重金屬污染研究進(jìn)展

1、重金屬土壤污染研究進(jìn)展摘要：重金屬污染以成為舉世矚目的問題，全世界各國(guó)的土壤都存在著不同程度的重金屬污染，其危害之大，之廣是當(dāng)今社會(huì)所不能忽視的。 本文章重在對(duì)重金屬土壤污染地區(qū)，污染程度以與土壤重金屬污染的相關(guān)和最新治理方法進(jìn)行綜合概括，希望能提高對(duì)重金屬污染的認(rèn)識(shí)并引起相關(guān)人員的足夠重視。1 土壤重金屬污染隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，進(jìn)入土壤環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)日益增多，重金屬和有機(jī)物是2種主要的污染源重金屬作為一類危害很大的土壤污染物，具有 移動(dòng)性小，周期長(zhǎng)，易積累，毒性大等特點(diǎn)。目前，世界各國(guó)土壤存在不同程度 的重金屬污染，全世界平均每年排放 Hg約1. 5萬t、Cu為340萬t、Pb為

2、500萬3 Mn為1500萬t、Ni為100萬t12,其中，鎘以移動(dòng)性大、毒性高、污染面積最大被 稱為“五毒之首”於41據(jù)報(bào)道，我國(guó)土壤鎘污染面積約為13300 hm2, 土壤鎘含 量達(dá)110 mg - kg,致使生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品鎘超標(biāo)率約10. 2%,對(duì)動(dòng)物和人類的健 康造成了嚴(yán)重威脅3叫 我國(guó)農(nóng)田土壤中的重金屬主要是隨農(nóng)藥、化肥和地膜等 重要的農(nóng)用物資和用未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)的工業(yè)廢水或城市生活污水等進(jìn)行 農(nóng)業(yè)灌溉所引起的。農(nóng)藥、化肥和地膜是重要的農(nóng)用物資， 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起 著重大的推動(dòng)作用，但長(zhǎng)期不合理施用，也可以導(dǎo)致土壤重金屬污染。絕大多數(shù) 的農(nóng)藥為有機(jī)化合物，個(gè)別農(nóng)藥在其組成中含有

3、Hg、As、Cu、Zn等重金屬。近 年來，農(nóng)業(yè)中廣泛使用地膜，但由于地膜生產(chǎn)過程中加入了含有Cd、Pb的熱穩(wěn)定劑，增加了土壤重金屬污染 。在我國(guó)，局部、小規(guī)模利用城市工業(yè)和生活污 水進(jìn)行農(nóng)田灌溉已經(jīng)有近百年的歷史， 大規(guī)模的污灌始于20世紀(jì)50年代，近年來污水灌溉已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分，污灌面積迅速擴(kuò)大，以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍，約占全國(guó)污灌面積的 90%以上，南方地區(qū)的污灌面積僅占 6%,其余在西北和青藏 。據(jù)農(nóng)業(yè)部進(jìn)行的全國(guó)污灌區(qū)調(diào)查，在約 140萬hm2 的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64. 8%,其中輕度污染的占46. 7%,中度7?染的占9. 7%

4、,嚴(yán)重7?染的占8. 4%。自20世紀(jì)70 年代以來，市東南郊長(zhǎng)期的污水灌溉已經(jīng)引起了土壤以與稻米、小麥等糧食作物中鎘等重金屬元素的積累，局部地區(qū)蔬菜重金屬的含量已經(jīng)超標(biāo)110，0 2001年朱桂珍對(duì)市東南郊污灌區(qū)土壤重金屬污染情況進(jìn)行了調(diào)查1111,與70年代末期的情況進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示通惠河污灌區(qū)土壤的鉛有升高， 涼水河污灌區(qū)的鉛、鋅、 鎘、汞都有明顯開圖02 土壤重金屬污染的危害據(jù)報(bào)道，我國(guó)受重金屬污染的農(nóng)業(yè)土地約 2500萬hm2,每年被直接污染的糧食達(dá) 1200萬t 2 131通過食物鏈富集到人和動(dòng)物體中， 引發(fā)癌癥和其他疾病等。如日 本的“水俁病”和“骨痛病”事件，都是因?yàn)橄M(fèi)者

5、長(zhǎng)期食用受Hg和Cd重金屬污染食品所引起的。因此，土壤重金屬污染已經(jīng)引起各國(guó)的高度重視， 修復(fù)重金 屬污染土壤是從根本上保證了食物的安全性。怎樣低投入、高成效地修復(fù)被重金 屬污染的土壤，成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。3 土壤重金屬污染治理方法目前，國(guó)內(nèi)外研究土壤重金屬污染的治理途徑主要從3個(gè)方面著手，一是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，使其固定和穩(wěn)定，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可 利用性1141;二是從土壤中去除重金屬，利用特殊植物吸收后把該植物除去，或 用工程技術(shù)把土壤中的重金屬變?yōu)榭扇軕B(tài)、游離態(tài)，再經(jīng)過淋洗，然后收集淋洗液中的重金屬，從而達(dá)到回收重金屬和減少土壤中重金屬的雙重目的；三是使污染地區(qū)與未

6、污染地區(qū)隔離。根據(jù)具體的處理手段，又分為以下幾種技術(shù)：3.1 物理修復(fù)物理修復(fù)主要是指換土、翻土等傳統(tǒng)的土壤修復(fù)方法，即去表層土或?qū)⑼寥繐Q 掉，換成干凈的土壤，使污染物濃度下降到臨界危害濃度以下或減少污染物與根 系的接觸，從而達(dá)到減輕危害的目的。這種物理措施被認(rèn)為是改良土壤的根本措 施I151其優(yōu)點(diǎn)是改良徹底，適于小面積土壤改良，對(duì)于大面積的土壤改良，工 程量大，難以推行。3.2 化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù)“a是指根據(jù)土壤和重金屬的性質(zhì)，向土壤中施改良劑、沉淀劑、增溶 劑、抑制劑等，對(duì)重金屬進(jìn)行沉淀、吸附、氧化、還原等作用，降低重金屬的生 物有效性。常用的改良劑有石灰、骨炭、沸石、磷酸鈣、碳酸鈣、硅酸

7、鹽和促進(jìn) 還原作用的有機(jī)物質(zhì)等。王永強(qiáng)“7】等將向銅鉛鎘復(fù)合污染土壤添加骨炭和沸石 后，土壤pH值提高了 2.21和2.29個(gè)單位，土壤有效態(tài)重金屬含量顯著降低。3.3 生物修復(fù)生物修復(fù)是指利用生物的某些習(xí)性來適應(yīng)、抑制和改良重金屬污染。與其他傳統(tǒng) 方法相比，生物修復(fù)具有治理效果好、無二次污染、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，是目前 世界X圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)，也是土壤污染治理的環(huán)境友好技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)主要 包括微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和植物修復(fù) 3種類型。3.4 微生物修復(fù)土壤重金屬污染的微生物修復(fù)主要包括生物吸附和生物氧化-還原兩方面。生物吸附是重金屬被生物體吸附，如藍(lán)細(xì)菌、硫酸還原菌以與某些藻類能夠產(chǎn)生具有

8、大量陽離子基團(tuán)的胞外聚合物如多糖、 糖蛋白等，并與重金屬形成絡(luò)合物；生物 氧化-還原是微生物對(duì)重金屬離子進(jìn)行氧化、還原、甲基化和脫甲基化作用，降 低土壤環(huán)境中重金屬含量。Fred等研究表明，根菌Glomus in-traradices可以提 高向日葵對(duì)Cr的耐性，促進(jìn)向日葵對(duì)Cr的吸收。一些微生物如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌、 硫酸還原菌以與某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量陰離 子的基團(tuán)，與重金屬離子形成絡(luò)合物I20，o微生物修復(fù)技術(shù)運(yùn)行成本低，對(duì)土壤 肥力和代謝活性沒有影響，可以避免污染物轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生對(duì)人類健康和環(huán)境的影 響。但是在自然環(huán)境中，微生物通常不能講解和破壞重金屬， 并且微生

9、物個(gè)體太 小，吸附的重金屬很難從土壤中去除，因此仍然需要分子工程技術(shù)等方面的改進(jìn)， 使其能在各種環(huán)境下更好、更廣泛地應(yīng)用。動(dòng)物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是利用土壤中的某些低等動(dòng)物如蚯蚓、鼠類等吸收土壤 中的重金屬，達(dá)到減少或消除重金屬污染的目的。 其機(jī)理是由于它們的生物體普 遍存在一種金屬硫蛋白（能與重金屬結(jié)合形成毒或無毒的絡(luò)合物），同時(shí)生物體還能代謝產(chǎn)生一些含一SH的多肽（如PC）,能與重金屬螯合，從而改變了體內(nèi)金 屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因(如最早克隆的Zn轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因、FeW運(yùn)蛋白基因)1211,此種 途徑雖能在一定程度上減少土壤中的重金屬， 但低等動(dòng)物吸收這兩點(diǎn)使得這些動(dòng) 物對(duì)金屬的抗性有了極大的提高。重

10、金屬后可能再次釋放到土壤中造成二次污染。陳志偉等 用威廉環(huán)毛蚯蚓進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)向土壤投加 Hg10 mg/kg ,蚯蚓 能存活；投力口 As100300mg/kg 與同時(shí)投加 Cd、Cu、Pb各 10mg/kg、300mg/kg 和300mg/kg,蚯蚓已不能成活，蚯蚓對(duì)重金屬的富集系數(shù)以神為最大，其次為Cd、Hg、Cu。由此可見，在重金屬污染的土壤中放養(yǎng)蚯蚓，待其富集重金屬后，采 用電激、清水等方法驅(qū)出蚯蚓，集中處理，對(duì)重金屬污染土壤也有一定的治理效 果。wang等研究表明，在較低Cu濃度污染土壤的條件下，蚯蚓的活動(dòng)、分泌 物與其相互間的作用可以提高黑麥草對(duì)重金屬 Cu的吸收效果。3.5 植

11、物修復(fù)植物修復(fù)實(shí)際上是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，而該種植物對(duì)土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進(jìn)行妥善處理(如 灰化回收)后可將該種重金屬移出土壤，達(dá)到污染治理與生態(tài)恢復(fù)的目的1241 0有些植物具有非凡的積累金屬元素的能力，被稱為“超量累積植物”或“超富集 植物”。“超積累植物”是指能將土壤中某些重金屬元素富集到植物地上部分并達(dá) 到干重0.1%或地下部分重金屬元素濃度與其在植物根中的濃度之比超過1的植物125,26,0利用植物修復(fù)的方法來治理重金屬污染 具有成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境、造成二次污染的機(jī)會(huì)較少等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)修復(fù) 植物在某一方面的功能和特點(diǎn)可將植

12、物修復(fù)分為以下幾種類型。(1)植物提取。植物提取是指利用重金屬超積累植物從土壤中吸收重金屬污染 物，并將其轉(zhuǎn)移到地上部分，通過收割地上部分集中處理，使土壤重金屬含量降 低到可接受水平的一種方法。植物提取修復(fù)是目前研究最多且最有發(fā)展前途的一 種植物修復(fù)技術(shù)。植物提取技術(shù)的關(guān)鍵是選擇具有能耐受重金屬污染、生物量大、 生長(zhǎng)快、抗病蟲害能力強(qiáng)和具備對(duì)多種重金屬較強(qiáng)的植物。目前國(guó)內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)重金屬的超積累植物500多種，其中鈕超積累植物商陸，As超富集植物娛蚣草，以 與Cu超富集植物海州香菁等127,0 (2)植物揮發(fā)。植物揮發(fā)是指利用一些植物來 促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)的形態(tài)，并將之揮發(fā)出土壤和植物表面。

13、一些植物在植 物體內(nèi)能將硒和汞等甲基化而形成可揮發(fā)性的分子，釋放到大氣中去。硒以硒酸鹽、亞硒酸鹽和有機(jī)態(tài)硒為植物所吸收。 某些濕地植物可清除土壤中的硒， 其揮 發(fā)態(tài)占20%25%,可還原成低毒性的CH3SeCH3和CH3SeSeCH,高毒性的硒可被楊麻根系分泌物轉(zhuǎn)變成低毒性的氣態(tài)甲基硒揮發(fā)1281 0汞在土壤中以多種形態(tài)存在，如無機(jī)汞、有機(jī)汞。Adle等研究表明，單質(zhì)汞的毒性較小，有機(jī)汞的毒性 較強(qiáng)，高毒汞可經(jīng)植物氣化后變成低毒汞。但這種將揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)移到大氣中 的做法，有可能帶來新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，因此，植物揮發(fā)修復(fù)應(yīng)用X圍較小。(3)植物固化。植物固化是指利用一些植物來促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變低毒性形態(tài)

14、的過程。在這一過程中，土壤的重金屬含量并不減少，只是形態(tài)發(fā)生變化。它保護(hù)污染土壤不 受侵蝕，減少土壤滲漏來防止金屬污染物的淋移，還通過金屬根部的積累和沉淀或根表吸持來加強(qiáng)土壤中污染物的固定。一般來說，土壤中鉛的生物有效性較高， 而鉛的磷酸鹽礦物則比較難溶，難于為生物所利用。目前研究較多的植物固定化 主要有腐殖化、木質(zhì)化和老化3種方式。4結(jié)束語土壤重金屬污染來源廣、毒性大，因此在未來很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)重金屬污染仍將是我國(guó) 乃至世界所面臨的重要環(huán)境問題之一，迫切需要解決。但對(duì)于不同種類、不同性質(zhì)的重金屬污染事件應(yīng)有針對(duì)性地選擇合適的修復(fù)方法，另外將物理、化學(xué)、生物等修復(fù)手段綜合應(yīng)用于處理污染問題將是重金屬

15、污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向之 一。因此，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。參考文獻(xiàn)11姚斌，尚鶴，韓景軍，等.重金屬與有機(jī)污染土壤轉(zhuǎn)基因植物修復(fù)研究進(jìn)展陰.林業(yè)科學(xué)，2005, 41(4): 162-166.【2】周澤義.中國(guó)蔬菜重金屬污染與控制J .資源生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)研究動(dòng)態(tài)，1999,10(3): 21 27.3 Jacquillet G, Barbier O, Rubera I, a1. Cadmium causes delayed effects on renal function in the offspring of ca

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