土壤重金屬污染修復方法研究

張 倩

（陜西省土地工程建設集團有限責任公司寶雞分公司，陜西 西安 710075）

土壤是生態系統的基本要素之一，是人類以及一切生命賴以生存的根基。隨著改革開放以來中國工業化步伐和城市發展進程的推進，每年有大量的污染物排放到環境中，并對土壤造成了嚴重的污染。當前，土壤污染已經受到全世界各國政府的高度關注，土壤防治理念從“先污染后治理”向“誰污染誰治理”的觀念轉變，土壤污染防治取得了一定的成效。雖然全世界范圍內都采取了有力措施來治理土壤污染，但是土壤污染的問題仍然沒有得到有效根治，對當前自然環境以及動植物和人類的健康都存在潛在的影響。其中，重金屬污染是土壤污染比較常見且影響較大的一類，重金屬在土壤中長期累積，將改變農用地土壤的功能，并嚴重影響農作物的質量，最終通過食物鏈影響人類的身體健康。我國是一個以農業發展為基礎的人口大國，且尚處于發展階段，為了保證我國農畜產品和國民的健康安全，進行土壤重金屬污染防治已經是刻不容緩的熱點研究內容。

1 重金屬污染物來源及現狀

重金屬一般是指比重≥5.0 g/cm3的金屬，包括Ni、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Al、Hg等，隨著人類經濟社會的發展，人類活動對土壤的影響越來越大，工業排放、汽車尾氣排放以及一些農業施肥等活動，都會影響土壤中重金屬含量[1]。比如，趙彥鋒等[2]對無錫等城市土壤重金屬的主要來源進行了分析，通過主成分分析法分析后的結果表明，無錫市的工業活動控制著土壤重金屬含量變異。Sun等[3]的研究表明，交通和工業是典型區域土壤重金屬污染的主要來源。楊忠平等[4]研究發現，汽車尾氣、輪胎摩擦、汽油燃燒會分別增加Pb、Zn、Cu等重金屬。Modaihsh等[5]研究了農業生產過程中的常見化肥的重金屬含量，發現不同種肥料重金屬濃度不同，某種磷肥中Cd含量達到32.3 mg/kg。農業生產過程中會通過農藥化肥使用、秸稈焚燒等產生一定量的Cd、Hg、As等重金屬。土壤重金屬元素會被農作物和植被吸收，人類作為食物鏈的最終一端，也不可避免地會將這些重金屬吸收進體內，從而危及身體的健康[6]。

2014年，國務院發布的《全國土壤污染狀況調查公報》指出，我國土壤污染率達到了16.1%，而其中有大約20%的土壤被重金屬污染，農業用地已經成為土壤污染的重災區，整體來說，重金屬污染的情況在經濟發達的地區比經濟落后地區要更為嚴重，尤其是長江三角洲、珠江三角洲和東北老工業區等地區。自2010年起，我國年均重金屬污染物排放量已超過900 t，由此而產生的直接經濟損失已遠超200億元[7]。對土壤重金屬污染的有效修復和治理，已經成為一個亟待解決的社會重大問題，土壤重金屬修復技術的研究也迫在眉睫。

2 重金屬污染危害

土壤中重金屬濃度超過一定的比例，就會對土壤微生物、植物、農作物，以及動物和人類產生不利影響[8]。洪晨等[9]的研究發現，礦區內土壤中Cu污染對氨氧化微生物的數量有顯著抑制作用。在郭星亮等[10]的研究中，重金屬污染區土壤中蛋白酶的活性為非污染區的19.1%～57.1%。而重金屬污染物會通過影響作物生長過程中的原葉綠素酸酯還原酶活性，引起作物光合作用失常，導致作物生長不健康，甚至死亡。而部分重金屬污染物會通過植物根系吸收作用累積在作物體內，會通過人類和動物的直接食用或者食物鏈轉移入其體內，一定程度上會破壞人體的神經系統、免疫系統和骨骼系統等[11]。不同的金屬元素造成的影響也不盡相同，如體內過量的鎘會對腎臟造成較大的傷害[12]。另外，由于重金屬元素本身的特質，在自然環境中很難降解或者分解，對環境和人類的影響長期存在，當重金屬含量積累到一定程度，就會造成不可挽回的后果。因此，針對土壤重金屬污染的修復研究顯得特別重要以及刻不容緩。

3 土壤重金屬污染修復方法

3.1 物理修復法

物理修復法是目前采用比較多的重金屬污染修復方法。其中，客土回填是指利用外源未被污染的土源對土壤耕作層進行覆蓋，通過將重金屬濃度較高的表層土壤移除或者覆蓋，從而稀釋土壤中的重金屬濃度[13]。很多學者的研究表明，客土法有很直觀、顯著的修復效果。侯李云[14]通過對不同覆土厚度對重金屬污染物含量變化的影響進行研究，發現覆土厚度在15 cm時As含量降低效率最為顯著。李榮華等[15]通過客土回填方式，研究了其修復效果。結果表明，客土回填覆蓋可有效降低土壤中Cd、Pb、Cu、As的含量，但該方法工程量較大，成本較高，不適合土源較稀缺或土源運距較遠的地區。土壤翻耕是通過機械或人工的手段對受重金屬污染的土壤進行攪拌混合，稀釋重金屬含量，進而降低土壤中有毒害物質引發的危害[16]。王科等[17]通過對土壤進行深翻，并使用有機肥料，發現可將土壤中Cd含量降低54.5%。土壤翻耕方法效率較高，且可提升土壤孔隙度，能顯著促進土壤蓄水保肥能力，但如果翻耕深度過深，并不能減少土壤中的重金屬含量，反而讓土壤中的重金屬向土壤下層擴散。

3.2 化學修復法

化學修復主要通過土壤淋洗的方式來進行修復，土壤淋洗是指利用液體或其他流體來淋洗污染土壤而去除污染物的技術。李尤等[18]研究了鼠李糖脂對土壤重金屬污染物的淋洗效果，研究表明，淋洗效果較好，淋洗劑中Zn含量達到397 mg/kg，Cd含量達到30 mg/kg，As含量達到21 mg/kg。目前，不少學者也發現復合淋洗劑比單一淋洗劑擁有更好的效果。陳尋峰等[19]研究發現，用NaOH和EDTA（乙二胺四乙酸）復合可顯著降低As含量。芮大虎等[20]使用乙二胺四乙酸二鈉進行土壤Cd、Pb污染修復研究，結果表明，經修復后，土壤中Cd、Pb質量分數分別較淋洗前降低了41.46%和32.32%，且試劑用量也遠低于傳統方法。魯文超等[21]綜述了納米材料對土壤重金屬污染的修復進展，并展望了未來一段時間內納米材料的應用前景和改進思路。

3.3 生物修復法

生物修復主要包含動物修復和植物修復方法，通過生物的生理活動和代謝機能，對土壤中重金屬物質進行吸收、轉化和固定，在提高和改善土壤理化性質的同時，修復受重金屬污染的土壤。但由于各類生物對重金屬污染的吸附、轉化能力有限，大多數只能對其中一種重金屬污染物進行吸收，且轉化時間較長。而一旦土壤中重金屬污染物濃度過高，也會對生物的生存產生危害，不利于土壤生物多樣性。植物修復優點明顯，技術簡單，成本低廉，同時對環境不會造成較大影響。但是修復過程耗時長，無法在短期內實現修復效果。而進行土壤重金屬污染修復后的植物體內含有大量有毒有害物質，如何進一步對其進行優化處理，目前尚未有很好的辦法，各項研究內容還不完善，對于重金屬再次進入環境也無法控制。李鴻博等[22]在前人研究基礎上，總結了生物炭對土壤重金屬污染的固定作用，重點對生物炭的施加方式、用量以及田間管理對重金屬污染修復的影響進行了分析，并提出未來在土壤監測方面需要進一步研究。