重金属污染土壤间作修复的研究进展

重金属污染土壤间作修复的研究进展
摘要：当前我国所要解决的生态危机不是单方面的环境污染,而是人口激增、资源破坏和短缺等多方面综合效应。

植物修复重金属突然污染一般所采用的方法
是利用超富集植物超强的重金属富集能力,吸收土壤重金属后及时收获植株,从而
降低土壤中重金属含量。

然而超富集植物在修复过程中往往存在中断农业生产、
生长周期长、生物量低等缺点,加之目前发现的重金属超富集植物往往具有经济
价值低的特点,单一种植超富集植物难以激发农民的种植积极性,且当前农作物种
植中,品种单一化不仅导致病虫害严重,而且杂草丛生,大量化学物质投入也造成
土壤、水体和农产品的严重污染。

在环境保护过程中,应以有限的资源为基础,生
产出更多的产品,以满足经济和社会的发展需要,力求达到生态、社会和经济效益
的协调统一。

本文主要分析重金属污染土壤间作修复的研究进展。

关键词：超富集植物;间作;重金属;农作物;土壤修复
引言
为达到农业生产和土壤重金属污染治理的双重目的,做到“边生产边修复”,
因地制宜建设良性的社会-经济-自然复合生态系统,超富集植物与农作物的间作
修复应运而生。

除了合理利用资源、获得良好的经济和社会效益外,还能促进农
业生态环境的保护和修复。

在超富集植物-农作物-土壤构成的间作体系中,各组
分起到哪些重要作用是一个值得深入总结和探讨的科学问题。

1、重金属污染土壤间作修复的生态学意义
间作是我国精耕细作的农业管理方式之一,利用人工调控物种共生原理,结构
与功能相协调原则分层多级利用营养物质,对发挥土地生产力具有重要的生态经
济价值。

共生期内的两种作物种植可以增加同一地块的生物多样性并调节种间关系,通过协调种植过程中的物种配置和组合关系,使每种作物或品种在空间和营养
生态位上互补扩大,实现作物对光、气、热、水、肥等资源的最大限度有效利用,
减少病虫害的发生,同时增加土壤中一些酶的活性进而使土壤微生物生存环境得
到改善,最终提高农作物产量和品质。

在植物修复过程中应用间作体系,具有显著
的生态学意义。

通常采用高的农作物与矮的超富集植物间作,高农作物（如玉米等）为超富集植物提供了遮荫环境,在充分利用生态位的同时改善了超富集植物
生长的小气候,增加物种多样性并减少病虫害的发生。

此外,待修复完成后,及时
收获富集了大量重金属的超富集植物并进行妥善处理,农作物的根和茎叶腐烂后,
可以增加土壤有机质的含量,从而提高土壤肥力。

总之,在种植超富集植物对土壤进行修复的过程中,通过与农作物间作进行可
持续的农业生态系统设计,不需要停耕原来种植的农作物,可实现边生产边修复,
从而提高了土地利用效率,产生显著的经济收益。

玉米和铅超富集植物土荆芥、
镉/锌超富集植物伴矿景天、镉超富集植物龙葵和大葱等众多间作试验结果均表明,间作在不影响农作物长势、生物量的情况下,对土壤重金属污染修复效果显著。

2、土壤重金属污染来源
土壤中重金属的来源可分为地质过程内源和人为活动外源两部分。

地质过程
内源又可分为继承型和次生富集型两类。

地质过程内源继承型是指母岩中镉、汞、铅等有害重金属含量本底高，在后
期的风化成土过程中，这些有害重金属继续保留在土壤中。

资料显示，我国土壤
大面积的重金属指标高和异常主要是由成土母岩引起的，这些成土母岩多是富含铜、铅、锌、砷、镉等有害元素的硫化物矿床、黑色岩系、煤系地层等地质体，
以及含锰、铬、镍的基性岩等。

次生富集型是指成土母质中重金属元素含量并不高，但是在母岩风化成土过程中，化学性质活跃的元素，如钾、钠、钙、镁等易
进入水体流失。

而化学性质不活跃的元素，如汞、铅、砷等有害元素在原地的风
化残留物中反而富集了。

人为活动外源主要是指大量重金属通过人为活动进入到土壤环境中，其中主
要是现代化工业，例如电镀、电池、化肥、矿业、造纸、杀虫剂、制革、塑料制品、冶金、采矿、化石燃料等制造、使用、活动过程中产生的含重金属的废水、
废渣和废气。

3、土壤重金属污染修复的方法
3.1化学修复技术
化学氧化修复技术，化学氧化修复技术的原理是利用氧化剂将土壤中的污染物氧化，从而转化为低毒、低迁移性的产物。

将氧化剂注入污染土壤中，通过氧化剂在土壤中的扩散从而使氧化剂与污染物发生化学反应而去除污染物的方法叫原位化学氧化;将土壤挖掘出来再与氧化剂混合进行反应的方法叫做异位化学氧化。

目前主要应用的氧化剂有高锰酸钾、芬顿试剂、臭氧和过硫酸盐四种。

土壤污染经常伴随着地下水的污染，在较深的土壤中，对地下水具有污染效应的化学物质经常在土壤下层较深较大范围内呈斑块状扩散，随着地下水的流动，污染物质可能进一步扩散至未受污染的土壤，使得污染面积增大。

目前欧美等发达国家兴起一种在地下构建可渗透性反应墙的技术，使得污染物随着地下水流经反应墙的时候被还原或者固定。

目前这种技术常用于处理铀、锝、铬酸盐和一些氯代试
剂，常用的还原剂有SO
2、H
2
S气体和Fe0胶体等。

原位化学淋洗技术与前面所述
SVE技术相似，其原理是指通过压力将化学淋洗液注入到土壤中，再将反应后带有污染物的液体从抽提井抽出，进行进一步的污水处理过程。

将土壤挖掘后再进行化学淋洗反应的过程叫做异位化学淋洗技术。

目前，以表面活性剂作为化学淋洗剂可处理有机污染物，以螯合剂或酸作为化学淋洗剂可处理重金属等无机污染物。

3.2生物修复法
生物修复是利用生物削减的方式降低土壤重金属毒性，因其具有投资少、效率高、修复效果好等特点，已成为土壤重金属修复的重要手段之一。

目前的研究主要集中在微生物和植物的环境治理领域。

土壤中含有多种微生物，这些具有特异功能的微生物借助其代谢产物可改变土壤中重金属的赋存形态，进而影响重金属的迁移性与对生物毒害有效性，消减重金属的毒性。

国内外许多学者都十分重视微生物对重金属污染土壤的修复作用，姚俊课题组已开发出适用于典型有色金属尾矿库的高效低成本微生物原位成矿固化修复污染技术，其课题组筛选的碳酸盐矿化菌对土壤Cd
2
+矿化效果达45．14%，且效果稳定。

相对于物理化学修复技术来说，微生物修复技术具有更强更彻底的修复能力，但微生物个体微小，从土壤中分离较困难，且存在与修复现场土著菌株竞争等问题，目前还难以大规模应
用。

多年来，国内外学者对土壤重金属污染治理进行了多方面的基础理论研究，如何经济而有效地治理重金属污染土壤，一直是国内外研究的重要课题。

植物修复技术是一项净化环境的绿色生物修复技术，是土壤重金属污染治理的重要手段之一，该技术具有绿化环境、不破坏场地结构、投资少、稳定土壤、不引起二次污染等优点，在采矿塌陷区及风沙滩地区的生态修复中具有重要的意义。

植物修复技术的关键与难点是筛选出生长快、适应性强、生物量高、对重金属富集性好的物种，并且尽量为本土物种。

结束语
土壤修复技术的发展已经趋于成熟，国内的土壤修复市场正在逐步放开，但是目前启动的体量仍然较小，土壤修复行业朝着稳中向好的趋势发展。

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