邢華銘　杜海濤　李思捷

[摘 要]近年來，越來越受關(guān)注的重金屬污染變得嚴(yán)重，成為急迫解決的世界性問題。本文綜述了土壤重金屬對土壤酶、植物和人類的危害。并且簡述了幾種修復(fù)方法的原理、實(shí)用性及其國際研究與發(fā)展動態(tài)。預(yù)期轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用在提高植物修復(fù)的實(shí)用性方面必將有突破性進(jìn)展。

[關(guān)鍵詞]土壤 重金屬 污染 修復(fù)技術(shù)

中圖分類號：G302 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）04-0346-01

1.引言

近年來，土壤重金屬污染已成為嚴(yán)重的世界性問題和難題，越來越受到人們的關(guān)注。導(dǎo)致土壤環(huán)境產(chǎn)生污染的重金屬主要有汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、準(zhǔn)金屬砷 （As） 等生物毒性顯著的元素， 也包括有一定毒性的鋅（Zn）、銅（Cu）、鈷（Co）等常見元素。土壤重金屬污染是影響人類健康和環(huán)境質(zhì)量的主要問題之一，它不僅影響農(nóng)作物生產(chǎn)，而且也影響大氣和水環(huán)境質(zhì)量，甚至通過食物鏈危害人類的健康。因?yàn)橹亟饘僭谕寥乐胁荒転槲⑸锓纸猓蚨鴷谕寥乐胁粩喾e累，影響土壤性質(zhì)，甚至可以轉(zhuǎn)化為毒性更大的烷基化合物，被植物和其他生物吸收、富集，進(jìn)而通過食物鏈在人、畜體內(nèi)蓄積，直接影響植物、動物甚至人類健康。所以，土壤重金屬危害防止的問題亟待解決。

2.土壤重金屬的危害

2.1 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敏感性生物指標(biāo)，更加直接反映了土壤生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向[2]。有研究表明，Hg對脲酶的抑制作用最為敏感，長期大量施用含Pb的污灌，有可能使土壤中氮的轉(zhuǎn)化受到較為嚴(yán)重的影響[3-4]。

2.2 對植物及農(nóng)作物的危害

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、面積等一系列生理特征的改變[5]。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)。對農(nóng)作物的危害亦是如此，污染土壤中的重金屬會通過作物根部的吸收進(jìn)入作物體內(nèi)灌溉水中含2. 5 mL的Hg時，水稻就可發(fā)生明顯的抑制生長的作用，表現(xiàn)為 生長矮小，分孽減少，根系發(fā)育生長不良，葉片失綠，穗小?？?，產(chǎn)量降低，籽粒含Hg 超出食用標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2mg/L）。

2.3 對人類的危害

重金屬對土壤污染后，人們通過食物鏈不斷攝取有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在體內(nèi)累積達(dá)到一定劑量后產(chǎn)生毒害癥狀。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)?？梢姡寥乐亟饘傥廴緦θ梭w產(chǎn)生極大的危害。

3.土壤重金屬的修復(fù)技術(shù)

3.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)主要包括土壤淋洗、電動修復(fù)和電熱修復(fù)三種修復(fù)技術(shù)。

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。土壤淋洗技術(shù)實(shí)際操作較為復(fù)雜，雖能有效去除土壤中的重金屬，但由于投資過高，并有可能造成土壤二次污染，因此在大面積土壤污染中應(yīng)用較少。

電動修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，近年來發(fā)展很快，在一些歐美國家已進(jìn)入商業(yè)化。但事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室采用一種金屬離子的溶液做模擬試驗(yàn)常能有效地去除土壤中的金屬離子，有時也得到相反的結(jié)果。這主要與pH控制著土壤溶液中重金屬離子的吸附與解吸、沉淀與溶解有關(guān)，而且酸度對電滲速度有明顯影響，所以如何控制土壤pH值是電動修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。

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，在高溫加熱的同時也對土壤本身造成了嚴(yán)重的破壞。

3.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)包括化學(xué)改良劑修復(fù)、表面活性劑修復(fù)和有機(jī)質(zhì)改良。

化學(xué)改良劑修復(fù)是通過向污染土壤添加不同的改良劑， 通過增加土壤有機(jī)質(zhì)、 陽離子代換量和黏粒的含量以及改變土壤pH，Eh和電導(dǎo)率等理化性質(zhì)，而使土壤中的重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低土壤重金屬的生物有效性。該技術(shù)關(guān)鍵在于選擇經(jīng)濟(jì)有效的改良劑，不同改良劑對重金屬的作用機(jī)理不同，因此在實(shí)際操作中必須明確改良劑的作用機(jī)理才能應(yīng)用， 避免形成二次污染。

表面活性劑修復(fù)即利用表面活性劑潤濕、增溶、分散、洗滌等特性，改變土壤表面電荷和吸收位能，或從土壤表面把重金屬置換出來，以絡(luò)合、螯合物的形式存在于土壤溶液中，加快重金屬在土壤溶液中的流動性。表面活性劑有助于重金屬從土壤顆粒上解析出來，并進(jìn)入土壤環(huán)境，增加污染物在土壤環(huán)境中的可動性，從而加速污染物的去除。

有機(jī)質(zhì)對重金屬污染土壤的凈化機(jī)制主要是通過腐殖酸與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)來進(jìn)行的，作為土壤中重要的絡(luò)合劑，有機(jī)質(zhì)中的-COOH，-OH，-C=O和-NH2等均能與重金屬發(fā)生絡(luò)合、螯合，使土壤中重金屬的水溶態(tài)和交換態(tài)明顯減少。陳世寶等人結(jié)合國內(nèi)外的相關(guān)報道，對有機(jī)質(zhì)治理土壤中重金屬污染做了應(yīng)用研究，指出有機(jī)質(zhì)改良法可兼顧環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益，是土壤重金屬污染治理的一個很好方向。

3.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)包括植物修復(fù)和為生物修復(fù)。

植物修復(fù)技術(shù)是一種以植物忍耐、分解或超量積累某些化學(xué)元素的生理功能為基礎(chǔ)，利用植物及其共存微生物體系來吸收、降解、揮發(fā)和富集環(huán)境中污染物的治理技術(shù)。陳同斌等2002年發(fā)現(xiàn)砷超富集植物蜈蚣草（Pteris vittata L）。劉金林等發(fā)現(xiàn)一年蓬（Erigeron annuus（L.） Pers.）對重金屬有較強(qiáng)的富集能力，鴨跖草（Commelina communis L.）、艾蒿（Artemisia argyi）對Cu具有較強(qiáng)的富集能力[13]。楊肖娥等發(fā)現(xiàn)鋅超富集植物東南景天（Sedumalfredii），其地上部Zn含量高達(dá)4134～5000mg/kg 。Xingfeng Zhang等發(fā)現(xiàn)了Cd的超富集植物—少花龍葵（Solanum photeinocarpum） 。植物修復(fù)是一種新興的綠色生物技術(shù)，能在不破壞土壤生態(tài)環(huán)境保持土壤結(jié)構(gòu)和微生物活性的情況下，通過植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，從而修復(fù)被污染的土壤，而且植物修復(fù)通常成本較低，易操作并且對環(huán)境有益，對動輒大面積亟需治理的受污染農(nóng)田比較適用，它已成為一項(xiàng)可靠的相對安全的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，是一種發(fā)展前景較好的凈化途徑。

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)廉價的綠色治理方法。曹德菊利用常規(guī)微生物資源（枯草桿菌Bacillus subtilis、酵母菌Yeast、大腸桿菌Escherichia Coli等）對重金屬離子Cd2+、Cu2+進(jìn)行生物修復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在環(huán)境中Cu2+、Cd2+濃度較低的情況下，微生物具有良好的修復(fù)性能，去除率可達(dá)25%～60%。

4.展望

土壤重金屬污染來源廣泛、危害較大，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍將是我國所面臨的重要環(huán)境問題，亟待解決。近些年來， 在Se、Hg、Cd、Zn 等重金屬元素轉(zhuǎn)基因植物研究方面已初獲成果。建立重金屬的超積累植物基因庫；通過應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程技術(shù)，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)，將自然界中超富集植物的耐重金屬、超富集基因移植到生物量大、生長速率快的植物體內(nèi)，培育出理想的超積累植物。預(yù)期轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用在提高植物修復(fù)的實(shí)用性方面必將有突破性進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 高太忠，李景印.土壤重金屬污染研究與治理現(xiàn)狀[J].土壤與環(huán)境，1999，8（2）：137-140

[2] 楊志新，馮圣東，劉樹慶. 鎘、鋅、鉛單元素及其復(fù)合污染與土壤過氧化氫酶活性關(guān)系的研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（4）：138-141

[3] 李法云，減樹良，羅義.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)研究[J].生態(tài)學(xué)雜志，2003，22（1）：35-39