土壤重金属污染联合修复技术研究进展

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　　摘要：近年来，我国国民经济、工业化进展的不断发展以及城镇人口的急剧增加，导致工业和生活废弃物大量排放，土壤污染问题越发凸显。重金属污染是土壤污染的主要原因之一，修复方法多样化，而联合修复技术是土壤重金属污染重要而安全的治理技术。本文综述土壤重金属污染联合修复技术的研究进展，通过分析多种联合修复技术的特点，对联合修复技术进行探讨和展望，旨在引导人们选择科学的联合修复技术治理土壤重金属污染。
　　关键词：土壤;重金属污染;联合修复技术
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-00-02
　　Abstract：In recent years， with the continuous development of China’s 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
　　我国人口众多，土地资源短缺，而工业和生活废弃物大量排放，许多重金属通过多种途径进入土壤，导致土壤重金属元素污染，主要以镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等重金属为主[1]。重金属污染土壤的修复方法多样，但已有的修復技术在效率、成本和对生态环境干扰等方面存有各自局限性，导致无法大面积推广。物理修复、化学修复以及工程修复技术往往会破坏土壤的理化性质，造成二次污染，对于污染面积大且污染程度轻的土壤基本难以应用[2]。生物修复方法的周期较长，仅能超量富集生长范围内且有效性较高的重金属，具有很大的局限性[3]，此外对单一金属污染修复较好，对复合污染的土壤修复效果不佳[4]。因此，很多研究尝试着多种修复技术综合应用进行土壤修复，并取得较好效果。例如植物-微生物联合修复技术、改良剂-植物联合修复技术、螯合剂-植物修复技术、电压-植物联合修复技术、基因工程-植物联合修复技术等。多种修复技术的联合应用必将是土壤修复技术研究的趋势[5]。本文通过各种联合修复技术的分析比较，为土壤重金属污染修复工作提供理论参考，对于实现生态文明的建设具有重要的实践意义。
　　1 土壤重金属污染概况
　　相对密度大于5.0g/cm3的所有金属元素成为重金属，主要包括汞、镉、砷、铬、镍、铜、锌、钒、锰、锑等，其中前五种因其毒性大被称为“五毒元素”。目前全世界土壤都存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t[6]。目前中国粮食主产区耕地土壤重金属点位超标率为21.49%，自20世纪80年代以来，在我国粮食主生产区耕地土壤重金属含量呈增加趋势，整体上点超标率增加了14.91%，主要污染为Cd、Ni、Cu、Zn、Hg，超标率分别为17. 39%、8. 41%、4. 04%、2. 84%、2. 56%。四川盆地、长江中游及江淮地区、黄淮海平原、松嫩平原和三江平原的耕地点位超标率分别为43. 55%、30. 64%、12. 22%、9. 35%和1. 67%，矿业、工业、灌溉水以及人为活动是主要的污染源[7]。
　　据我国环境保护部统计，2009年环境保护部接报12起重金属、类金属污染事件，致使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件。土壤重金属污染具有不可降解性、隐蔽性、滞后性以及较强的累积性，一旦进入到土壤中会呈现生物富集现象[8]，直接或间接通过食物链威胁着食品安全、生态系统和人类健康[9]，例如，汞被食入后直接沉入肝脏，对大脑视力神经破坏极大;镉会导致高血压;铅超标可以直接伤害人的脑细胞等。任何一种重金属都能引起人的头痛、失眠、神经错乱、癌症等。
　　2 联合修复技术
　　2.1 植物-微生物联合修复技术
　　植物对重金属的富集能力与土壤中微生物的种群分布存在着一定的关系。微生物通过多种渠道影响土壤中重金属的生物效应。根区是植物根系和根际微生物作用的场所，微生物的活动可以改变土壤溶液的pH，从而改变土壤对重金属的吸附特性;还可以产生H2S等，可与重金属反应，而微生物的细胞壁或黏液能直接吸收或吸附重金属。有两种形式：专性菌株与植物联合修复和菌根与植物联合修复。修复机理分为三种：①重金属从土壤转移到植物根部过程，植物作用的土壤内某些不溶态的重金属可以被植物累积、微生物活化，提升植株摄取效果;②重金属从根系转运到地上部的过程;③超积累植物体内的有机物对重金属离子的螯合，超富集植物体内的有机酸可以和重金属发生络合作用减弱其毒害作用，增进重金属的运输;④超累积植物对重金属离子的储存，经过吸收、转运的不同重金属离子会储存在植物的不同部位[10]。 　　2.2 改良剂-植物联合修复技术
　　在土壤中加入土壤改良剂（如磷酸盐、石灰、硅酸盐、生物炭等），与重金属发生化学反应形成稳定的化合物来，调节土壤营养及物理化学条件，降低土壤中重金属的迁移能力，抑制植物对重金属的吸收以达到治理和修复的目的。石灰、生物炭的施加可以改善土壤酸性环境，将土壤pH由酸性显著提高至中性，降低土壤重金属生物有效性，重金属溶解态和悬浮态在径流中均在植物修复过程中得到降低，土壤中重金属污染的扩散得到有效控制[11]。在盆栽试验中，施用改良剂对大白菜的生长具有促进作用，可提高土壤的pH值和降低土壤中的有效Cd含量，同时可显著降低大白菜中Cd和Pb的含量[12]。
　　2.3 螯合剂-植物联合修复技术
　　在植物修复过程中使用适当的螯合剂，能够打破重金属在土壤液相和固相之间的平衡，减弱重金属-土壤键合常数，使平衡关系向着利于重金属解吸的方向发展，使大量重金属进入土壤溶液，从而促进植物吸收和从根系向地上部运输金属[13]。Hu等对沙壤土进行EDTA联合植物修复，通过EDTA柱浸出实验，当其浓度为50 mmol/kg时，Cd、Cu、Pb、Zn的柱浸出除去率分别达到90%、88%、90%、67%[14]。王学峰等研究发现，一定浓度的EDTA和柠檬酸可提高向日葵对重金属Cd、Ni的吸收。孙小峰研究发现在添加EDDS能在一定程度上提高海洲香薷对Cu、Zn、Pb的吸收量，对地下水水质影响不大，且对于地下水的潜在淋滤风险比较小[15]。
　　2.4 电动-植物联合修复技术
　　在电压作用下，电极附近土壤溶液发生电化学反应，改变了土壤的氧化-还原电位、pH等理化性质，加快土壤固体上重金属的解吸，提高土壤溶液中重金属的含量，从而有利于植物的吸收、积累，加快修复过程。O’Connor等研究发现，在直流电场的作用下，重金属从阳极向阴极移动，并且对土壤pH有显著改变，植物能够在此情况下生长且吸收一定量的重金属元素[16]。电场和EDTA的共同作用下印度芥菜地上部Pb的吸收比仅施加EDTA提高2-4倍[17]。电场对黑麦草地上部生长有一定的促进作用，且可以促进对Cu的吸收[18]。另外有大量的研究获得相似的结论：在一定的电场作用可以提高植物对重金属的吸收[19-22]。影响电动-植物联合修复效果的因素有电压施加方式、电场强度、添加剂的使用等。
　　2.5 基因工程-植物联合修复技术
　　利用基因重组技术将具有金属累积特性的基因导入生物量大且易收货的植物中，并利用该植物特定的受体细胞与载体一起得到复制和表达，使受体细胞获得新的遗传特性，最后将转基因植物进行田间试验，已确定是否达到目的。这些能够富集金属或有金属抗性的基因是从细菌、真菌和动植物中分离克隆出来[23]。主要分子生物学途径有：提高植物根际金属离子的生物利用率;克隆转金属离子跨膜运载蛋白;利用植物体对特殊金属离子的转化和转移作用;过表达金属螯合肽或者复合物等。
　　3 结语
　　随着更多国家经费的投入和技术创新发展，土壤重金属污染修复技术研究水平有了较快提升，联合修复技术是主要趋势，但是很多是处于基础阶段。从联合修复技术的近期发展来看，最经济且安全的联合修复技术是植物-微生物联合修复技术和基因工程-植物联合修复技术。联合修复技术的效果受到重金属种类、浓度及价态等理化性质和环境因素的影响。因此，对于不同联合修复技术的组合，需要因地制宜，考虑技术和环境因素，选择最科学高效的修复方法和组合，同时不要局限于两种技术的联合修复，可以三种或者更多技术联合修复，实现对复合重金属污染土壤的有效治理。
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　　收稿日期：2019-03-07
　　作者简介：盛红坤（1988-），男，研究生，研究方向为重金属污染防治研究。
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