喀斯特地區土壤重金屬污染及修復

唐文玲，盛 宇，田 丹，羅 飛，強小燕，李干蓉，張 友

（銅仁職業技術學院，貴州 銅仁 554300）

土壤是地球在長時間的演化過程中通過綜合成土作用而形成的，是動植物和人類賴以生存的基礎[1]，在保護環境和維持生態平衡方面具有重要作用[2]。而土壤污染隨著經濟的快速發展已經成為了一個全球性問題。研究表明，全球范圍超過2000萬公頃的土地受到重金屬（砷、鎘、鉻、汞等）不同程度的污染。由于土壤環境中的重金屬污染物具有潛伏周期長等特殊性，能在土壤中不斷累積，以食物鏈的形式進入人體富集，極大的危害人們的健康[3]。對喀斯特地區，是我國生態環境脆弱區域，主要是因為其特殊的地形地貌和成土環境，使得該區域土層淺薄，土壤貧瘠。對比其他地區，喀斯特區域對土壤重金屬污染的承納容量小、波及廣、危害大、治理難[4]。因此，開展喀斯特地區土壤重金屬污染研究，對提高土壤環境質量，改善生態環境，維護人體健康具有重要意義。

1 喀斯特地區土壤重金屬污染

1.1 土壤重金屬污染來源

土壤重金屬污染來源主要有三類，分為工業源、農業源和生活源[5]。工業源指的是各工業生產過程中所排放的含重金屬成分的三廢物質直接排放環境中，直接或間接對土壤環境造成破壞。另外，在礦產開采過程中，不合理的開采措施以及露天堆放的廢礦、尾礦被雨水淋溶，都會導致土壤中重金屬含量超標。農業源主要指農業生產中使用含有重金屬物質而使其殘留在土壤中造成污染，如使用含有重金屬的污水澆灌作物、過度使用化學肥料（如磷肥等），或用含有重金屬的牲畜糞便進行施肥等[6]。生活源主要是對含有重金屬的生活垃圾處理不當引起的，如廢棄的電池、燈管、溫度計等未經過特殊方式收集，隨意丟棄于土壤層，致使土壤中重金屬含量超過限值。

1.2 喀斯特土壤重金屬污染特點

灰巖風化土壤中重金屬含量往往異常富集，嚴重超標。我國土壤重金屬的超標與地質成因關系密切，西南巖溶區土壤重金屬超標主要與地質高背景和成土過程有關[7]。影響或加重喀斯特土壤重金屬污染程度主要有以下幾方面：

（1）研究表明，碳酸鹽巖風化土壤的重金屬元素含量均顯著高于基巖，重金屬元素表現出明顯的富集特征[8]，碳酸鹽巖母質發育土壤中的鉛、汞、鎘等重金屬元素背景值與非喀斯特地區成土母質發育的土壤相比普遍較高，致使喀斯特地區土壤重金屬背景值處于較高水平。

（2）對喀斯特地區可溶巖，其中不溶物含量一般在10%以下，容易引起喀斯特地區水土易流失，形成土層薄，土壤貧瘠的特點[9]。為了更好的耕種農作物，會加大水的灌溉和化學肥料的施加，容易使土壤中重金屬含量增加。

（3）西南喀斯特地區是金屬礦產及包括多種重金屬在內的多種分散元素的重要成礦區域，已成為我國重要的礦產產區，而目前對礦藏資源的開發存在不合理、利用不充分的情況，以及廢氣廢液直接排放，造成土壤中重金屬的含量不斷累積，使其污染程度不斷加深。

（4）喀斯特地區特殊的地理形勢，如結構洞穴、裂隙等相互連接，出現大規模的喀斯特管道，而大氣降水的淋溶作用，使土壤表層的重金屬或空氣中的重金屬成分下滲到深層土壤中，導致深層土壤受到破壞，加大了治理難度[10]。

2 土壤重金屬污染修復技術

2.1 工程治理技術

工程治理技術主要是采用物理機械的原理達到減低土壤重金屬含量的效果，常用的有以下幾種方法。客土法主要是將未被重金屬污染的干凈土壤混合到被污染的土壤中，使土壤中重金屬的濃度得以降低[11]；換土法是直接以干凈的土壤替換被重金屬污染的部分，然后將替換下來的土壤運送至別處單獨進行處理；深耕翻土法是不添加干凈土壤，通過機械作業將重金屬含量高的上層土壤和重金屬含量少的下層土壤混合均勻，土壤表層重金屬濃度因此而得到降低。

2.2 物理治理技術

物理治理技術物理治理技術目前主要有電動修復法、電熱修復法。其中，電動修復法原理是利用正負極產生的低功率直流電場，使土壤中的水或帶點離子發生遷移，而土壤中的重金屬離子也隨之發生定向移動，分別在兩極進行富集，然后再通過沉淀、抽出或離子交換等方法去除。電熱修復法主要是針對熔點較低或揮發性較強的重金屬（如Hg和Se）污染土壤。原理是通過高頻電壓所產生的強電磁波的加熱作用，將可揮發重金屬污染物從土壤中解吸、分離和揮發出去，最終實現修復土壤的目的。

2.3 化學治理技術

化學治理技術主要是結合化學方法，通過加入化學藥劑與土壤中重金屬元素發生氧化還原、絡合吸附、沉淀聚合等反應，改變土壤中重金屬元素的形態等，從而使土壤重金屬濃度得以降低。主要包括化學改良法、化學淋洗法等。化學改良法的原理是向被重金屬污染的土壤中加入一定量的化學改良劑，是土壤中可遷移性的重金屬含量降低，使其鈍化，以此降低植物對重金屬的利用率。草酸、泥炭、磷酸鹽、石灰、草木灰等是目前常用的化學改良劑[5]。化學淋洗法的原理是將淋洗液注入到被污染土壤中，使土壤中重金屬與淋洗液發生溶解和解析，再將含有重金屬成分的淋洗液回收處理。目前常用的淋洗液包含水、無機酸、無機鹽、螯合劑和表面活性劑。

2.4 生物治理技術

由于生物治理技術存在的成本低、二次污染少，治理效果好等特點，是當今土壤重金屬污染防治研究的熱點。主要包含以下三類。

2.4.1 植物修復法

植物修復主要是選用能超富集或耐受重金屬成分的植物，達到對土壤中重金屬提取、轉移、吸收、分解、轉化或固定的作用，從而使重金屬在土壤中的含量降低。目前已經發現并在重金屬污染土壤修復中應用較廣的超富集植物大概有700多種，如蜈蚣草、香根草等。而在喀斯特地區，植被生長的條件相對比較惡劣，容易生長成活的只有耐旱、喜鈣的巖生性植被[12]。因此，喀斯特生態系統中的植物適生種類少，采用植物修復法處理土壤重金屬，關鍵是尋找適合喀斯特地區生長的超富集植物。

2.4.2 微生物修復法

微生物修復法主要是利用部分微生物吸收、氧化和還原等作用對土壤中重金屬進行處理，達到使土壤中重金屬毒性降低的目的。如硫酸還原菌等在代謝的過程中產生的一種糖類物質，具有富集土壤中重金屬成分的作用。

2.4.3 動物修復

動物修復方法主要是土壤中的重金屬元素被蚯蚓和鼠類等動物吸收和利用，從而達到降低或消除土壤重金屬污染物的目的。研究表明，蚯蚓在分解土壤中有機物時產生的分解物，對土壤中的重金屬有鈍化作用。

通過調查發現，近10年土壤修復方法主要是植物修復，其次為電動修復、固定化技術等，而近段時間，生物炭應用于土壤重金屬修復成為研究熱點之一[1]。

3 喀斯特地區土壤重金屬污染的防治措施

對于土壤重金屬污染的防治，不僅要注重治理技術的先進性、實用性等，還要兼顧其他措施，尤其針對喀斯特特殊的地勢情況，因地制宜，有效的開展工作可以提高重金屬污染防治效果。

3.1 控制源頭減少污染

對于土壤重金屬污染修復，應堅持先控制源頭，再逐步對已污染土壤進行治理的理念，針對不同污染來源采取相應措施。工業源的控制應督促企業加強生產監督和管理，引進先進、清潔的生產技術和設備等；農業源控制應加強對農作物生長環境的監測，避免用受污染水體澆灌作物，降低化合肥的使用，鼓勵利用天然牲畜糞便進行施肥；而生活源控制要注意提高人們的環保意識，完善有害垃圾的回收處理手段和機制。

3.2 探索土壤重金屬的監測技術

要改善土壤環境，降低土壤重金屬含量，首先就應對土壤中所含重金屬的量要有清晰、快速的認識。如何快速識別受污染土體，降低土壤（尤其是農田）中重金屬對人體的危害，顯得尤為重要。目前土壤重金屬常規檢測方法有：光學檢測方法、電化學檢測方法、生物學檢測方法。隨著逐步探索，新型監測方法有高光譜分析技術、生物量間接測定技術、環境磁學等。通過對土壤重金屬檢測技術的不斷探索，從而加快對重金屬污染土壤的識別和監測，有利于建立土壤污染大數據平臺，健全土壤數據監測預警機制，以便能及時掌握土壤污染的實時動態。

3.3 完善重金屬污染防治技術

重金屬污染的治理是一個長期的過程，需不斷改進重金屬污染防治技術，不斷探索新的更有效的治理方法，因地制宜的對已污染土壤采取治理措施，才能有效的改善被污染土體的狀態，減少對人體的危害。目前，我國對環境污染的重視逐漸加強，但在先進的設備、技術和專業人才方面還是比較欠缺，新型技術的開發有待進一步加強。特別是西南喀斯特地區，是中國最主要的貧困區域之一，高效、清潔的治理技術有待得到保證。

3.4 加強重金屬污染防治的監督和檢查力度

對于喀斯特地區，地勢復雜，人與人，人與外界的溝通交流少，對環境污染的敏感和重視程度不高。要改善喀斯特地區土壤重金屬的污染現狀，首先要從思想上進行引領，加大教育力度，必須讓人們深刻的認識到土壤重金屬污染帶來的危害，讓公民主動參與到土壤重金屬污染的治理中。其次，政府需加大監督檢查機制，特別是重點污染源的采礦企業，廢棄物的排放需嚴格按照要求標準執行。對土壤造成重金屬污染的個人和企業，實施相應的教育和處理，不能讓其有僥幸心理。

4 結論

土壤重金屬污染治理是一個長期的過程，由于喀斯特地區特殊的地質環境，加大了治理難度。為了改善土壤環境，提高重金屬污染治理效果，在掌握重金屬來源的基礎上，除了要采取適當的治理技術以外，還應該結合當地特色，加大教育力度和增強政府監督機制。將土壤重金屬污染治理技術和其他防治措施聯合在一起，以此來提高土壤重金屬污染的治理效果。