土壤重金属污染及修复研究现状

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资 源。然而, 环境污染和生态破坏日益严峻, 严重影响到人类 的健康和生存 , 其中重金属元素对环境的污染和破坏作用尤 为严重。土壤重金属污染及其修复已成为当前环境科学研 究的重点 。重金属是一类毒性大, 具有潜在危害的无机 污染物, 可在土壤和生物体内富集。与大气和水体中重金属 污染相比, 土壤重金属污染具有隐蔽性、 滞后性、 累积性以及 难治理和修复周期长且毒性较强、 易被生物吸收的特点。重 金属污染不仅导致土壤的退化、 农作物产量和品质的降低 , 而且可能通过直接接触、 食物链危及人类的生命和健康。因 此 , 对重金属污染土壤的治理和修复, 是十分紧迫的任务。 1 土壤重金属污染来源 1. 1 自然来源 主要分为土壤来源和大气来源。土壤来源 [ 6] 主要有成土母质和成土过程 。大气来源主要有火山爆发、 森林火灾、 海浪飞溅、 植被排出、 风力扬尘等
基金项目 科技部松辽平原区农牧结合循环生 产技术集成研 究与示范 项目 ( 2007BAD 89B06) ; 农业部现代农业产业技术 体系建设 项目 ( 肉牛专项 2008 2012) 。 丁华 ( 1981- ) , 女 , 吉林 延边人 , 硕士 研究生 , 研 究方向 : 农 业面源污染防控 。 * 通 讯作 者 , 教 授 , 博 士 , 从 事土壤 环境 化学与有机培肥方面的研究 , E m ai: l jgwu68@ sohu. com。 2011 02 14
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。热修复的原理是利用污染物的热挥发性, 利用高频
热处理法治理 H g污染土壤的效率很高, 但在处理过程 中不仅需要消耗大量能量, 而且土壤有机质和土壤水分都会 遭到不同程度的破坏。而淋洗络合法较适用于砂土和砂壤 土等透水性好、 污染面积较小的土壤。虽然淋洗法对重金属 污染土壤的治理效果较好, 但易造成地下水污染, 同时会使 土壤中的营养元素淋失和沉淀, 造成土壤肥力下降。这些都 使得物理修复法的应用有一定的局限性。 相对于物理修复来说, 化学修复不仅可以进行原地修 复, 而且可以异地修复。但采用原地修复法治理污染土壤 时, 化学试剂的选择要注意避免二次污染。化学修复往往存 在过渡产物, 致使某些中间过渡产物毒性可能较大, 对环境 产生一定的危害。化学修复法只改变重金属在土壤中的存 在形态 , 金属元素仍保留在土壤中 , 易再度活化危害植物。 生物修复中的微生物不能降解所有进入环境的污染物, 常使生物修复不能进行。特定的微生物只降解特定类型的 化学物质, 结构稍有变化的化合物就可能不会被同一微生物 酶破坏; 当污染物浓度太低, 不足以维持降解细菌一定数量 时, 残余的污染物就会留在土壤中。而植物修复虽然具有原 位实施、 易于推广和成本低等优点 , 但其缺陷也很显著。超 富集植物植株矮小, 生长缓慢, 修复重金属污染土地耗时太 长; 同时 , 植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范 围内, 一般不超过 20 c m 土层厚度; 超富集植物一般只对一 种重金属具有富集能力, 而土壤重金属污染多为几种重金属 复合污染, 且常常伴生有机污染。因此, 用一种超富集植物, 难以全面清除土壤中的所有污染物。 参考文献
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1. 2 . 1 交通运输污染。汽车轮胎及排放的废气是重金属主 要交通污染源。含 Pb汽油的燃烧是城市 Pb 污染的重要来 源
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。 Pb 、 Zn 、 Cd、 Cr 、 Cu等为道路两侧土壤中的主要污染
物。 D ilek等对公路旁土壤重金属污染作了研究, 结果表明 [ 12] Cu 、 Pb、 Zn污染与机动车尾气排放有关 。 Fakayode研究了 尼日利亚 Osogbo公路旁土壤中 Pb、 Cd、 Cu、 N i和 Zn 的分布 规律, 得出重 金属含量与 距公路距 离呈负 相关关系 的结 [ 13] [ 14] 论 。我国公路旁土壤重金属污染也符合这个结论 。 1. 2 . 2 工业污染。有色重金属矿床的开发冶炼是向环境中
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经过近年来全球范围的研究与应用, 重金属土壤的修复 技术主要有物理修复法、 化学修复法和生物修复法。研究的 热点集中于污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自 然修复技术等。 3. 1 物理修复 物理修复是指通过各种物理过程将污染物 从土壤中去除或分离的技术, 主要包括热处理法和淋洗络 合法。 3. 1 . 1 热处理法。热处理技术应用于工业企业场地土壤苯 系物、 多环芳烃、 多氯联苯和二噁英等有机污 染土壤的修 复
作者简介
收稿日期
7666
安徽农业科学
2011年
酸溶解态易为生物利用, 铁锰结合态次之, 而有机结合态活 性较差。在表生环境下, 土壤中原生相 ( 残渣态 ) 重金属一般 不参与水 - 土壤系统的再平衡分配 , 人为污染则主要叠加在 土壤次生相 ( 可给态或生物有效态 ) 中。因此, 次生相重金属 的含量及其所占百分比不仅可以表征沉积物中重金属的形 态转化趋势, 而且可以标定水 - 土壤交换反应过程中重金属 活化迁出的难易程度及二次污染的可能性 3 现行土壤重金属污染修复技术
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。空气中的重
金属元素部分被植物吸收 , 部分通过尘降进入水体、 土壤。 1. 2 人为来源 人为来源是指工农业的生产活动对土壤 的污染 , 主要包括工业污染源、 农业污染源及交通运输等造 成的土壤污染 。研究表明, 人为因素造成的土壤重金属污 [ 9] 染主要富集在土壤表层 。这使得生态系统和人身健康存 在一定的隐患
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。在集约化养殖的发展趋势下 , 人们普遍采用含重金
属元素的饲料添加剂。辜玉红等研究发现 , 随着日粮中 Cu 、 Zn、 A s添加量的增加, 猪鲜粪中 Cu、 Zn 、 A s含量及每日排泄 粪中相应微量元素的含量也增加, 高剂量组甚至是成几倍或 [ 25] 几十倍的增加, 给环境造成了极大的污染 。 2 土壤中重金属污染物的存在形式 土壤重金属元素在介质中的存在形态是衡量其环境效 应的关键参数, 可以揭示土壤重金属中的存在状态、 迁移转 化规律、 生物有效性、 毒性及可能产生的环境效应, 预测重金 [ 26] 属的长期变化和环境风险 。研究重金属在土壤中的形态 分布对了解重金属的变化形式、 迁移规律和对生物的毒害作 用等具有重要意义。 由于提取方法不同, 重金属形态的分级不同。目前常用 的重金属形态提取分析方法是 T essier法
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。化 肥与农 药中 的重 金属 都是 可能 的污 染
源 , 且化肥中的重金属具有较高的可溶性, 易被作物吸 收, 危害更大。农作物秸秆和畜禽废弃物等农业废弃物年排 放量庞大。据统计 , 我国每年产生各类农作物秸秆约 6 . 5 亿 , t 畜禽粪便约 20 0亿 ,t 是我国工业废弃物产生量的 3. 2 倍
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2011 , 39( 13): 7665 - 7666 , 7756
责任编辑
刘月娟
责任校对
李岩
土壤重金属污染及修复研究现状
丁 华, 吴景贵
* ( 吉林农业大学资源与环境学院, 吉林长春 130118)
摘要 阐述土壤中重金属污染来源和存在形式 , 对比分析物理修复法、 化学修复法和生物修复法修复技术的优缺点, 提出了当前土壤重 金属污染与修复技术研究的重点, 为针对复合污染进行的联合修复提供理论依据。 关键词 农业废弃物; 重金属 ; 土壤污染 ; 修复 中图分类号 X 131 .3 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2011) 13- 07665- 02 C urrent R esearch for H eavyM etal Pollution and R e m ediation in Soil D ING H ua et al (D epart m ent o fR esources and Env ironm en, t Jilin A griculturalU niversity , Changchun, Jilin 130118) A bstract The source and ex istence for m a tion o f the heavy m etal in soil were analy zed . A t the sa m e tm i e , the advantages and disadvantages of every re m ediation techno logy and the ir future deve lopm ent were rev iewed. A t las, t the directions for further research on the re m edia tion techn iques were po inted ou, t and theoretica l evidence for m ixture po llution w ith co m b ined re m ediation was prov ided . K ey w ords Agr icu lture w aste ; H eavy m eta;l Soil pollution ; Re m ediation
。该法将重金属
赋存形态分为可交换态、 碳酸盐结合态、 铁锰氧化物结合态、 有机结合态和硫化物结合态、 残渣态。其中, 残渣态是存在 于原生矿物晶格中的重金属 , 又称为原生相重金属。而弱酸 溶解态、 铁锰结合态和有机态重金属是原生矿物经风化破 坏, 重金属被释放后, 在地表环境中通过各种物理化学作用 与土壤各相重新结合而成的 , 因此这 3种形态的重金属被称 为次生相重金属。一般, 残渣态重金属不能被生物利用 , 弱
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排放重金属最主要的工业污染源。工业生产造成土壤重金 属污染的环境问题日益严重。包头市重金属 Cu 、 Zn含量分 [ 15] 别为全国土壤几何均值的 1. 85和 2 . 26 倍 。云南省某选 冶矿厂周边由于长期的工业生产使该区域受到 Pb、 Cd、 C r和 [ 16] Zn等重金属污染严重 。大型综合城市成都城郊土壤重金 属含量中以 Cu、 Pb、 Zn最为突出[源自17], 在东郊热电厂附近为