土壤是全人類賴以生存的最重要自然資源之一, 也是生态環境系統重要的組成部分(fēn)。随着工(gōng)農業經濟的快速發展,全國(guó)土壤重金屬污染問題越發突出。攜帶大量重金屬離子的工(gōng)業、生活污水排向河道、耕地以及農用(yòng)化肥、除草(cǎo)劑等的過量使用(yòng)、金屬礦山(shān)的無序開采、礦石的冶煉、工(gōng)業固體(tǐ)廢物(wù)、醫(yī)療廢物(wù)以及生活垃圾的随意傾倒,這些都是造成土壤重金屬污染現狀的罪魁禍首。重金屬在土壤中(zhōng)不易随水淋溶,難被生物(wù)降解,具(jù)有(yǒu)明顯的生物(wù)富集表征,有(yǒu)隐蔽性、 不可(kě)逆性、普遍性、長(cháng)期性、表聚性等顯著特點[1-2], 如果土壤中(zhōng)的重金屬含量積累超過了其自淨承載淨化能(néng)力時,就會對地上植物(wù)和地下土壤微生物(wù)産(chǎn)生毒害,這不僅會造成農作(zuò)物(wù)的産(chǎn)量和質(zhì)量品質(zhì)的下降, 還通過一定的生物(wù)鏈影響農副産(chǎn)品的食用(yòng)安(ān)全,土壤的重金屬污染問題已經引起了全世界的廣泛重視。對土壤重金屬污染的各種修複技(jì )術研究也成為(wèi)當前環保工(gōng)作(zuò)者研究的熱門課題之一。
1 土壤重金屬污染現狀
根據農業部環保監測數據顯示目前我國(guó)有(yǒu)超過10% 的耕地受到重金屬污染,每年糧食減産(chǎn)約1000萬噸, 受重金屬污染導緻不能(néng)食用(yòng)的糧食也達1200萬噸,造成至少200億元的經濟損失。對全國(guó)糧食調查發現, 重金屬Pb、Cd、Hg、As超标率占10%。珠三角地區(qū)不适宜種植的耕地占土壤總面積的22.8%[3],從全國(guó)污染分(fēn)布位置來看,南方土壤重金屬污染形勢較北方更嚴峻;成都平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區(qū)域土壤污染問題較為(wèi)嚴重,其中(zhōng)主要污染物(wù)為(wèi)镉、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。 在種種污染源侵蝕下,土壤重金屬工(gōng)業污染問題愈演愈烈,引發民(mín)衆擔憂。近年來土壤重金屬污染不僅日益加重,而且範圍還在不斷轉移擴散。專家指出,我國(guó)土壤重金屬污染目前表現為(wèi)由工(gōng)業向農業轉移、由城市向農村轉移、由上遊向下遊轉移、由地表向地下轉移、由水土污染向食品鏈轉移,日積月累的污染正在演變成土壤污染事故的頻頻發生。因而如何有(yǒu)效地從源頭控制及修複土壤重金屬的污染,讓土壤也能(néng)高質(zhì)量的為(wèi)人們服務(wù),如何高效利用(yòng)各種修複技(jì )術成為(wèi)了生态環境保護工(gōng)作(zuò)者最為(wèi)關心的問題。
2 土壤重金屬污染修複技(jì )術
2.1 物(wù)理(lǐ)修複技(jì )術
物(wù)理(lǐ)修複是指用(yòng)物(wù)理(lǐ)的原理(lǐ)和方法來解決土壤重金屬污染問題。主要有(yǒu):客土是在已經被污染的土壤 表面上覆蓋新(xīn)鮮土;翻土是将被污染的表土翻至下層;換土是将已經污染的土壤移去,換上未污染的新(xīn) 鮮土;土壤淋洗[4]是将污染的土壤用(yòng)淋洗液來淋洗;熱處理(lǐ)[5]是将污染土壤加熱後,使土壤中(zhōng)的揮發性污染物(wù)揮發、回收或處理(lǐ);固化[6]是将一定量的固化劑與污染土壤進行混合,經熟化後最終形成滲透性低的固體(tǐ)混合物(wù)。 物(wù)理(lǐ)修複技(jì )術的優點是能(néng)夠比較徹底地清除被污染土壤中(zhōng)的重金屬,具(jù)有(yǒu)穩定、不受土壤條件限制, 但工(gōng)程量大、治理(lǐ)費用(yòng)高,并且更換下來的土壤沒有(yǒu)更好的處置場所。
2.2 化學(xué)修複技(jì )術
化學(xué)修複技(jì )術就是向被重金屬污染土的壤中(zhōng)加入一定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學(xué)試劑,這些化學(xué)試劑通過與重金屬發生氧化、還原、吸附、螯 合、沉澱、抑制等反應,進而降低重金屬的生物(wù)有(yǒu)效性,減輕毒害作(zuò)用(yòng)。比如可(kě)以加入EDTA淋洗劑,土壤 中(zhōng)的重金屬就會通過鳌合作(zuò)用(yòng),被分(fēn)離出來,并且不破壞土壤本身的結構。也有(yǒu)研究顯示對改性後的油頁(yè)岩殘渣對土壤中(zhōng)重金屬離子Pb2+、Cd2+具(jù)有(yǒu)很(hěn)好的吸附作(zuò)用(yòng),由此我們可(kě)以認為(wèi)改性油頁(yè)岩殘渣可(kě)以作(zuò)為(wèi)農 田土壤很(hěn)好的改良劑,達到“以廢治廢”的效果。 化學(xué)修複技(jì )術優點是作(zuò)為(wèi)一種原位修複技(jì )術,成本低,能(néng)夠改良大面積的污染土地,方法簡單,易于實施,尤其是對于輕中(zhōng)度重金屬污染的土壤,該類技(jì )術修複效果顯著,缺點是沒能(néng)去除土壤中(zhōng)的重金屬, 容易再度活化。
2.3 生物(wù)修複技(jì )術
生物(wù)修複是指充分(fēn)利用(yòng)生物(wù)特有(yǒu)的分(fēn)解有(yǒu)毒有(yǒu)害物(wù)質(zhì)的能(néng)力,去除土壤中(zhōng)的污染物(wù),達到污染恢複的目标。其主要有(yǒu)動物(wù)修複、微生物(wù)修複以及植物(wù)修複技(jì )術等[7]。其中(zhōng)動物(wù)修複技(jì )術是利用(yòng)土壤中(zhōng)的一些低等動物(wù)來吸收土壤中(zhōng)的重金屬;微生物(wù)修複[8]是利用(yòng)土壤中(zhōng)的某些微生物(wù)對重金屬具(jù)有(yǒu)吸收、沉澱、氧化還原等作(zuò)用(yòng),從而達到改善土壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明微生物(wù)活動可(kě)以通過改變土壤的PH、含氧量、土壤微生物(wù)酶的活性等,通過影響植物(wù)的根系分(fēn)泌總糖、有(yǒu)機酸等過程,進而影響土壤對重金屬的吸附,降低重金屬的生物(wù)有(yǒu)效性。植物(wù)修複[10]是一種利用(yòng)某些人工(gōng)培育或自然的植物(wù)對污染物(wù)進行吸收、積累和轉化,從而降低重金屬的生物(wù)有(yǒu)效性。還有(yǒu)研究表明,一些特殊植物(wù)可(kě)以忍耐或超富集某種重金屬離 子,通過植物(wù)自身根系吸收、轉移土壤中(zhōng)的重金屬, 達到土壤修複的目的。白淑蘭研究了一種生物(wù)新(xīn)技(jì )術---菌根技(jì )術,雖然這種技(jì )術還不是很(hěn)成熟,但對我們今後土壤修複研究提供了方向,這也将成為(wèi)污染土壤的植物(wù)修複研究領域的熱點。 生物(wù)修複技(jì )術的優點是投資少、費用(yòng)低、便于管 理(lǐ)、易操作(zuò)、不會産(chǎn)生二次污染,并且植物(wù)修複重金 屬污染的同時也增加了土壤有(yǒu)機質(zhì)的含量和土壤肥力,易于大面積推廣,缺點是不能(néng)治理(lǐ)重污染土壤。
2.4 農業修複技(jì )術
農業修複技(jì )術是通過因地制宜的改變一些耕作(zuò)管理(lǐ)習慣,來緩解重金屬的毒害作(zuò)用(yòng)。在不影響土壤供肥的情況下,選擇最能(néng)降低土壤重金屬污染的有(yǒu)機 肥;選擇種植抗污染能(néng)力強、不易進入食物(wù)鏈的農作(zuò) 物(wù);根據實際土壤污染情況,調整耕種制度和耕種結 構,因地制宜地種植作(zuò)物(wù)。 農業修複技(jì )術的優點是能(néng)夠合理(lǐ)的利用(yòng)農業生态系 統,保持土壤的肥力,提高土壤質(zhì)量,易操作(zuò)、費用(yòng)較 低,實施方便。缺點是周期長(cháng),需與生物(wù)修複、化學(xué)修複技(jì )術配合使用(yòng),對輕度污染的土壤比較适用(yòng)。
2.5 複合修複技(jì )術
複合修複技(jì )術是通過多(duō)種修複技(jì )術共用(yòng)或者以一種修複技(jì )術為(wèi)主輔以其他(tā)手段來降低土壤重金屬污染,目前研究較多(duō)的複合技(jì )術主要有(yǒu)生物(wù)複合技(jì )術、 物(wù)理(lǐ)化學(xué)複合技(jì )術和物(wù)理(lǐ)化學(xué)-生物(wù)複合技(jì )術等。植物(wù)與微生物(wù)的複合修複,特别是植物(wù)根系與根際土壤微生物(wù)的複合修複,已經在試驗場和小(xiǎo)規模的修複中(zhōng)取得了一定效果。衛澤斌通過研究化學(xué)淋洗和深層固定複合技(jì )術,有(yǒu)效的實現了重金屬污染土壤修複。陳晴 空[16]化學(xué)-植物(wù)複合合修複技(jì )術有(yǒu)利于植物(wù)根部對重金屬的吸收.其中(zhōng)近年來對鳌合誘導植物(wù)提取技(jì )術的研究 比較熱門,它把多(duō)種技(jì )術(植物(wù)提取、淋洗技(jì )術、根 際過濾)聯合應用(yòng)到重金屬污染土壤修複上,大幅度 地提高植物(wù)對土壤重金屬的吸收和富集能(néng)力,達到修 複的效果。 複合修複技(jì )術的優點是可(kě)以在一定程度上克服使 用(yòng)單一的修複手段存在的缺點,提高修複效率、降低修複成本。缺點是技(jì )術還不夠成熟,沒有(yǒu)大規模應用(yòng)到實際中(zhōng),且多(duō)種技(jì )術複合後的相互作(zuò)用(yòng)機制還有(yǒu)待進一步研究。
3 我國(guó)土壤重金屬污染修複現狀研究及展望
相對我國(guó)日趨嚴峻的土壤重金屬污染問題,配套的土壤修複技(jì )術的研究就顯的比較滞後,還有(yǒu)一些理(lǐ)論和技(jì )術問題需要突破,但也取得了一定的成果。 2011年,第一個國(guó)家級土壤修複示範項目—大環江河流域土壤重金屬污染治理(lǐ)工(gōng)程項目實施。項目利用(yòng)自然界的重金屬超積累植物(wù),吸收污染土壤中(zhōng)的重金屬元素。2013年,四川綿陽某處镉污染土壤修複過程中(zhōng)采用(yòng)了離子礦化穩定劑,結果顯示,經過該技(jì )術修複後重金屬浸出濃度大大降低。2014年6月國(guó)土資源部公(gōng)益性行業科(kē)研專項《電(diàn)動力學(xué)與PRB技(jì )術聯合修複有(yǒu)機氯和Cd和Cr(Ⅵ)污染土壤》項目在湖(hú)南啓動。 項目首次利用(yòng)電(diàn)動力學(xué)—滲透反應格栅技(jì )術和電(diàn)動力學(xué)—固化技(jì )術相結合的方式,對複合重金屬污染土壤 進行研究,為(wèi)土壤修複提供理(lǐ)論基礎和技(jì )術支撐。最 近成都某公(gōng)司創新(xīn)研發了土壤重金屬修複生物(wù)原位鈍 化技(jì )術和産(chǎn)品,應用(yòng)效果顯著。專家研究表明,植物(wù)具(jù)有(yǒu)響應重金屬Cd脅迫信号轉導的分(fēn)子調控機制,由此為(wèi)我們土壤重金屬污染植物(wù)修複基因工(gōng)程提供了新(xīn)的技(jì )術途徑和基因資源。 我國(guó)受重金屬污染的土壤面積越來越大,在這種背景下,修複工(gōng)作(zuò)要在摸清不同土壤重金屬污染原因、重金屬種類、範圍、程度及遷移轉化規律的基礎上,把物(wù)理(lǐ)修複、化學(xué)修複、植物(wù)修複等多(duō)種修複手段進行結合,采用(yòng)最有(yǒu)效的生物(wù)修複綜合技(jì )術,同時 充分(fēn)運用(yòng)分(fēn)子生物(wù)學(xué)、基因工(gōng)程等先進技(jì )術手段來提高生物(wù)修複的實用(yòng)性,并不斷開發新(xīn)技(jì )術,篩選、尋找更多(duō)的超累積植物(wù),充分(fēn)發揮土壤、動學(xué)、植物(wù)、 微生物(wù)等學(xué)科(kē)的特點進行組合修複研究将是今後的趨 勢。