复垦区域土壤中重金属污染物的分布特性及生态修复研究

陈 忠，陈振宁，张 会，魏再红，张 钊，梅 芳

（江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏 南京 210000）

重金属污染物作为当今污染面积广、污染程度严重的土壤环境问题，必须给予足够的重视[1]。复垦区域土壤中所受到的重金属污染物主要包括：铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等，在复垦区域土壤中比重超过4所形成的重金属污染[2]。由于复垦区域土壤重金属污染物中包含对人类健康危害极大的化学元素，也就是所谓的“五毒”，分别为：汞、镉、砷、铅以及铬，这些化学元素一旦通过食物链进入人体，会引发多种疾病，常见的有我国的“大脖子病”、泰国的“黑脚病”、日本的“骨痛病”以及粤北的“癌症村”。为有效解决复垦区域土壤中重金属污染物问题，本文提出复垦区域土壤中重金属污染物的分布特性及生态修复研究，致力于通过分析重金属污染物的分布特性，从而实现重金属污染物生态修复。通过微生物修复以及添加还原性有机物质，结合重金属污染物生态修复现实要求，为改善环境质量方面的研究提供理论依据。

1 复垦区域土壤中重金属污染物的分布特性

在重金属污染物的分布特性研究中，必须充分考虑复垦区域土壤中重金属污染物的隐蔽性、长期性以及表聚性等特点。隐蔽性意味着复垦区域土壤的重金属物分布一般不宜被发现，需要一定的累计量，才能发现其危害的严重性；长期性指的是重金属污染物在复垦区域土壤的滞留时间长，因此重金属污染物会形成垂直分布特征，这也是复垦区域土壤中重金属污染的一个重要特性；表聚性指的是重金属污染物主要分布在复垦区域土壤表层，极少数的情况下会向复垦区域土壤下层移动，这就意味着，随土层深度的增加，复垦区域土壤中重金属污染物的含量整体呈下降趋势。考虑到复垦区域土壤中重金属污染物，大多数来源于电镀、冶金、矿山、石油化工等行业，这些重金属污染物主要集中在复垦区域土壤下游区域。通过分析复垦区域土壤中重金属污染物的分布特性，为复垦区域土壤中重金属污染物生态修复研究奠定扎实的基础。

2 复垦区域土壤中重金属污染物生态修复研究

复垦区域土壤中重金属污染物生态修复在本质上来讲就是通过微生物的联合修复作用，对复垦区域土壤中重金属污染物进行生态修复[3]。

本文根据重金属污染物生态修复的难易程度可以分为：可利用态、潜在可利用态以及不可利用态，在此基础上，将重金属污染物的化学元素按照性质分为必需元素以及非必需元素，必需元素指的是复垦区域土壤中维系植物生长的必要因素，但一旦浓度超标，会导致重金属污染；而非必需元素则是影响复垦区域土壤中植物生长的有害元素，一旦出现，就很容易导致重金属污染。针对不同的重金属污染物特性，采取不同方式的生态修复方法。

2.1 微生物修复

微生物修复作为重金属污染物生态修复中最常见，也是效果最好的修复方式，鉴于有些微生物具有嗜重金属性，利用微生物对重金属污染物介质进行净化，在复垦区域土壤中被证明是一种很好的方法。

复垦区域土壤中重金属污染物离子的长期存在使自然界形成了一些特殊微生物，这类微生物对重金属污染物具有一定的抗性，能够使重金属污染物离子发生转化，从而改变重金属污染物离子的存在状态，这一作用对微生物而言是一种解毒作用，同时也能为重金属污染物的治理起到修复作用，主要包括：甲基化或去甲基化、氧化还原及重金属的溶解和有机络合配位降解等。

与此同时，一些微生物能分泌产生具有络合重金属污染物元素的物质，如胞外聚合物多糖、核酸、蛋白质等吸附重金属离子，为微生物建成一道有效的屏障，真菌细胞壁分泌的粘液和真菌组织中的聚磷酸和有机酸能络合重金属污染物，减少重金属污染物向复垦区域地上部分运输，最大程度上减少重金属污染物富集的危害。微生物修复用于复垦区域土壤中重金属污染物生态修复的处理，是一种行之有效的方法，目前已进行了积极研究[4]。

通过嗜重金属菌，有效的吸收复垦区域土壤中的重金属污染物，面对存在着土壤与细菌分离的难题，结合影响复垦区域土壤重金属污染生态修复的关键指标，确定生态修复测控要求。

考虑到不同类型的重金属污染物在进行生态修复时，因重金属污染物元素类型、参考标准、技术条件、处置方式、敏感受体等影响往往需要面对不同的修复目标值。即便对于同一种重金属污染物，实际生态修复技术工艺以及生态修复材料也会有明显不同。

面对复杂的生态修复状况，可以从微生物使用的角度出发考虑，并结合工程条件和修复后复垦区域土壤面向的使用规划，绑定多种附件条件，对实际生态修复发挥效用的过程进行约束。

根据得出的复垦区域土壤中重金属污染物生态修复结果，可分析出生态修复效果更好的影响因素。如此一来，可使复垦区域土壤中重金属污染物生态修复能够以需求为导向，具备较高的实际可操作性。

2.2 添加还原性有机物质

在确定生态修复测控要求的基础上，还可以利用添加还原性有机物质，实现重金属污染物生态修复。通过还原性有机物质分解生成有机酸，如：胡敏酸、富里酸、氨基酸，或者糖类及含氮、硫杂环化合物等，再利用其活性基团与重金属元素铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等络合或螯合，从而影响重金属污染物的有效性。本文用于修复复垦区域土壤重金属污染物的有机物质主要有未腐熟稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物质、家畜粪肥以及腐殖酸等[5]。同时，还原性有机物质细胞外多聚物表面含有大量可与重金属污染物离子发生相互作用的官能团(如羧基、羟基等)，可对重金属污染物离子发生吸附或鳌合作用。研究表明，还原性有机物质生物膜能将Cd以硫化镉的形式沉积在生物膜表层，能将Cu以硫化铜的形式沉淀在生物膜表层和液相界面处，从而实现对重金属污染物的吸附。

除此之外，还原性有机物质还具有矿化固定作用，重金属污染物能够在还原性有机物质作用下将离子态重金属污染物转变为固相态，降低其生物有效性。真菌细胞壁组分如几丁质等对重金属污染物的钝化固定、真菌体内有机酸根离子或无机酸根离子与重金属形成沉淀等作用，均可使复垦区域土壤中的重金属污染物固化，从而有效降低重金属污染物对复垦区域土壤的毒害。综上所述，通过添加还原性有机物质可以有效提高对复垦区域土壤中重金属污染物生态修复效率[6]。

3 结语

通过复垦区域土壤中重金属污染物的分布特性及生态修复研究，由于重金属污染物向来具有症像隐蔽、分布不均、累积性强且长期存在等特点，复垦区域土壤中重金属污染物更是整体类型多、超标点位多、复合污染问题严重，重金属污染物生态修复行业还处于“方兴未艾”的阶段，复垦区域土壤中重金属污染物生态修复任重道远。虽然现阶段复垦区域土壤中重金属污染物生态修复仍处于不完全成熟的阶段，但是一旦认识到土壤修复的必要性，便可以进行最佳的技术成本效益分析。因此，有必要加大对重金属污染物生态修复方面的研究，为日后更好的开展环境治理工作提供理论依据。