土壤重金属污染的生态工程修复方法

牟 雪

（新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049）

土壤重金属污染的生态工程修复方法

牟 雪

（新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049）

土壤重金属污染问题越来越引起人们关注，阐明了土壤中重金属污染的来源、污染情况及造成的危害，主要综述了目前国内专家、学者对土壤污染、生物修复及生态修复的研究进展，结合我国具体情况，提出采用生态工程方法，能有效地逐步净化土壤，使重金属污染土壤得到治理和利用，并可获得较好的经济、环境和社会效益。

重金属；污染土壤；生态修复；生态工程

土壤是一个国家最重要的自然资源，它是农业发展的物质基础。没有土壤就没有农业，也就没有人们赖以生存的衣、食等基本原料。土壤一旦遭受污染，特别是重金属的污染很难修复。

随着人口的增长和工业化进程的加大，土壤与环境的保护及农业可持续发展成为当今世界人类面临的重要课题[1]。土壤中重金属污染不仅降低土壤肥力和作物的产量与品质，而且恶化环境，并通过食物链危及人类的生命和健康。因此，土壤重金属污染的治理对于环境质量的改善十分重要，土壤重金属污染的修复也是环境可持续发展的必然要求。

本文综合了国内外的相关研究，概述了土壤中的重金属污染的现状及采用生态工程手段修复的方法，并简单介绍了生态修复在土壤污染方面的机理及应用，旨在探求一种高效修复重金属污染的生态工程的方法。

1. 土壤重金属污染的现状

1.1 土壤重金属污染的来源

目前土壤中重金属污染日益严重，并且外来重金属多富集在土壤的表层。主要是由于采用城市污水和工业污水灌溉，集约化养殖动物粪便的不合理处置，生活垃圾、工业废渣及其他固体废弃物任意堆放和填埋，废气中重金属的扩散、沉降、累积，导致其淋溶物随地表径流进入农田，含重金属农药、磷肥的大量施用所致[2]。

大气中大多数重金属通过自然沉降[3]和雨淋沉降进入土壤圈。由城市－郊区－农区，污染随着距城市距离的加大而降低，城市的郊区污染较为严重；此外，还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度呈正相关；重工业越发达，污染相对就越严重[4]。

使用含有 Pb、Cd、Hg、As等的农药和不合理地施用化肥都可以导致土壤中重金属的污染。农用薄膜生产中应用到的热稳定剂中含有Cd、Pb，塑料大棚和地膜都可以造成土壤重金属污染。污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素，但同时污泥中也含有大量的重金属元素，随着市政污水处理产生的大量污泥被施加于农田，农田中的重金属含量也会不断增高。

金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤，都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。矿山酸性废水重金属污染范围一般在矿山的周围或河流的下游，在河流不同河段的重金属污染程度往往受污染源(矿山)的控制。

1.2 土壤重金属污染的危害

大量研究证明：重金属污染的土壤，其微生物生物量比正常使用粪肥的土壤低得多，并且减少了土壤微生物群落的多样性。吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质，间接引起植物伤害。如某些重金属胁迫下植物体内产生过氧化氢、乙烯等类物质对体内代谢和酶活性的负效应，甚至导致植物的死亡[6]。

重金属的胁迫有时会引起大量营养元素(N、P、K)的缺乏和有效性的降低，较高浓度的重金属含量有抑制植物体对钙、镁等矿物质元素的吸收和转运的能力。重金属处理引起植物铁含量的下降或缺乏，导致铁参与生理过程的异常，呈现铁缺乏症状。较高浓度的锌处理使大豆出现叶片失绿的毒害症状。当镉超过一定浓度后对叶绿素有破坏作用[7]。

1.3 土壤重金属污染现状

目前，全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近2000万公顷。约占耕地面积的1/5。1996年农业部调查表明：我国污灌区面积约140万公顷，遭受重金属污染的土地面积占污染总面积的64.8%。其中轻度污染占46.7%，中度污染占9.7%。严重污染面积占8.4%，其中以Hg和Cd的污染面积最大。

2. 生物修复

2.1 植物修复技术

在中重金属污染物最不易修复，针对大面积污染土壤，植物修复在总体上是目前所有土壤污染治理中最好的方法，在美国等发达国家已经开展大规模的实验，中国也在这方面作过研究。

植物促进是根据重金属的螯合原理，向土壤中施加螯合剂如EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等活化土壤中的重金属，增加重金属的生物有效性，提高富集植物对重金属的积累，促进植物的吸收，是植物修复发展的一个新方向。因为植物修复主要是通过收割地上部分进行的，施加螯合剂提高了某些植物对重金属的吸收，促进了重金属向地上部分的转移，因而对植物修复的成功非常有利。研究发现向铅污染土壤中加入EDTA(1.0g/kg)后24 h，Pb从根向枝干部分的净转移提高了120倍。

2.2 微生物修复技术

利用微生物的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物从而降低重金属污染程度。由于微生物对重金属具有较强的亲和吸附能力，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螫合在可溶性或不溶性生物多聚体上，一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，它们具有大量的阴离子基团，与重金属离子形成络合物。近年来微生物生物技术已逐步应用于净化污染土壤，通常采用新的原位处理、反应器或土壤填埋对污染土壤进行生物修复，在重金属污染土壤中加入真养产碱菌株使得土壤水悬浮液得到净化。

一些微生物可对重金属进行生物转化，其主要作用机理是微生物能够通过氧化还原、甲基化和去甲基化作用转化重金属，改变其毒性，从而形成了某些微生物对重金属的解毒机制。

3. 小结

土壤重金属污染是当前面临的重大难题之一，迫切需要解决。而今植物修复技术的发展和广泛应用，为解决土壤重金属污染提供了一条绿色通道。单一化学手段治理土壤重金属污染，虽然有一定的成效，但是不可避免二次污染：而化学手段也不可摒弃，化学手段可以改良土壤，在一定程度上是其他手段所不可替代的。因此，建议可以继续推进生物修复技术的发展，同时，将物理、生物、化学修复手段结合起来，更好地治理土壤重金属的污染。

[1]何振立，周启星，谢正苗. 污染及有益元素的土壤化学平衡[M]北京：中国环境科学出版社，1998.

[2]顾红,李建东,赵煊赫等.土壤重金属污染防治技术研究进展[J].中国农学通报,2005,21(8):397-399,408.

[3]顾继光，周启星，王新．土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J].应用基础与工程科学学报，2003,11(2):143-151.

[4]董悦，刘晓群，李翠兰，于东海，张士勇. 土壤重金属污染研究进展[J].现代农业科技，2009，（4）:143-144.

[5]黄耀裔. 土壤重金属污染来源与预防治理[J].能源与环境,2009,(1):62-64.

[6]安志装，王校常，等．重金属与营养元素交互作用的植物生理效应[J]．土壤与环境，2002，11(4)：392-396．

[7]李海华，刘建武，等．土壤—植物系统中重金属污染及作物富集研究进展[J]．河南农业大学学报，2000，34(1)：30-34．

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1007-6344（2015）09-0175-01