土壤重金属污染修复方法研究

张 倩

（陕西省土地工程建设集团有限责任公司宝鸡分公司，陕西 西安 710075）

土壤是生态系统的基本要素之一，是人类以及一切生命赖以生存的根基。随着改革开放以来中国工业化步伐和城市发展进程的推进，每年有大量的污染物排放到环境中，并对土壤造成了严重的污染。当前，土壤污染已经受到全世界各国政府的高度关注，土壤防治理念从“先污染后治理”向“谁污染谁治理”的观念转变，土壤污染防治取得了一定的成效。虽然全世界范围内都采取了有力措施来治理土壤污染，但是土壤污染的问题仍然没有得到有效根治，对当前自然环境以及动植物和人类的健康都存在潜在的影响。其中，重金属污染是土壤污染比较常见且影响较大的一类，重金属在土壤中长期累积，将改变农用地土壤的功能，并严重影响农作物的质量，最终通过食物链影响人类的身体健康。我国是一个以农业发展为基础的人口大国，且尚处于发展阶段，为了保证我国农畜产品和国民的健康安全，进行土壤重金属污染防治已经是刻不容缓的热点研究内容。

1 重金属污染物来源及现状

重金属一般是指比重≥5.0 g/cm3的金属，包括Ni、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Al、Hg等，随着人类经济社会的发展，人类活动对土壤的影响越来越大，工业排放、汽车尾气排放以及一些农业施肥等活动，都会影响土壤中重金属含量[1]。比如，赵彦锋等[2]对无锡等城市土壤重金属的主要来源进行了分析，通过主成分分析法分析后的结果表明，无锡市的工业活动控制着土壤重金属含量变异。Sun等[3]的研究表明，交通和工业是典型区域土壤重金属污染的主要来源。杨忠平等[4]研究发现，汽车尾气、轮胎摩擦、汽油燃烧会分别增加Pb、Zn、Cu等重金属。Modaihsh等[5]研究了农业生产过程中的常见化肥的重金属含量，发现不同种肥料重金属浓度不同，某种磷肥中Cd含量达到32.3 mg/kg。农业生产过程中会通过农药化肥使用、秸秆焚烧等产生一定量的Cd、Hg、As等重金属。土壤重金属元素会被农作物和植被吸收，人类作为食物链的最终一端，也不可避免地会将这些重金属吸收进体内，从而危及身体的健康[6]。

2014年，国务院发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国土壤污染率达到了16.1%，而其中有大约20%的土壤被重金属污染，农业用地已经成为土壤污染的重灾区，整体来说，重金属污染的情况在经济发达的地区比经济落后地区要更为严重，尤其是长江三角洲、珠江三角洲和东北老工业区等地区。自2010年起，我国年均重金属污染物排放量已超过900 t，由此而产生的直接经济损失已远超200亿元[7]。对土壤重金属污染的有效修复和治理，已经成为一个亟待解决的社会重大问题，土壤重金属修复技术的研究也迫在眉睫。

2 重金属污染危害

土壤中重金属浓度超过一定的比例，就会对土壤微生物、植物、农作物，以及动物和人类产生不利影响[8]。洪晨等[9]的研究发现，矿区内土壤中Cu污染对氨氧化微生物的数量有显著抑制作用。在郭星亮等[10]的研究中，重金属污染区土壤中蛋白酶的活性为非污染区的19.1%～57.1%。而重金属污染物会通过影响作物生长过程中的原叶绿素酸酯还原酶活性，引起作物光合作用失常，导致作物生长不健康，甚至死亡。而部分重金属污染物会通过植物根系吸收作用累积在作物体内，会通过人类和动物的直接食用或者食物链转移入其体内，一定程度上会破坏人体的神经系统、免疫系统和骨骼系统等[11]。不同的金属元素造成的影响也不尽相同，如体内过量的镉会对肾脏造成较大的伤害[12]。另外，由于重金属元素本身的特质，在自然环境中很难降解或者分解，对环境和人类的影响长期存在，当重金属含量积累到一定程度，就会造成不可挽回的后果。因此，针对土壤重金属污染的修复研究显得特别重要以及刻不容缓。

3 土壤重金属污染修复方法

3.1 物理修复法

物理修复法是目前采用比较多的重金属污染修复方法。其中，客土回填是指利用外源未被污染的土源对土壤耕作层进行覆盖，通过将重金属浓度较高的表层土壤移除或者覆盖，从而稀释土壤中的重金属浓度[13]。很多学者的研究表明，客土法有很直观、显著的修复效果。侯李云[14]通过对不同覆土厚度对重金属污染物含量变化的影响进行研究，发现覆土厚度在15 cm时As含量降低效率最为显著。李荣华等[15]通过客土回填方式，研究了其修复效果。结果表明，客土回填覆盖可有效降低土壤中Cd、Pb、Cu、As的含量，但该方法工程量较大，成本较高，不适合土源较稀缺或土源运距较远的地区。土壤翻耕是通过机械或人工的手段对受重金属污染的土壤进行搅拌混合，稀释重金属含量，进而降低土壤中有毒害物质引发的危害[16]。王科等[17]通过对土壤进行深翻，并使用有机肥料，发现可将土壤中Cd含量降低54.5%。土壤翻耕方法效率较高，且可提升土壤孔隙度，能显著促进土壤蓄水保肥能力，但如果翻耕深度过深，并不能减少土壤中的重金属含量，反而让土壤中的重金属向土壤下层扩散。

3.2 化学修复法

化学修复主要通过土壤淋洗的方式来进行修复，土壤淋洗是指利用液体或其他流体来淋洗污染土壤而去除污染物的技术。李尤等[18]研究了鼠李糖脂对土壤重金属污染物的淋洗效果，研究表明，淋洗效果较好，淋洗剂中Zn含量达到397 mg/kg，Cd含量达到30 mg/kg，As含量达到21 mg/kg。目前，不少学者也发现复合淋洗剂比单一淋洗剂拥有更好的效果。陈寻峰等[19]研究发现，用NaOH和EDTA（乙二胺四乙酸）复合可显著降低As含量。芮大虎等[20]使用乙二胺四乙酸二钠进行土壤Cd、Pb污染修复研究，结果表明，经修复后，土壤中Cd、Pb质量分数分别较淋洗前降低了41.46%和32.32%，且试剂用量也远低于传统方法。鲁文超等[21]综述了纳米材料对土壤重金属污染的修复进展，并展望了未来一段时间内纳米材料的应用前景和改进思路。

3.3 生物修复法

生物修复主要包含动物修复和植物修复方法，通过生物的生理活动和代谢机能，对土壤中重金属物质进行吸收、转化和固定，在提高和改善土壤理化性质的同时，修复受重金属污染的土壤。但由于各类生物对重金属污染的吸附、转化能力有限，大多数只能对其中一种重金属污染物进行吸收，且转化时间较长。而一旦土壤中重金属污染物浓度过高，也会对生物的生存产生危害，不利于土壤生物多样性。植物修复优点明显，技术简单，成本低廉，同时对环境不会造成较大影响。但是修复过程耗时长，无法在短期内实现修复效果。而进行土壤重金属污染修复后的植物体内含有大量有毒有害物质，如何进一步对其进行优化处理，目前尚未有很好的办法，各项研究内容还不完善，对于重金属再次进入环境也无法控制。李鸿博等[22]在前人研究基础上，总结了生物炭对土壤重金属污染的固定作用，重点对生物炭的施加方式、用量以及田间管理对重金属污染修复的影响进行了分析，并提出未来在土壤监测方面需要进一步研究。