【摘 要】針對土壤重金屬污染的處理措施，本文詳細(xì)介紹了生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)兩種修復(fù)方法，以為土壤重金屬污染后的修復(fù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】土壤；重金屬；環(huán)境污染

自上世紀(jì)80年代以來，隨著工業(yè)化和城市化在我國的推進(jìn)，國民生產(chǎn)總值和居民生活水平穩(wěn)步提高，與此同時，鎘、鉛、鉻、汞、砷等重金屬和其他污染物也進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)，這些污染物在對大氣、水體造成污染后，最終都回歸于土壤而造成土壤污染。土壤修復(fù)主要通過生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)兩種方式進(jìn)行。

1 生物修復(fù)

生物修復(fù)是利用生物削減和凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性的修復(fù)方法，其主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動物修復(fù)。

1.1 植物修復(fù)

這是一種利用自然界存在或人工培養(yǎng)的植物系統(tǒng)及其根系移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境中的重金屬污染物，或降低污染物中的重金屬毒性，以達(dá)到清除污染、修復(fù)或治理土壤目的的一種技術(shù)，分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定3種類型。

植物提取是依靠重金屬超積累植物從土壤中吸取重金屬離子，接著收割地上部分并進(jìn)行處理，連續(xù)種植該植物可有效降低或去除土壤重金屬，目前已發(fā)現(xiàn)有700多種超積累重金屬植物[1]；植物揮發(fā)是依靠植物根系吸收重金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，目前研究最多的是Hg和Se；植物穩(wěn)定是依靠耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，防止重金屬被淋洗到地下水或擴(kuò)散至空氣中，其機(jī)理是讓金屬在根部積累、沉淀或被根表吸收，以達(dá)到固化的目的。

利用超積累植物可以連續(xù)、反復(fù)地從土壤中提取重金屬，具有廉價、原位、土壤免擾動的優(yōu)點(diǎn)，是目前土壤重金屬污染治理方法中最清潔的方法，并且植物的地上收割部分可集中處理回收重金屬。如果實(shí)際情況使植物提取難以實(shí)施，也可考慮選擇植物穩(wěn)定技術(shù)，在礦區(qū)應(yīng)用植物穩(wěn)定修復(fù)對防止礦區(qū)水土流失和次生污染有良好作用[2]。

但是，目前世界上已確認(rèn)的超積累植物雖然對重金屬的富集能力很強(qiáng)，但普遍具有生物量小、環(huán)境適應(yīng)性差、生長緩慢等缺點(diǎn)，這限制了該技術(shù)的推廣和使用。已經(jīng)有研究人員開始用一些生物量大、對重金屬耐性強(qiáng)的植物做試驗(yàn)，并在垂枝榕、煙草、美人蕉等植物的研究方面取得了一定的成果[3]；還有一些研究人員提出應(yīng)用生物工程和基因工程技術(shù)將超積累植物的基因?qū)胍恍┥锪看?、生長迅速、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的植物體內(nèi)，以培養(yǎng)更理想的超積累植物。

1.2 微生物修復(fù)

土壤微生物包括與植物根部相關(guān)的自由微生物、共生根際細(xì)菌、菌根真菌，通過吸附、沉淀、生物轉(zhuǎn)化、生物累積和外排等作用，微生物可以通過固化重金屬、降低其活性和生物有效性來降低重金屬毒性，或者增大重金屬活性和生物有效性以利于植物根系對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。如動膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸還原菌和某些藻類能夠產(chǎn)生胞外聚合物與重金屬離子結(jié)合成絡(luò)合物；Macaskie等分離的檸檬酸菌可分解有機(jī)質(zhì)生成HPO2-4，與Cd形成 CdHPO4沉淀；國內(nèi)研究人員發(fā)現(xiàn)有些微生物能把劇毒的甲基汞降解為毒性小、可揮發(fā)的單質(zhì)Hg[4]。

微生物對土壤重金屬的作用非常獨(dú)特，微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合可以更徹底、更高效地修復(fù)土壤，同時還能保持土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這一研究方向已受到越來越多的關(guān)注，不過微生物修復(fù)技術(shù)目前更多地還處于科研和實(shí)驗(yàn)室水平。

1.3 動物修復(fù)

終生或某一發(fā)展階段生活在土壤中的動物，其自身及其腸道微生物在自然條件或人工控制下，通過生長、繁殖、穿插等活動對土壤污染物進(jìn)行破碎、分解、消化和富集。利用土壤動物的這個能力對土壤污染進(jìn)行治理的技術(shù)稱為動物修復(fù)技術(shù)。有研究表明，蚯蚓對土壤重金屬有很強(qiáng)的富集能力，其體內(nèi)的Cd、Pb、As元素的含量與土壤中元素含量有很好的相關(guān)性，可隨土壤中重金屬含量的升高而升高[5]。另外，國內(nèi)研究人員對蜘蛛、腐生波豆蟲、梅氏扁豆蟲等動物也有一定的研究。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)

前面所述的土壤重金屬污染的治理方法，工程措施一般見效快、重金屬消除較徹底，但費(fèi)用高、對土壤破壞大，而生物修復(fù)技術(shù)雖具有費(fèi)用低廉、清潔、不破壞土體結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，卻有效率低、耗費(fèi)時間長、受環(huán)境因素影響大等不足。很多研究表明，施肥、使用農(nóng)藥、搭配種植等農(nóng)藝措施也可顯著增加植物對土壤中重金屬的吸收累積量，從而提高植物修復(fù)的效率，而且相對于其他化學(xué)和工程強(qiáng)化措施，它具有技術(shù)成熟、成本較低、對土壤環(huán)境擾動較小等優(yōu)點(diǎn)，因此，近年來一系列農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)開始逐步被用于強(qiáng)化重金屬污染土壤的植物修復(fù)。

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)包括農(nóng)藝修復(fù)和生態(tài)修復(fù)。農(nóng)藝修復(fù)包括改變耕作制度、調(diào)整作物品種、種植不進(jìn)入食物鏈的植物、選擇能降低土壤重金屬污染的化肥以及增施能夠固定重金屬的有機(jī)肥等措施。生態(tài)修復(fù)包括調(diào)節(jié)土壤水分、養(yǎng)分、pH值和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因素，以及調(diào)控污染物所處環(huán)境介質(zhì)。研究人員對此有不少研究成果，Naidu發(fā)現(xiàn)，每公頃Cd污染的土壤中施用750kg石灰，可使土壤重金屬有效態(tài)降低15%[6]；施用鉀肥、磷肥能降低土壤的有效態(tài)Pb[7]，施入硝態(tài)氮可大大降低植物對重金屬的吸收和累積，而施入氨態(tài)氮則會增加植物中重金屬的含量[8]；有機(jī)肥（如豬糞）能改善鉛鋅尾礦污染土壤中紫花苜蓿的生長，從而減少其對重金屬的吸收[9]；玉米較其他糧食作物對Pb的吸收累積較小[10]。蔬菜中重金屬含量大小的順序一般為：葉菜類>根莖類>瓜果類[11]。

3 結(jié)語

從2009年至今，我國已有30多起重特大重金屬污染事件相繼發(fā)生，經(jīng)過幾十年的沉淀后，無論是在農(nóng)村還是城市，我國土壤重金屬污染正進(jìn)入集中多發(fā)期，來自土壤重金屬污染所造成的巨大環(huán)境壓力已經(jīng)突出表現(xiàn)在老百姓每日的飲食安全等方面，因此，對土壤重金屬污染的治理已成為我國現(xiàn)階段一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)?，F(xiàn)在已經(jīng)使用或者還處在研究階段的各種治理方法和技術(shù)都無法快速、高效、安全地清除土壤中的重金屬，因此，除了繼續(xù)加大研究力度，目前行之有效的方法包括兩個方面：一是對污染源加強(qiáng)控制，減少土壤環(huán)境中的重金屬進(jìn)入量；二是將幾類技術(shù)綜合應(yīng)用，增大重金屬的清除比例，對于暫時無法除去的污染物則先使之穩(wěn)定，減小其進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的流通量，從而減輕其毒害作用。

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作者簡介：

雷明馨（1971— ），女，碩士，講師，主要從事環(huán)境化學(xué)、農(nóng)化分析檢測的教學(xué)及綠色化學(xué)技術(shù)等科研工作。

趙仕林，博士，教授，四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會常務(wù)理事、環(huán)境科學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人。

基金項(xiàng)目：

中央財政支持作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)