摘要：我國土壤環(huán)境問題形勢嚴峻。礦區(qū)開采、企業(yè)三廢排放、化肥農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品過量施用、畜禽糞便和垃圾處理不當，以及土壤酸化等造成土壤重金屬和有機污染物污染問題日益突出。如何高效修復(fù)重金屬污染土壤已成為修復(fù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點問題。本文簡要介紹了重金屬污染土壤的植物、物理、化學(xué)修復(fù)等幾種較成熟的修復(fù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：重金屬;污染;土壤修復(fù)

1、土壤重金屬污染概述

我國礦區(qū)開采、企業(yè)三廢排放、化肥農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品過量施用、畜禽糞便和垃圾處理不當，以及土壤酸化等造成土壤重金屬和有機污染物污染問題日益突出。土壤環(huán)境直接關(guān)系到人類舌尖上的安全，在2017年全國兩會上，土壤污染防治也成為代表委員們熱議的話題。《土壤污染防治法》的立法工作也在今年兩會期間得到重點關(guān)注。

土壤重金屬污染具有滯后性和隱蔽性，不像空氣、水所遭受的污染那樣看得見、摸得著。土壤重金屬污染危害程度的大小不僅和土壤中重金屬含量有關(guān)，還和土壤中重金屬的組成形態(tài)和比例多少緊密相連。以離子交換態(tài)和水溶性態(tài)的危害性最大。交換態(tài)的重金屬在土壤環(huán)境中具有較大的活性，容易被植物體吸收、吸附，或者反應(yīng)轉(zhuǎn)化成其他形態(tài)。如土壤中甲基汞的毒性比其他形態(tài)的汞的毒性強。土壤中六價鉻很穩(wěn)定，三價鉻較容易被土壤吸附，兩者毒性相差約100倍。

不同土壤的性質(zhì)對于重金屬在土壤和作物間的傳遞有極大影響。在一定時間段內(nèi)，重金屬污染物通過不同途徑(呼吸道、口、皮膚等)為人體所吸收，人體長期暴露在低濃度污染物下，也會對健康產(chǎn)生損害，因此應(yīng)重視土壤重金屬污染問題及針對重金屬污染物暴露途徑的防護措施和土壤環(huán)境管理。高效修復(fù)重金屬污染土壤成為環(huán)境研究者關(guān)注的熱點。

2、修復(fù)方法

目前，重金屬污染土壤修復(fù)方法有比較傳統(tǒng)的物理化學(xué)法，比如投入改良劑、電動力以及淋洗法等，也有植物修復(fù)等生物法。

2.1、植物修復(fù)

植物修復(fù)屬于生物修復(fù)的一種，還有微生物修復(fù)。植物修復(fù)是以植物富集化學(xué)元素為理論依據(jù)，利用植物去除自然環(huán)境中污染物的一種污染治理技術(shù)。包括有依賴植物過濾、揮發(fā)、鈍化和提取等多種類型。通常所指的植物修復(fù)是指超富集植物的積累提取，從而清除土壤中重金屬。對于大規(guī)模的修復(fù)較適用，且成本低、社會和生態(tài)效益良好，但往往周期較長，修復(fù)效率也是一個制約因素。

植物修復(fù)中主要種植的作物是超積累植物，與普通的植物相比，其對自然環(huán)境中重金屬的積累量高出100倍以上。植物修復(fù)技術(shù)具有廣闊的市場潛力。植物界廣泛分布的超積累植物約45個科、450種，大多都是十字花科植物。有些富集植物能同時吸收和積累至少2種重金屬，以超積累重金屬鎳最多。

目前，我國關(guān)于植物修復(fù)的研究雖然起步較晚，但也取得了一定的成果。陳同斌等首次在中國找到了金屬砷的超富集植物蜈蚣草，修復(fù)土壤砷污染的富集效果較好的是大葉井口邊草，其地上部分含砷量可達694mg/kg。對鉛有較好富集作用的植物是芥菜、魯白，在溫室砂培盆栽條件下，這些植物通過鉛的吸收和耐性實驗，發(fā)現(xiàn)其不僅長勢快，且植物的地上部分含鉛量超過1000mg/kg，鉛的遷移效率和遷移總量都很高。此外，有野外調(diào)查和溫室栽培發(fā)現(xiàn)，超富集鋅的植物是東南景天，在天然條件下，東南景天地上部分鋅含量平均約4515mg/kg。鴨跖草是銅的超富集植物。在雜草中篩選出的龍葵等植物，莖和葉中富集鎘含量均超過l00mg/kg，也被用作鎘的植物修復(fù)。另外，蔬菜對土壤環(huán)境中的重金屬也有一定的富集作用。姚會敏等發(fā)現(xiàn)，蔬菜的種類和品種不同，富集金屬的能力也不同，往往差異較大[1]。對金屬汞有較好富集作用的植物是辣椒、萵苣、紅蘿卜、四季豆，辣椒的富集汞能力最強，最低的是萵苣[2]。

2.2、物理修復(fù)

重金屬污染土壤物理修復(fù)技術(shù)主要包括物理工程措施、玻璃化技術(shù)、淋洗法、冰凍土壤修復(fù)技術(shù)、電動力學(xué)法和蒸氣浸提修復(fù)。

物理工程措施主要有排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施。排土、換土、去表土和客土的修復(fù)施工工程量較大，且存在污土的處理問題。深耕翻土是采用深耕，上下翻動土壤層，降低表層土壤中的重金屬含量。物理工程措施中較常見的是客土和污土相結(jié)合，將一定量的干凈客土和污土成比例混合，從而使得土壤中的重金屬含量降低。深耕翻土在污染較輕的土壤修復(fù)過程較常見，客土和換土多用于重污染土壤修復(fù)工程。目前，一些發(fā)達國家在土壤污染較重的地區(qū)試行土壤重金屬固化技術(shù)和挖土深埋包裝技術(shù)。

玻璃化技術(shù)是在高溫高壓條件下，被重金屬污染的土壤形成玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，使得土壤中的重金屬被固定穩(wěn)定化。玻璃化技術(shù)能夠從根本上去除土壤中重金屬的污染，去除速度快，但技術(shù)工程量大，且費用較高，比較多的是用于對重金屬污染很重的區(qū)域進行搶救性修復(fù)。

土壤淋洗是通過注入和抽吸淋洗液，淋洗液和污染的土壤充分混合，土壤中的重金屬通過溶解、乳化和化學(xué)作用滲入到淋洗液中，隨淋洗液的吸出而去除的修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是將淋洗液注入污染的土壤，再用泵將吸附過污染物的淋洗液抽吸處理，一般需要用清潔的淋洗液反復(fù)多次淋洗，然后對污染的淋洗液進行收集處理與回用。

冰凍土壤修復(fù)是圍繞已知的污染源在地下以等距離的形式垂直安放合適的管道，再在管道內(nèi)輸送入無害的冰凍劑，凍結(jié)土壤中的水分，形成地下凍土屏障，防止土壤中的重金屬遷移擴散。

電動修復(fù)技術(shù)是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)以電透滲和電遷移的方式向電極運輸，然后集中收集處理。電動修復(fù)方法特別適合于低滲透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流動方向。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH、緩沖性能、土壤組分及污染金屬種類會影響修復(fù)的效果。有研究者模擬Cd污染土壤，在電場強度為1V.cm-1的條件下研究修復(fù)效果，且較低的pH值和較高的氧化還原電位都有利于Cd的解吸并加速修復(fù)過程。

2.3、化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)是根據(jù)土壤和重金屬的性質(zhì)，選擇合適的化學(xué)修復(fù)劑加入土壤(如改良劑、沉淀劑、增溶劑等)，通過對重金屬的吸附、氧化還原、沉淀以及萃取，以降低重金屬的生物有效性。

在土壤中加入改良劑能改變土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而對土壤中的重金屬產(chǎn)生吸附、沉淀或共沉淀作用，改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，降低其遷移效率和生物有效性。改良劑常見的有無機改良劑和有機改良劑，其中無機改良劑主要包括堿性物質(zhì)(石灰、碳酸鈣、粉煤灰等)，磷酸鹽(羥基磷灰石、磷礦粉、磷酸氫鈣等)以及礦物(天然、天然改性或人工合成的沸石、膨潤土等)。有機改良劑主要包括農(nóng)家肥、綠肥、草炭等有機肥料。黃啟飛等研究表明，垃圾堆肥可顯著減少鉻污染土壤中有效鉻含量[3]。陳等研究表明，適當劑量的石灰、腐殖酸能顯著抑制萵筍對汞的吸收，硫化鈉能顯著抑制萵筍對鉛的吸收[4]。

在土壤中添加氧化還原試劑，改變土壤中重金屬離子的價態(tài)來降低重金屬的毒性和遷移效率。常用的還原劑有硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等，已有的研究較典型的是把六價鉻還原為三價鉻，從而降低鉻的毒性。

在土壤中添加萃取劑，使得土壤中的重金屬被萃取，粘土中的重金屬比在砂土中更難被萃取。黃寶榮等用HCl、Na2-EDTA、檸檬酸作為萃取劑，在不同的萃取條件下對湘潭錳礦重金屬錳、鉛和鎘污染土壤進行萃取實驗研究[5]。結(jié)果表明，檸檬酸對重金屬錳有比較高的萃取效率，其萃取效率和所用檸檬酸濃度大小有關(guān)。劉云國等研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸可以促進銅和鋅在萃取劑中的溶解[6]。

此外，還能利用土壤中重金屬的拮抗作用，來控制重金屬污染。例如，化學(xué)性質(zhì)相近的Ca和Sr，Zn和Cd，K和Cs等之間會產(chǎn)生拮抗競爭作用，已有試驗證明，土壤中適量的W(Cd)/W(Zn)比可以抑制植物對Cd的吸收。

2.4、聯(lián)合修復(fù)

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)包括植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、改良劑—植物聯(lián)合修復(fù)、螯合劑—植物聯(lián)合修復(fù)、電壓—植物聯(lián)合修復(fù)、基因工程—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。較常見的動植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中以對蚯蚓的研究最多，有研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓體內(nèi)攜帶各多種微生物，能提高土壤中活性微生物量，微生物能借助有機酸分泌活性重金屬離子[7-8]。植物根系的發(fā)展能為蚯蚓創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，蚯蚓則通過改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、促進根系的生長。

3、展望

污染土壤修復(fù)是一個長期且復(fù)雜的工作，本文簡要介紹了重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)。在實際的污染修復(fù)工程中，往往存在多種污染物并存的復(fù)雜情況。如何利用已有的技術(shù)成果，開發(fā)出更加高效環(huán)保的修復(fù)技術(shù)是關(guān)鍵。

參考文獻

[1]姚會敏,杜婷婷,蘇德純.不同品種蕓薹屬蔬菜吸收累積鎘的差異[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2006, 22(1):291-294.

[2]黃慧,陳宏.植物修復(fù)重金屬汞、鎘、鉻污染土壤的研究進展[J].中國農(nóng)學(xué)通報, 2010, 26(24):326-329.

[3]黃啟飛,高定,丁德蓉,等.垃圾堆肥對鉻污染土壤的修復(fù)機理研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2001,10(3):176-180.

[4]陳宏,魏世強.化學(xué)調(diào)控劑對土壤和萵筍中Hg,Cd,Pb含量的影響研究[J].水土保持學(xué)報, 2006,20(1):111-113.

[5]黃寶榮.礦山重金屬污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)研究[D].湖南大學(xué), 2004.

[6]劉云國,夏文斌,黃寶榮,等. 重金屬污染土壤化學(xué)固化技術(shù)與萃取修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用及修復(fù)效果(英文)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2008,28(4):129- 135.

[7]俞協(xié)治,成杰民.蚯蚓對土壤中銅、鎘生物有效性的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2003,23(5):922-928.

[8]成杰民,俞協(xié)治.蚯蚓在植物修復(fù)銅、鎘污染土壤中的作用[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報,2006,12(3):352-355.

來源:《基層建設(shè)》  作者:張瑜 沈莉萍 陳靜

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