土壤重金属污染状况及修复

土壤重金属污染状况及修复中文摘要：重金属污染因具有毒性、易通过食物链在植物，动物和人体内累积，对生态环境和人体健康构成严重威胁。随着工业快速发展、农药及化肥的广泛使用，农田土壤重金属污染越来越严重，研究农田土壤重金属污染现状及修复技术对农产品安全具有重要意义。综合国内外农田土壤重金属污染状况，农田土壤重金属污染主要来源于固体废弃物堆放及处置、工业废物大气沉降、污水农灌和农用物质的不合理施用。该文综述了国内外有关农田重金属污染土壤修复技术（物理修复、化学修复、生物修复、农业生态和联合修复）的研究进展，并针对各种修复方法，阐述了其原理、修复条件、应用实例及其优缺点，重点论述了植物修复的机理和应用，提出了草本与木本联合修复可有效提高农田土壤重金属复合污染的修复效率，为农田土壤土壤重金属复合污染修复提出了新的途径。最后在对已有研究分析的基础上，提出了联合修复技术（如生物联合技术、物理化学联合技术和物理化学—生物联合技术）可以在一定程度上克服使用单一修复手段存在的缺点，可提高复合污染的修复效率、降低修复成本，未来应深入探索联合修复技术间的相互作用机理，以期为农田土壤重金属综合治理与污染修复提供科学依据。关键词：农田土壤；重金属；污染；修复技术Abstract;Heavymetalpollutioncausedbytoxic,easilyinthefoodchainthroughplants,animalsandhumansinvivoaccumulationoftheecologicalenvironmentandposeaseriousthreattohumanhealth.Withtherapiddevelopmentofindustry,thewidespreaduseofpesticidesandfertilizers,agriculturalsoilheavymetalpollutionisgettingworse,researchSoilHeavyMetalPollutionandRemediationTechnologyisimportantforthesafetyofagriculturalproducts.ComprehensiveFarmlandSoilHeavyMetalContaminationathomeandabroad,mainlyfromheavymetalsinsoilscontaminatedsolidwastedepositsanddisposalofindustrialwasteatmosphericdeposition,sewageunreasonableapplicationofagriculturalirrigationandagriculturalmaterials.ThispaperreviewstherelatedfarmlandabroadHeavyMetalContaminatedSoilResearchProgress(physicalrestoration,chemicalremediation,bioremediation,ecologicalagricultureandbioremediation)repair,andforavarietyofrepairmethods,describeditsprinciple,torepairthecondition,applicationexamplesitsadvantagesanddisadvantages,Focusesonthemechanismandapplicationofphytoremediation,herbaceousandwoodyproposedbioremediationcaneffectivelyimprovetheefficiencyofheavymetalsinsoilsrepaircompoundcontaminatedsoilfarmlandsoilheavymetalscontaminationfixesproposedanewway.Finally,theexistingresearchandanalysisbasedontheproposedjointrepairtechniques(suchasbio-technologyjoint,jointtechnicalandphysicalchemistryphysicalchemistry-BiotechnologyUnitedTechnologies)canovercomethedisadvantagesofusingasinglerepairmeansexisttosomeextent,canimproverepairefficiencycombinedpollution,reducerepaircosts,FutureshouldfurtherexplorethemechanismofinteractionbetweentheUnitedrepairtechniques,withaviewtothecomprehensivemanagementofheavymetalsinsoilsandpollutionremediationprovideascientificbasis.Keywords:Soil;heavymetal;pollution;repairtechnology1土壤中重金属的污染现状土壤作为开放的缓冲动力学体系，在与周围的环境进行物质和能量的交换过程中，不可避免地会有外源重金属进入这个体系!重金属对土壤的主要污染途径是工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、累积，含重金属废水灌溉农田，以及含重金属农药、磷肥的大量施用!外来重金属多富集在土壤的表层!.工业生产上重金属释放到环境中的主要途径有采矿、冶炼、燃煤、镀镉工业、化学工业、肥料制造、废物的焚化处理、尾矿堆、垃圾堆的冲刷与溶解一J．矿山开采过程中释放出大量的酸性废水并浸滤出大量的有毒有害重金属离子，严重地危害矿区及河流的生态环境．付善明‘1叫发现某尾砂库中重金属元素素Pb，Zn,Cd，Cu，Ni，Cr,含量平均分别高达637．404.5,330,374.17,776.28,112.3.，它们和其他元素被释放出来，随着废水排人河流之中．在尾砂库周围土壤和废水流经过周围表层土壤中都被检测出严重的重金属污染，其中，可交换态Pb成为含量最多的形态，在最高的采样点含量达到61％．重金属污染物不能被化学或生物降解、易通过食物链途径在植物，动物和人体内积累、毒性大，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。因此，农田土壤重金属污染己成为当前日益严重的环境问题，其污染来源和修复技术也一直是国内外研究的热点和难点。了解农田重金属污染来源对重金属污染修复有着重要的指导意义。目前，重金属污染土壤的修复技术研究取得了长足发展，主要包括物理、化学、生物、农业生态和联合修复技术。本文综合了国内外农田重金属污染状况及来源，系统地介绍农田重金属污染土壤修复的不同技术，以及近年来国内外修复重金属污染农田土壤的一些重要案例，对农产品安全生产具有重要意义，同时为农田土壤重金属污染综合治理与修复提供科学依据。2农田土壤重金属污染的来源农田土壤中重金属污染主要来源于污染物的大气沉降、污水农灌、农用物质施用和固体废弃物堆放等。2.1大气沉降污染物的大气沉降是土壤重金属污染的重要途径。阿根廷科尔多瓦省小麦和农田地表土中Cu、Ni、Pb、Zn、Mn和Sb等主要来自当地工业、交通和空运中大气污染物的沉降[24]。对抚顺市不同类型大气PM10颗粒中11种重金属含量进行分析，发现Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb分别是其土壤本底值的777、5.7、291、312、56、135和39倍，相关性和主成分分析表明大气中重金属污染主要来自机动车排放、工业活动和煤的燃烧[25]。矿山开采和重金属冶炼产生的大气污染也是农田土壤重金属重要来源，Hang，Hang等[26]对常熟市某电镀厂附近旱地土壤重金属进行了研究，发现了Zn和Ni的复合污染，均随距离增加污染逐渐降低，且Zn污染呈逐年加剧趋势[26]。交通会影响道路两侧农田土壤中Pb、、Cd、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Co、Hg、Se和As等的水平，如青藏铁路两侧20m范围内，Zn、Cd和Pb质量分数从未污染到显著污染水平[27]。对泉州至塘头段324国道两侧土壤中14种重金属监测分析，结果表明Sn、Sb、Pb、Bi、Ni、Cu、Zn和Cd主要来源于交通污染[28]；北京、上海、温州、、青岛和西安等城市土壤中重金属污染可能主要是由交通引起[8,29]。对印度瓦腊纳西市区甘蓝、荸荠和甜菜中Cu、Zn、Cd和Pb测定，，研究表明这些蔬菜均存在食用风险，蔬菜洗涤方式可用以评价大气沉降对蔬菜中重金属污染的贡献[30]。2.2农用物质施用农药、化肥、地膜、畜禽粪便和污泥堆肥产品等农用物质的不合理施用，可导致农田重金属污染。一些农药中含有Hg、As、Cu、Zn等，如随着西力生消毒种子进入土壤的Hg为6~9mg·hm-2；美国密执安州由于经常施用含As农药，其土壤中As质量分数高达112mg·kg-1[43]。目前，含As、Hg和Pb的农药已在大部分国家禁用（如中国，美国，日本及欧洲各国等）[44]，但含Cu和Zn的各种杀菌剂（如波尔多液、多宁、碱式氯化铜、福美锌、噻唑锌代森锌等）还在世界各国农业生产中广泛使用，每年随农药进入农田的Cu和Zn不容忽视，如英格兰和威尔士约为8t、21t[45]；中国约5000和1200t[44]。重金属是肥料中报道最多的污染物质，其质量分数一般是磷肥复合肥钾肥氮肥。欧洲12个国家196种磷肥重金属平均质量分数为：w(Ni)=14.8mg·kg-1、w(Cd)=7.4mg·kg-1、w(Zn)=166mg·kg-1、w(Pb)=2.9mg·kg-1、w(As)=7.6mg·kg-1和w(Cr)=89.5mg·kg-1，进入土壤的量和含磷水平紧密相关。法国农田中Se。Cr和Cd主要来自矿物肥料，其中磷肥中Cr和Cd质量分数最高[47]。硝酸铵、磷酸铵、复合肥中As可达50~60mg·kg-1，农用地膜生产过程中加入了含有Cd和Pb热稳定剂，使用时也会增加农田土壤重金属污染的风险。2.4固体废弃物堆放及处置固体废弃物中重金属极易移动，以辐射状、漏洞状向周围土壤、水体扩散。对苏北某垃圾堆放场、杭州铬渣堆放区附近农田土壤中重金属质量分数进行测定，发现Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb等质量分数均高于当地土壤背景值[53]。电子电器及其废弃物中含有大量Cu、Zn、Cr、Hg、Cd和Pb等，对其拆解、回收利用及处置过程中会产生重金属污染。Tang[54]对台州电子废物拆解点附近农田土壤进行监测分析，发现重金属超标率为100%，主要超标元素依次为Cd、Cu、Hg和Zn。对广东省汕头市贵屿镇电子垃圾处理场附近农田土壤中重金属形态分布研究，发现农田土壤中Cd、Cr、Cu、Pb均超过《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）二级标准[55]。3．土壤重金属污染现状及危害3.1污染现状土壤中的重金属污染主要来自矿物母质的风化和人类生产活动中废水、废气、废渣的直接排放，它的特点具有普遍性、隐蔽性、表聚性、不可逆性等[11。当重金属污染物由于人类活动进入土壤并对土壤一植物系统产生危害时．就会造成土壤的重金属污染。据全国污水灌溉区调查结果可知．我国目前约有污水灌溉区140万hm2．被重金属污染的土地面积占污水灌溉区的64．8％．其中轻度污染面积占46．7％，中度污染面积占9．7％，严重污染面积占8．4％，并且以汞和镉的污染面积最大。3.2污染危害重金属在环境中不会降解、消失，通过迁移、转化在农作物或其它植物中富集，产品中富集的重金属可通过食物链进人人体．进而对人类健康造成威胁。据不完全统计．我国约有3万多hm／受汞的污染土地和1万多hm2受镉污染的土地．每年仅生产