土壤重金屬污染的生態(tài)工程修復(fù)方法

牟 雪

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

土壤重金屬污染的生態(tài)工程修復(fù)方法

牟 雪

（新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830049）

土壤重金屬污染問題越來越引起人們關(guān)注，闡明了土壤中重金屬污染的來源、污染情況及造成的危害，主要綜述了目前國內(nèi)專家、學(xué)者對(duì)土壤污染、生物修復(fù)及生態(tài)修復(fù)的研究進(jìn)展，結(jié)合我國具體情況，提出采用生態(tài)工程方法，能有效地逐步凈化土壤，使重金屬污染土壤得到治理和利用，并可獲得較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

重金屬；污染土壤；生態(tài)修復(fù)；生態(tài)工程

土壤是一個(gè)國家最重要的自然資源，它是農(nóng)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有土壤就沒有農(nóng)業(yè)，也就沒有人們賴以生存的衣、食等基本原料。土壤一旦遭受污染，特別是重金屬的污染很難修復(fù)。

隨著人口的增長(zhǎng)和工業(yè)化進(jìn)程的加大，土壤與環(huán)境的保護(hù)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今世界人類面臨的重要課題[1]。土壤中重金屬污染不僅降低土壤肥力和作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，而且惡化環(huán)境，并通過食物鏈危及人類的生命和健康。因此，土壤重金屬污染的治理對(duì)于環(huán)境質(zhì)量的改善十分重要，土壤重金屬污染的修復(fù)也是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

本文綜合了國內(nèi)外的相關(guān)研究，概述了土壤中的重金屬污染的現(xiàn)狀及采用生態(tài)工程手段修復(fù)的方法，并簡(jiǎn)單介紹了生態(tài)修復(fù)在土壤污染方面的機(jī)理及應(yīng)用，旨在探求一種高效修復(fù)重金屬污染的生態(tài)工程的方法。

1. 土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

1.1 土壤重金屬污染的來源

目前土壤中重金屬污染日益嚴(yán)重，并且外來重金屬多富集在土壤的表層。主要是由于采用城市污水和工業(yè)污水灌溉，集約化養(yǎng)殖動(dòng)物糞便的不合理處置，生活垃圾、工業(yè)廢渣及其他固體廢棄物任意堆放和填埋，廢氣中重金屬的擴(kuò)散、沉降、累積，導(dǎo)致其淋溶物隨地表徑流進(jìn)入農(nóng)田，含重金屬農(nóng)藥、磷肥的大量施用所致[2]。

大氣中大多數(shù)重金屬通過自然沉降[3]和雨淋沉降進(jìn)入土壤圈。由城市－郊區(qū)－農(nóng)區(qū)，污染隨著距城市距離的加大而降低，城市的郊區(qū)污染較為嚴(yán)重；此外，還與城市的人口密度、城市土地利用率、機(jī)動(dòng)車密度呈正相關(guān)；重工業(yè)越發(fā)達(dá)，污染相對(duì)就越嚴(yán)重[4]。

使用含有 Pb、Cd、Hg、As等的農(nóng)藥和不合理地施用化肥都可以導(dǎo)致土壤中重金屬的污染。農(nóng)用薄膜生產(chǎn)中應(yīng)用到的熱穩(wěn)定劑中含有Cd、Pb，塑料大棚和地膜都可以造成土壤重金屬污染。污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，但同時(shí)污泥中也含有大量的重金屬元素，隨著市政污水處理產(chǎn)生的大量污泥被施加于農(nóng)田，農(nóng)田中的重金屬含量也會(huì)不斷增高。

金屬礦山的開采、冶煉、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金屬的礦山酸性廢水，隨著礦山排水和降雨使之帶入水環(huán)境或直接進(jìn)入土壤，都可以直接或間接地造成土壤重金屬污染。礦山酸性廢水重金屬污染范圍一般在礦山的周圍或河流的下游，在河流不同河段的重金屬污染程度往往受污染源(礦山)的控制。

1.2 土壤重金屬污染的危害

大量研究證明：重金屬污染的土壤，其微生物生物量比正常使用糞肥的土壤低得多，并且減少了土壤微生物群落的多樣性。吸收到植物體內(nèi)的重金屬能誘導(dǎo)其體內(nèi)產(chǎn)生某些對(duì)酶和代謝具有毒害作用和不利影響的物質(zhì)，間接引起植物傷害。如某些重金屬脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生過氧化氫、乙烯等類物質(zhì)對(duì)體內(nèi)代謝和酶活性的負(fù)效應(yīng)，甚至導(dǎo)致植物的死亡[6]。

重金屬的脅迫有時(shí)會(huì)引起大量營養(yǎng)元素(N、P、K)的缺乏和有效性的降低，較高濃度的重金屬含量有抑制植物體對(duì)鈣、鎂等礦物質(zhì)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。重金屬處理引起植物鐵含量的下降或缺乏，導(dǎo)致鐵參與生理過程的異常，呈現(xiàn)鐵缺乏癥狀。較高濃度的鋅處理使大豆出現(xiàn)葉片失綠的毒害癥狀。當(dāng)鎘超過一定濃度后對(duì)葉綠素有破壞作用[7]。

1.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

目前，全國遭受不同程度污染的耕地面積已接近2000萬公頃。約占耕地面積的1/5。1996年農(nóng)業(yè)部調(diào)查表明：我國污灌區(qū)面積約140萬公頃，遭受重金屬污染的土地面積占污染總面積的64.8%。其中輕度污染占46.7%，中度污染占9.7%。嚴(yán)重污染面積占8.4%，其中以Hg和Cd的污染面積最大。

2. 生物修復(fù)

2.1 植物修復(fù)技術(shù)

在中重金屬污染物最不易修復(fù)，針對(duì)大面積污染土壤，植物修復(fù)在總體上是目前所有土壤污染治理中最好的方法，在美國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開展大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，中國也在這方面作過研究。

植物促進(jìn)是根據(jù)重金屬的螯合原理，向土壤中施加螯合劑如EDTA、DTPA、EGTA、檸檬酸等活化土壤中的重金屬，增加重金屬的生物有效性，提高富集植物對(duì)重金屬的積累，促進(jìn)植物的吸收，是植物修復(fù)發(fā)展的一個(gè)新方向。因?yàn)橹参镄迯?fù)主要是通過收割地上部分進(jìn)行的，施加螯合劑提高了某些植物對(duì)重金屬的吸收，促進(jìn)了重金屬向地上部分的轉(zhuǎn)移，因而對(duì)植物修復(fù)的成功非常有利。研究發(fā)現(xiàn)向鉛污染土壤中加入EDTA(1.0g/kg)后24 h，Pb從根向枝干部分的凈轉(zhuǎn)移提高了120倍。

2.2 微生物修復(fù)技術(shù)

利用微生物的生物活性對(duì)重金屬的親和吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物從而降低重金屬污染程度。由于微生物對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的親和吸附能力，有毒金屬離子可以沉積在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，或被輕度螫合在可溶性或不溶性生物多聚體上，一些微生物如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸還原菌以及某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，它們具有大量的陰離子基團(tuán)，與重金屬離子形成絡(luò)合物。近年來微生物生物技術(shù)已逐步應(yīng)用于凈化污染土壤，通常采用新的原位處理、反應(yīng)器或土壤填埋對(duì)污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)，在重金屬污染土壤中加入真養(yǎng)產(chǎn)堿菌株使得土壤水懸浮液得到凈化。

一些微生物可對(duì)重金屬進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，其主要作用機(jī)理是微生物能夠通過氧化還原、甲基化和去甲基化作用轉(zhuǎn)化重金屬，改變其毒性，從而形成了某些微生物對(duì)重金屬的解毒機(jī)制。

3. 小結(jié)

土壤重金屬污染是當(dāng)前面臨的重大難題之一，迫切需要解決。而今植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為解決土壤重金屬污染提供了一條綠色通道。單一化學(xué)手段治理土壤重金屬污染，雖然有一定的成效，但是不可避免二次污染：而化學(xué)手段也不可摒棄，化學(xué)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，建議可以繼續(xù)推進(jìn)生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，將物理、生物、化學(xué)修復(fù)手段結(jié)合起來，更好地治理土壤重金屬的污染。

[1]何振立，周啟星，謝正苗. 污染及有益元素的土壤化學(xué)平衡[M]北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1998.

[2]顧紅,李建東,趙煊赫等.土壤重金屬污染防治技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(8):397-399,408.

[3]顧繼光，周啟星，王新．土壤重金屬污染的治理途徑及其研究進(jìn)展[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2003,11(2):143-151.

[4]董悅，劉曉群，李翠蘭，于東海，張士勇. 土壤重金屬污染研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009，（4）:143-144.

[5]黃耀裔. 土壤重金屬污染來源與預(yù)防治理[J].能源與環(huán)境,2009,(1):62-64.

[6]安志裝，王校常，等．重金屬與營養(yǎng)元素交互作用的植物生理效應(yīng)[J]．土壤與環(huán)境，2002，11(4)：392-396．

[7]李海華，劉建武，等．土壤—植物系統(tǒng)中重金屬污染及作物富集研究進(jìn)展[J]．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，34(1)：30-34．

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