徐伯鈞

[摘要]土壤重金屬污染作為一個世界性的環(huán)境問題受到越來越多的關(guān)注，因此開展重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究具有非常重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。對國內(nèi)外有關(guān)農(nóng)田重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)（農(nóng)藝措施、化學(xué)調(diào)控、工程措施和生物修復(fù)）的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，以期為農(nóng)田土壤重金屬的治理修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]重金屬；土壤；修復(fù)技術(shù)

[中圖分類號]X53 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的急劇增加，各種有毒有害重金屬元素通過多種途徑進(jìn)入農(nóng)田土壤，造成農(nóng)田土壤中各種有毒有害重金屬元素富集，使得各地相繼出現(xiàn)了嚴(yán)重的重金屬污染事件，而且重金屬污染問題日益凸顯。環(huán)境保護(hù)部和國土資源部2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國土壤污染物總超標(biāo)率為16.1%，污染類型以無機(jī)型為主。因此，防治土壤污染，保護(hù)土壤資源，修復(fù)重金屬污染土壤，已成為近年來國內(nèi)外環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)課題。

目前，針對農(nóng)業(yè)土壤重金屬修復(fù)主要基于以下三種思路：一是改變土壤重金屬的化學(xué)形態(tài)，使其鈍化，減弱重金屬的活性和遷移性以阻止其進(jìn)入食物鏈；二是利用工程技術(shù)將重金屬變成可溶態(tài)、游離態(tài)，再淋洗土壤，收集淋洗液回收重金屬；三是利用特殊植物吸收原理，收獲植物回收重金屬?；谝陨闲迯?fù)思路國內(nèi)外學(xué)者們已經(jīng)研發(fā)了許多治理技術(shù)，在重金屬污染農(nóng)業(yè)土壤實(shí)際修復(fù)措施中，則主要有農(nóng)藝措施、化學(xué)調(diào)控、工程措施和生物修復(fù)四大類。

1 農(nóng)藝措施

農(nóng)藝措施是通過采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施或添加一些物質(zhì)達(dá)到消減重金屬污染危害的方法。影響農(nóng)作物對重金屬的吸收的因素有土壤重金屬總量、重金屬有效態(tài)含量、灌溉方式、施肥類型和土壤理化性質(zhì)、植物種類、耕作制度等。因此，通過調(diào)節(jié)土壤水分、pH、有機(jī)質(zhì)等因素可以改變重金屬的水溶性和遷移性，達(dá)到降低重金屬的生物有效性和減輕重金屬生物毒性的目的。

日本農(nóng)林漁業(yè)部門鼓勵農(nóng)民在Cd污染農(nóng)田種植水稻時，盡量做到水稻抽穗前后期農(nóng)田處于水淹狀態(tài)，這樣土壤會處于還原狀態(tài)，Cd與硫結(jié)合形成CdS，從而降低水稻對Cd的吸收。Murray等開展水稻盆栽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水稻在抽穗后落干的情況下籽實(shí)Cd含量是正常灌水的12倍。對酸性土壤采用生石灰等堿性物質(zhì)來提高pH值，可降低重金屬Cd在土壤中的有效性，其有效態(tài)含量降低15%[8-9]，有效抑制植物對Cd的吸收。

2 化學(xué)調(diào)控

化學(xué)調(diào)控是利用化學(xué)試劑能夠螯合或與重金屬存在競爭關(guān)系等原理，采取葉面噴施或者直接添加到土壤中的方式降低農(nóng)作物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。

研究者發(fā)現(xiàn)部分化學(xué)元素對植物生長發(fā)育有促進(jìn)作用，在植物抵抗生物和非生物脅迫中起保護(hù)作用。Vaculik和Liu等發(fā)現(xiàn)硅能夠提高植物對Cd等重金屬的耐性且降低對后者的吸收。研究者在小麥、水稻和大麥等作物中發(fā)現(xiàn)Zn對Cd毒害的緩解作用。Filek等研究發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)液中添加硒可以緩解Cd 對植物的毒害。此外，Zeng等研究了GSH可以緩解重金屬毒害。綜上所述，硅、鋅、硒和GSH在實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)使用均可以顯著緩解重金屬毒害作用。而對于復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，它們能否發(fā)揮同樣的作用需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 工程措施

土壤移除、更換和置換是一種非常有效且快速的解決土壤重金屬污染的方法。土壤移除和更換多用于重度重金屬污染土地，但由于其成本高、工程量大的特點(diǎn)，因而只適用于污染面積較小的土壤。置換是通過深耕等方式將上下層土壤混勻，以此降低耕作層的重金屬含量，此法適用于中、輕度重金屬污染土壤。另外，可采用有機(jī)酸、螯合劑的溶液將土壤中的重金屬沖洗出。Wasay等利用FeCl3 將Cd污染土壤中24%～66%的Cd提取出來。此外，檸檬酸、酒石酸、EDTA沖洗重金屬污染土壤，也可顯著降低土壤重金屬含量，但是容易造成土壤養(yǎng)分的流失和結(jié)構(gòu)的改變。

4 生物修復(fù)

生物修復(fù)是利用植物、微生物和動物去除土壤重金屬的方法，經(jīng)過新陳代謝過程，生物可以將土壤中的重金屬形態(tài)發(fā)生變化或進(jìn)行吸收，從而降低重金屬毒性、達(dá)到凈化土壤的目的。目前，我國對生物修復(fù)技術(shù)的研究大多集中在植物修復(fù)和微生物修復(fù)兩方面。而植物修復(fù)技術(shù)較于微生物及動物修復(fù)技術(shù)方面，植物修復(fù)土壤重金屬污染的治理機(jī)理較為簡單、操作更為簡便、易于得到預(yù)期治理效果。

4.1 動物修復(fù)

動物修復(fù)技術(shù)是利用土壤動物（如蚯蚓、線蟲、節(jié)肢動物甲螨）通過食物鏈等作用吸收、降解或轉(zhuǎn)移重金屬，以降低土壤中重金屬的濃度。國外動物修復(fù)的研究已有較長時間，國內(nèi)起步較晚，尚處于探索階段。孫艷芳等指出土壤無脊椎動物群落的多樣性指數(shù)、蜱螨目和彈尾目的種群數(shù)量可以指示土壤重金屬污染程度。伏小勇等經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蚯蚓對重金屬有一定的忍耐和富集能力，用于修復(fù)重金屬污染土壤具有一定的應(yīng)用價值。

4.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是利用微生物的生物活性對重金屬的親和吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，降低重金屬的污染程度。國內(nèi)外利用微生物（細(xì)菌和酵母等）減輕或消除重金屬污染已有報(bào)道，微生物通過改變重金屬的化學(xué)或物理特性而影響其在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化其修復(fù)機(jī)理包括細(xì)胞代謝、表面生物大分子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、生物吸附、空泡吞飲和氧化還原反應(yīng)等。微生物對土壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在四個方面：①溶解和沉淀作用；②生物吸附和富集作用；③氧化還原作用；④菌根真菌對土壤重金屬的生物有效性影響。

4.3 植物修復(fù)

植物修復(fù)是利用植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化土壤污染物以使土壤得到凈化的一種方法。植物通過對重金屬吸收、揮發(fā)、降解和穩(wěn)定等作用，可以降低土壤中重金屬含量。具體植物修復(fù)類型包括有植物提取、植物穩(wěn)定、植物固定和根際過濾四種。其中，采用超富集植物進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)逐步成熟，已得到眾多科學(xué)家的倡導(dǎo)和推崇。該項(xiàng)技術(shù)的前提和重點(diǎn)在于超富集植物的篩選和培育，超富集植物多生長在礦區(qū)等重金屬污染嚴(yán)重地區(qū)，通過野外調(diào)查得到。而通過人工馴化栽培，同樣可顯著提高某些植物對重金屬的吸收富集能力。

迄今為止，在美國、新西蘭等國家已經(jīng)報(bào)道的超積累植物有700種。其中Ni 的超富集植物277 種。至2010年，國內(nèi)發(fā)現(xiàn)Cd超富集植物已達(dá)20余種，主要有東南景天、寶山瑾菜、龍葵 、三葉鬼針草、龍共葵、球果蔊菜、小飛蓬、商陸、水蔥、楊桃等；Cd富集植物已達(dá)60種，主要有水稻、甜高粱、蘆竹、龍須草、小麥、香根草、桑樹、馬尾松、露松等。國內(nèi)報(bào)道Pb超富集植物主要有密毛白蓮蒿、白蓮蒿、小鱗苔草、金絲草以及Pb/Zn/Cd超富集植物圓錐南芥。

4.4 聯(lián)合修復(fù)

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用植物與微生物之間相互作用以提高修復(fù)效率的技術(shù)，植物-動物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)則是植物、動物與微生物三者共同作用完成修復(fù)過程。近年來，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)逐漸引起各學(xué)者的研究興趣。田偉莉等發(fā)現(xiàn)Cd、Cu、Pb修復(fù)效果分別較單個動物修復(fù)和植物修復(fù)的簡單疊加效果高11.5%、7.2%、5.0%。楊柳等[33]研究了在Pb2+、Cd2+脅迫作用下蚯蚓、菌根菌及其聯(lián)合作用對植物修復(fù)的影響，結(jié)果顯示蚯蚓可以顯著提高植物地上部分的生物量，菌根菌可以提高植物地上部分的重金屬積累濃度，同時接種蚯蚓與菌根菌所能提高植物吸收的重金屬總量的幅度最大。

5 結(jié)語

隨著對農(nóng)田土壤重金屬污染認(rèn)識的深入，對農(nóng)田土壤修復(fù)也就提出了更高的要求。單單一種修復(fù)技術(shù)很難對復(fù)合污染進(jìn)行理想的修復(fù)治理，因此，聯(lián)合多種修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)合污染土壤治理修復(fù)方面已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢。

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