我國重金屬污染土壤的治理與修復研究進展

宋志政，周潤聲

（山東科技大學化學與環(huán)境工程學院，山東青島 266590）

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀、簡介及危害

1.1 土壤重金屬污染簡介

土壤重金屬污染是指重金屬或其化合物通過各種途徑進入土壤造成的污染，分為自然和人為兩種污染類型。重金屬污染涉及工業(yè)、農業(yè)、人類生產生活等許多方面，其中，重金屬是對土壤環(huán)境影響比較大的重要污染物類型。從礦山開采到成為工業(yè)品的各個階段，污水灌溉、農藥化肥的使用都增加了土壤中重金屬的負荷。

1.2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

隨著工業(yè)、農業(yè)以及城市污染的加劇，重金屬污染日益嚴重。目前，土壤的重金屬污染普遍存在于世界各個國家中。2014年發(fā)布的全國土壤污染調查公報中顯示，全國土壤總超標率為16.1%，而重金屬污染占有較大比重。環(huán)境監(jiān)測總站的資料顯示，我國重金屬污染中，最嚴重的是Cr、Hg、Pb 和As 四種重金屬污染，其中，鎘和砷污染的比重最大，約占被污染耕地的40%[1]。

1.3 土壤重金屬污染的危害

1.3.1 對土壤肥力的影響

重金屬在土壤中大量積累會導致土壤性質發(fā)生變化，從而影響了土壤營養(yǎng)元素的供應和物理特性。

1.3.2 對植物的危害

重金屬可以影響植物對營養(yǎng)成分的吸收和利用，引起養(yǎng)分缺乏；也可以在植物體內富集，擾亂代謝，使細胞生長發(fā)育停止。重金屬對植物的毒害作用大小與植物種類、環(huán)境條件等因素有關。

1.3.3 對微生物和酶的危害

重金屬可以影響微生物的群落結構、種群增長特征以及生理生化和遺傳特征。重金屬也會影響酶的活性，對土壤中不同酶進行研究發(fā)現(xiàn)：與N、P、S 等循環(huán)有關的酶受重金屬脅迫作用顯著，與碳循環(huán)有關的酶受脅迫影響較小。

1.3.4 對人體健康的危害

土壤重金屬污染導致的結果是影響人和其他生物的健康，土壤重金屬污染是逐年積累的，具有隱蔽性，當發(fā)現(xiàn)污染時，往往危害已經(jīng)達到很嚴重的程度。近年來，我國耕地重金屬污染情況越發(fā)嚴重，部分農產品的質量安全令人擔憂。

2 我國土壤重金屬污染相關問題的研究歷程

2.1 起步階段（1949—1979年）

新中國成立之初，百廢待興，包括土壤污染在內的環(huán)境問題尚未出現(xiàn)；到二十世紀七十年代，環(huán)境問題開始顯現(xiàn)，相關的科研實踐等工作開始展開。

2.2 基礎階段（1979—2000年）

在此期間，“中國土壤元素環(huán)境背景值研究”列入“六五”和“七五”計劃，并在1995年發(fā)布了我國第一個《土壤環(huán)境質量標準》（GB15618—95）。

2.3 快速發(fā)展階段（2000年至今）

進入21世紀，經(jīng)濟的快速發(fā)展導致環(huán)境問題越來越突出，引起了科研人員、政府和社會的廣泛關注。

科研方面，土壤修復進入國家自然科學基金委的目錄，與土壤污染有關的基礎研究和技術研發(fā)項目先后得到國家“973計劃”和“863計劃”的支持，重金屬污染土壤修復的基礎理論不斷完善，論文的發(fā)表數(shù)量迅速上升。同時，土壤污染防治立法和政府監(jiān)督管理等方面也都穩(wěn)步推進，并取得了顯著成效。

3 重金屬在土壤中的遷移和轉化

3.1 重金屬在土壤中的形態(tài)

重金屬在土壤中的形態(tài)主要有：水溶態(tài)、可交換態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化物結合態(tài)、有機結合態(tài)、殘渣態(tài)[2]。形態(tài)分析方法主要有：Tessier 連續(xù)提取法，超臨界流提取法，BCR 法，超聲提取法等。

3.2 影響形態(tài)分布的因素

影響土壤中重金屬形態(tài)分布的因素有很多，總的來說可以分為兩大類：一類是土壤內因，如pH 值、土壤質地和有機質、膠體和離子含量、Eh 值、營養(yǎng)元素等；另一類是人類活動。同種金屬的存在含量不同，形態(tài)分布也會存在差異。

3.3 重金屬在土壤中的遷移

重金屬元素的遷移轉化是指在自然環(huán)境空間位置的移動和存在形態(tài)的轉化，以及由此所引起的富集與分散過程。重金屬在土壤環(huán)境中的遷移轉化主要分為物理遷移、物理化學遷移、化學遷移和生物遷移四大類[3]。

4 重金屬污染土壤的修復

重金屬污染土壤的修復是指利用物理、化學和生物等方法將土壤中的重金屬清除或將其固定在土壤中降低其遷移性和生物有效性，從而降低重金屬的環(huán)境風險和對健康的危害[4]。

4.1 物理修復

物理修復技術主要基于土壤理化性質和重金屬的特性，通過物理方法來分離或固定土壤中的重金屬，來降低環(huán)境中重金屬含量。物理修復方法主要有物理分離，土壤蒸汽浸提，固化/穩(wěn)定化，玻璃化，熱力學，電動力學以及低溫冰凍等修復技術[5]。

4.2 化學修復

化學修復是向土壤中投加一些化學試劑，改變土壤的pH、Eh 值等理化性質。通過對重金屬的吸附、氧化還原和沉淀等作用鈍化土壤中重金屬，以減輕重金屬對生態(tài)環(huán)境的危害。在重金屬污染土壤修復中，化學修復是應用較多的一類修復技術。常用的化學修復方法有：化學淋洗技術、土壤改良技術以及電動化學技術等。

4.3 植物修復

植物修復是利用植物對一種或幾種重金屬的吸收、積累、降解、固定、轉移等特性來對重金屬污染的土壤進行修復[6]，是近年來國內外研究最多的一類修復技術。超富集植物的發(fā)現(xiàn)和研究，為植物修復的應用和推廣提供了條件。植物修復的主要類型包括植物萃取、根際過濾、植物降解、植物揮發(fā)、植物固定和植物刺激等。

4.4 微生物修復

土壤中的細菌、真菌等微生物具有個體小、易培養(yǎng)、分布廣、代謝能力強等優(yōu)勢。環(huán)境中長期存在的重金屬使得自然界中形成了一些能改變重金屬理化性質，從而影響重金屬遷移和轉化的微生物。經(jīng)過微生物的吸附、吸收、沉淀和氧化還原等作用，重金屬離子被轉化為低毒或無毒的物質，從而降低了重金屬對環(huán)境的危害。

4.5 聯(lián)合修復

以上介紹的修復方法中，每一種都有各自的優(yōu)勢和不足，或是修復的效率、成本，或是對生態(tài)環(huán)境的擾動。如果將以上幾種修復方法按照被修復土壤的實際情況進行搭配組合，會取得更好的修復效果。常用的聯(lián)合修復方法主要有：植物-微生物聯(lián)合修復、化學誘導強化植物修復、農藝措施強化植物修復等。

5 發(fā)展與展望

近年來，土壤重金屬污染事件接連不斷，污染形勢令人擔憂。如今，國家在土壤重金屬污染方面的環(huán)保政策和立法工作正在逐步完善，“綠水青山，就是金山銀山”的環(huán)保理念深入人心，土壤重金屬污染治理與修復的相關科研工作也取得了快速的發(fā)展。在新的環(huán)保形勢下，我國的土壤重金屬污染態(tài)勢一定會得到有效控制，土壤環(huán)境會得到良好的改善。