土壤鎘污染調(diào)控方案

1、南方水田土壤鉛、鎘污染的起因、危害及調(diào)控措施 摘要：本文文章闡明了南方水田土壤鎘和鉛污染的來源與現(xiàn)狀以及危害，同時(shí)對(duì)重金屬鎘和鉛污染治理的方法，做了系統(tǒng)的綜述。并提醒人們要提高土壤質(zhì)量意識(shí)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。土壤重金屬污染已成為一個(gè)嚴(yán)重問題，其中農(nóng)田土壤的鉛和鎘污染面積廣，威脅農(nóng)作物安全生產(chǎn)，已不容忽視。通過綜述化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)、微生物修復(fù)、植物修復(fù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)等幾種農(nóng)田重金屬污染的修復(fù)技術(shù)，以期為修復(fù)重金屬污染農(nóng)田提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：水田土壤；鉛污染；鎘污染；調(diào)控措施The cause of Lead、Cadmium pollution in the Southern paddy soil

2、 ，Hazards and Control measuresWang Han Yu Abstract： This article expounds the csource 、status and harm of the admium and lead pollution ,in the southern paddy soil . At the same time, Methods to the cadmium and lead pollution, was expounded by the numbers.Reminding people to improve soil quality awa

3、reness, and the protection of the ecological environment.Soil heavy metal pollution has become a serious problem, and the farmland soil Pb and Cd pollution area are wide, threatening the safety of crop production, which can not be ignored.By summarizing the repair technologies of heavy metal polluti

4、on ，such as chemical remediation, physical rehabilitation, microbial remediation, phytoremediation and agricultural ecological restoration, in order to provide theoretical basis of the repairing heavy metal pollution of the farmland .Key words: Southern paddy soil；lead pollution；cadmium pollution,；C

5、ontrol measures前言：多年來，盡管人們對(duì)三廢(廢氣、廢水、廢渣)的排放已采取嚴(yán)格的控制措施，然而，由于頻的人類活動(dòng)，隨著礦山開采、金屬冶煉加工、制造、鎘處理等工業(yè)的發(fā)展、生活污水排放、污水灌溉、污泥使用以及含鉛汽油的使用，鉛和鎘已成為土壤污染的主要元素1。 據(jù)報(bào)道，目前我國受Pb、As、Cr、Pb等重金屬污染的耕地面積近2000萬公頃 ，約占總耕地面積的1/5，其中受Pb污染的耕地面積近1.33萬公頃 ，涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū)，導(dǎo)致每年糧食減產(chǎn)1 000多萬t，受污染糧食多達(dá)1200多t，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少達(dá)200億元。據(jù)農(nóng)業(yè)部稻米及其制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心2002年對(duì)全國市場(chǎng)稻

6、米安全性抽檢結(jié)果2，稻米中超標(biāo)最嚴(yán)重的是Pb，超標(biāo)率為28.4 ，其次是Pb，超標(biāo)率為10.3 ，As和Hg超標(biāo)率相對(duì)較低，超標(biāo)率為28和3.4；并呈現(xiàn)一定的復(fù)合污染3。因此，如何降低水田土壤體系中重金屬的污染日益引起國內(nèi)外的關(guān)注。鎘是毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，危害極其嚴(yán)重，土壤中過量的鎘會(huì)抑制植物的正常生長，在可食部分的殘留還會(huì)通過食物鏈影響到人體的健康，過量的鉛會(huì)阻滯作物生長發(fā)育，主要表現(xiàn)為葉綠素下降，阻礙植物的呼吸及光合作用，從而降低產(chǎn)量和質(zhì)量。鉛具有強(qiáng)累積性，通過食物鏈的富集，人體中的鉛能與多種酶結(jié)合從而干擾有機(jī)體多方面的生理活動(dòng)，嚴(yán)重?fù)p害人的神經(jīng)、消化、免疫和生殖系統(tǒng)，對(duì)人類健康造成

7、威脅。因此對(duì)鎘鉛污染土壤的治理已經(jīng)引起國內(nèi)外的廣泛重視4。1 起因來源： 重金屬存在于全球各生態(tài)系統(tǒng)，自然條件下土壤的重金屬主要來自其成土母質(zhì)，往往含量較低。因而，土壤本身具有一定的重金屬含量，這種在未受或少受人類活動(dòng)影響下，尚未或少受污染和破壞的土壤中元素含量，稱為背景值。一般情況下，背景含量不會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成危害。目前土壤重金屬超標(biāo)主要是由于受到人為因素的原因，主要包括幾方面5。1.1大氣中重金屬沉降大氣中的重金屬主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放及汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等，受污染區(qū)域主要分布在工礦周圍和公路、鐵路的兩側(cè)。大氣中的大多數(shù)重金屬是經(jīng)自然沉降和雨淋沉降

8、進(jìn)人土壤的。我國Pb污染較重的地區(qū),很大原因是由于煤含鉛量較高，煤燃燒后將Pb排人大氣6，經(jīng)大氣沉降污染土壤。經(jīng)過自然沉降和雨淋沉降進(jìn)入土壤的鎘的污染，主要以工礦煙囟、廢物堆和公路為中心，向四周及兩側(cè)擴(kuò)散；由城市郊區(qū)農(nóng)區(qū)，隨著城市距離的加大而降低，特別是城市的郊區(qū)污染較為嚴(yán)重。此外，還與城市的人口密度、城市土地利用率、機(jī)動(dòng)車密度成正相關(guān)；重工業(yè)越發(fā)達(dá)，污染相對(duì)就越嚴(yán)重。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江三角地區(qū)近年來重金屬大氣沉降污染也呈加重趨勢(shì)，尤其是鉛和鎘的污染，主要來源于工業(yè)廢氣、汽車排放等的大氣沉降。1.2 污水灌溉 污水灌溉一般指經(jīng)一定處理的城市生活污水、商業(yè)污水和工業(yè)污水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。由于城市化

9、、工業(yè)化的迅速發(fā)展，大量的廢水涌人河道，有的甚至是未經(jīng)處理的污水，從而使水中含有大量重金屬等污染物，經(jīng)灌溉后污染土壤7 。我國利用污水灌溉農(nóng)田面積為13986萬公頃 ，其中有30的土壤受不同程度的重金屬污染，在分布上，往往是靠近污染源頭和城市工業(yè)區(qū)土壤污染嚴(yán)重，遠(yuǎn)離污染源頭和城市工業(yè)區(qū)，土壤幾乎不污染。近年來污水灌溉已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水的重要組成部分，中國自60 年代至今，污灌面積迅速擴(kuò)大，以北方旱作地區(qū)污灌最為普遍，約占全國污灌面積的90%以上。南方地區(qū)的污灌面積僅占6%，其余在西北和青藏。污灌導(dǎo)致土壤重金屬鎘、汞等含量的增加?；搓栁酃鄥^(qū)自污灌以來，鎘、汞等就逐漸增高，19951997 年已越

10、過警戒線。太原污灌區(qū)的重金屬鎘、鉻含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其當(dāng)?shù)乇尘爸?，且積累逐年增高。稻田和稻米已出現(xiàn)不同程度重金屬污染8。1.3 施用污泥、受重金屬污染的有機(jī)肥廢棄物污泥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和N、P、K等營養(yǎng)元素，但同時(shí)含有大量的重金屬，隨著大量污泥進(jìn)人農(nóng)田，使農(nóng)田土壤的重金屬含量不斷提高。畜禽排泄堆肥歷來被認(rèn)為是改良土壤的良好有機(jī)肥。但近年來，我國飼料行業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中存在人為在飼料中加人有毒化學(xué)物質(zhì)(如As、Cu和Zn)等問題，使養(yǎng)殖場(chǎng)排泄物有毒重金屬含量過高，如施人農(nóng)田將對(duì)土壤造成嚴(yán)重的重金屬污染。城市固體廢棄物和垃圾堆肥中往往重金屬含量較高，將其施入農(nóng)田，也對(duì)土壤造成重金屬污染 。污泥施肥可導(dǎo)致土壤

11、中鎘、汞含量的增加，且污泥施用越多，污染就越嚴(yán)重，鎘引起水稻、蔬菜的污染。污泥增加，青菜中的鎘也增加。用城市污水、污泥改良土壤，重金屬鎘、汞等的含量也明顯增加9。1.4 農(nóng)藥、化肥和塑料薄膜的使用施用重金屬含量較高的肥料、農(nóng)藥施用含有Pb、Pb和As等的農(nóng)藥和不合理施用化肥，都有可能導(dǎo)致土壤重金屬污染 。一般磷肥中含有較高的Pb、Hg、As和Zn等重金屬，氮肥和鉀肥中這些重金屬含量較低，但氮肥中Pb的含量較高，如過量施用將致使土壤這些重金屬含量偏高。施用含有鎘的農(nóng)藥和不合理的施用化肥都可以導(dǎo)致土壤中鎘的污染。一般過磷酸鹽水含有較多的鎘，磷肥次之，氮肥和鉀肥含量較低。經(jīng)過對(duì)上海地區(qū)菜園土地、糧棉

12、地研究，施肥后鎘的含量從0.134mg/kg 升到0.316mg/kg。農(nóng)用塑料薄膜生產(chǎn)應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑中含有鎘，在大量使用塑料大棚和地膜過程中都可以造成土壤中鎘的污染10。1.5 金屬礦山廢水污染金屬礦山的開采、冶煉過程中、重金屬尾礦、冶煉廢渣和礦渣隨意堆放，重金屬可以被酸溶出，含重金屬離子的礦山酸性廢水隨著礦山排水和降雨，進(jìn)入水環(huán)境或直接進(jìn)入土壤，直接或間接地污染農(nóng)田土壤11 。1.6、含重金屬廢棄物堆積含重金屬廢棄物種類繁多，不同種類其危害方式和污染程度不一樣。污染的范圍一般以廢棄堆為中心向四周擴(kuò)散。通過對(duì)武漢市垃圾堆放物、杭州某路渣堆存區(qū)、城市生活垃圾場(chǎng)及車輛廢棄場(chǎng)附近土壤中的重金屬污染

13、的研究，這些區(qū)域的重金屬鎘、鉛的含量高于當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?2。2 危害：2.1 對(duì)植物的危害重金屬對(duì)水稻作物生長發(fā)育的毒害雖然有些重金屬是植物生長必需元素，但所有重金屬在較高濃度時(shí)對(duì)植物都會(huì)產(chǎn)生毒害作用。重金屬毒害影響水稻種子萌發(fā)，引起水稻幼苗DNA損傷 和體內(nèi)水解酶的活性變化，造成氧化脅迫、葉綠素和糖及蛋白質(zhì)合成受阻、養(yǎng)分失調(diào) 及其他一系列生理代謝紊亂，阻礙植物根系生長，影響植株生長，最終導(dǎo)致生長量和產(chǎn)量的下降。一些重金屬(如Pb)還可能通過影響細(xì)胞質(zhì)膜的透性從而影響一些營養(yǎng)元素的吸收和積累，導(dǎo)致植株和子粒中營養(yǎng)元素和成分的改變。土壤中鎘的存在形態(tài)很多, 大致可分為水溶性鎘和非水溶性鎘2大類。

14、其絡(luò)合態(tài)和離子態(tài)的水溶性鎘能為作物所吸收, 對(duì)生物危害大; 而非水溶性鎘不易遷移和難以被植物吸收, 但隨著條件的改變, 二者可互相轉(zhuǎn)化。環(huán)境中的鎘不是植物生長的必需元素, 而是一種潛在性的有毒重金屬元素。土壤中的鎘離子由植物根部吸收, 少量運(yùn)至上部。據(jù)研究, 鎘在植物中各部位的分布情況基本上為根葉莖花、果、籽粒。鎘在植物組織中含量達(dá)到1mg/kg時(shí), 就對(duì)某些植物產(chǎn)生毒害, 使植物表現(xiàn)出葉色減褪、植物矮化、物候期延遲的癥狀, 導(dǎo)致植物生物產(chǎn)量下降, 甚至死亡。具體表現(xiàn)為: 對(duì)根部的損傷, 抑制植物水分的吸收, 阻礙光合作用和蒸騰作用等13。2.2 對(duì)人類及動(dòng)物的危害重金屬主要通過食物、水、空氣

15、等進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，動(dòng)物作為消費(fèi)者，環(huán)境中的鎘主要通過植物進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，因此，鎘在動(dòng)物體內(nèi)的含量與動(dòng)物所食植物種類、部位和年齡相關(guān)。鎘能與含羥基、氨基、巰基高分子有機(jī)物結(jié)合，使許多酶系統(tǒng)受到抑制，從而影響肝、腎等器官中酶系統(tǒng)的正常功能。另外鎘還損傷腎小管，導(dǎo)致糖尿、蛋白尿、氨基酸尿，并使尿鈣和尿酸的排出量增加，引起腎功能不全，進(jìn)而影響維生素的活性與吸收。因此長期食用含鎘植物會(huì)影響鈣和磷的代謝，引起腎、肺、肝等內(nèi)臟器官的病理變化，誘發(fā)骨質(zhì)疏松軟骨化和腎結(jié)石等疾病，最終引起“骨痛病”土壤中的有毒重金屬可能被植物吸收通過食物鏈進(jìn)人體，從而不僅降低稻米的市場(chǎng)競爭力，更為可怕的是將威脅人類健康。例如，Pb是

16、作用于全身各個(gè)系統(tǒng)和器官的毒物，研究表明Pb可與體內(nèi)一系列蛋白質(zhì)、酶和氨基酸內(nèi)的官能團(tuán)結(jié)合，干擾機(jī)體的生化和生理活動(dòng)，如損害骨髓造m系統(tǒng)，引起貧血；損害神經(jīng)系統(tǒng)，引起末梢神經(jīng)炎，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和感覺異常；Pb中毒會(huì)引起腎病、高血壓、生殖功能障礙；影響幼兒生長發(fā)育、智力發(fā)育。Pb中毒會(huì)引起腎功能障礙、肺損害、骨損傷、痛痛病(骨軟化癥)、癌癥、心血管病。Tsukahara等15 研究表明，稻米是日本成年人體內(nèi)最主要的Pb來源之一，體內(nèi)約30 一40Pb來源于稻米攝入。據(jù)研究，稻米是亞洲人體內(nèi)主要的Pb攝人源之一，盡管國家和地區(qū)間有差異，但總體上經(jīng)稻米Pb攝人量占總Pb攝人量的比例，菲律賓馬尼拉地區(qū)約為2

17、0 ，中國大陸大部分地區(qū)、中國臺(tái)灣、孟加拉國和泰國等約為30 一40 ，馬來西亞的Kuala Lumpur較高，達(dá)53 。因此，降低稻米重金屬含量對(duì)于保障人體健康具有極其重要的意義16。3 調(diào)控措施3.1化學(xué)修復(fù)治理方法化學(xué)治理就是向污染土壤中投入改良劑、抑制劑、增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，改變pH 和電導(dǎo)等理化性質(zhì)，使土壤中鎘發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低鎘的生物有效性。通過加入適量的Na0H、CaO、Na2S、Na CO2 、NO后，土壤中鉛的可交換態(tài)均有不同程度的降低。對(duì)于土壤鎘污染，目前用的比較廣泛的方法是向土壤添加改良劑、表面活性劑、金屬拮抗劑等，

18、如磷酸鹽、石灰、硅酸鹽被認(rèn)為是處理土壤鎘污染的常用試劑。污灌區(qū)進(jìn)行的大面積石灰改良實(shí)驗(yàn)表明，每公頃施石灰1500-1875kg，鎘含量下降50%。研究表明，施用磷酸鹽類物質(zhì)可使重金屬形成難溶性的磷酸鹽。BARBAM GWOREK用膨潤土合成沸石等硅鋁酸鹽作為添加劑鈍化土壤中重金屬，顯著的降低了受鎘污染土壤中的鎘的作用濃度。土壤鎘濃度49.5mg/kg 時(shí)，加入量為土重的1%2%中，萵苣葉中鎘的濃度降低量達(dá)60%80%。通過離子之間的拮抗作用來降低植物對(duì)鎘污染土壤中鎘的吸收，根 據(jù)法國農(nóng)科院波爾多試驗(yàn)站的研究結(jié)果表明在污染土壤上施加鐵豐富的物資，鐵渣、廢鐵礦等，能明顯降低植物中鎘、鋅的含量。土壤

19、改良劑修復(fù)重金屬污染土壤，治理效果和費(fèi)用適中，對(duì)污染較輕的土壤特別適用但需加強(qiáng)管理防止重金屬的再度活化17。3.1.1淋濾法淋濾法是采用淋洗液對(duì)鉛污染土壤進(jìn)行淋洗，使吸附在土壤顆粒上的鉛由固相轉(zhuǎn)移至液相中形成溶解性的離子或絡(luò)合物，再將淋濾液進(jìn)行收集，回收提取鉛后廢液可循環(huán)利用。該技術(shù)的重點(diǎn)在于淋洗液的選取，需要滿足既能有效淋洗重金屬，又不破壞土壤結(jié)構(gòu)等要求。此外，還需考慮淋洗液的收集效果及影響因素，防止產(chǎn)生二次污染。3.1.2固化穩(wěn)定化法固化穩(wěn)定法技術(shù)包括固化和穩(wěn)定化兩個(gè)方面。采用化學(xué)方法降低鉛在土壤中的溶解性、遷移性和毒性，同時(shí)采用物理方法將污染土壤轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢闪鲃?dòng)固體或形成緊密固體，通常固化

20、可以看作是一種特定的穩(wěn)定化過程。固化穩(wěn)定化技術(shù)的根源可追溯至20世紀(jì)50年代，最早用于放射性固體廢物的處理。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，該技術(shù)在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家首先得到研究和應(yīng)用。最近十年得到迅速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于處理電鍍污泥、重金屬污染土壤的治理。此方法適用于輕度污染土壤的治理，治理費(fèi)用和效果相對(duì)較好，但不能徹底去除土壤中的鉛，處理效果只是暫時(shí)的。當(dāng)周圍環(huán)境條件變化時(shí)，鉛的形態(tài)可能會(huì)重新變?yōu)榭山粨Q態(tài)19。3.1.3電化學(xué)法電化學(xué)法是在鉛污染土壤中插入電極對(duì)，通以直流電，鉛的帶電粒子在電遷移、電滲和電泳等的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并遷移、富集于陰陽極，從而去除污染土壤中的鉛。此技術(shù)在歐洲不僅應(yīng)用于

21、鉛污染土壤 ，同時(shí)也應(yīng)用于銅、鋅、鉻、鎳和鎘等重金屬污染土壤的修復(fù)。此技術(shù)操作簡單，安裝方便，且技術(shù)經(jīng)濟(jì)性可行，可將含鉛l00mgkg的污染土壤去除到5l0mgkg水平，污染土壤的治理成本約為100$m3 。然而，電極對(duì)易腐蝕，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)。此外，土壤的復(fù)雜條件也是該技術(shù)的限制因素。3.1.4氧化還原法氧化還原法就是在重金屬污染土壤中添加氧化還原劑，通過化學(xué)反應(yīng)改變重金屬離子的價(jià)態(tài)，從而降低土壤中重金屬的活性和毒性。對(duì)于鉛污染土壤，常用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸鹽、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等。研究表明，施用過磷酸鈣 、鈣鎂磷肥 、水合氧化錳 等也可促進(jìn)鉛的沉淀，減少土壤中的可交換態(tài)

22、鉛。此方法需注意的是還原劑的選擇，如果選擇失當(dāng)，易造成土壤的二次污染20。3.1.5拮抗法對(duì)于鉛污染土壤，可利用一些對(duì)人體沒有危害的重金屬或微量元素通過拮抗作用來減少鉛在土壤中的可交換態(tài)，抑制植物對(duì)鉛的吸收。有研究表明，適量的硒對(duì)水稻幼苗生長發(fā)育有促進(jìn)作用，且具有拮抗重金屬鉛傷害的作用21。3.1.6螯合發(fā)在鉛污染土壤中施加螯合劑，可提高鉛的活性和生物有效性，使其易于流動(dòng)和吸收，通常與植物修復(fù)方法聯(lián)用。一方面螯合劑對(duì)土壤中的鉛離子進(jìn)行活化，另一方面影響植物對(duì)鉛的吸收和轉(zhuǎn)移。目前通常使用的螯合劑有兩類：一類是人工合成螫合劑，如EDTA，DTPA，EGTA，PbTA等；另一類是天然螯合劑，如草酸、

23、酒石酸、檸檬酸等 。人工螯合劑活化能力較強(qiáng)，天然螯合劑易分解，不會(huì)形成二次污染，但活化能力較弱。因此，使用人工螯合劑時(shí)需考慮重金屬活化后擴(kuò)散所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)22。3.2 物理修復(fù)方法現(xiàn)在常用的物理方法有電化法、提取法、玻璃化法；電化法是美國路易斯安那州立大學(xué)研究的一種凈化土壤環(huán)境污染的方法。該法是在飽和的粘土中插入石磨電極，通過低強(qiáng)度直流電（15mA）后，使金屬陽離子流向陰極，然后采取措施回收。該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于清除土壤中鎘的污染。提取法分為沖洗法、洗土法和浸濾法等。這幾種方法的原理相同，都是利用試劑和土壤中的鎘作用，形成溶解性的鎘離子試劑絡(luò)合物，最后從提取液中回收鎘，并循環(huán)利用提取液。玻璃化

24、技術(shù)是利用電極加熱將污染的土壤溶化，冷卻后形成比較穩(wěn)定的玻璃物質(zhì)。玻璃化技術(shù)比較復(fù)雜，實(shí)地應(yīng)用中會(huì)以達(dá)到統(tǒng)一的溶化以及地下水的滲透等問題。此外，熔化過程需要消耗大量的電能，這使得玻璃化技術(shù)成本很高，限制了它的使用23。3.2.1客土深耕法由于鉛污染土壤具有表聚性特征，客土法主要是一種通過移除鉛污染土壤的表層土、加入新鮮土以降低土壤中鉛的濃度或?qū)⒈韺油辽罘镣寥郎顚右詼p少污染土壤與植物的接觸，從而降低鉛污染土壤對(duì)植物的毒性的方法。此方法在國外已被多次應(yīng)用，對(duì)于鉛污染土壤的治理是一種行之有效的方法。主要缺點(diǎn)是耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，修復(fù)成本高，換下來的表層土存在二次污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，深耕后的污染

25、土不能徹底清除等。因此，該方法并非十分理想的鉛污染土壤修復(fù)方法24。3.2.2隔離法隔離法是采用工程措施，將鉛污染土壤與其周圍環(huán)境進(jìn)行隔離，減少由于鉛的遷移、擴(kuò)散或滲透等對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的污染。該方法適用于大多數(shù)重金屬污染土壤的治理，具體措施為：以鋼筋、水泥等材料，在污染場(chǎng)地四周修建隔離墻體。為減少地表徑流或地表水滲濾的影響，還可以在污染場(chǎng)地表面鋪設(shè)防滲膜，采用水平灌漿的方式在污染土層下方澆注水泥等固化劑。由于成本和操作上的限制，該方法僅適用于污染嚴(yán)重且污染面積較小的場(chǎng)地25。3.2.3電泳法電泳法是目前新興的重金屬處理方法，即在土壤中插入兩個(gè)石墨電極,在穩(wěn)定的電流作用下，金屬離子在電壓的驅(qū)動(dòng)下

26、向兩極移動(dòng)積聚，然后再進(jìn)行處理26。3.2.4微波輻照技術(shù)微波輻照技術(shù)是通過加熱土壤，使其中的鎘得以收集破壞或固定，從而達(dá)到治理的目的，該項(xiàng)技術(shù)目前僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。ABRAMOVITCH 等對(duì)質(zhì)量濃度為11.40mg/kg 的鎘污染土壤進(jìn)行了間歇式的微波照射。配制好的土壤樣品在經(jīng)微波輻照前先將一小段鉛筆芯插入其中，但勿插至土壤底部，并保證約有0.5cm 的鉛筆芯露出土壤表面，然后鋪置一層松散的玻璃絲，在微波間歇輻照過程中發(fā)現(xiàn)土壤變紅并偶爾發(fā)出火花，照射結(jié)束后，測(cè)其質(zhì)量濃度為4.59mg/kg27。3.3 微生物修復(fù)利用微生物(細(xì)菌、藻類和酵母)來減輕或消除重金屬污染，國內(nèi)外已有許多相關(guān)報(bào)

27、道。重金屬污染起到了篩選土壤微生物的作用，存某種重金屬長期污染的土壤上，存在大量能適應(yīng)重金屬污染環(huán)境并能氧化或還原重金屬的微生物類群。利用遺傳、基因T程等高科技生物技術(shù)，培育對(duì)重金屬具有降毒能力的微生物，并運(yùn)用于污染治理是目前環(huán)境科學(xué)研究中最活躍的領(lǐng)域之一。鉛污染土壤的微生物修復(fù)是利用微生物對(duì)鉛的吸附、沉淀、氧化和還原等作用，降低土壤中鉛的毒性。鉛污染土壤中存在大量適應(yīng)于此污染環(huán)境的優(yōu)勢(shì)微生物群落，根據(jù)自身的新陳代謝作用不斷改變土壤環(huán)境28。微生物不能降解和破壞重金屬鉛，只能通過改變它們的化學(xué)或物理特性從而影響其在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化。因此微生物處理重金屬鉛 染方面的發(fā)展有限，通常與植物修復(fù)技術(shù)

28、聯(lián)用29 。首先通過植物與微生物抗性細(xì)菌的篩選，得到具有耐重金屬鉛的植物物種與微生物抗性細(xì)菌菌種，然后將該耐性植物的種子在微生物抗性細(xì)菌菌液中浸泡、包衣，最后將該種子種植于鉛污染土壤中。此方法修復(fù)效果好，費(fèi)用低、易于管理與操作，不產(chǎn)生二次污染，具有廣泛的應(yīng)用前景30。3.4 植物修復(fù)植物修復(fù)技術(shù)被公認(rèn)為是土壤重金屬污染最好的修復(fù)技術(shù), 是目前國際上該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的綠色環(huán)境進(jìn)化技術(shù), 具有治理效果永久性、治理過程原位性、治理成本低廉性、環(huán)境美學(xué)兼容性、后期2處理簡易性等特點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)是以植物忍耐和超量富集某種或某些化學(xué)元素的理論為基礎(chǔ), 利用植物清除土壤中的污染

29、重金屬的一類環(huán)境整治技術(shù)31。植物修復(fù)主要是利用超富集植物，將土壤中的鉛大量轉(zhuǎn)移至植株體內(nèi)特別是地上部分，從而修復(fù)鉛污染土壤。根據(jù)其作用過程和機(jī)理，可分為植物穩(wěn)定、植物提取和植物揮發(fā)三種方法 。植物修復(fù)技術(shù)的難點(diǎn)在于超富集植物的篩選。20世紀(jì)70年代以后，有關(guān)重金屬超富集植物的研究逐漸受到重視 。重金屬的超富集植物應(yīng)同時(shí)具備以下3個(gè)基本特征：(1) 植物地上部分富集重金屬的量要達(dá)到一定的臨界標(biāo)準(zhǔn)，在較低污染水平下也有較高的吸收速率；(2) 地上部分重金屬含量高于地下部分的重金屬含量，即植物應(yīng)有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)運(yùn)能力；(3) 生長快、生物量大、抗蟲病能力強(qiáng)、植物生長未出現(xiàn)明顯的毒害癥狀。一般認(rèn)為，只有植

30、物地上部分的鉛積累量達(dá)到1000mgkg才能稱之為鉛的超富集植物。自然界中大多數(shù)植物對(duì)鉛的吸收能力很低，普通植物一般含鉛量為10mgkg干重33。 3.4.1種質(zhì)資源超富集植物種質(zhì)資源較多, 目前世界上共發(fā)現(xiàn)了500多種超積累植物 , 包括蔬菜、草本、蕨類植物、景天科植物和樹木等。這些富集植物具有很強(qiáng)的吸收和蓄積土壤鎘的能力, 但它們的生長和發(fā)育卻不會(huì)受到鎘的抑制。研究發(fā)現(xiàn), 印度芥菜對(duì)重金屬鎘、鉛的抗耐性較強(qiáng), 土壤中鎘的吸收量達(dá)到了100mg/kg以上, 具有富集潛力。三葉鬼針草幼苗對(duì)鎘有很強(qiáng)的耐性和累積能力。有人認(rèn)為, 紫茉莉?qū)︽k的耐性較強(qiáng), 富集濃度最高可達(dá)92182mg/kg,在中、

31、低濃度鎘污染土壤中可取得較好的修復(fù)效果。研究發(fā)現(xiàn), 在鎘重度污染的土壤中增加石灰用量, 可促進(jìn)劍麻的生長34。3.4.2促進(jìn)富集植物吸收研究表明, 植物對(duì)鎘的吸收量與土壤含鎘量和土壤酸性呈顯著正相關(guān)。因此, 根據(jù)不同植株特點(diǎn)加入螯合劑DTPA、EGTA、檸檬酸等, 可提高鎘的活化能力, 增強(qiáng)植株的吸收。Blaylock等對(duì)施加螯合劑研究表明,施加這些螯合劑后, 地上部分鉛和鎘的濃度顯著提高。研究發(fā)現(xiàn), 向鎘污染土壤中加入EDTA 等螯合劑, 植物吸收的鎘量明顯增加, 尤其適合印度芥菜。但是并不是所有的螯合劑都適合所有的富集植物。有的螯合劑對(duì)富集植物吸收鎘效果不明顯, 甚至抑制鎘的吸收。因此,

32、應(yīng)根據(jù)植株、環(huán)境情況, 篩選高效的螯合提取劑。綜上可以看出，雖然植物修復(fù)技術(shù)具有一定的局限性，但與其他物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，其必將成為一種應(yīng)用廣泛、環(huán)境良好和經(jīng)濟(jì)有效的高效綠色修復(fù)技術(shù)35。 3.4.3植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(1)修復(fù)成本較低，修復(fù)費(fèi)用為20010000 $公頃，比物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)的費(fèi)用低幾個(gè)數(shù)量級(jí) ，此外植物冶金回收的重金屬可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益；(2)以太陽能為驅(qū)動(dòng)能，是一種綠色修復(fù)技術(shù)，且植物修復(fù)屬于原位修復(fù)，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)較小，避免了土壤結(jié)構(gòu)的破壞；(3)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤肥力，有利于植物生長。同時(shí)，植物修復(fù)技術(shù)也存在一定的局限性，如超富集植物種類較少、對(duì)重金屬復(fù)合污

33、染的修復(fù)具有單一選擇性、植物地上部分枯萎重新進(jìn)入土壤等36。3.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)，即采取包括改變耕作制度，調(diào)整作物品種，選擇能降低土壤鉛污染的化肥，或增施能同定鉛的有機(jī)肥等農(nóng)藝措施，同定土壤鉛，降低鉛進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)。3.5.1 控制土壤水分 控制土壤的 Eh 及土壤的水分狀況，使土壤作物有一個(gè)較為穩(wěn)定的滯水期，可以減少鎘進(jìn)入植物體內(nèi)的含量，即減少進(jìn)入果實(shí)和莖實(shí)中的含量。據(jù)研究，在水稻抽穗期到成熟期，減少落干，保持淹水，可明顯減少稻籽實(shí)中的鎘!鋅等金屬的含量37。3.5.2 施用有機(jī)肥通過施用有機(jī)肥（堆肥、廄肥、植物秸桿等有機(jī)肥），施肥可以影響土壤對(duì)鉛的吸附解吸，改變土壤鉛的形態(tài)

34、，進(jìn)而改變鉛在土壤中的活性，影響植物吸收累積。增加土壤有機(jī)質(zhì)有利于改良土壤結(jié)構(gòu)，可增加土壤膠體對(duì)重金屬的吸附能力，為土壤提供絡(luò)合、螯合劑，而且有機(jī)質(zhì)也是良好的還原劑，可以促進(jìn)土壤中鎘形成硫化鎘。試驗(yàn)表明有機(jī)肥對(duì)土壤鉛的影響小。氮、磷、鉀肥是植物生長必需的營養(yǎng)元素，在施肥過程巾選擇能降低鉛活性的種類，可降低作物鉛污染的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)有機(jī)肥的施用也應(yīng)注意外來重金屬污染問題。研究表明，有機(jī)肥的施用可以明顯地降低土壤中有效性鎘的含量，其中豬糞的效果優(yōu)于秸桿類。與此同時(shí)還應(yīng)控制常用化肥的施用，因?yàn)榛手械腃l-，SO42-，H2可以活化土壤中的鎘，提高土壤中的交換態(tài)鎘的含量38。3.5.3 改變耕作制度季節(jié)

35、和水旱管理的不同對(duì)鉛吸收也有影響研究發(fā)現(xiàn)鉛高污染區(qū)同一品種早季籽粒鉛含量一般高于晚季；旱作管理明顯提高水稻籽粒鉛含量。但是，利用間套種等耕作制度改變重金屬的機(jī)制還不夠完善。作用機(jī)理還不明析，尚需進(jìn)一步研究39。3.5.4 低積累種類/品種低積累種類/品種的應(yīng)用即利用植物種間或基因間重金屬吸收存在差異這一特征，篩選重金屬低積累種類品種，應(yīng)用于中輕度污染農(nóng)田的種植，生產(chǎn)安全的食品?，F(xiàn)階段研究主要集中在不同種類或基因型植物間重金屬吸收的差異研究上，希望篩選出低積累種類品種。這方面研究較多的是水稻、玉米 、小麥等農(nóng)作物。徐明飛等研究了9個(gè)浙江省主栽蔬菜品種的鉛累積特性，表明瓜類對(duì)鉛不敏感，且吸收量少，

36、青菜對(duì)鉛積累高，根莖類蔬菜中的蘿卜、萵筍均有超標(biāo)現(xiàn)象。因此在鉛含量高的地區(qū)種植瓜類安全系數(shù)較高40。代全林研究了25個(gè)玉米品種的鉛積累品種間差異，篩選得到植株高量積累而籽實(shí)含量不超標(biāo)的品種，利用這些玉米品種除獲得安全籽實(shí)外，地上植株高積累鉛也能去除土壤重金屬同時(shí)滿足修復(fù)和生產(chǎn)的需要。有人在鉛污染土壤中也篩選出類似玉米品種，說明像玉米這類既可安全收獲果實(shí)又能利用地上部分大量去除重金屬的作物對(duì)農(nóng)田重金屬修復(fù)具有重要意義?，F(xiàn)階段大部分農(nóng)田污染屬復(fù)合污染，不同重金屬間存在交互作用，這給重金屬低積累作物的篩選提出了更高要求。研究表明農(nóng)田鉛、鋅和鎘復(fù)合重金屬污染土壤條件下，豇豆體內(nèi)的鉛與鎘含量顯著正相關(guān)，

37、表明其他重金屬的存在可能會(huì)促進(jìn)鎘的積累。因此，在高濃度單一重金屬污染脅迫下篩選的防污染品種(pollutionsafecuhivars，PSC)才可能適用于復(fù)合污染農(nóng)田的安全生產(chǎn)。低積累種類品種具有遺傳特異性，唐紹清對(duì)BIL群體(回交自交群體)糙米重金屬元素銅、鎘、鉛和鋅含量進(jìn)行數(shù)量性狀座位定位分析(QTL)，共定位到10個(gè)QTLs共定位到4個(gè)控制鉛含量的QTLs，分布于第4、5和12三條染色體上。因此通過挖掘作物遺傳潛力，培育對(duì)污染物具有低積累和低轉(zhuǎn)移的作物新品種，對(duì)于在中低污染土壤上維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有實(shí)際意義。4 污染土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 目前，關(guān)于鉛鎘污染土壤的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相對(duì)比較

38、成熟，但又各自存在一定的局限性。微生物修復(fù)技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，如何將物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，成為未來鉛污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)41。4.1螯合誘導(dǎo)植物吸收修復(fù)技術(shù)。 植物富集效果不太理想時(shí)，向土壤中施加螯合劑(EDTA、檸檬酸等)能夠活化土壤中的鉛，增加鉛的溶解度，促進(jìn)鉛自根系向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)，誘導(dǎo)強(qiáng)化植物的超富集作用43。4.2電化學(xué)-植物吸收技術(shù) 在直流電作用下，電極附近土壤溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，改變土壤中的Eh、pH值等理化性質(zhì)44，加快土壤中鉛的解吸速率，提高土壤液相中的鉛含量，從而強(qiáng)化植物對(duì)鉛的富集效果。4.3微生物-植物修復(fù)技術(shù) 與植物

39、共生真菌，發(fā)達(dá)的菌絲提高植物根系吸收營養(yǎng)的范圍，促進(jìn)植物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)和鉛的吸收，同時(shí)許多真菌對(duì)鉛具有較高耐性，可降低鉛對(duì)植物的毒性，有利于植物的生長。將污染場(chǎng)地的土著菌接種在超富集植物的根部，可以促進(jìn)植物的富集效果46。4.4多種超富集植物組合修復(fù)技術(shù) 鉛污染土壤中往往伴隨有其他如鋅、鎘等多種重金屬同時(shí)存在的復(fù)合污染情況。此時(shí)，需要采用多種超富集植物組合修復(fù)技術(shù)，重金屬對(duì)非專屬超富集植物不產(chǎn)生毒害作用是采用該組合技術(shù)的前提。4.5基因工程植物修復(fù)技術(shù) 利用基因重組和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)將具有金屬富集特性的基因?qū)氲缴L較好、生物量大且易收獲的植物中，并利用該植物特定的受體細(xì)胞與載體一起被復(fù)制和表達(dá)

40、，使受體細(xì)胞獲得新的遺傳特性，最后將轉(zhuǎn)基因植物應(yīng)用于大田試驗(yàn)，以檢驗(yàn)基因工程植物修復(fù)效果47。此技術(shù)的難點(diǎn)在于基因的篩選，近年來研究結(jié)果表明基因技術(shù)的研究將是未來植物修復(fù)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。5 結(jié)論 綜上所述重金屬污染問題是全球關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題之一, 在亞洲鎘污染尤其嚴(yán)重。國內(nèi)外對(duì)于土壤鎘的污染現(xiàn)狀與治理，取得了一定成績，也存在一些理論上和技術(shù)上的問題，如土壤中重金屬與土壤中礦物之間的吸附與解吸。固定與釋放的平衡關(guān)系的研究，土壤中重金屬的形態(tài)特征、轉(zhuǎn)化與遷移規(guī)律的系統(tǒng)研究，土壤中二次污染的及時(shí)處理等?？偠灾?，土壤中鎘的污染問題，應(yīng)從源頭抓起，控制污染源48。對(duì)于我國這樣一個(gè)人多地少的農(nóng)

41、業(yè)大國，開展綜合治理措施，顯得更為必要和迫切其防治不單需要科學(xué)技術(shù), 更重要的是需要全社會(huì)全人類共同關(guān)注, 需要各個(gè)部門密切合作, 共同解決。為了子孫后代, 為了可持續(xù)發(fā)展, 為了全人類的發(fā)展, 每個(gè)人都應(yīng)該有責(zé)任和義務(wù)保護(hù)好人類的生活環(huán)境。我國人均土地利用資源遠(yuǎn)低于世界平均水平，要實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，土壤鎘的污染治理已迫在眉睫，刻不容緩。參考文獻(xiàn)：1汪曄君鉛污染對(duì)人體健康的危害及防治措施J沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)。2004, l6(6)：1031062張麗霞，宋書巧，梁利芳，等改良劑對(duì)土壤中重金屬鉛的化學(xué)形態(tài)的影響J廣一西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，39(6)：7927953Hooda P S，Allow

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