土壤重金属污染现状与修复技术应用

土壤是动植物活动以及微生物进行物质交换的场所，是生态系统重要的组成部分。随着工业化进程和城镇化进程的推进，人类活动对土壤质量变化产生了重大影响。尤其是近几十年来，各类化工产品的生产和使用，人类生活垃圾、固体废弃物的随意堆放，农业化学物质的施用，以及人类采矿活动产生的废弃物露天堆放淋溶等，产生了大量的污染物质，对土壤、水体及大气环境造成严重的破坏。重金属污染物具有隐蔽性高、易积累、难以迁移及危害效果显著等特点，对土壤生态环境的影响程度更大。土壤本身具有一定的自净能力及抗侵蚀能力，但进入土壤的污染物一旦超过土壤承受能力的临界值，便会引发严重的土壤污染现象。土壤重金属污染防治和修复工作已成为今后一段时期内要长期进行的重要工作。

1 土壤重金属污染现状

重金属污染是无机物污染的一个重要来源，重金属进入土壤后，不能被土壤中的微生物分解，反而易与土壤中的部分物质合成为甲基化合物，甚至能产生具有毒性的化学物质；这些物质富集于土壤中由作物吸收，并通过食物链等形式迁移至人体中，造成十分严重的危害。一般而言，造成土壤重金属污染的污染物主要有Pb、Hg、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、As等。重金属元素由于自身结构成分的影响，有较大一部分无法被植物吸收利用，甚至某些重金属元素具有毒性，而同时又有一部分元素可被植物吸收利用，且对人体健康会产生一定良性效果，成为有益于生态环境的物质。因此，面对重金属污染的防治工作，并非要将所有重金属元素都认定为污染物，但是如果有益于作物吸收利用的重金属元素过量，仍然会造成一定的不利影响。由于不同种类的重金属污染具有不同的迁移转化特点和污染性质，且存在于土壤中的形式也有较大差距；因此在评价重金属污染物可能引起的危害时，不仅要定性地从重金属污染物的种类进行研究，同时也要定量地综合考虑污染物的总量和其中不同污染物各自的含量。根据我国农业部门的调查，我国农田土壤污水灌溉面积为140万hm2，受到重金属污染影响的面积占总灌区面积64.8%，遭受Pb、Cr、As、Cd等重金属污染的耕地面积将近2 000万km2，大约占我国耕地总面积近20%。每年的粮食产量因重金属污染而减少1 000多万t，我国固体废弃物占地和毁田0.13万km2，工业废水和固体废弃物中含有大量的重金属污染物如Cd、Pb、Hg、Cr等，每年受重金属污染的粮食达1 200万t，每年造成的直接经济损失超过200亿元人民币。

2 土壤重金属污染危害

由于土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和滞后性等特点，较大气污染和水污染引起的危害更加严重。大量研究表明，重金属污染会对土壤质量和安全产生严重的危害。蒋永荣等研究表明，铅锌矿区周边土壤重金属污染表现为显著的纵向迁移特性，Cd污染对矿区污染程度最高，且对微生物群落会产生一定的影响。陈朝述等研究了矿区沉淀物中重金属的存在形态和潜在风险，结果表明，沉淀物中Zn、Cd、As含量分别达到了正常土壤的11.7、10.6、18.8倍，Cd和As的污染强度最高，且引发生态危害的风险较高。陈为峰等对9个城市的绿地土壤样品进行了测定评价，结果表明，表层土壤中Cd、Cu、Zn、Pb的平均含量均显著高于正常水平，其中Cd的生态风险最高，且出现了一定程度的重金属复合污染现象。柴立立等分析了保定城市土壤重金属元素潜在危害程度，结果表明，受人类活动影响，城市土壤中Hg、Pb、Zn含量较高，分别为正常土壤中含量的5.28、1.74、1.75倍，Hg元素的潜在生态危害最为严重。

3 土壤重金属污染修复技术应用

3.1 物理化学修复技术的应用

吴秋梅等利用水铝钙石对土壤中重金属Cd污染进行修复，结果表明，在土壤中添加水铝钙石能够提高土壤pH值并显著降低土壤中Cd有效态含量，降低幅度达到97.7%。蒋仁霞等使用土壤调理剂对土壤中重金属Cd污染进行修复试验，结果表明，使用土壤调理剂可使土壤pH值显著提高，并使稻米中的Cd含量显著降低。安梦洁等探讨了修复剂对土壤中重金属Pb和Cr的修复作用，研究发现，施用棉粕腐植酸和聚丙烯酸钾可使土壤中Pb、Cd含量分别减少62.6%和52.3%，且对微生物群落的分布有较大影响。许剑臣等研究了不同改良剂对土壤重金属污染物的修复效果，结果表明，单施2%泥炭对土壤中重金属Zn和Cu的钝化效果最显著，1%蛭石和1%骨粉对重金属Cd含量的降低效果显著，2%泥炭、1%蛭石+1%泥炭和1%蛭石+1%骨粉处理组对作物体内Cu、Zn和Cd含量降低效果最显著。

3.2 生物修复技术的应用

王垚等研究表明，植物对土壤重金属污染物修复同样有显著影响。郭媛等通过研究黄麻植株对农田重金属Cd修复效果发现，黄麻对Cd的富集效果良好，每公顷黄麻能够富集的Cd含量可达到53.3 g，且黄麻木质部分对Cd的吸附效果最为显著，可达总吸附量的33.11%～42.99%。苗欣宇等利用孔雀草对重金属镉(Cd)-多氯联苯复合污染的土壤进行修复，研究发现，孔雀草具有较强的重金属污染耐受性和修复潜力，对Cd的吸附量可达100 mg/kg，对多氯联苯的降解率也提升了42.72%。费维新等研究了甘蓝型油菜对土壤中Cd和Cu污染的修复能力，结果表明，油菜植株对Cd的吸收主要富集在茎秆上，对Cu吸收主要富集在根部和种籽上。杨茹月等从植物基因角度出发，重点从植物对重金属污染物转运、储存、解毒过程进行了详细说明，并建立了实际环境中进行植物生长测试的应答机制。张轩等研究了刺槐根部变形杆菌对土壤中重金属Cd、Zn、Pb的影响，结果表明，变形杆菌对土壤中Cd、Zn、Pb的去除能力最为突出，去除量分别为64.5%、74.1%、90%。

3.3 联合修复技术的应用

梁安娜等将矿粉、水泥熟料和硅粉按不同比例混合，研究其对土壤中Pb钝化效果，结果表明，混合物对土壤中Pb的钝化效果显著，可将其从不稳定态转化为稳定态，降低了Pb在土壤中的迁移污染性。张静静等研究了膨润土与褐煤复合材料对土壤中Pb钝化修复效果的影响，结果表明，复合材料添加可使土壤中Pb提取态含量最多降低50.8%，而残渣态含量最多增加40.5%。陈绩等将黄腐酸钾和紫云英联合，修复重金属污染土壤，结果表明，有机物联合对土壤重金属污染修复有显著影响，对Zn和Cd的吸附积累量分别比对照组提高280.37%、265.44%，但修复周期需4～8个月。王彩彩等研究了将乙二醇双（2-氨基乙基醚）四乙酸和重过磷酸钙联合对土壤重金属污染的修复效果，结果表明，乙二醇双（2-氨基乙基醚）四乙酸对Cu和Cd的洗脱率较高，对Zn和Pb的洗脱率较低，而重过磷酸钙的施入可大幅度降低Pb的浸出浓度。

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