土壤重金属污染的来源和修复

陈 静 鲍立婷

（郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450000）

1 引言

土壤污染一直是环境科学研究的重点，目前土壤污染中污染面积最广、危害最大的问题之一就是重金属污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、累积性、不可逆性和长期性等特点，会导致土壤退化，农作物产量和质量下降，而且重金属最终会在人体积累，危害人体健康。随着我国工业化和城镇化的发展，我国土壤重金属污染也越来越严重，目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染。

2 重金属的来源、种类

导致土壤污染的重金属主要包括 Hg、Cd、Pb、Cr、As等生物毒性显著的重金属元素，也包括在低浓度是有益元素而在高浓度才具有毒性的 Zn、Cu、Co、Ni等。

土壤重金属来源广泛，主要包括有大气降尘、污水灌溉、采矿和冶炼、农药和化肥等。由于重金属污染通常是伴随着工业生产、汽车尾气、矿业活动、污水灌溉产生的，因而在工矿的周围和公路、铁路的两侧、重工业发达地区、北方污溉地区尤为严重，南京某生产铬的重工业厂铬污染叠加已超过当地背景值4.4倍。

土壤重金属污染可能会通过雨水淋溶作用向下渗透、以土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人和动物所吸收，为植物吸收利用而进人食物链等多种途径对环境产生危害。如果不及时加以治理，会造成不可估量的影响。

3 土壤重金属污染的修复

由于重金属在环境中难以转化等特性，目前治理重金属污染有改变重金属在土壤中的存在形态使其固化和从土壤中去除重金属使其存留浓度接近或达到背景值两种途径。目前针对这两种途径已经派生出各自物理、化学和生物的治理方法。

3.1 工程治理措施

工程治理是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染，主要有客土、换土法、固化技术、电动力学法。

客土法是在被污染的土壤上加入非污染土壤；换土法是部分或全部挖除污染土壤，然后换上非污染土壤。这两种方法通常用于治理农田重金属严重污染，切实有效。但是由于这种做法需要花费大量的人力与财力，只适用于小面积严重污染土壤的治理。

固化技术是将重金属污染的土壤与固化剂按一定比例混合，经熟化形成渗透性很低的固体混合物，从而降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。

电动力学法是在土壤中插入一些电极，把低强度直流电导人土壤以清除污染物。该法在大规模污染土壤治理中有较好的应用前景，但是由于电导力学方法对渗透性较高、传导性较差的土壤治理效果较差，所以不适用于砂性土壤重金属污染的治理。

3.2 生物修复措施

生物修复是指利用生物的某些习性来削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。根据利用的生物的种类可以分为微生物修复和植物修复。该方法实施较简便、投资较少，对环境破坏小，日益成为修复污染土壤研究的热点。

微生物修复是指利用某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用降低土壤中重金属的毒性。目前已经发现多种微生物具有治理重金属污染的功能，如微生物Geospirillum arsenophilus能在厌氧条件下将As5+还原为As3+，促进砷的淋溶；动胶菌、硫酸还原菌、蓝细菌及某些藻类，能够产生胞外聚合物与重金属离子结合成络合物；Citrobacter sp产生的酶能使Pb、Cd形成难溶磷酸盐。一些土壤微生物还能改变根际微环境，提高植物对重金属的吸收，挥发或固定效率。

植物修复主要指利用某些自然界存在或人工培养的植物能忍耐和超量积累某种重金属的特性来清除土壤中的重金属，分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种。植物提取指依靠植物从土壤中过量吸收重金属，收割地上部分并进行处理，从而降低或去除土壤重金属。目前已发现印度芥菜、高杆牧草、英国的高山莹属类等700多种能够超量积累某种重金属的植物。植物挥发是依靠植物将根系吸收的重金属转化为气态物质挥发到大气中，主要用于处理Hg和Se。植物稳定指让金属在植物根部积累、沉淀或被根表吸收，从而降低重金属的活性，防止重金属被淋洗到地下水或扩散至空气中。

3.3 化学修复措施

化学修复是指向受污染的土壤中投加化学试剂，增加土壤中有机质、阳离子代换量等，改变pH、电导等理化性质，将重金属吸附、氧化还原、拮抗或沉淀，降低重金属的生物有效性。可以分为化学提取和施用改良剂。

化学提取指向土壤中投加试剂，利用其和重金属的相互作用，使重金属转化为溶解态或形成络合物，最终从从提取液中回收重金属，提取液可以循环利用。目前可以用于此法的试剂分为三类：(1)螯合剂，包括 EDTA、DTPA、EGTA、草酸、柠檬酸等；(2)酸、碱、盐，包括硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠等；(3)表面活性剂。该法提取费用较低，避免直接接触污染物，但是仅适用于砂壤等渗透系数大的土壤或轻质土壤的地表污染的修复，此外引入的提取剂容易造成二次污染。

施用改良剂可以降低重金属在环境中的迁移能力，减少植物对重金属的吸收。常用的改良剂有石灰、磷酸盐、硅酸盐、沸石、含铁的氧化物材料等。不同的改良剂对重金属有不同的修复机理，常见的有沉淀、共沉淀、离子交换吸附和专性吸附等，如施用石灰就能利用其与碳酸钙的共沉淀反应固化重金属。化学改良剂修复能暂时减轻污染土壤中重金属的危害，恢复污染环境的部分功能，且成本低廉，易于推广。但是由于金属元素只是改变了形态，仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物；另一方面，长期施用改良剂会对土壤造成破坏。

3.4 农业生态修复

农业生态修复是指根据土壤污染状况和当地气候生态条件条件改变耕作管理制度来降低重金属污染的危害。具体操作时可根据实际情况调整作物品种，种植抗污染的物种或不进入食物链的物种。如在含镉100mg／kg的土壤上政种苎麻．五年后，土壤镉含镉平均降低276%。还可以选择能降低土壤重金属污染的化肥，尽量施用能够固定重金属的有机肥。土壤重金属污染还可导致生态破坏，合理使用生态修复的方法也可以减轻土壤重金属污染，如调节气温、湿度等生态因素，调控污染物所处环境介质等。如可以在污染区公路两侧多种树或蓖麻等经济作物，还可种植草皮或观赏花木等，可以达到美化环境和净化土壤的双重效果。这种治理措施易操作，费用低，但是修复周期长，效果不明显。

目前已有的修复技术在实际应用中都有自己的不足之处，目前人们还在致力于超累积植物的筛选与培育、基因工程的应用、生物修复综合技术等方面的研究，以期更有效地解决重金属污染土壤的修复问题。

4 预防土壤重金属污染的措施

土壤重金属污染已经达到了非常严重的地步，一旦土壤对重金属的消纳容量达到饱和，耕地的生产能力将会遭到毁灭性的破坏。重金属无法彻底从环境中去除，因而土壤重金属污染应从源头抓起，重在预防。

首先应该加强宣传教育，提高对其思想认识。只有认识到各种生产活动可能产生的重金属污染及其可能产生的严重后果，才能对在各种生产活动中重视重金属污染，并对其进行防治。

其次应该加强土壤环境监督，重视法制管理。由于土壤重金属污染具有隐蔽性，必须加强监督才能及时发现及时治理。此外近年来违法经营的矿厂也造成较为严重的重金属污染，必须加大执法监管力度。

最后要落实科学发展观，兼顾经济、社会、环境的长远发展规划。虽然工业是经济发展的基石，但我们必须认识到环境尤其是土壤的重要性，必须兼顾经济、社会、环境三者的协调发展，缺一不可。

[1]杨海琳.土壤重金属污染修复的研究[j].环境科学与管理，2009，2009，34(6)：130-135

[2]陈志良，仇荣亮，张景书，等．重金属污染土壤的修复技术[j]．环境保护，2002，6：21—23

[3]温志良，莫大伦.土壤污染研究现状及趋势[j].重庆环境科学，2000，22(3)：55-57

[4]郑喜坤，鲁安怀等.土壤中重金属污染现状与防治方法[j].土壤与环境，2002，11：79—84

[5]曹斌，何松杰等.重金属污染现状分析及其对策研究[j].中央民族大学学报（自然科学版），2009，18（1）：29—33