摘要：土壤重金屬污染問題日益受到人們的關(guān)注。從土壤重金屬污染的內(nèi)涵及特點(diǎn)出發(fā)，闡述了土壤重金屬污染對植物、土壤動物、土壤酶以及通過食物鏈對人類的危害。在此基礎(chǔ)上，對土壤重金屬污染的修復(fù)措施進(jìn)行了概述，主要包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、植物修復(fù)及微生物修復(fù)等?？梢灶A(yù)料，土壤重金屬污染修復(fù)將向著植物修復(fù)和微生物修復(fù)的方向發(fā)展，并且多種修復(fù)方法的綜合使用將受到越來越多的重視。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬污染;修復(fù)

1 土壤重金屬污染的內(nèi)涵及特點(diǎn)

土壤重金屬污染是指土壤中重金屬元素含量明顯高于其自然背景值，并造成生態(tài)破壞和環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。重金屬元素在化學(xué)中一般定義為相對密度等于或大于5.0的金屬，包括Fe、Mn、Cu、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等45種元素。As是一種類金屬，但由于其很多性質(zhì)和環(huán)境行為都與重金屬元素類似，所以也將它歸入重金屬元素。一般來說，引起土壤重金屬污染的元素主要包括Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等8種元素。土壤重金屬污染的危害不僅僅取決于重金屬在土壤中的總量，還取決于其存在形態(tài)和各形態(tài)所占的比例，其中重金屬元素以水溶態(tài)、交換態(tài)的活性毒性最大，殘存態(tài)的活性毒性最小。離子交換態(tài)的重金屬在土壤環(huán)境中活性大毒性強(qiáng)，易被植物吸收，也易被植物吸附、淋失或發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)為其他形態(tài)。如Cr6+在土壤中很穩(wěn)定，其毒害程度要比易被土壤吸附的Cr3+大100倍，甲基汞要比Hg的其它形態(tài)毒性要強(qiáng)。由于重金屬元素本身所具有的特點(diǎn)和土壤環(huán)境的多介質(zhì)、多界面、多組分以及非均一性等特點(diǎn)，決定了土壤重金屬污染具有以下特點(diǎn)：隱蔽性和滯后性，不可逆性和長期性，區(qū)域性和嚴(yán)重性，治理難且周期長。由于重金屬能進(jìn)入所有生態(tài)系統(tǒng)中，釋放到大氣圈、陸地圈、生物圈和水圈，對植物、動物和人類產(chǎn)生嚴(yán)重問題，特別是重金屬能在土壤和有機(jī)體中富集，在食物鏈中產(chǎn)生不可預(yù)見的結(jié)果。

2 土壤重金屬污染危害

2.1 對植物的危害

土壤中的重金屬會對植物產(chǎn)生一定的毒害作用，引起株高、主根長度、葉面積等一系列生理特征的改變。主要是因?yàn)槲盏街参矬w內(nèi)的重金屬能誘導(dǎo)其體內(nèi)產(chǎn)生某些對酶和代謝具有毒害作用和不利影響的物質(zhì)，如H2O2、C2H2等類物質(zhì)。重金屬的脅迫有時(shí)會引起大量營養(yǎng)的缺乏和酶有效性的降低，較高濃度的重金屬含量有抑制植物體對Ca、Mg等礦物質(zhì)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。經(jīng)過Cd處理的小麥幼苗葉和根的生長明顯受到抑制，其莖和葉中富集的Cd量增加，F(xiàn)e、Mg、Ca和K等營養(yǎng)元素的含量下降。對廣州市農(nóng)業(yè)用水的狀況與蔬菜產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行了深入的分析研究，得出長期使用富含重金屬的污水灌溉菜田，各種蔬菜都會受到不同程度的污染。土壤重金屬污染影響植物生理生態(tài)過程、植物產(chǎn)量和品質(zhì)，如廣水城郊由于耕地土壤受到重金屬污染，不同農(nóng)作物中的Cu、Pb、Zn、Cd檢測結(jié)果全部或部分重金屬超標(biāo)。重金屬污染脅迫可以危害植物的根系，造成根系生理代謝失調(diào)，生長受到抑制，反過來，受害根系的吸收能力減弱，導(dǎo)致植物體營養(yǎng)虧缺。

2.2 對土壤動物的危害

隨著各種重金屬元素在土壤中的富集，對土壤動物的生存繁衍帶來了嚴(yán)重威脅。研究了淮南市重金屬污染對土壤動物群落和多樣性影響，得出重金屬污染不同程度地對土壤動物構(gòu)成危害，土壤動物群落的組成與數(shù)量隨著污染的加重而減少，在重污染的土壤中，優(yōu)勢類群與常見類群的種類明顯減少;重金屬對土壤動物群落的多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、密度類群指數(shù)都有減少的趨勢。土壤重金屬含量對蚯蚓、線蟲等無脊椎動物數(shù)目、豐富度、生物數(shù)量和群體構(gòu)成等有直接影響。袁方曜等對魯中地區(qū)農(nóng)田環(huán)境有害化學(xué)物質(zhì)對蚯蚓群體構(gòu)成的影響進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田蚯蚓種群的多樣性指數(shù)為1.5835，而在相比較的普通潮土農(nóng)田中為2.2262，說明重金屬污染農(nóng)田蚯蚓種群多樣性水平已顯著下降。Van-deeeleBart等調(diào)查了疏浚底泥土壤的蚯蚓數(shù)和移植率，將調(diào)查結(jié)果與沖積平原土壤進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)沙質(zhì)平原土壤蚯蚓數(shù)量明顯高于受重金屬污染的疏浚底泥土壤的蚯蚓數(shù)。

2.3 對土壤酶的危害

土壤酶是一種生物催化劑，是反映土壤肥力的一個(gè)敏感性生物指標(biāo)，更能直接反映土壤生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向。由于土壤酶活性易受土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物活性的影響，環(huán)境污染對土壤酶活性影響較大，可在一定程度上靈敏地反映出土壤的環(huán)境狀況。劉樹慶應(yīng)用一元線性與非線性回歸擬合尋優(yōu)模型，研究了保定市污灌區(qū)土壤重金屬Pb、Cd污染與土壤酶活性間關(guān)系，發(fā)現(xiàn)土壤脲酶和過氧化氫酶活性與土壤、Cd含量之間呈指數(shù)負(fù)相關(guān)。Hg對土壤中脲酶的抑制作用最為敏感，當(dāng)土壤中脲酶明顯減少時(shí)，可表明土壤Hg污染。邱莉萍通過室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)，得出Cu、Zn、Cd元素都降低土壤中脲酶、堿性磷酸酶和蔗糖酶的活性。和文祥研究發(fā)現(xiàn)Hg、Cd對土壤脲酶活性具有顯著的抑制作用，抑制幅度和強(qiáng)度分別以Hg、Cd和Hg為最大。土壤重金屬元素對土壤的復(fù)合污染并不是各單元素污染的簡單疊加，而是更為復(fù)雜。單元素處理Zn對土壤過氧化氫酶活性具有一定的抑制作用，Cd<10mg/kg時(shí)表現(xiàn)為激活作用，達(dá)50mg/kg時(shí)表現(xiàn)為抑制作用，Cd、Zn對土壤過氧化氫酶活性交互作用表現(xiàn)出協(xié)同抑制負(fù)效應(yīng)特征。

2.4 對人體健康的危害

土壤尤其是表層土壤中的重金屬極易進(jìn)入人體，直接對人體健康造成威脅，當(dāng)人體攝入或吸入過量的Cd，會引起身體各器官一系列的病變，可引發(fā)以骨礦密度降低和骨折發(fā)生機(jī)率增加為特征的骨效應(yīng)。Pb能導(dǎo)致包括人類在內(nèi)的各種生物的生殖功能下降、機(jī)體免疫力降低，當(dāng)人體內(nèi)血鉛質(zhì)量比達(dá)到600μg/g～800μg/g時(shí)會表現(xiàn)為頭暈、頭疼、記憶力減退和腹疼等一系列癥狀。長期食用含Cr的食物，人體會出現(xiàn)不同程度的皮膚和呼吸道系統(tǒng)病變，并且出現(xiàn)潰瘍和炎癥。長期吸入Ni可以引起鼻癌、肺癌，并且可以引起接觸性皮炎、肺炎等病癥。當(dāng)金屬Hg進(jìn)入人體后，可與體內(nèi)酶或蛋白質(zhì)中許多帶負(fù)電的基團(tuán)如巰基等結(jié)合，使能量生成、蛋白質(zhì)和核酸合成受到影響，從而影響細(xì)胞正常的功能和生長。研究得出，癌的產(chǎn)生和發(fā)展與土壤環(huán)境中Sn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，居住在Sn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的地區(qū)的人群癌癥死亡率較高。可見，土壤重金屬污染對人體產(chǎn)生極大的危害。

3 土壤重金屬污染的修復(fù)措施

3.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)主要包括電動修復(fù)、電熱修復(fù)和土壤淋洗三種修復(fù)技術(shù)。電動修復(fù)技術(shù)的原理類似于電池，在通電的情況下使得重金屬離子定向移動，從而把它們從土壤中去除的技術(shù)。這種技術(shù)對土壤環(huán)境的要求比較高，難以廣泛的、大規(guī)模的應(yīng)用。電熱修復(fù)技術(shù)是利用一些重金屬在高溫下快速揮發(fā)的特性，用高頻電壓加熱土壤，重金屬受熱揮發(fā)，離開土壤以達(dá)到修復(fù)土壤重金屬污染的目的。但是，在高溫加熱的同時(shí)也對土壤本身造成了嚴(yán)重的破壞。土壤淋洗是應(yīng)用最早，也是應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的物理修復(fù)方法。土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理的土壤修復(fù)方法。研究發(fā)現(xiàn)EDTA可明顯降低土壤對Cu的吸收率與解吸率，其值與加入的EDTA量的對數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。此外，物理修復(fù)修復(fù)措施還包括固化/穩(wěn)定化土壤修復(fù)技術(shù)、排土填埋法、稀釋法。但是無論那種修復(fù)方法都不能很好的解決經(jīng)濟(jì)實(shí)用性和“二次破壞”、“二次污染”的問題。

3.2 化學(xué)固定修復(fù)

在土壤中，金屬元素的溶解度和可遷移性較差，使得土壤中重金屬更易被固定下來，因此重金屬化學(xué)固定修復(fù)在污染土壤治理過程中有著不可替代的作用。通過向土壤中加入有機(jī)質(zhì)、沸石、污泥、生物固體和磷酸鹽等外源添加物，調(diào)節(jié)和改變重金屬在土壤中的物理化學(xué)性質(zhì)，使其產(chǎn)生沉淀、吸附、離子交換、腐殖化和氧化還原等一系列反應(yīng)，這種外源物質(zhì)與土壤中金屬離子結(jié)合后，極大地限制了其在土壤中的遷移性和被植物所吸收的可能性，從而減少這些重金屬元素對動植物的毒性。不同金屬離子的移動性不同，所以很難找出單一的物質(zhì)降低所有金屬離子的移動性，因此對于不同的金屬離子要使用不同的固定物質(zhì)。施用石灰或碳酸鈣主要是提高土壤pH值，促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類沉淀。

微生物修復(fù)法就是利用土壤中的某些微生物的生物活性對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，把重金屬離子轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，從而降低土壤中重金屬的毒性，具有費(fèi)用低、對環(huán)境影響小、效率高等特點(diǎn)，是一項(xiàng)廉價(jià)的綠色治理方法。微生物對重金屬的生物積累機(jī)理主要表現(xiàn)在胞外絡(luò)合作用、胞外沉淀作用以及胞內(nèi)積累3種形式。

3.3 其它修復(fù)措施

近幾年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一些修復(fù)技術(shù)與其它修復(fù)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行修復(fù)時(shí)，

會有更好的修復(fù)效果。如電流能有效地提高重金屬在土壤中的移動性，促進(jìn)植物對重金屬的吸附和吸收，提高植物修復(fù)的效率。許多真菌對重金屬有很高的耐性和積累性，真菌的活動能降低重金屬對植物的毒性，提供對植物根系的保護(hù)，有利于修復(fù)植物的生長，提高植物修復(fù)的效率?；瘜W(xué)添加劑能改變土壤中重金屬的形態(tài)，提高重金屬的生物可利用性。研究發(fā)現(xiàn)向Pb污染土壤中加入EDTA(1.0g/kg)24h后，Pb從根向枝干部分的凈轉(zhuǎn)移提高了120倍?？梢?，施加螯合劑可明顯提高某些植物對重金屬的吸收，促進(jìn)了重金屬向地上部分的轉(zhuǎn)移，因而對植物修復(fù)的成功非常有利?；瘜W(xué)誘導(dǎo)技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，利用化學(xué)誘導(dǎo)技術(shù)提高土壤中重金屬的有效性，以提高植物修復(fù)的效率。這些兩種或兩種以上修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的修復(fù)技術(shù)，能夠較好發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，消除自身的缺點(diǎn)，更加利于土壤重金屬污染的修復(fù)工作。

4 結(jié)束語：

近年來隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤中重金屬含量不斷增加，土壤重金屬污染已成為普遍的環(huán)境問題，越來越受到人們的關(guān)注，目前，對土壤重金屬污染研究已取得了一定的進(jìn)展，但多數(shù)研究是從某一方面進(jìn)行分析，尤其是修復(fù)措施的研究不具有系統(tǒng)性和全面性。鑒此，從土壤重金屬的危害出發(fā)對不同的修復(fù)方法進(jìn)行對比分析對于土壤重金屬污染研究具有重要意義。

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來源:《基層建設(shè)》  作者:李廣鵬

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