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

土壤是人类以及其他动植物赖以生存的物质基础。污染物通过水体和空气间接或直接地进入土壤。当它们积累到一定数量并高于土壤的自净值时，土壤的生态服务水平下降，进而影响土壤、动物和植物等生物的生存质量。目前经济全球化的时代背景下，迅速发展的工业化和城市化，随之带来日益严重的土壤污染。重金属是土壤最主要的污染物之一，其很容易从土壤中转移到植物或微生物加以吸收和利用，然后通过食物链进入人体，引起人类各项生理功能的变化，以及各种急慢性疾病，如慢性中毒、癌症和畸形等。与其他类型的污染物相比，重金属污染具有隐蔽性、重毒性、持久性与不可逆性等特点，因此如何预防和治理土壤重金属污染已成为我国乃至世界其他国家热门话题。

物理、化学和生物方法都可以修复重金属污染的土壤。然而，长期以来，植物修复技术是公认的可将水和土壤资源进行净化的绿色环保方法。这是一种生态修复技术，能可以防止土壤受到干扰、绿色、环保。最近，在对植物修复技术的分析研究中取得了良好的效果，特别是在重金属的耐受性、超积累植物及其根际微生物共存系统的分析中、在微生物群落进化选择期根际分泌物的作用，以及根际分泌物物理化学特性的分析等。由于当前受重金属污染的土壤情况严重以及植物修复技术的重大意义，本文将分三部分对国内受重金属污染的土壤现状、植物修复技术及相关限制条件进行深入研究和分析，希望为今后综合分析该研究课题打下良好的基础。

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

重金属是指密度超过 4. 0 或者密度超过 5. 0 的各种元素，通常可以分为以下几类：(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。在我国，通常由于采矿、冶炼、金属加工和其他开发过程中排放的“三废”以及农业中的农药残留等很多因素会产生重金属污染物。我国土壤重金属污染物的来源见表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，我国环境保护部和国土资源部联合制定了《全国土壤污染状况调查公报》，其中指出国内耕地的土壤环境质量污染十分严重。具体土壤情况如下：国内土壤环境情况恶劣，少数地区土壤明显污染，耕地土壤质量差，

废弃工矿用地土壤问题尤为突出。我国受重金属污染的耕地面积从1980年的266.7万公顷，提高到1988年的666.7万公顷，到了1992年更变成1000万公顷，呈现不断增加的趋势。土壤的重金属污染问题已经成为顽固的毒害，在土壤中无法长久的根除。由相关分析得出，我国每年因重金属污染的土壤造成的粮食产量损失为1000万吨，造成的直接经济损失超过2000亿元人民币。中国中央环境监测站的数据显示，目前最常见的重金属污染物是镉、汞、血铅以及砷。最近，此类污染物造成了很多污染问题。例如，2006年，湖南和株洲的湘江受到镉的污染；2007年，太湖、巢湖、滇池出现严重的蓝藻问题；2009年和2010年，许多血铅超标的案例被曝光；2012年初，广西龙江出现镉污染的问题；2014年，广西大新县的重金属污染问题等。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，严重受污染农作物的种植面积为60.6 万公顷。重金属会进入土壤影响食品的安全，进而对人类的生命健康产生威胁。因此，如何消除土壤中重金属污染已经成为保证我国农业长期稳定发展的重要指标。

2植物修复

2.1植物修复产生与发展

“植物修复”(Phytoremediation)是指种植一种对相关污染土壤中的污染元素具有独特吸附功能的植物,在收获该植物并进行综合处理(如灰化回收)后，重金属可以转移到挖掘体中，最终达成污染管理和恢复生态的目的。1583年，意大利植物专家Cesalpino首先了解了生长在意大利托斯卡纳“黑色岩石”上的奇特植物，他获得了超富集植物(Hyperaccumulator)的初步记录。1977年，Brooks 定义了超富集植物的概念( hyperaccumulator)。1983年，Chaney首次指出了土壤内重金属污染物可以利用这种植物去除的想法。随后的分析表明，超富集植物是生长于一些区域的物种，它们的生长区域划分和土壤中的一些重金属含量有着显著的联系。

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

根据超富集植物的作用和原理，重金属污染土壤的植物修复技术一般需要以下三个部分完成，笔者还在表2对重金属污染土壤的植物修复技术做出比较分