淺談土壤重金屬污染現(xiàn)狀及其生態(tài)修復(fù)

楊雪 王慧芳 李轅成 呂東蓬*

（1. 大理大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671003；2. 云南省高校微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南大理 671003）

1 引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，大量重金屬進(jìn)入土壤，引發(fā)了一系列的環(huán)境污染問題。能源生產(chǎn)、污染廢棄物排放等人類活動(dòng)使得大量重金屬進(jìn)入空氣，重金屬污染物質(zhì)通過干濕沉降進(jìn)入土壤中［1］，重金屬因具有持久性、生物毒害性以及不可降解性，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響巨大，治理土壤重金屬污染也因此成為研究熱點(diǎn)。土壤污染會(huì)導(dǎo)致污染物沿著生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)流入植物體內(nèi)，再沿著食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。為了使人類與自然和諧發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)土壤的管控，尤其是加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬污染的治理，進(jìn)一步改善人類的生存環(huán)境。

2 土壤重金屬污染概述

2.1 土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

土壤重金屬污染主要是由于人類不加節(jié)制的行為活動(dòng)引起的，重金屬含量超標(biāo)會(huì)影響土壤的環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而惡化生態(tài)環(huán)境。在工業(yè)生產(chǎn)中，選礦、冶礦、采礦等環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生重金屬，大量化肥農(nóng)藥的使用和工業(yè)污水的排放都會(huì)加劇環(huán)境問題。進(jìn)入土壤中的重金屬一旦沒有得到有效的控制和治理，就會(huì)隨著時(shí)間的推移破壞土壤的結(jié)構(gòu)［2］，甚至威脅居民的正常生活。我國(guó)的地域發(fā)展情況不同，土壤中重金屬污染的種類和程度也有所差異，重金屬污染相對(duì)集中分布在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)以及中南部和西南部工礦區(qū)，重金屬污染濃度較高的分布區(qū)靠近工農(nóng)業(yè)區(qū)域。環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部于2014 年聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》［3］顯示，全國(guó)的土壤環(huán)境總體呈現(xiàn)不樂觀的形勢(shì)，部分地區(qū)土壤污染比較嚴(yán)重，其中，工礦業(yè)廢棄地土壤污染最為突出。國(guó)務(wù)院于2016 年針對(duì)我國(guó)土壤重金屬污染狀況發(fā)布《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，該計(jì)劃明確指出土壤污染防治工作的重要性與必要性，需要不斷加大對(duì)污染的綜合防治力度［4］?；谥亟饘傥廴舅鶐淼耐恋赝嘶⑥r(nóng)作物嚴(yán)重?fù)p失等情況，國(guó)家出臺(tái)了一系列相關(guān)政策措施，為相關(guān)治理工作提供保障。目前，我國(guó)最常用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)有物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

2.2 土壤重金屬污染的來源

土壤重金屬污染物質(zhì)主要來源于自然排放和人類活動(dòng)2 個(gè)方面，其中以人類活動(dòng)為主。人類活動(dòng)包括工業(yè)廢棄物排放、農(nóng)業(yè)排放和生產(chǎn)生活廢棄物排放3 種途徑［1］。如礦石開采以及化石燃料的燃燒過程都會(huì)產(chǎn)生大量有害重金屬，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用的化肥農(nóng)藥會(huì)導(dǎo)致重金屬化合物進(jìn)入土壤中，在人類日?；顒?dòng)過程中，汽車尾氣以及污染廢棄物的排放等過程都會(huì)導(dǎo)致重金屬進(jìn)入土壤中。

2.3 土壤重金屬污染的危害

大部分重金屬元素都具有蓄積性，容易通過食物鏈富集在人體內(nèi)，會(huì)對(duì)人體的組織和器官造成嚴(yán)重的損傷，導(dǎo)致人體內(nèi)核酸的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成基因突變。同時(shí)，如果對(duì)受污染土壤長(zhǎng)期不加以治理，會(huì)導(dǎo)致污染更加嚴(yán)重，土壤中的重金屬元素經(jīng)過雨水沖刷和滲透作用會(huì)進(jìn)一步污染水環(huán)境，最終危害人體健康。

3 土壤重金屬污染的生態(tài)修復(fù)技術(shù)

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

目前，物理修復(fù)技術(shù)主要包括客土、換土、深耕翻土、電動(dòng)修復(fù)和熱脫附等方法［5］。

客土法是將沒有受污染的干凈土壤加入受染污土壤中，以達(dá)到土壤表層重金屬濃度降低的目的，從而減少其對(duì)作物的毒害作用；換土法是指移出受污染土壤，再將沒有受污染的干凈土壤移入，該方法步驟復(fù)雜，費(fèi)用也相對(duì)較高；深耕翻土法是指通過拌勻、翻動(dòng)、混合表層土壤使地表土壤重金屬污染物的含量減少；電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是指在電場(chǎng)的作用下，將重金屬離子從土壤中分離再進(jìn)行集中收集處理的方法，該技術(shù)能夠有效縮短修復(fù)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較高，目前，國(guó)內(nèi)外正在積極研究如何使該方法適用于工程運(yùn)用；熱脫附技術(shù)是指通過加熱使得被污染土壤達(dá)到穩(wěn)定，再通過溫控系統(tǒng)讓其受熱蒸發(fā)，該技術(shù)僅適用于易蒸發(fā)的重金屬。物理修復(fù)技術(shù)能夠使土壤重金屬污染的情況得到緩解，但不能從源頭上解決污染問題，具有一定的局限性。

3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

采用化學(xué)修復(fù)技術(shù)來治理土壤重金屬污染主要包括淋洗、化學(xué)改良和固化/穩(wěn)定化技術(shù)等方法［6］。

土壤淋洗主要是指使用土壤淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再將重金屬廢水進(jìn)行收集處理的方法，該技術(shù)作為污染土壤重要修復(fù)技術(shù)之一，已成為當(dāng)前一大研究熱點(diǎn)，具有效率高、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)；化學(xué)改良技術(shù)是指在土壤中投加改良劑，通過改良劑與重金屬之間的吸附、氧化還原以及沉淀作用來降低重金屬的生物有效性，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單，但只改變了重金屬在土壤中的存在形態(tài)，并未達(dá)到去除重金屬的目的；固化/穩(wěn)定化技術(shù)主要是指通過沉淀、吸附和配位作用的原理來對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行穩(wěn)固，破壞重金屬的生物有效性和遷移性［7-8］。

3.3 生物修復(fù)技術(shù)

作為土壤重金屬污染的重要修復(fù)技術(shù)，生物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，其主要包括植物、微生物和動(dòng)物修復(fù)技術(shù)。

植物修復(fù)技術(shù)是以超富集植物對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行吸收和去除為原理展開的一項(xiàng)修復(fù)技術(shù)，包括植物固定技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)和植物提取技術(shù)。植物固定技術(shù)是利用植物的根際及其根際分泌物通過一系列的反應(yīng)過程，主要包括沉淀、螯合以及氧化還原等，來達(dá)到轉(zhuǎn)換重金屬的價(jià)態(tài)和形態(tài)的目的，從而降低重金屬的活性，將重金屬進(jìn)行固定穩(wěn)定化；植物揮發(fā)技術(shù)是利用植物根系對(duì)重金屬的吸收和積累作用，再借助植物自身的代謝活動(dòng)將重金屬以氣態(tài)的形式揮發(fā)出去；而植物提取技術(shù)是將吸收重金屬污染物質(zhì)的植物進(jìn)行收割處理，因其具有成本低、無二次污染、對(duì)環(huán)境干擾小等特點(diǎn)受到越來越多研究者的青睞。該方法因植物生長(zhǎng)周期所導(dǎo)致的修復(fù)周期較長(zhǎng)的問題目前也已得到解決，主要通過水肥調(diào)控、菌劑接入、基因工程、螯合鈍化劑和土壤動(dòng)物添加等手段來改變植物的生長(zhǎng)狀態(tài)、生化特征和抗性能力等，進(jìn)而影響植物修復(fù)重金屬的效果。

微生物修復(fù)技術(shù)是通過微生物的一系列代謝活動(dòng)以及微生物的分泌物來降低土壤中重金屬的生物毒性，常用微生物主要是具有抗性的細(xì)菌、真菌等，土壤中的微生物通過直接或間接的代謝活動(dòng)以及分泌有機(jī)酸來對(duì)重金屬進(jìn)行絡(luò)合并溶解。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，添加到土壤中的抗性菌株會(huì)使土壤中產(chǎn)生多糖、糖蛋白等物質(zhì)與重金屬形成絡(luò)合物，可降低土壤中的重金屬含量。該技術(shù)的應(yīng)用需先解決微生物在土壤中的固定問題。微生物固定化技術(shù)是采用物理化學(xué)手段將特定的微生物限定于載體中，讓微生物能夠長(zhǎng)期維持生物活性并投入使用。

動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是指土壤動(dòng)物能夠通過自身的活動(dòng)來降低土壤中的重金屬濃度，提高植物對(duì)重金屬的吸收效率。如土壤動(dòng)物蚯蚓［5］，蚯蚓生存環(huán)境陰暗潮濕，常在土壤表層以下活動(dòng)，因此，采用蚯蚓來修復(fù)會(huì)出現(xiàn)土壤表層重金屬含量高于其他部位的情況。

3.4 植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

傳統(tǒng)意義上的物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)都能夠有效去除土壤中的重金屬，但也存在不足之處。基于此，在土壤重金屬污染修復(fù)的工作中，將多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)各種修復(fù)技術(shù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要包括植物—微生物、植物—?jiǎng)游镆约爸参铩蟿┞?lián)合修復(fù)技術(shù)。其中，植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用微生物的代謝活動(dòng)來改變根際土壤重金屬的生物有效性，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收和積累效應(yīng)，同時(shí)植物的生長(zhǎng)也為微生物提供了良好的生存環(huán)境；植物—微生物聯(lián)合修復(fù)主要有植物與細(xì)菌、植物與真菌的聯(lián)合修復(fù)，分別是以細(xì)菌分泌物活化重金屬元素以及真菌菌絲與植物根系形成互利共生的聯(lián)合體為機(jī)理開展的。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)將復(fù)合污染土壤加菌處理之后，根際土可溶性鉛比不加菌處理組高出13.99%；通過盆栽試驗(yàn)來研究叢枝菌根（Glomus intraradices）對(duì)黑麥草的生長(zhǎng)和富集Cd 能力的影響，結(jié)果表明，菌根的形成有效促進(jìn)了黑麥草對(duì)Cd 的富集［9］。

4 結(jié)語

近年來越來越多的研究者開始注重對(duì)土壤重金屬污染物質(zhì)去除技術(shù)的研究，旨在尋找經(jīng)濟(jì)效益高、去除效果好的方法來防止其對(duì)人類和環(huán)境的損害，物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)都存在一定的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)，在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體情況來進(jìn)行選擇，綜合考慮多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式。除此之外，相關(guān)部門也應(yīng)該給予高度重視，對(duì)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合考慮之后再做選擇。在實(shí)際治污過程中，要結(jié)合土壤重金屬污染的現(xiàn)狀來探討重金屬的危害及其適宜的治理技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)土壤的管控以及重金屬污染的治理，不斷優(yōu)化土壤的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。