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1、土壤重金属污染和治理,应用化学14-3 徐凤,土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，全世界平均每年排放Hg约15万吨，Cu 340万吨，Pb 500万吨，Mn 1500万吨，Ni100万吨。我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕地面积的1/5。,1、土壤重金属污染来源,土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。通常条件下，自然土壤中重金属的浓度较低，但近数
2、十年来 ，人为活动大大加剧了土壤中重金属的积累。,污染的土壤,农用物资的不合理使用,固体废弃物,污水灌溉,图1 土壤中重金属污染来源,大气自然沉降及降水,土壤中重金属主要来源于以下几个方面：,2 土壤重金属污染修复技术,由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒害植物体，并可最终通过食物链危害人类健康。因此，其治理和恢复的难度大，但又显得极为迫切。,土壤重金属污染特点,表聚性,长期性,不可逆性,隐蔽性,目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：,工程措施 物理化学修复 生物修复 农业生态修复,2.1 工程措施,主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土
3、和换土则是用于重污染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。,2.2 物理化学修复,A 电动修复,污染土壤,通电流,金属离子等向电极运输,集中收集处理,达到治污目的,电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。,B 电热修复,污染土壤,高频电压产生电磁波,热能,对土壤加热,污染物从土中解吸,挥发性重金属分离,达到修复目的,熔化土壤,冷却后形成玻璃态物质,C 土壤淋洗,污染土壤,淋洗液淋洗,土壤固相中重金属,土壤液相中
4、,将液相回收处理,达到修复目的,D 化学修复,污染土壤,加入改良剂,降低重金属生物有效性,达到修复目的,2.3 生物修复,生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技术与微生物修复技术两种方法。,2.3.1 植物修复技术(phytoremediation) 是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础，利用自然生长或遗传工程培育的植物，清除环境中污染物的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳定三种方式 。,植物提取(phytoextraction) 即利用重金属超积累植物(hyperaccumulators)
5、从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。,植物挥发(phytovolatilization) 其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是Hg和Se。,植物稳定(phytostabilization) 利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。,图1 重金属zn/cd超积累植物十字花科的天蓝遏蓝菜（thlaspi caerulescens）。,图2 铜草 （海洲香薷）,微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用
6、。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，挥发或固定效率。,2.3.2 微生物修复技术(bioremediation),2.4 农业生态修复,农业生态修复主要包括两个方面： 农艺修复措施 生态修复。,3 土壤重金属污染修复技术研究展望,采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的局限性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身结构，易造成二次污染，对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长，效果不显著的特点。 植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的
7、低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。因此，具有广阔的应用前景。以下几个方面将成为该领域研究的重点。,3.1 超累积植物筛选与培育,超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。因此，筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。,表1 超积累植物重金属含量临界值 mg/kg-1,3.2 转基因植物(Transgenic plants),目前已
8、发现的超积累植物大多存在根系浅、生物量小、生长缓慢等缺点，使得其修复周期较长。这使植物修复的工程应用受到限制，而经基因改造的植物则可提高其应用性 。,3.3 其他强化措施,添加螯合剂(如EDTA)，可以显著提高土壤中的金属活性及植物的吸收、转移能力。但是，施用螯合剂在增加土壤中重金属生物有效性的同时，也增加了重金属离子的移动性，从而有可能对地下水的重金属污染带来更大的危险性。 另外，可以通过向土壤中添加土壤酸化剂、营养物、甚至微生物等途径来增强植物修复作用，其机理可以是增强土壤中重金属的生物有效性，或者是增加超积累植物的生长量。,3.4 生物修复综合技术的研究,重金属污染土壤的修复是一个系统工程，单一的修复技术很难达到预期效果，必须以植物修复为主，辅以物理化学、微生物及农业生态措施，增加重金属的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复的综合效率。因此，生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。,谢谢观赏！,
