有机改良剂修复重金属污染土壤研究的自然辩证法评述

淡俊豪+齐绍武+朱益+靳辉勇+梁仲哲+和七红

摘 要：有机改良剂在修复重金属污染土壤中担任着不可或缺的角色。本研究论述了氨基多羧基酸、有机酸、有机质、生物乳化剂这4种改良剂的研究现状与应用，运用自然辩证法的理论并结合改良剂的实际应用过程进行了评述，以期为研发出对土壤修复效果好、对环境破坏小、经济效益高的有机改良剂提供理论参考。

关键词：有机改良剂；重金属污染；土壤；自然辩证法

中图分类号：X53 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.04.007

Review on Organic Agents in Remediation of Heavy Metals-Contaminated Soil from Scope of Natural Dialectics

DAN Junhao1， QI Shaowu1.2， ZHU Yi1， JIN Huiyong1， LIANG Zhongzhe1， HE Qihong1

（1.College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha， Hunan 410128， China；2.Hunan Hybrid Rice Research Center，Changsha， Hunan 410128， China）

Abstract： Organic agents played an important role in the remediation of heavy metals-contaminated soil. The article introduced the research progress of four organic agents， they are inopolycarboxylic acid， organic acid， humic acid， biosurfactants. The practice of applying agents was combined with the theory of natural dialectics to review the progrss. It will provide reference for creating the organic agents with good effect of soil remediation， environment friendly and high economic benefits.

Key words： organic agents； heavy metals-contaminated； soil； natural dialectics

随着工商业的发展，人口的增加，由人类活动导致的生态环境恶化问题愈加严重，其中，土壤重金属污染问题尤为突出。土壤重金属污染是指由于人类活动使土壤中重金属含量明显高于其自然状态的含量，并造成生态环境质量恶化的现象[1]。重金属在土壤中以不同的化学形态存在，能在土壤中积累、迁移，并富集在作物上，直接或间接地影响了人类健康。由此可见，土壤重金属污染已成为亟待解决的主要问题。

目前，对重金属污染土壤的修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及组合修复技术，其中有机质改良法是重金属土壤修复的最佳方向之一[2]。有机改良剂的作用机制有吸附、沉淀、吸附、离子交换、表面络合、表面沉淀、腐殖酸具备的络合能力和胶体特性[3]。有机改良剂施用方便，成本低廉，对土壤改良有较大的促进作用，笔者就有机改良剂修复重金属污染土壤与自然辩证法结合做简要综述。

1 有机改良剂的种类与应用

1.1 有机改良剂种类

有机改良剂主要分为氨基多羧基酸（APCAs）、有机酸、有机质、生物乳化剂等[4]。氨基多羧基酸主要有EDTA、HEDTA、DTPA、EGTA、NTA、EDDHA、EDDS等。APCAs修复重金属污染土壤主要是通过沉淀或吸附土壤重金属离子，解吸重金属离子以增加土壤溶液离子浓度来实现的，另外在电动修复中也用作洗脱剂。有机酸包括柠檬酸、草酸、酒石酸、苹果酸等，有机酸能降低土壤对重金属离子的吸附量，并可以降低重金属离子对土壤微生物和作物的毒性。有机质含有多种有机官能团（—COOH、—OH、—C=O、—NH2等），能与重金属络合，形成稳定的金属有机络合物，使土壤中重金属的水溶态和交换态减少，从而降低重金属的可利用性和作物的吸收[5]。生物乳化剂是一类由生物产生的具有表面活性的化合物，其毒性小，可降解，并能吸附和固定土壤污染物，能减少土壤中重金属的活动性。

1.2 有機改良剂的应用

氨基多羧基酸能与金属离子形成配合物的分子结构和晶体结构，从而固定土壤中重金属[6]。Matange[7]的研究结果表明，对镉污染土壤进行淋洗修复，加入EDTA做洗脱剂可去除90%镉。研究表明[8-9]：EDTA对土壤微生物的影响较小，对Cu、Zn的活化效果较好，降解速率较快，螯合效果较好；在电动修复中添加EDTA可增加Cu在土壤溶液中的浓度，去除大量的Cu。ASDA与EDTA的化学结构类似，能提高土壤水溶液中Pb的浓度，但其用量较多，不够经济。EDDS能有效活化Cd、Pb，能较好地螯合重金属。

有机酸能与金属离子形成可溶性络合物，从而增加金属离子的活性和移动性。林琦等[10]发现：柠檬酸与草酸对Pb、Cu的络合作用影响了土壤对其的吸附量，柠檬酸降低土壤对Pb、Cu的吸附，而草酸则增加土壤对Pb、Cu的吸附；柠檬酸可降低Pb对作物的毒害。陈英旭[11]研究有机酸对铅、镉的毒害作用的结果表明，有机酸不会影响不同化学形态铅的优势顺序，柠檬酸和酒石酸分别对铅、镉有较好的解毒效果。钱暑强等[12]发现，在电位修复Cu污染土壤时，用柠檬酸做清洗液，可去除土壤中89.9%的Cu2+，柠檬酸在电位修复过程中对pH值影响较小，能有效地避免目标组分发生沉淀。

有机质的主要作用有吸附和固定土壤中重金属离子，能降低土壤中重金属的有效性。陈同斌等[13]发现，水溶性有机质（DOM）能抑制土壤对镉的吸附，且土壤肥镉的最大吸附容量主要受液相中DOM的影响。腐殖酸是用于治理重金属污染土壤的主要有机质之一，它能与土壤重金属离子螯合。王晶等[14]在研究腐殖酸对土壤重金属形态影响中发现，腐殖酸在棕壤土上能使可溶态镉和铁铝（锰）氧化态镉含量下降，说明腐殖酸可明显降低镉在土壤中的活性，这主要取决于腐殖酸的螯合能力与胶体特性。李光林等[15]在研究镉在胡敏酸上的吸附动力学和热力学时发现，胡敏酸对镉的吸附能力与介质pH值有关，当pH=6.5时，胡敏酸对镉的吸附主要为配基交换作用。有机肥作为重要的有机质，可调节土壤pH值，减少土壤酸性，有利于作物的生长发育。华珞等[16]的研究结果表明，在重金属污染土壤中施入有机肥能明显降低有效态Cd和有效态Zn的含量，并减轻Cd2+与Zn2+对作物的毒害。陈建斌发现，在潮土中添加稻草和紫云英能降低土壤外源Cu的生物有效性，且减少交换态Cd和氧化锰态Cd，从而降低了作物对重金属的吸收。

生物乳化剂按分子量的大小可分为：低分子量生物乳化剂即生物表面活性剂；高分子量生物乳化剂即生物聚合物。生物表面活性剂可生物降解，对生态环境的毒性较低。时进钢等[17]发现，铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂对重金属的去除效率较大，当鼠李糖脂溶液pH=10.0时去除效率最大，最终能去除80.1%的镉与36.5%的铅。朱清清等[18]的研究表明，生物表面活性剂皂角苷浓度为50 g·L-1，pH值为5.2时，土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的去除效率分别可达 45.6%，24.4%，19.0%和 17.6%，说明皂角苷浓度的增加和皂角苷淋洗液pH值的降低都能提高重金属的去除效率。生物聚合物中的有效成分相互作用产生聚合阴离子，具有较强的生物吸附能力，田建民[19]在研究用微生物外红硫螺菌属形成的生物聚合物去除废水中的重金属的结果表明，当液体pH=6～7时，胞外生物聚合物对Cu2+、Zn2+的去除效率均达到99.7%。

2 有机改良剂修复土壤研究的自然辩证法分析

2.1 自然辩证法与自然科学

自然辩证法界通常将恩格斯辩证唯物主义自然观概括为对于自然界不同层次物质运动的整体联系、演变、转化和发展图景[20]。恩格斯在《自然辩证法》一书中根据自然科学的历史发展规律，找到了自然科学发展的方向，阐明了自然科学的发展和社会生产发展的关系、自然科学的发展和思维方式的转变之间的关系，并着重指出辩证的思维方式对自然科学发展的重要性。如今人类从事科学活动的目的是认识自然，科学的历史是人类对自然界逐渐认识并不断深化的历史，同时也是人类的自然观不断改变和丰富的历史。恩格斯强调了自然科学家学习辩证思维方式的重要性，并指出自然科学家一旦忽视辩证法而走入歧途，便会从经验主义滑向唯灵论。

在从事科学研究时运用辩证的思维方法，能在很多方面预测科学发展的主要方向。恩格斯认为物体是相互联系的、相互作用着的，正是这种相互作用构成了运动。在因果关系的论述中，恩格斯认为相互作用是事物的真正的终极原因，我们不能追溯到比对这个相互作用的认识更远的地方，因为在它背后没有什么要认识的了[21]。现代物理学正是从运动和相互作用在物理认识史中的相互关系出发，才注意研究物理运动的四种相互作用，即除了万有引力作用以外，还存在着电磁作用、高能物理学中粒子运动的强相互作用和弱相互作用。由此可见，自然辩证法对现代科学发展有巨大的影响，它不仅给自然科学家提出了正确理论思维的辩证方法，也为解决当代自然科学基本问题，为研究自然科学中的哲学问题开辟了道路。所以，在从事科学研究时要以自然辩证法做思维导向，保持科学严谨的态度。

2.2 辩证法思想在有机改良剂修复污染土壤中的应用

2.2.1 整体与部分的辩证关系 唯物辩证法认为，所有事物都是由各个部分构成的有机整体，整体与部分两者不能单独存在，两者既相互区别，又相互联系，是对立统一的关系[22]。因此，在治理重金属污染土壤时要处理好整体与部分的关系，从整体着眼，并搞好部分，使整体功能得到最大地发挥。在用有机改良剂修复重金属污染土壤时，应牢牢把握这个思想，在治理好土壤重金属污染的整体前提下，也要考虑在土壤中施用的有机改良剂对土壤基本理化性质的改变、对土壤微生物活性的影响、在土壤中是否能生物降解等部分问题。

2.2.2 矛盾的普遍性与特殊性的辩证关系 一切事物的发展都存在矛盾，且矛盾运动自始至终存在于每一事物。矛盾的普遍性是指它在它的规定性里和它自身有自由的等同性，即事物的共性；矛盾的特殊性是指不同事物都有其各自的特点，即事物的个性[23]。矛盾的普遍性与特殊性相互依存，共性寓于个性之中，并通过个性表现出来；个性在共性中得以体现，所有事物与其同类事物中的其他事物有共同之处，同时也服从于这类事件的一般规律。对于不同有机改良剂的指标，如实用性、时效性、安全性、经济性等，不可能要求某一有机改良剂的所有指标都处于最佳，而只是一种整体上的效果最佳，这可以看作是矛盾的共性。同一种有机改良剂在修复重金属污染土壤时以上指标能达到一种总体上的平衡，这可以看作是矛盾的特殊性。目前改良剂的修复效果主要受重金属离子种类、作物、土壤类型等条件的制约，能同时达到高稳定性、高结合性、环境友好性、高可操作性的改良剂较少，目前科研人员也在尽力将矛盾的思想贯彻在改良剂研发中，为修复重金属污染土壤研发更多的新型的土壤改良剂。

2.2.3 主要矛盾和次要矛盾的辨证关系 辩证唯物主义认为，矛盾有主要矛盾与次要矛盾，在事物发展过程中属支配地位并起决定性作用的矛盾是主要矛盾；在矛盾体系中属从属地位，不起决定性作用的矛盾为次要矛盾[24]。在科学研究和日常生活中，要善于抓住和集中力量解决主要矛盾，也就是改良剂对土壤的作用机制，解决了主要矛盾，重金属污染土壤的治理问题也就得到了解決。将有机改良剂施入重金属污染土壤中，改良剂会解吸、固定、沉淀重金属，如果改良剂降解能力弱、不够经济低廉，那么解决这一矛盾时，改良剂的修复效果很可能不是最好。科研人员只有处理好改良剂的主要矛盾和次要矛盾间的辩证关系，才能研发出修复效果好、可操作性强、经济实惠的有机改良剂。

2.2.4 内因和外因的辩证关系 辩证唯物主义认为，事物的内因和外因同时存在，外因是事物发展的条件，是事物发展中不可缺少的条件，能促进或阻碍事物的发展；内因是事物发展的根据与基础，事物发展的根本原因是事物的内因，外因由内因引起[25]。改良剂施入土壤中，它能改变重金属在土壤中的存在状态，降低其生物有效性。对重金属进行吸附、与金属离子形成具有一定稳定程度的络合物等是内因，它的可操作性、对环境安全性等是外因。改良剂的开发，必须将内因和外因的辩证观点相结合。

2.2.5 量变和质变的辨证关系 物质的世界是按照其本身固有的规律运动、变化和发展的，且它的本身规律就是由量变到质变的过程。一切事物的联系和发展都是量变和质变的形式和状态，是两者的统一。量变是质变的必要准备，质变是量变的必然结果，两者相互渗透。在研发改良剂的过程中，是先达到将土壤中重金属去除的目的，再逐步结合不同改良剂的优缺点。在多种改良剂配施入土壤时，改良剂的种类要把握适度，也要注意量的积累。

3 结 论

自然辩证法是辩证唯物主义自然观，是马克思主义哲学理论体系的重要组成部分，它由研究自然界和自然科学中的辩证法问题的论文、札记和片段组成，是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的方法和理论[26]。在利用有机改良剂修复重金属土壤的科研活动中，应充分认识到自然辩证法的指导作用，把握好不同改良剂的发展前景，才能快速有效地进行科学研究。

参考文献：

[1]刘候俊，韩晓日，李军，等.土壤重金属污染现状与修复[J].环境保护与循环经济，2012（7）：6-10.

[2]陈婧，王博，郭昱言，等. 土壤重金属污染及其修复技术研究[J].中国环境管理干部学院学报， 2010，20（5）：66-67.

[3]陈盈，颜丽，关连珠，等.不同来源腐殖酸对铜吸附量和吸附机制的研究[J].土壤通报，2006，37（3）：479-481.

[4]孙小峰，吴龙华，骆永明.有机修复剂在重金属污染土壤修复中的应用[J].应用生态学报， 2006，17（6）：1123-1128.

[5]王丽平，郑顺安，章明奎.土壤颗粒态有机质中铜和铅的结合特征[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2007，33（6）：667-670.

[6]王君，张向东，贾卫国，等.稀土-氨基多羧酸类配合物的分子结构及配位规律的研究[J]. 中国稀土学报， 2002， 20（S3）：30-36.

[7]MATANGE D. Washing of cadmium（ii） from a contaminated soil column[J].Soil and sediment contamination，1998，7（3）：371-393.

[8]宋静，钟继承，吴龙华，等.EDTA与EDDS螯合诱导印度芥菜吸取修复重金属复合污染土壤研究[J].土壤，2006，38（5）：619-625.

[9]董汉英，仇荣亮，赵芝灏，等.EDTA淋洗修复Cu污染土壤的去除效率与适宜淋洗剂用量的选取[J].中山大学学报（自然科学版），2010，49（3）：135-139.

[10]林琦，陈英旭，陈怀满，等.有机酸对Pb、Cd的土壤化学行为和植株效应的影响[J].应用生态学报，2001，12（4）：619-622.

[11]陈英旭，林琦，陆芳，等.有机酸对铅、镉植株危害的解毒作用研究[J].环境科学学报， 2000，20（4）：467-472.

[12]钱暑强，金卫华，刘铮.从土壤中去除Cu2+的电修复过程[J].化工学报，2002， 53（3）：236-240.

[13]陈同斌，陈志军.水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影响[J].应用生態学报，2002， 13（2）：183-186.

[14]王晶，张旭东，李彬，等.腐殖酸对土壤中Cd形态的影响及利用研究[J].腐植酸，2002， 33（3）：185-187.

[15]李光林，魏世强，青长乐.镉在胡敏酸上的吸附动力学和热力学研究[J].土壤学报，2004， 41（1）：74-80.

[16]华珞，白铃玉，韦东普，等.有机肥-镉-锌交互作用对土壤镉锌形态和小麦生长的影响[J]. 中国环境科学，2002，22（4）：346-350.

[17]时进钢，袁兴中，曾光明，等.鼠李糖脂对沉积物中Cd和Pb的去除作用[J].环境化学， 2005，24（1）：55-58.

[18]朱清清， 邵超英， 张琢，等. 生物表面活性剂皂角苷增效去除土壤中重金属的研究[J]. 环境科学学报， 2010， 30（12）：2491-2498.

[19]田建民.用微生物外红硫螺菌属形成的生物聚合物去除废水中的重金属[J].太原理工大学学报，1999，30（2）：175-178.

[20]刘冠军.全面理解恩格斯的自然界历史观——《自然辩证法》学习札记[J].自然辩证法研究，1997，13（9）：37-41.

[21]兰群.量子力学统计规律性的实质[J].兰州大学学报（自然科学版），1976（2）：14-21.

[22]王小松.从整体与部分的辩证关系看马刺的团队哲学[J].山东青年，2015（8）：193-194.

[23]门忠民.矛盾普遍性含义辨析[J].齐鲁学刊，1987（2）：107-108.

[24]孙怀龙.浅谈主次矛盾和矛盾主次方面的区分[J].中小学电教（下），2010（7）：60-60.

[25]齐振海.内因与外因的辩证关系和在事物发展中的作用[J].北京师范大学学报（社会科学版），1962（2）：75-82.

[26]陆航.当代自然辩证法面临新的机遇[EB/OL].（2015-10-27）[2016-01-01]. http：//xueshu.baidu.com/s？wd=paperuri%3A%28a095c658c0081ee4c4da7be070961a5d%29&filter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http%3A%2F%2Fwww.cssn.cn%2Fgd%2Fgd_rwxb%2F201510%2Ft20151027_2545751.shtml&ie=utf-8&sc_us=9153391591642931121.