县域污染土壤恢复技术探究

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本文作者：田华作者单位：建昌县环境监测站

随着工农业生产的快速发展，土壤的重金属污染也逐渐成为一个影响居民健康的重大环境问题之一。重金属元素很难被土壤微生物降解，一旦土壤被污染，将很难进行治理，而且会通过水体和大气进入食物链，最终影响人类的身体健康。因此，对重金属污染土壤进行修复已成为土壤学和环境科学领域的重要研究内容。

1土壤重金属的来源

重金属通过多种渠道进入土壤。主要有含重金属的矿山开采、金属冶炼；过量使用含有重金属的农药、化肥，尤其是磷肥，比氮肥和钾肥含有更多的重金属；使用含铅及有机汞的农药，不但会改变土壤的团粒结构，造成土壤营养流失，而且也会使土壤重金属含量增加；饲养动物的饲料添加剂中，也常含有高含量的铜和锌，这会使有机肥料中铜和锌含量也明显增加，长期使用含有重金属的畜禽粪便作为有机肥也可能造成土壤重金属污染；大气沉降和汽车排放的尾气也会造成土壤重金属的含量增加；用含有重金属的污水进行污灌也会造成土壤重金属富集，造成污灌区土壤重金属中汞、镉、铅、铬等重金属含量逐年增加。

2土壤重金属污染的危害

土壤受镉、铬、汞、砷、铅等重金属元素的污染，能造成植物体的生长和发育障碍，而且会影响农产品的质量和产量，导致农产品味道变差、容易腐烂，甚至会出现难闻的气味。例如镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合会引起植物体蛋白质失活，严重的甚至会引起植物体死亡；镉会参与形成氧自由基，影响植物体抗氧化酶活性，会破坏细胞膜系统、蛋白质、核酸等大分子物质，使水稻叶绿素合成和植株生长受到抑制。植物受锰、汞、铅等金属元素的污染，一般不引起生长发育障碍，但金属元素能在植物体可食用部位蓄积，并能进入食物链，人和动物食用受重金属污染的粮食后，重金属会富集到人体和动物体中，引发癌症等多种疾病。例如水俣病、骨痛病等典型例证。土壤重金属污染还会导致大气水体生态系统退化等次生生态问题，也会带来重大经济损失。

3土壤重中金属污染修复技术

治理方法主要有：换土土和深耕翻土法、隔离法、工程去除、覆盖法、客土法等。工程学方法适合于受金属污染严重的、面积较小的且集中处理的土壤，往往需要将土壤挖出后异地处理，不但耗资大，而且会破坏土壤结构和伤害土壤微生物，不适合于大规模、中强度的重金属土壤污染。与此同时还易造成重金属“二次污染”。最近30年，土壤的生物修复技术已经逐渐发展成为土壤污染修复研究的热点问题，植物修复技术显示了其处理土壤重金属污染的优势如成本低、对土壤影响小、具有美学特点。植物修复是指利用富集植物将重金属从土壤中萃取出来，并转移到植物的可收获的部分，收获季节，将植物灰化并且可以回收重金属，用此种方法可将该种重金属移出土体，这样就降低了土壤中重金属的浓度达到污染土壤的治理和生态修复的目的。本文主要介绍植物萃取、植物稳定、植物挥发和根际过滤四大类植物修复技术。

3.1植物提取

也叫植物萃取和积累，是由Chaney最早提出，它是富集植物的根系将重金属从土壤中吸收并转运到植物的地上部分存储起来，把植物的地上部分收获后集中处理或回收重金属，即可消除土壤中重金属污染。次方法是目前研究最多的，也是最有前景的方法。可以人工发现具有很强吸收重金属能力的超累积植物，或者采用向土壤中添加螯合剂的方法来诱导植物产生超累积的能力。目前已经发现的超积累植物共有700余种，其中积累铬、钴、镍等的量一般大于0.1%，锰、锌可大于1%。据报道，华南农大对重金属污染土壤进行了盆栽淋洗试验，而后种植东南景天，镉和锌的植物提取率分别可达土壤镉的30%～40%和土壤锌的6.5%～6.9%；此种方法对于植物的要求是植物体内能积累高浓度的重金属且能正常生长，不要只能积累单一的，要能同时积累多种的重金属，植物体生长速度快，生物量要大，抗病力要强。

3.2植物固定

通过植物的一些特性将土壤中的重金属转化为相对无毒或低毒的物质，降低土壤中重金属的流动性，降低生物利用性，减少重金属污染地下水并进入食物链的可能性。例如，植物的枝叶分解物、根系分泌物固定金属离子，腐殖质螯合固定重金属离子。此种方法没有将重金属从污染的土壤中去除，也没有彻底解决土壤污染问题，如果环境发生变化，重金属的有效性还会改变。此种方法对于废弃矿山处理、垃圾填埋场处理、污水厂污泥效果很好。目前常用的植物有一些野生植物和一些产量高的农作物，例如杨树、油菜、印度芥菜、苎麻等。该方法处理过的土壤可以种植一些低富集性的的农作物品种，来降低重金属污染食物链的风险。

3.3植物挥发

植物挥发指某些重金属通过植物根系的吸收转化为可挥发态，从土壤和植物表面挥发到大气中，从而减少土壤中的重金属含量。目前研究最多的是非金属元素硒、砷和类金属汞。例如，洋麻可以使土壤的47%的三价硒转化为甲基硒并从植物体挥发出去；烟草可以把毒性大的二价汞转化为气态的汞，挥发出去；海藻能吸收砷，把砷转化为（CH3）2ASO2后挥发出体外。该方法受植物根系范围等限制，处理能力不是很强。

3.4根际过滤

根际过滤是指，植物利用庞大的根系和巨大的根系表面积过滤、吸收污水中的重金属污染物并保存在植物根部。该技术主要适用于水生作物，用于旱生植物的有各种耐盐的野草如牙买加克拉莎草，向日葵、印度芥菜以及一些水生植物如宽叶香蒲等。

4植物修复技术的优点和缺点

4.1优点

1）修复成本低。无需专门的设备和专业技术人员，易于实施。在美国有实践数据表明，每年植物修复技术的种植费用及管理费用为200~10000＄／hm2，也就是每年仅为0.02~1.00$/m2，费用要比传统的处理方法低几个数量级。2）是原位处理技术，保持土壤结构的同时还会提高肥力、增加有机质含量。有利于固定土壤，防止水土流失。3）对于收获的植物，进行集中处理，既避免二次污染，又可以从植物体中回收贵重金属，获得经济效益。

4.2缺点

1）目前发现的超积累植物大部分根系短小，生长慢，只能吸收土壤表层20cm内的重金属。2）超积累植物一般只能富集某种单一的重金属，不适于多种重金属复合污染的区域。3）植物生长过程中会受到温度、湿度、土壤等各种环境条件的限制，引种时应该选择适合本地气候特点的植物品种。

5植物修复发展方向

最近30年，此项技术一直处于快速发展之中，具有广阔应用前景。日本、美国正在研究转基因超累积植物，中国也已经筛选出一些砷、铜、锌、镉的超富集植物，解决了重金属污染土地的植物修复技术中的很多难题。此种技术利用太阳能，适合用于中低浓度重金属污染土壤的治理，成本低，具有良好的生态效益。植物修复技术发展方向主要是：基因工程的应用、寻找更多的野生超积累植物和超富集植物体内重金属的回收再利用等几个方面。