重金属污染研究进展

重金属土壤污染研究进展

摘要：

重金属污染以成为举世瞩目的问题，全世界各国的土壤都存在着不同程度的重金属污染，其危害之大，之广是当今社会所不能忽视的。本文章重在对重金属土壤污染地区，污染程度以及土壤重金属污染的相关和最新治理方法进行综合概括，希望能提高对重金属污染的认识并引起相关人员的足够重视。

1 土壤重金属污染

随着工农业生产的迅速发展，进入土壤环境中的有毒有害物质日益增多，重金属和有机物是2种主要的污染源【1】。重金属作为一类危害很大的土壤污染物，具有移动性小，周期长，易积累，毒性大等特点。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1．5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t【2】，其中，镉以移动性大、毒性高、污染面积最大被称为“五毒之首”【3，4】。据报道，我国土壤镉污染面积约为13300 hm2，土壤镉含量达1～10 mg·kg，致使生产的农产品镉超标率约10．2％，对动物和人类的健康造成了严重威胁【5,6】。我国农田土壤中的重金属主要是随农药、化肥和地膜等重要的农用物资和用未经处理或处理不达标的工业废水或城市生活污水等进行农业灌溉所引起的。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，个别农药在其组成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金属。近年来，农业中广泛使用地膜，但由于地膜生产过程中加入了含有Cd、Pb的热稳定剂，增加了土壤重金属污染【7】。在我国，局部、小规模利用城市工业和生活污水进行农田灌溉已经有近百年的历史，大规模的污灌始于20世纪50年代，近年

来污水灌溉已成为农业灌溉用水的重要组成部分，污灌面积迅速扩大，以北方旱作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90％以上，南方地区的污灌面积仅占6％，其余在西北和青藏【8】。据农业部进行的全国污灌区调查，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64．8％，其中轻度污染的占46．7％，中度污染的占9．7％，严重污染的占8．4％。自20世纪70年代以来，北京市东南郊长期的污水灌溉已经引起了土壤以及稻米、小麦等粮食作物中镉等重金属元素的积累，局部地区蔬菜重金属的含量已经超标【10】。2001年朱桂珍对北京市东南郊污灌区土壤重金属污染情况进行了调查【11】，与70年代末期的情况进行了比较，结果显示通惠河污灌区土壤的铅有升高，凉水河污灌区的铅、锌、镉、汞都有明显升高。

2 土壤重金属污染的危害

据报道，我国受重金属污染的农业土地约2500万hm2，每年被直接污染的粮食达1200万t【12，13】，通过食物链富集到人和动物体中，引发癌症和其他疾病等。如日本的“水俣病”和“骨痛病”事件，都是因为消费者长期食用受Hg和Cd重金属污染食品所引起的。因此，土壤重金属污染已经引起各国的高度重视，修复重金属污染土壤是从根本上保证了食物的安全性。怎样低投入、高成效地修复被重金属污染的土壤，成为各国研究的焦点。

3 土壤重金属污染治理方法

目前，国内外研究土壤重金属污染的治理途径主要从3个方面着手，一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定和稳定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性【14】；二是从土壤中去除重金属，利用特殊植物吸收后把该植物除去，或用工程技术把土壤中的重金属变为可溶态、游离态，再经过淋洗，然后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的；三是使污染地区与未污染地区隔离。

根据具体的处理手段，又分为以下几种技术：

3.1 物理修复

物理修复主要是指换土、翻土等传统的土壤修复方法，即去表层土或将土全部换掉，换成干净的土壤，使污染物浓度下降到临界危害浓度以下或减少污染物与

根系的接触，从而达到减轻危害的目的。这种物理措施被认为是改良土壤的根本措施【15】，其优点是改良彻底，适于小面积土壤改良，对于大面积的土壤改良，工程量大，难以推行。

3.2 化学修复

化学修复【16】是指根据土壤和重金属的性质，向土壤中施改良剂、沉淀剂、增溶剂、抑制剂等，对重金属进行沉淀、吸附、氧化、还原等作用，降低重金属的生物有效性。常用的改良剂有石灰、骨炭、沸石、磷酸钙、碳酸钙、硅酸盐和促进还原作用的有机物质等。王永强【17】等将向铜铅镉复合污染土壤添加骨炭和沸石后，土壤pH值提高了2.21和2.29个单位，土壤有效态重金属含量显著降低。3.3 生物修复

生物修复是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。与其他传统方法相比，生物修复具有治理效果好、无二次污染、运行成本低等特点，是目前世界范围内的研究热点，也是土壤污染治理的环境友好技术。生物修复技术主要包括微生物修复、动物修复和植物修复3种类型。

3.4 微生物修复

土壤重金属污染的微生物修复主要包括生物吸附和生物氧化-还原两方面。生物吸附是重金属被生物体吸附，如蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类能够产生具有大量阳离子基团的胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，并与重金属形成络合物；生物氧化-还原是微生物对重金属离子进行氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用，降低土壤环境中重金属含量。Fred等【19】研究表明，根菌Glomus in-traradices可以提高向日葵对Cr的耐性，促进向日葵对Cr的吸收。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量阴离子的基团，与重金属离子形成络合物【20】。微生物修复技术运行成本低，对土壤肥力和代谢活性没有影响，可以避免污染物转移而产生对人类健康和环境的影响。但是在自然环境中，微生物通常不能讲解和破坏重金属，并且微生物个体太小，吸附的重金属很难从土壤中去除，因此仍然需要分子工程技术等方面的改进，使其能在各种环境下更好、更广泛地应用。

动物修复动物修复技术是利用土壤中的某些低等动物如蚯蚓、鼠类等吸收土壤中的重金属，达到减少或消除重金属污染的目的。其机理是由于它们的生物体普遍存在一种金属硫蛋白（能与重金属结合形成毒或无毒的络合物），同时生物体还能代谢产生一些含—SH的多肽（如PC），能与重金属螯合，从而改变了体内金