖山，付 彧，等.乙二胺四乙酸（EDTA）和乙二胺二琥珀酸（EDDS）對污染土壤中Cd、Pb的浸提效果及其風險評估[J].環境化學，2011，30（5）：958-963.

3 梁學峰，韓 君，徐應明，等.海泡石及其復配原位修復鎘污染稻田[J].環境工程學報，2015，9（9）：4571-4577.

4 惠詠薇.利用鋼渣去除水中鎘的研究[D].南京：南京理工大學，2013.

5 熊愈輝．鎘污染土壤植物修復研究進展[J].安徽農業科學，2007，（22）：6876-6878．

6 劉周莉，何興元，陳 瑋.忍冬——一種新發現的鎘超富集植物[J].生態環境學報，2013，（4）：666-670.

7 蔣先軍，駱永明，趙其國.鎘污染土壤的植物修復及其EDTA調控研究——鎘對富集植物印度芥菜的毒性[J].土壤，2001，33（4）：197-201.

8 侯伶龍，黃 榮，周麗蓉.魚腥草對土壤中鎘的富集及根系微生物的促進作用[J].生態環境學報，2010，19（4）：817-821.

9 劉靈芝，張玉龍，李培軍，等.鉛鋅礦區分離叢枝菌根真菌對萬壽菊生長與吸鎘的影響[J].土壤學報，2012，49（1）：43-49.