盛紅坤 張晨 李國東 高相艷

摘要：近年來，我國國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化進(jìn)展的不斷發(fā)展以及城鎮(zhèn)人口的急劇增加，導(dǎo)致工業(yè)和生活廢棄物大量排放，土壤污染問題越發(fā)凸顯。重金屬污染是土壤污染的主要原因之一，修復(fù)方法多樣化，而聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬污染重要而安全的治理技術(shù)。本文綜述土壤重金屬污染聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，通過分析多種聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進(jìn)行探討和展望，旨在引導(dǎo)人們選擇科學(xué)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)治理土壤重金屬污染。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬污染;聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-00-02

Abstract：In recent years， with the continuous development of Chinas national economy and industrialization， as well as the rapid increase of urban population， has led to a large number of industrial and domestic waste emissions， and the pollution of soil has become more and more prominent. Heavy metal pollution is the main causes of soil pollution， and the repair methods are diversified， and the joint repair technology is an important and safe treatment technology for the heavy metal pollution of soil. This paper reviews the research progress of the joint repair technology for the heavy metal pollution of soil， and by analyzing the characteristics and discussion of various joint repair technology， in order to guide people to choose scientific joint repair technology to control soil heavy metal pollution.

Key words：Soil;Heavy metal pollution;Joint repair technology

我國人口眾多，土地資源短缺，而工業(yè)和生活廢棄物大量排放，許多重金屬通過多種途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤重金屬元素污染，主要以鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等重金屬為主[1]。重金屬污染土壤的修復(fù)方法多樣，但已有的修復(fù)技術(shù)在效率、成本和對(duì)生態(tài)環(huán)境干擾等方面存有各自局限性，導(dǎo)致無法大面積推廣。物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及工程修復(fù)技術(shù)往往會(huì)破壞土壤的理化性質(zhì)，造成二次污染，對(duì)于污染面積大且污染程度輕的土壤基本難以應(yīng)用[2]。生物修復(fù)方法的周期較長，僅能超量富集生長范圍內(nèi)且有效性較高的重金屬，具有很大的局限性[3]，此外對(duì)單一金屬污染修復(fù)較好，對(duì)復(fù)合污染的土壤修復(fù)效果不佳[4]。因此，很多研究嘗試著多種修復(fù)技術(shù)綜合應(yīng)用進(jìn)行土壤修復(fù)，并取得較好效果。例如植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、改良劑-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、螯合劑-植物修復(fù)技術(shù)、電壓-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、基因工程-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用必將是土壤修復(fù)技術(shù)研究的趨勢(shì)[5]。本文通過各種聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的分析比較，為土壤重金屬污染修復(fù)工作提供理論參考，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明的建設(shè)具有重要的實(shí)踐意義。

1 土壤重金屬污染概況

相對(duì)密度大于5.0g/cm3的所有金屬元素成為重金屬，主要包括汞、鎘、砷、鉻、鎳、銅、鋅、釩、錳、銻等，其中前五種因其毒性大被稱為“五毒元素”。目前全世界土壤都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500萬t、Mn為1500萬t、Ni為100萬t[6]。目前中國糧食主產(chǎn)區(qū)耕地土壤重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率為21.49%，自20世紀(jì)80年代以來，在我國糧食主生產(chǎn)區(qū)耕地土壤重金屬含量呈增加趨勢(shì)，整體上點(diǎn)超標(biāo)率增加了14.91%，主要污染為Cd、Ni、Cu、Zn、Hg，超標(biāo)率分別為17. 39%、8. 41%、4. 04%、2. 84%、2. 56%。四川盆地、長江中游及江淮地區(qū)、黃淮海平原、松嫩平原和三江平原的耕地點(diǎn)位超標(biāo)率分別為43. 55%、30. 64%、12. 22%、9. 35%和1. 67%，礦業(yè)、工業(yè)、灌溉水以及人為活動(dòng)是主要的污染源[7]。

據(jù)我國環(huán)境保護(hù)部統(tǒng)計(jì)，2009年環(huán)境保護(hù)部接報(bào)12起重金屬、類金屬污染事件，致使4035人血鉛超標(biāo)，182人鎘超標(biāo)，引發(fā)32起群體事件。土壤重金屬污染具有不可降解性、隱蔽性、滯后性以及較強(qiáng)的累積性，一旦進(jìn)入到土壤中會(huì)呈現(xiàn)生物富集現(xiàn)象[8]，直接或間接通過食物鏈威脅著食品安全、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康[9]，例如，汞被食入后直接沉入肝臟，對(duì)大腦視力神經(jīng)破壞極大;鎘會(huì)導(dǎo)致高血壓;鉛超標(biāo)可以直接傷害人的腦細(xì)胞等。任何一種重金屬都能引起人的頭痛、失眠、神經(jīng)錯(cuò)亂、癌癥等。

2 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

2.1 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

植物對(duì)重金屬的富集能力與土壤中微生物的種群分布存在著一定的關(guān)系。微生物通過多種渠道影響土壤中重金屬的生物效應(yīng)。根區(qū)是植物根系和根際微生物作用的場所，微生物的活動(dòng)可以改變土壤溶液的pH，從而改變土壤對(duì)重金屬的吸附特性;還可以產(chǎn)生H2S等，可與重金屬反應(yīng)，而微生物的細(xì)胞壁或黏液能直接吸收或吸附重金屬。有兩種形式：專性菌株與植物聯(lián)合修復(fù)和菌根與植物聯(lián)合修復(fù)。修復(fù)機(jī)理分為三種：①重金屬從土壤轉(zhuǎn)移到植物根部過程，植物作用的土壤內(nèi)某些不溶態(tài)的重金屬可以被植物累積、微生物活化，提升植株攝取效果;②重金屬從根系轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部的過程;③超積累植物體內(nèi)的有機(jī)物對(duì)重金屬離子的螯合，超富集植物體內(nèi)的有機(jī)酸可以和重金屬發(fā)生絡(luò)合作用減弱其毒害作用，增進(jìn)重金屬的運(yùn)輸;④超累積植物對(duì)重金屬離子的儲(chǔ)存，經(jīng)過吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)的不同重金屬離子會(huì)儲(chǔ)存在植物的不同部位[10]。

2.2 改良劑-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

在土壤中加入土壤改良劑（如磷酸鹽、石灰、硅酸鹽、生物炭等），與重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成穩(wěn)定的化合物來，調(diào)節(jié)土壤營養(yǎng)及物理化學(xué)條件，降低土壤中重金屬的遷移能力，抑制植物對(duì)重金屬的吸收以達(dá)到治理和修復(fù)的目的。石灰、生物炭的施加可以改善土壤酸性環(huán)境，將土壤pH由酸性顯著提高至中性，降低土壤重金屬生物有效性，重金屬溶解態(tài)和懸浮態(tài)在徑流中均在植物修復(fù)過程中得到降低，土壤中重金屬污染的擴(kuò)散得到有效控制[11]。在盆栽試驗(yàn)中，施用改良劑對(duì)大白菜的生長具有促進(jìn)作用，可提高土壤的pH值和降低土壤中的有效Cd含量，同時(shí)可顯著降低大白菜中Cd和Pb的含量[12]。

2.3 螯合劑-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

在植物修復(fù)過程中使用適當(dāng)?shù)尿蟿軌虼蚱浦亟饘僭谕寥酪合嗪凸滔嘀g的平衡，減弱重金屬-土壤鍵合常數(shù)，使平衡關(guān)系向著利于重金屬解吸的方向發(fā)展，使大量重金屬進(jìn)入土壤溶液，從而促進(jìn)植物吸收和從根系向地上部運(yùn)輸金屬[13]。Hu等對(duì)沙壤土進(jìn)行EDTA聯(lián)合植物修復(fù)，通過EDTA柱浸出實(shí)驗(yàn)，當(dāng)其濃度為50 mmol/kg時(shí)，Cd、Cu、Pb、Zn的柱浸出除去率分別達(dá)到90%、88%、90%、67%[14]。王學(xué)峰等研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的EDTA和檸檬酸可提高向日葵對(duì)重金屬Cd、Ni的吸收。孫小峰研究發(fā)現(xiàn)在添加EDDS能在一定程度上提高海洲香薷對(duì)Cu、Zn、Pb的吸收量，對(duì)地下水水質(zhì)影響不大，且對(duì)于地下水的潛在淋濾風(fēng)險(xiǎn)比較小[15]。

2.4 電動(dòng)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

在電壓作用下，電極附近土壤溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，改變了土壤的氧化-還原電位、pH等理化性質(zhì)，加快土壤固體上重金屬的解吸，提高土壤溶液中重金屬的含量，從而有利于植物的吸收、積累，加快修復(fù)過程。OConnor等研究發(fā)現(xiàn)，在直流電場的作用下，重金屬從陽極向陰極移動(dòng)，并且對(duì)土壤pH有顯著改變，植物能夠在此情況下生長且吸收一定量的重金屬元素[16]。電場和EDTA的共同作用下印度芥菜地上部Pb的吸收比僅施加EDTA提高2-4倍[17]。電場對(duì)黑麥草地上部生長有一定的促進(jìn)作用，且可以促進(jìn)對(duì)Cu的吸收[18]。另外有大量的研究獲得相似的結(jié)論：在一定的電場作用可以提高植物對(duì)重金屬的吸收[19-22]。影響電動(dòng)-植物聯(lián)合修復(fù)效果的因素有電壓施加方式、電場強(qiáng)度、添加劑的使用等。

2.5 基因工程-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

利用基因重組技術(shù)將具有金屬累積特性的基因?qū)肷锪看笄乙资肇浀闹参镏校⒗迷撝参锾囟ǖ氖荏w細(xì)胞與載體一起得到復(fù)制和表達(dá)，使受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性，最后將轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行田間試驗(yàn)，已確定是否達(dá)到目的。這些能夠富集金屬或有金屬抗性的基因是從細(xì)菌、真菌和動(dòng)植物中分離克隆出來[23]。主要分子生物學(xué)途徑有：提高植物根際金屬離子的生物利用率;克隆轉(zhuǎn)金屬離子跨膜運(yùn)載蛋白;利用植物體對(duì)特殊金屬離子的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移作用;過表達(dá)金屬螯合肽或者復(fù)合物等。

3 結(jié)語

隨著更多國家經(jīng)費(fèi)的投入和技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究水平有了較快提升，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是主要趨勢(shì)，但是很多是處于基礎(chǔ)階段。從聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的近期發(fā)展來看，最經(jīng)濟(jì)且安全的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)和基因工程-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的效果受到重金屬種類、濃度及價(jià)態(tài)等理化性質(zhì)和環(huán)境因素的影響。因此，對(duì)于不同聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的組合，需要因地制宜，考慮技術(shù)和環(huán)境因素，選擇最科學(xué)高效的修復(fù)方法和組合，同時(shí)不要局限于兩種技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)，可以三種或者更多技術(shù)聯(lián)合修復(fù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合重金屬污染土壤的有效治理。

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收稿日期：2019-03-07

作者簡介：盛紅坤（1988-），男，研究生，研究方向?yàn)橹亟饘傥廴痉乐窝芯俊?/p>