关于重金属富集植物修复土壤后处理的探讨

土壤重金属污染植物修复现状及发展前景

刘长城

（重庆交通大学河海学院重庆市400060）

摘要：土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术, 生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使被污染土壤环境能够部分或完全地恢复到初始状态的过程。生物修复的发展情况包括生物修复技术的概念、基本原理和特点、种类、主要影响因子等方面并从这几个方面进行综述,指出目前土壤生物修复存在的一些问题,探讨今后污染土壤生物修复技术的发展和应用前景,并就污染土壤的生物修复提出几点建议。

关键词：重金属污染；植物修复；前景展望

1.引言

随着工业的发展和农业生产的现代化, 土壤污染日益严重, 而重金属污染是其中危害极大的一类。重金属在土壤中积累到一定限度时, 就会对土壤- 植物系统产生毒害, 它不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低, 而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水, 恶化水文环境, 并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。因此, 土壤系统中的重金属污染和防治一直是国际上研究的难点和热点。目前, 土壤重金属污染的治理技术主要有物理法、化学法和生物法。但是采用物理方法或化学方法来治理土壤重金属污染, 不仅成本昂贵, 而且还会破坏土壤结构以及土壤微生物,也可能造成“二次污染”。而采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复即植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术, 能在不破坏土壤生态环境,保持土壤结构和微生物活性的情况下, 通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收, 收获植物地上部分来修复被污染的土壤[1]。因此, 自20 世纪90年代以来, 植物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。

2.重金属污染的概念

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。

3.污染物的来源

3.1随污水进入土壤

随着经济的发展和人口的增长，产生了大量的工业污水、生活污水。2005年全国废水排放总量为524.5亿吨，其中工业废水排放量为243.1亿吨[1]。这些污水未经处理进出灌溉去，成为灌溉用水，根据我国第二次污灌区环境质量状况普查统计结果（基准年为1995年），我国利用污水灌溉的农田面积为361.84×104 h m2，占我国总灌溉面积的7.33%，占地表水溉面积约10%[2]。该资料表明，我国37个主要污灌区中有明显污染点22个，其中多半是积累性重金属超标，例如淮阳污灌区土壤Hg、Ca、Cr、Pb、As等重金属1995年已超过警戒线。

3.2 随大气沉降进入土壤

由于交通运输，冶金，能源能行业的发展，致使大量的含有重金属的烟尘进入大气，据Lisk报道，煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金属，石油中含有相当量的Hg(O.02～30mg/kg)，这类燃料在燃烧时，部分悬浮颗粒和挥发金属随烟尘进入大气，其中1O%～30%沉降在距排放源十几公里的范围内，据

估计全世界每年约有1600吨的汞是通过煤和其它石化燃料燃烧而排放到大气中去的。例如比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量就有Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750g。

3.3随固体废弃物的堆积进入土壤

由于经济和科技的发展，产生了各种各样的固体废弃物，他们成分复杂，种类繁多，这类废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。对武汉市垃圾堆放场，杭州铬渣堆放区附近土壤中重金属含量的研究发现，这些区域土壤中Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb、As等重金属含量均高于当地土壤背景值。

3.4随农用物资进入土壤的重金属

农药、化肥和地膜是重要的农用物资，对农业生产的发展起着重大的推动作用，但长期不合理施用，也可以导致土壤重金属污染。绝大多数的农药为有机化合物，少数为有机-无机化合物或纯矿物质，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，氮、钾肥料中重金属含量较低，磷肥中含有较多的有害重金属，复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带入。

4.土壤重金属污染修复技术

土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。目前，世界各国对土壤重金属污染修复技术进行广泛的研究，取得了可喜的进展。具体有如下几种修复措施。

4.1物理修复技术

主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，可以降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤-植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法，在这方面日本取得了成功的经验。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。

4.2化学修复技术

化学修复就是向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性。该技术关键在于选择经济有效的改良剂，常用的改良剂有石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐、硅酸盐和促进还原作用的有机物质，不同改良剂对重金属的作用机理不同。施用石灰或碳酸钙主要是提高土壤pH值，促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐结合态盐类沉淀。

4.3生物修复技术

生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。由于该方法效果好，易于操作，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点。主要包括微生物修复技术和植物吸附修复技术。其中植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术，能在不破坏土壤生态环境，保持土壤结构和微生物活性的情况下，通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收，收获植物地上部分来修复被污染的土壤。

5.植物吸附修复技术方式

物对重金属污染位点的修复有3种方式，即植物固定、植物挥发、植物吸收及根系过滤。植物通过这3种方式去除土壤环境中的重金属离子。

5.1植物固定

植物固定是利用植物使土壤环境中的重金属流动性降低，生物可利用性下降，使重金属对生物的毒性降低。Cunni ngham等研究了植物对环境中土壤Pb 的固定，发现一些植物可降低Pb 的生物可利用性，缓解Pb 对环境中生物的毒害作用，还有研究表明六价铬可被还原为毒性较低的三价铬[9]。然而植物固定并没有将环境中的重金属离子去