水体重金属污染分布解析——以湖泊生态系统为例

水体重金属污染分布解析

摘要：植物修复是一项新兴的绿色环保重金属污染物修复技术。本文在概述我国土壤重金属污染物的种类和污染现状的基础上，以湖泊生态系统为例阐述了植物修复类型与机理、植物修复影响因素、植物修复的限制因素，并提出提高修复效率的手段，最后对重金属污染物植物修复进行了展望。

关键词：重金属；土壤污染；植物修复；湖泊生态系统

前言

土壤是人类和所有生物生存所依靠的物质基础。污染物利用水体、大气间接或直接步入土壤，在其积攒到相应程度、高于土壤自净化水平的时候，土壤生态服务水平下降，之后作用于土壤、动植物等的生存。在经济全球化的大背景下，工业化和城镇化迅速发展，土壤污染日益严重。重金属是土壤重要污染物之一，其在土壤内转移，容易被植物或微生物吸纳和使用，之后通过食物链进入人体，造成多种生理功能出现变化，造成多种急慢性疾病，比如慢性中毒、致癌以及致畸等。和其余类型的污染物进行比较，重金属污染表现出隐匿性、毒性大、长久性与无法逆转性等特征。如何防治土壤重金属污染已成为我国乃至全球的研究焦点。

物理、化学及生物的方式都可以复原此类污染土壤，然而植物修复长期以来被公认为是净化水土资源的一种绿色环保的方法，它是一种能让土壤免受扰动、绿色、生态友好的生态修复技术。近期，对此类植物修复技术的分析，尤其是耐重金属与超富集植物和其根际微生物共存系统的分析、根际分泌物在微生物群落的进化选择时期的功能，根际物理化学特点分析也得到了良好的成果。鉴于土壤重金属污染严重以及植物修复技术的重大意义，本文将从国内土壤重金属污染情况、植物修复科技和相关限制性条件三部分开展深入分析，希望为此行业的全面分析奠定基础。

1我国土壤重金属污染物来源及污染现状

1. 1 土壤重金属污染物种类及来源

重金属表示密度超过 4. 0 的多种种元素或密度超过 5. 0 的多种元素，一般被划分成以下几类：(1) 包含生物毒性的金属汞( Hg) 、镉( Cd) 、铅( Pb) 、铬( Cr) 、铜( Cu) 、锌( Zn) 、钴( Co) 、镍( Ni) 、锡( Sn) 、钒( V) 以及类金属砷( As) 、硒( Se) 等；贵重金属如( Au) 、银( Ag) 、铂( Pt) 、钯( Pd) 、钌( Ｒu)等; ( 3) 放射性金属铀( U) 、钍( Th) 、镭( Ｒa) 、镅( Am) 等。重金属污染物相关因素众多，国内此类污染物一般源自采矿、冶炼、金属加工等发展排放的三废以及农业领域的农药残留。国内此类污染物来源可参考表1。

表 1 我国主要土壤重金属污染物及来源

Tab.1 Main heavy metal pollutant and its resources 主要污染物来源

汞Hg 采矿业，化工业，电子工业，仪表制造业，冶金工业

镉Cd 冶金业，电镀业和颜料、涂料工业

铬Cr 铁路工业、耐火材料工业，电镀工业，皮革工业和染料、颜料

等工业

铅Pb 农业

砷As 采矿业和冶金业

镍Ni 电镀业，采矿、冶金、石油化工、纺织、印刷业等

银Ag 电镀业和照相业

铜Cu 采矿业及冶金业

锌Zn 采矿业，冶金业，造纸业，机械制造业等

1.2我国重金属污染现状

2014年4月17日，环保部与国土资源部共同制定的《全国土壤污染状况调查公报》表明，国内耕地土壤环境质量不容乐观。分析结论表示，国内土壤环境情况恶劣，少数区域土壤污染明显，耕地土壤质量较低，工矿业废弃地土壤问

题更加明显。国内遭受重金属污染耕地面积不断增加，1980年污染耕地面积266.7万公顷，1988年提高到666.7万公顷，1992年则是1000万公。重金属逐渐变成土壤内长久无法根除的“毒瘤”，根据相关分析可知，国内每年由于土壤金属污染而亏损的粮食产量是1000万吨，直接经济亏损是2000多亿元人民币。我国环境监测总站的数据表明，当前污染最明显的是镉污染、汞污染、血铅以及砷污染。近期出现的此类污染问题较多，2006年湖南湘江株洲镉污染；2007年太湖、巢湖、滇池爆发蓝藻危机；2009年、2010年多地曝出的血铅超标事件；2012年初广西龙江镉污染；2014广西大新县重金属污染等。根据分析，国内24个省(市) 城郊、污水灌溉区、工矿等社会经济持续发展的320 个重要污染区中，污染严重的农作物种植面积是60.6 万公顷。重金属通过土壤影响食品安全性，进而影响人类的生命安全，怎样修复此类污染土壤就变成加快国内农业长久稳定发展的重中之重。

2植物修复

2.1植物修复产生与发展

“植物修复”(Phytoremediation)表示把某种对污染元素具备独特吸附功能的植物种植在相关污染土壤中,且将植物收获进而开展全面处理(比如灰化回收)之后就可以把此重金属转移出土体，最终完成污染管理和生态复原目标。1583年意大利植物专家Cesalpino第一次了解到在该国托斯卡纳“黑色的岩石”上生长的独特植物，这就是关于超富集植物(Hyperaccumulator)的最初信息。1977年，Brooks指出超富集植物的定义( hyperaccumulator)。1983年，Chaney第一次指出使用此植物去除土壤内重金属污染物的观点。后续的分析表示上述植物是部分地区性物种，其地区划分和土壤内部分重金属含量表现出显著的相关性。

2.2植物修复类型与机理

2.2.1植物修复污染土壤的途径和调控机制

基于其作用情况和机理，重金属污染土壤的植物修复技术通常被划分成三部分，接下来对其进行深入研究(表2）。

（1）植物提取表示利用部分对重金属具备强大富集功能的独特植物从土壤内吸纳重金属，把其转移、储存到地上部且利用收获植物地上部而减少污染物的重要方式。此方式一般可以从受污染土壤内去除比如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr、V