浅谈城市土壤重金属的污染特征及其修复方法

朱晓芸 徐桦 包蔚 何锴 王络绎 黄明昊 吴真善

（上海市嘉定区农业技术推广服务中心，上海 201800）

重金属是指一些具有生物毒性的金属和类金属，如镉、汞、砷、铅、铬等。近年来，工业化和城市化带来的土壤重金属污染问题日益备受关注。在城市重金属污染的土壤中，酶和微生物会受到抑制甚至杀死，这将严重破坏土壤生态链[1]。同时，研究发现，锌进入人体后会诱发多种疾病，而其他重金属（如Cr、Cd、Ni、Pb 等）积累到一定程度后可能会诱发癌症[2]。另外，城市土壤重金属来源及其危害方式日趋复杂化。在此背景下，笔者拟对我国城市土壤重金属污染特征及其治理方法进行梳理和分析，以期为城市重金属污染的预防和控制提供参考。

1 我国城市土壤重金属污染特征

重金属是土壤中具有潜在危害的一种污染物，在土壤中它不仅不易淋失和分解，而且会富集和转化，从而产生更大的污染和危害。此外，重金属在土壤环境富集初期很难被发现，而当其危害特性表现出来后，则很难消除。因此，有必要对土壤重金属污染特征进行研究，以期为进一步防治土壤重金属污染提供参考。

1.1 城市土壤普遍受到不同程度的重金属污染

大部分城市土壤的重金属污染程度高于郊区（农村）土壤。滕吉艳[3]研究指出，在上海市中心城区的公园及道路绿地中，Pb、Cu、Zn、Cd 等重金属均出现了富集现象，且道路中的富集程度更加严重，尤其是Cd 含量最高。杨杉等[4]发现，重庆市不同类型的绿地土壤中均出现了重金属富集现象，且道路绿地土壤中的重金属富集程度最高。涂秋兰[5]指出，佛山市村级工业园中土壤重金属污染现象较为普遍，且Cu 含量分布呈现点状分布特征，Pb 含量分布呈现面状分布特征，Hg 含量分布最不均匀，但主要集中在表层土壤中。

1.2 城市土壤重金属污染存在显著的空间差异

由于土地类型不同以及受人类不同行为的干扰，城市土壤重金属污染存在明显的空间差异，即使在较小的区域范围内，其污染程度也有所不同。通常的规律表现为交通区>工业区>居民居住区>生态公园区。刘建奎等[6]指出，城市土壤重金属污染存在明显的空间差异，污染指数排序为交通区>工业区>居住区>公园区，且工业区和交通区的污染指数级别最高。赵慧等[7]指出，在我国南方典型城市中，工业集中区域的土壤重金属污染已严重超过其他区域，而城市公园的土壤重金属含量与土壤本底值较为接近。

1.3 城市土壤重金属污染存在显著的时间差异

随着我国城市化进程的加快，城市中各行各业的活动日益频繁，土壤重金属含量随时间的推移快速累积。例如，符娟林等[8]在调查杭州市多个居民小区的土壤重金属污染特征时发现，所有小区的土壤重金属含量均随着小区建成时间的推移而累积增加，且土壤重金属在不同土壤类型中的累积速率有所不同，自然背景区土壤重金属无明显富集特征，而农业种植区土壤中As、Cd、Hg 和Zn 含量较高，矿区土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb 和Zn 的平均含量较高，重金属综合潜在生态风险表现为矿区>农业种植区>自然背景区[9]。同时，相关研究人员建立了土壤重金属预测模型，以期为土壤质量监管提供依据。例如，Zhao等[10]建立了土壤重金属累积量预测模型，预测了湖南黄场村未来25年土壤中As含量的变化情况。

2 几种常见的城市土壤重金属污染修复方法

2.1 物理修复

物理修复是通过一些物理措施对土壤重金属污染进行修复的一种方法，该方法是应用时间最早、应用范围最广的修复方法，主要包括土壤置换、土壤隔离和高温热解等。

2.1.1 土壤置换

土壤置换是指使用大量未受污染的土壤对受污染土壤进行表面混合或覆盖，以有效稀释土壤中污染物的浓度，提高土壤环境容量。

2.1.2 土壤隔离

土壤隔离是通过安装隔离墙（隔离墙可用钢、水泥、膨润土和灌浆等制成）对土壤重金属污染物进行封盖或垂直（水平）密封，以防止其进一步扩散。这种修复方法虽然达不到对土壤的直接修复，但是可以有效减少重金属向地下水迁移。

2.1.3 高温热解

高温热解是利用污染物的挥发特性，通过传导加热、电阻加热、蒸汽加热和射频加热等方式进行土壤修复。但是，相关研究发现，高温热解技术会导致土壤中的重金属重新分配，会极大程度地影响土壤特性。因此，建议在进行土壤热解处理前先进行土壤化学淋洗[11]。

2.2 化学修复

化学修复是指使用化学试剂、化学反应等方法去除土壤污染物的一种方法，主要包括固化/稳定化修复、玻璃化修复、土壤淋洗和电动修复等。

2.2.1 固化/稳定化

固化/稳定化是将受重金属污染的土壤与相关化学试剂或化学材料混合，以减少重金属污染物的流动性。其中，固化是利用水泥、沥青和热塑性粘合剂形成的固体基质，将污染物进行物理封装；稳定化是通过化学添加剂（磷酸钙）固定土壤中的污染金属，并形成金属磷酸盐，以降低金属生物利用度。相关研究表明，各种具有成本效益和环境友好的废物资源（如石灰基试剂、煅烧的牡蛎壳和蛋壳等），不仅可以固定污染土壤中的金属，而且可以改善土壤质量[12-13]。

2.2.2 玻璃化修复

玻璃化修复是一种需要热能(1 400～2 000 ℃)的固化/稳定方法，热解或蒸发可去除其中的有机污染物，同时熔化的污染土壤（或废弃物）冷却后形成化学惰性的、非扩散性的整块坚硬玻璃体。其中，温度是玻璃化修复的重要影响因素。

2.2.3 土壤淋洗

土壤淋洗是通过水或适当的淋洗溶液（如皂苷、有机酸、螯合剂、表面活性剂和低分子量有机酸等）去除土壤重金属污染物的有效修复方法，尤其是乙二胺四乙酸（EDTA），具有可降低生物降解性、提高金属去除效率、可适当回收等众多优势，已被公认为是去除土壤重金属污染的有效螯合剂[14]。

2.2.4 电动修复

电动修复是近些年发展起来的一种修复土壤重金属污染的新方法，主要通过电迁移、电渗、电泳和电解等不同机制来去除土壤重金属污染，且该修复方法与其他修复方法联合使用，可获得更好的修复效果。例如，樊广萍等[15]指出，在对土壤进行电动修复的过程中，加入EDTA、柠檬酸或硝酸等增强试剂后，能有效提升对重金属的去除率；温东东等[16]发现，不锈钢配合不同的增强剂，可有效增强电动修复技术的效率和重金属去除效果。

2.3 生物修复

生物修复是利用植物和微生物固有的生物机制，从污染环境中去除、破坏或固定有害污染物的一种修复方法。与传统的化学修复和物理修复相比，生物修复是一种环保且经济高效的重金属去除技术，主要包含植物修复、动物修复和微生物修复等。

2.3.1 植物修复

植物修复是通过植物来降低土壤中的重金属及其污染物的浓度或毒性效应，该方法不仅成本较低，而且适用于大规模的修复，在保持土壤生态及体现美学价值等方面发挥重要作用。植物修复主要包括植物提取修复、植物稳定修复、植物挥发修复和植物降解修复等[17]。其中，植物提取修复是利用植物的吸收、螯合、络合、沉淀及氧化还原等多种过程，将土壤中的大量重金属进行钝化或固化，从而降低其在土壤中的迁移性，减少其对生物和环境的影响；植物稳定修复是在植物和土壤介质的共同作用下，降低环境中污染物的流动性和生物利用度；植物挥发修复是利用植物吸收重金属，然后将重金属转化为挥发性物质，再释放到大气中的一种修复方式，其主要适用于易挥发的重金属（如汞、硒、砷等）；植物降解修复是通过植物代谢过程进一步转化或分解重金属污染物。

2.3.2 动物修复

动物修复是利用土壤动物对污染土壤中的重金属进行吸收、转移和降解，从而降低土壤重金属浓度的一种修复方法。目前，蚯蚓、线虫等无脊椎动物被广泛应用到土壤修复中，由于这些无脊椎动物的养殖技术成熟，且成本相对较低，对土壤中重金属的富集作用极强，故动物修复表现出极大的优势。但是，该修复方法的缺点是动物代谢物会让部分重金属重回土壤，且土壤动物对重金属的耐受也有一定的限度[18]。

2.3.3 微生物修复

微生物修复是利用土壤中的细菌、真菌、酵母、藻类等微生物来改变土壤中重金属的形态，从而降低重金属的毒性和生物可利用性的一种修复方法。相比其他生物修复方法，微生物修复表现出种类多、分布广、适应性强、易培养等优势，但是，受物种间竞争、周围环境因素的影响及修复机制不清楚等因素制约，微生物修复目前大多停留在试验示范阶段，尚未得到大面积应用。

3 结论与讨论

随着工业化和城市化的加速发展，城市土壤重金属污染因对生态环境和人类健康造成了潜在影响而备受关注。在城市化发展的过程中，城市土壤普遍受到不同程度的重金属污染，且呈现出显著的空间及时间差异，故有必要及时采取有效的治理和修复措施。传统的修复方法（物理修复和化学修复）虽然应用范围广、效果显著，但是在生态保护、成本控制等方面存在缺陷，而生物修复对环境友好，且具有较高的成本效益，因此，生物修复是未来土壤重金属污染修复的选择趋势。但是，从目前的应用情况来看，生物修复存在环境条件应用限制、修复缓慢等不足，故在未来的研究和试验过程中，要加强对生物修复机制的研究，从而进一步拓宽该方法的应用范围，提升其应用价值。例如，可以探索利用生物技术改良植物进行植物修复，以拓宽生物修复在土壤重金属污染修复中的应用。