我国土壤中镉污染的研究进展

我国土壤中镉污染的研究进展

摘要：在大量研究资料的基础上，对目前受关注程度较高的镉（Cd）污染进行了概述，简要分析了国内土壤Cd污染状况；并对土壤重金属污染的一般治理方法进行了论述，在此基础上对生态修复理论进行了探讨。

关键词：土壤；镉污染；修复方法；生态修复

1 引言

当今世界环境污染问题已成为全世界最受关注的问题之一，而土壤中重金属的污染已是全球面临的重大环境污染之一。土壤重金属因其特有的生物的毒性和已积累性，对生态系统和人类的健康已构成严重的威胁，其中重金属镉更易被农作物吸收和积累，并通过食物链富集，进而对农产品品质安全和人类健康安全构成威胁。农产品质量不仅关系到城乡居民健康、营养与安全，而且关系到为我国农业与食品的国际竞争力。据研究表明我国农田土壤中的重金属含量持续增加，蔬菜地土壤受重金属的污染日益严重胡超[1]。

目前针对土壤重金属污染的治理，以修复被污染土壤为目的的技术体系主要有：①农业生态工程措施，即在被污染的土壤上种植不进入食物链的植物，或者栽植观赏苗木、铺设草皮等；②土壤改良措施，包括排土、客土、淋洗、增加土壤有机物、施加土壤改良剂等；③现代物理化学方法，如污染土壤固化、玻璃化、热处理；④生物修复（净化），即利用特殊植物或微生物体系清除土壤和水体中的污染物或降低污染物的毒性，使受污环境得到恢复。这些治理途径都有各自的优点和不足。利用客土、淋洗等各种物理、化学方法进行重金属污染土壤修复耗能大，操作费用高，对环境存在一定的二次污染性。而相应的利用生物修复技术则成本低、回收和处理富集重金属的植物较为容易，且在清理土壤重金属污染物的同时，可清除土壤周围大气和水体中的污染物，有较高的环境美化价值，有利于生态环境改善[2]。自20世纪90年代以来，植物修复技术已成为环境污染治理研究领域的一个前沿课题。植物修复过程依赖于植物的能力从而吸收和代谢毒性较低的污染物。不同的植物对污染物的吸收、积累和降解能力不同。植物的生长率和生物量是决定了该种植物能否被选为植物修复的植物，以及它们对污染物有一定的承受力和生物积累，它们根区的深度，和它们潜在的蒸腾能力。用于植物修复的植物不仅要有积累，降解或挥发污染物，但也应该有在不同的条件下迅速成长的能力。

2 我国土壤中镉污染状况

随着工业迅猛发展,大量的重金属严重污染了农田。我国大多数城市近郊土壤都受到了

不同程度的重金属污染,有许多地方的粮食、蔬菜、水果等食物中Cd、Cr 、As、Pb 等重金属含量超标和接近临界值。一些国家和地区已拒绝进口我国被污染的农副产品。特别是随着全球工业化和城市化的飞速发展，许多国家相继出现了蔬菜地土壤重金属污染超标问题，对蔬菜生产的品质安全带来较大的影响，并通过食物链威胁到人类健康[3]。在各种重金属污染中，镉由于分布范围广而且其生物毒性高，并易被作物积累等，导致它的污染尤为严重[4，5]。ZENG等（2008）[6]广泛收集自1989年以来中国蔬菜地重金属含量的数据和相关信息，结果显示，中国蔬菜地重金属的含量与土壤背景值相比明显的超标，特别是Cd和Hg的超标较为明显，与国家土壤质量二级标准GB15618-1995（6.5

近日，国家环保部部长周生贤在向全国人大常委会所作的环境质量报告中指出：中国重金属污染呈高发态势，2011年1～8月份全国共发生11起较为严重的重金属污染事件，给某些地区人们的生活造成恐慌。针对食品安全问题，王凯荣［12］将我国部分地区的农田Cd 污染状况及当地稻米中的Cd含量作了汇总，以引起相关部门的重视。

3 常见修复方法分析

为了合理地利用现有的土地资源，减少污染物通过食物链对人体生存与健康造成的危害，需对受重金属、有机物污染的土壤进行科学的治理与恢复。一般来讲，对重金属污染土地的治理大致有移位客土法、原位改良法、物理电动修复法、化学淋洗法等多种方法［13,14］。

3.1 土壤淋洗修复法

淋洗修复法可快速将污染物从土壤中移除，短时间内实现高浓度污染土壤的治理，其治理费用相对较低，现已成为重金属污染土壤快速修复技术的研究热点和发展方向之一［15］。该技术利用可令土壤中污染物溶解（或迁移）的液体物质来淋溶受污染的土壤基质，从而使

吸附、固定在土壤颗粒上的污染物洗脱、解离而去除［16,17］，其作用机理在于借助于化学淋洗液或助溶剂结合土壤中的污染物，并通过螯合、解吸、溶解或固定等化学过程，最终达到净化污染的目的［18］。这一技术具有选择性低（可适用于大部分重金属和有机污染）、操作灵活（原位淋洗或离场修复均可进行）、修复效果彻底等优点［19］，所用到的无机淋洗剂、人工螯合剂、氧化剂等也较容易获得。但是土壤淋洗技术在实际应用方面也存在一定的缺陷和局限性，主要表现为该技术对质地粘重、渗透性差的土壤修复效果不太理想，主要是由于淋溶剂的渗入和扩散过程受到了阻隔，在这种质地的土壤上难以发挥理想的作用效果；其次，目前已报道的去除效率高的天然淋洗剂，其获得途径较少，因此价格都比较昂贵，这对大面积的实际修复造成了一定的困难；另外，洗脱废液的回收处理问题不容回避，淋洗剂多为高分子化合物质，其在土壤中的残留量可能造成深层土壤和地下水的二次污染，甚至对为污染的环境构成威胁［20-21］。因此，寻找开发安全易降解、同时作用效果好的土壤修复淋洗剂是今后研究的重点。

3.2 稳定/固化修复法

稳定/固化（solidification/stabilization)修复，简称为S/S修复，最早在20世纪50年代用于对放射性废弃物的固化处理。首先区别一下固定化和稳定化的不同含义：稳定化是指从污染物的生物有效性（Bioavailability)出发，通过转化其形态或价态，将污染物转化为溶解、迁移能力较低，或毒性较小的物质而实现无害化；固定化则是指将污染物包封在惰性基材中，或在污染物外面覆盖一层低活性、低渗透性材料，通过减少污染物暴露在外面的淋滤面积达到限制其迁移的目的，该过程一般不改变污染物的化学性质或形态。其中将粒径细小的污染物颗粒固定化称之为微囊化（microencapsulation)将粒径较大的颗粒固定化称为巨囊化（macroencapsulation )。由此可知，S/S 修复技术指运用物理、化学方法将土壤中的污染物质固定，或者将其转化成为惰性物质（化学性质不活泼的形态），从而阻止其在环境中的迁移和扩散，达到控制污染的目的［22］。以美国在处理低水平放射性液体为例，S/S 修复的技术流程一般是，先用水泥等物质将其固化（或用蛭石等矿物质吸附），然后再进行填埋。在欧洲，对放射物质的处理基本是先用水泥固化，后用惰性材料包封，最后进行海洋深埋［23］。当然，稳定/固化修复技术自身也存在一些不足，比如在利用不同的胶凝材料方面，多数重金属硫酸盐物质对于硅酸盐水泥的浆体都有较强的侵蚀作用，从而导致固相体积增加，造成混合体膨胀；另外硅酸盐水泥抗酸性较差，而我国南方地区酸雨严重，基材的不抗酸性使得已固化的重金属在酸性环境中很可能重新溶出，这些都是限制该项技术大规模应用的潜在因素［24］。