重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展

黎承波

(廣西河池市青秀環(huán)保工程咨詢(xún)服務(wù)有限公司，廣西 河池 547000)

重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展

黎承波

(廣西河池市青秀環(huán)保工程咨詢(xún)服務(wù)有限公司，廣西 河池 547000)

近年來(lái)，我國(guó)重金屬污染事件頻發(fā)，重金屬越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視。而土壤中的重金屬污染往往通過(guò)食物鏈危害動(dòng)物和人類(lèi)的健康，因而研究重金屬的遷移轉(zhuǎn)化很有必要。本文在查閱文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜述了重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化，探尋土壤重金屬污染的來(lái)源與去向，并提出修復(fù)治理措施，以保護(hù)人類(lèi)的安全與健康。

遷移轉(zhuǎn)化；重金屬;污染；土壤-植物系統(tǒng)

當(dāng)前我國(guó)土壤重金屬污染面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)，土壤學(xué)專(zhuān)家，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授潘根興說(shuō)，當(dāng)前，我國(guó)土壤污染還出現(xiàn)了有毒化工和重金屬污染由工業(yè)向農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移、由城區(qū)向農(nóng)村轉(zhuǎn)移、由地表向地下轉(zhuǎn)移、由上游向下游轉(zhuǎn)移、由水土污染向食品鏈轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，逐步積累的污染正在演變成污染事故的頻繁爆發(fā)。2008年以來(lái)，全國(guó)已發(fā)生百余起重大污染事故，包括砷、鎘、鉛等重金屬污染事故達(dá)30多起[1]。土壤重金屬污染導(dǎo)致土壤中的有益菌大量減少，土壤質(zhì)量下降，自?xún)裟芰p弱，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)食物鏈危害人體健康。本文主要綜述分析了土壤重金屬污染及其在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化的影響因素，闡述重金屬污染土壤的修復(fù)治理措施，對(duì)土壤重金屬污染的未來(lái)方向進(jìn)行展望。

1 土壤中重金屬的主要來(lái)源

1.1 重金屬的定義

化學(xué)上根據(jù)金屬的密度把金屬分成重金屬和輕金屬。重金屬指比重大于5的金屬(一般指密度大于4.55g/cm3的金屬)，其原子量大于55。重金屬約有54種，一般都是屬于過(guò)渡元素，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活動(dòng)所需要的微量元素，但是大部分重金屬(如汞、鉛、鎘等)并非生命活動(dòng)所必需，而且所有重金屬超過(guò)一定濃度都對(duì)人體有害[2]。土壤重金屬污染是指由于人類(lèi)活動(dòng)，土壤中的微量金屬元素在土壤中的含量超過(guò)背景值，過(guò)量沉積而引起的含量過(guò)高，統(tǒng)稱(chēng)為土壤重金屬污染。

1.2 土壤重金屬的主要來(lái)源

土壤中重金屬一方面來(lái)自成土母質(zhì)，因?yàn)橹亟饘偈堑貧?gòu)成的重要元素，經(jīng)過(guò)成土過(guò)程，金屬元素在土壤中廣泛存在。一般情況下此種來(lái)源的含量較少，因此不會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)危害。另一方面主要是人為因素干擾輸入，尤其是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含重金屬"三廢"通過(guò)各種途徑進(jìn)入到土壤中。此外，重金屬也隨農(nóng)用物資進(jìn)入土壤環(huán)境。比如部分農(nóng)藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬；肥料中重金屬含量一般是磷肥>復(fù)合肥>鉀肥>氮肥[2]，農(nóng)藥、化肥中的重金屬隨著農(nóng)藥和化肥的施用進(jìn)入土壤環(huán)境。

2 土壤中重金屬的形態(tài)

僅依據(jù)重金屬的總量往往不能充分反映土壤中重金屬的化學(xué)活性、遷移性、生物可給性以及最終對(duì)生態(tài)系統(tǒng)或生物有機(jī)體的影響。不同形態(tài)的重金屬產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)顯著不同，直接影響到重金屬的生態(tài)環(huán)境毒性、遷移及其在自然界的循環(huán)。土壤中不同形態(tài)的提取主要依賴(lài)于化學(xué)試劑對(duì)不同結(jié)合態(tài)的金屬元素溶解能力不同，目前，土壤重金屬的形態(tài)分級(jí)的操作定義大多數(shù)是根據(jù)各自的研究目的和研究對(duì)象來(lái)確定連續(xù)提取方法。Tessier[3]提出的連續(xù)提取法，將沉積物或土壤中金屬元素的形態(tài)分為交換態(tài)、水溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)。The Community Bureau of Reference(BCR)提出了較新的劃分方法，將重金屬的形態(tài)劃分為四種，即酸溶態(tài)(如碳酸鹽結(jié)合態(tài))、可還原態(tài)(如鐵錳氧化物態(tài))、可氧化態(tài)(如有機(jī)態(tài))和殘?jiān)鼞B(tài)[4]。

3 重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化

3.1 重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化

土壤中的重金屬通過(guò)植物根系吸收，然后不同程度地分布在植物的根、莖、葉和果實(shí)中。不同植物從土壤中吸收遷移重金屬的能力明顯不同，相同植物對(duì)不同重金屬的轉(zhuǎn)移能力也不一致。重金屬在農(nóng)作物體內(nèi)分布的一般規(guī)律為：根>莖葉>殼>籽實(shí)。李澤琴等[5]研究了不同種類(lèi)的蔬菜對(duì)重金屬的吸收富集能力依次為：萵筍莖>空心菜>韭菜>茄子>西葫蘆。高永華[6]等對(duì)污染區(qū)土壤-植物系統(tǒng)中重金屬的分布做了研究，研究表明重金屬含量總體分布趨勢(shì)為藕地>玉米地>油菜。同一蔬菜對(duì)不同重金屬的吸收有差異，油菜對(duì)Cd的吸收比較明顯，而對(duì)Zn、Cr的吸收相對(duì)較少。藕最容易吸收Pb，而對(duì)Cr、Cd、Zn吸收卻相對(duì)較少。不同部位對(duì)重金屬的積累情況也不同。如Cr在油菜中的積累為根部>莖>葉，Cd為根部>莖>葉，而Pb則為根=莖>葉，Cu為葉>根部>莖，Zn為根部>葉>莖。

3.2 重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化的影響因素

3.2.1 土壤條件的不同對(duì)重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響

不同土壤條件下的影響，可引起土壤中重金屬元素存在形態(tài)的差異，從而影響重金屬的遷移和作物對(duì)重金屬的吸收。如土壤氧化-還原條件、土壤pH值、土壤絡(luò)合-螯合作用和共存離子等均是影響土壤中遷移轉(zhuǎn)化的重要因素[7]。

3.2.1.1 土壤氧化-還原條件的影響

土壤的氧化-還原體系是一個(gè)由眾多無(wú)機(jī)和有機(jī)的單項(xiàng)氧化-還原體系組成的復(fù)雜體系。重金屬元素按其性質(zhì)可以分為氧化難溶性(包括氧化固定元素如Fe3+、Mn4+等)，和還原難溶性(還原固定)元素如Cd、Cu、Zn、Cr、Pb、Ni等生成難溶性化物沉淀)。另外，氧化還原條件的改變，還原使重金屬的毒性發(fā)生變化，如Cr3+氧化條件下成為Cr6+，其毒性大于Cr3+；As在還原條件下生成亞砷酸，毒性大于砷酸。

3.2.1.2 土壤pH值的影響

土壤pH值對(duì)重金屬元素的溶解度有密切的關(guān)系，一般情況下，pH越高，重金屬離子的濃度則下降，則易形成沉淀物從土壤溶液中析出(沉積)，也就是說(shuō)，pH值從中性升高到堿性，會(huì)降低Cu、Zn、Cd、Mn、Fe等的溶解度，重金屬則難以被作物吸收，作物受污染的可能性會(huì)減輕。

3.2.1.3 土壤中重金屬的絡(luò)合-螯合作用

金屬離子的濃度較低時(shí)，以絡(luò)合——螯合作用為主。金屬離子濃度高時(shí)，以吸附交換作用為主。在無(wú)機(jī)配位體中，羥基(OH-)和氯離子(Cl-)的絡(luò)合作用。絡(luò)合作用可以改變(主要可提高)重金屬氫氧化物的溶解度，尤其是對(duì)Hg2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+的水解作用。提高其溶解度，使之易遷移。腐殖質(zhì)有較強(qiáng)的螯合能力，可與重金屬形成螯合物，其穩(wěn)定性受金屬離子性質(zhì)的影響。順序?yàn)椋篜b>Cu>Ni>Co>Zn>Mg>Ba>Ca>Ng>Cd。

3.2.1.4 共存離子影響

喬靖華[8]用總量平衡法分析Pb、Cd、Cr三種重金屬子在土壤蔬菜系統(tǒng)中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，研究表明在未種植蔬菜的污灌土壤中重金屬Cd含量平均值為3.2mg/kg，超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。蔬菜中重金屬Pb、Cd、Cr含量隨蔬菜生長(zhǎng)期延長(zhǎng)一直呈增大狀態(tài)，小白菜中重金屬Pb的含量最大值為0.82mg/kg，超出無(wú)公害蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)值約3.1倍，重金屬Cd、Cr均未超標(biāo)；茼蒿中重金屬Pb的含量0.51mg/kg，超過(guò)無(wú)公害蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)值約1.6倍，重金屬Cd的含量0.08mg/kg，超過(guò)無(wú)公害蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)值約0.6倍，只有重金屬Cr的含量未超標(biāo)。

4 土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)

國(guó)內(nèi)外對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)治理已有不少相關(guān)研究[9-10]，目前主要的修復(fù)技術(shù)有：(1)物理修復(fù)。改土法，但該法需要大量人力、物力、治理成本高。與此同時(shí)容易造成土壤肥力和生產(chǎn)力的降低，甚至產(chǎn)生"二次污染"；(2)生物修復(fù)。生物修復(fù)是利用微生物或植物的生命代謝活動(dòng)，對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行富集或提取，通過(guò)生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性，其包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)。植物修復(fù)重金屬污染的同時(shí)也增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力，地表植被覆蓋的增加有利于生態(tài)環(huán)境的改善，因此，如何利用生物技術(shù)培育新的超富集植物已成為植物修復(fù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)；(3)化學(xué)修復(fù)?；瘜W(xué)修復(fù)就是利用一些改良劑，與污染土壤中的重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；(4)農(nóng)藝技術(shù)修復(fù)。農(nóng)藝技術(shù)修復(fù)是因地制宜的改變一些耕作管理制度來(lái)減輕重金屬的危害，在污染土壤上種植不進(jìn)入食物鏈的植物。

[1] 孫 彬,管建濤,連振祥,等.毒土：GDP至上的惡果[N].經(jīng)濟(jì)參考報(bào)，2016.06.13.

[2] 彭仁和.重金屬的危害和防護(hù)[J]. 湖南安全與防災(zāi) , 2015 (1) :42-43.

[3] Tessier A. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate, tracementals[J].Anal Gem , 1979, 51(7):844-851.

[4] 王學(xué)鋒,楊艷琴.土壤-植物系統(tǒng)重金屬形態(tài)分析和生物有效性研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保,2004,24(1):24-28.

[5] 李澤琴,程溫瑩,羅 麗,等．成都市某蔬菜基地重金屬污染狀況分析[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù), 2002(4):24-26.

[6] 高永華,王 金,趙 莉,等.污染區(qū)土壤-植物系統(tǒng)中重金屬分布與遷移轉(zhuǎn)化特征研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,29(5):52-56.

[7] 王龍龍,郭篤發(fā),李 橋.土壤-植物系統(tǒng)重金屬污染研究[J].綠色科技 , 2013 (6) :236-238.

[8] 喬靖華.土壤——蔬菜系統(tǒng)中重金屬的遷移[D]. 西安：西安科技大學(xué)，2011.

[9] 楊國(guó)治.土壤中氧化還原反應(yīng)與重金屬的危害[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào) , 1983 (3) :3-10.

[10] 程 軍.土壤中重金屬的危害及防治措施[J].經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊,2014(31):300-301.

(本文文獻(xiàn)格式：黎承波.重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(14)：186-187.)

Research Advance in the Migration andTransformation of Heavy Metals in Soil-plant System

LiChengbo

(Guangxi Hechi Qingxiu Environmental Engineering Consulting Service Co.，Ltd., Hechi 547000, China)

In recent years, Heavy metal contaminations happen frequently in China. Heavy metals pay more attention to humans. And heavy metal pollutions in soil do harm to humans by food cycle. So it is necessary to research the distribution and conversion behavior of heavy metal. Researching the distribution and conversion behavior of heavy metal in soil-plant system to find out the origin and whereabouts of heavy metal pollutions in soil, and explore a way to deal with the pollutions. The ultimate aim is to ensure humans' safety and healthy.

distribution and conversion；heavy metal；pollutions；soil-plant system

2017-05-15

黎承波(1985—)，大學(xué)本科，初級(jí)工程師，主要從事污染場(chǎng)地土壤與地下水調(diào)查及其修復(fù)研究工作。

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1008-021X(2017)14-0186-02