土壤中重金属污染研究现状的文献综述

1土壤中重金属污染研究现状【摘要】近几十年来,随着人类对自然资源的过度开发和利用，农用化学物质种类、数量逐年增加，工业、城市污染逐渐加剧，导致土壤重金属污染日益严重。通过翻阅一些资料和文献，深入了解了土壤重金属污染的现状。本文分析了土壤重金属污染的概念，土壤重金属污染的相关特点，并归纳了土壤重金属污染的治理方式[1]。关键词：土壤污染；重金属；防治措施；治理措施2008年以来，全国已发生百余起重大污染事故，包括砷、镉、铅等重金属污染事故达30多起。频繁爆发的污染事故损失惨重，不仅增加了环境保护治理成本，也使社会稳定成本大增，而土壤污染修复所需的费用更是天价。污染的加剧导致土壤中的有益菌大量减少，土壤质量下降，自净能力减弱，影响农作物的产量与品质，危害人体健康，甚至出现环境报复风险。一是生态关系失衡，引起生态环境恶化[2]。1土壤重金属污染的概念土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染[3]。污染土壤的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。2土壤重金属污染的影响2.1重金属在土壤中的形态土壤中重金属形态的划分有两层含义，其一是土壤中化合物或矿物的类型，其二是操作定义上的重金属形态。土壤中重金属存在的形态不同，其活性、生物毒性及迁移特征不同，其生态效应和植物效应也不同。重金属能在一定的幅度内2发生氧化还原反应，具有可变价态，因重金属的价态不同，其活性和毒性也不同；在不同的土壤环境条件下，包括土壤类型、土地利用方式、阳离子交换量、土壤pH、Eh值、土壤胶体的种类与含量等因素的差异，都可以引起土壤中重金属元素存在形态的转化，从而影响到重金属对植物的危害程度。这些化合物的溶度积[4]都比较小，使得重金属累积于土壤中，不易迁移，污染危害范围扩大的可能性较小，但却使污染区域内的危害周期变长，危害程度加大。2.2重金属污染对土壤微生物的影响通常情况下，重金属污染对微生物有两个明显效应：一是不适应生长的微生物种数量的减少或绝灭，表现为有些重金属还会在微生物的作用下转化为毒性更强的有机化合物(如甲基汞等)；二是适应生长的微生物数量的增大与积累[5,10]。重金属对微生物的生物转化具有抑制作用，其中表现为重金属能降低微生物的固氮作用。2.3重金属对土壤酶活性的影响土壤酶参与土壤中的众多代谢过程，是土壤生态系统代谢的重要动力，土壤中所进行的一切生物学和化学过程都要由酶的催化作用才能完成，在生态系统的物质和能量循环等过程中，土壤酶起到表征物质和能量转化强度的作用[6]。土壤酶活性的高低可以衡量土壤生物学活性和土壤生产力，土壤重金属含量的高低影响土壤酶活性，土壤酶活性在一定程度上反应土壤的污染情况。随着环境污染的加重，重金属污染对土壤酶的影响也逐渐受到关注。重金属离子对土壤酶活性可产生抑制或激活作用，因此测定土壤酶活性有助于判明土壤重金属污染的程度及其对作物生长影响的大小。目前，在重金属的生态毒理、污染监测评价及修复等方面，土壤酶都是国内外关注的主要研究方向之一(Renellaetal.,2003;Wangetal.,2007)[7]。近30年来国内外学者先后提出了脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶、转化酶、磷酸酶、蛋白酶、蔗糖酶等重金属污染的监测指标。2.4土壤重金属污染的生物学效应土壤环境中重金属的生物作用，主要是指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内累积起来，这种迁移既可认为是植物对土壤的净3化，亦可认为是污染土壤对植物的危害[8]。累积下来的重金属物质可以通过食物链的关系，逐级传递到食物链的顶层，也就是我们人类，这样在人类体内累积下来的量也就成为植物体内的好几倍、十几倍甚至几十倍，这也就是自然界中的生物放大作用[9]。3土壤重金属的防治土壤受污染后，蓄积在土壤中的有害物质能迁移到水、空气和植物中，最终进入人体。土壤污染一旦形成，就会造成长远的影响，而且难以消除[15]。因此，我们应以“预防为主”，积极做好土壤的保护工作。3.1定期开展土壤质量调查与监测土壤质量调查主要包括区域土壤重金属污染情况调查和污染程度的分级与评价。一般以区域土壤的背景值或土壤污染物的临界值作为评价标准，根据土壤中重金属的含量超过背景值或污染物的临界值的比值转换为无量纲数值(如污染指数[11])来判断污染情况。其具体做法是在有代表性地区定期采集土壤样品，或在固定点安置自动监测仪器，以观察土壤重金属污染状况的动态变化及规律，按照土壤重金属污染的评价模式，从而计算出重金属在土壤中积累和残留的数量，并预测其变化的趋势。3.2控制重金属进入食物链切断污染源是指采取有效措施以削减，控制和消除污染源，这是目前治理重金属污染的最切实有效的方法。在农业方面：一要减少化肥的使用量和污染；二要控制农药的种类及施用量，减少其在土壤中的残留；三对于污水灌溉和施用污泥，要制定相应的标准，将污染控制在源头。另一方面，土壤中的重金属污染物主要通过植物的吸收累积，并进而通过食物链才对人体造成危害，因此，我们应采取措施控制植物的吸收，减少其在植物可食部分的积累量，如种植一些对重金属吸收能力较差的品种等。对于污染特别严重的地区，我们应避免种植一些可供食用的植物，而改种观赏性的植物或用以培育新品种。3.3改良土壤结构土壤环境具有一定的自净作用，其自净能力的大小取决于土壤的环境容量，而环境容量是可以凋控的，调控的机理是改变土壤的组成及结构，从而改变土壤4中重金属的存在形态，降低其毒性；或者是减少作物对重金属的吸收率。如增加有机肥的施用量，可增加土壤胶体对重金属的吸附能力，可促使土壤中某些重金属的形态发生变化，从而降低其毒性[12]。第二控制土壤中水分的含量，土壤的氧化还原状况影响到重金属的存在形态，而土壤的Eh值又受到土壤水分的影响。4土壤污染的综合治理措施4.1生物修复生物修复是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染[13]。其中包括植物修复技术[14]和微生物修复技术。植物修复技术是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技术。根据其作用过程和机理，重金属污染土壤的植物修复技术可分为植物提取、植物挥发和植物稳定三种类型。而微生物能够改变金属存在的氧化还原状态，从而降低土壤中重金属的毒性；许多微生物与重金属具有很强的亲合性，能富集多种重金属。如藻类对铜、铀、铅、镉等都有吸收富集作用。4.2化学修复化学修复[16]是指通过向土壤施改良剂、抑制剂，改变pH值、Eh和电导率等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金属的生物有效性。有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难溶的络合物，而减轻土壤重金属的污染；吸附法是指重金属离子能被膨润土、沸石、粘土矿物等吸附固定，从而降低土壤重金属的污染。根据土壤缓冲性原理，施用改良剂可降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，减轻重金属对生态环境的危害。沉淀法是利用一些物质与重金属形成沉淀，来降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，从而有效地降低植物体的重金属浓度。利用离子间拮抗作用来降低植物对重金属的吸收。在酸性土壤上施用石灰，利用Ca2+离子与Pb的拮抗作用，减少作物对Pb的吸收。4.3物理修复物理修复首先是客土法和换土法。客土法是在被污染的土壤上覆盖上非污染土壤；换土法是部分或全部挖除污染土壤而换上非污染土壤。在一般情况下，换土厚度愈大，降低作物中重金属含量的效果愈显著。但是采用这种方法必须注意5两点:①用做客土的非污染土壤的pH等性质最好与原污染土壤相一致，以免由于环境因子的改变而引起污染土壤中重金属活性的增大；②应妥善处理被挖出的污染土壤，使其不致引起二次污染。在有些情况下也可不挖除污染土壤，而将其深翻至耕层以下，这对于防止作物受害也有一定效果，但效果不如换土法。客土法和换土法的不足之处是需要花费大量的人力与财力，因此，只适用于小面积严重污染土壤的治理[17]。其次是固化技术。固化技术是将重金属污染的土壤按一定比例与固化剂混合，经熟化最终形成渗透性很低的固体混合物。固化剂的种类繁多，主要有水泥、硅酸盐、高炉矿渣、石灰、窑灰、飘尘、沥青等。固化技术的处理效果与固化剂的组成、比例、土壤重金属的总浓度以及土壤中一些干扰固化的物质的存在有关。5结语土壤是人类生态环境的重要组成部分,是人类赖以生存、生产、生活的主要自然资源之一。但是近几十年来,随着人类对自然资源的过度开发和利用，农用化学物质种类、数量逐年增加，工业、城市污染逐渐加剧,导致土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性。土壤和其他环境因素一样对人类起作用，人类活动也可以影响土壤环境，他们之间互相依赖、互相制约、紧密地联系在一起。因此，我们应该综合运用多种手段保护土壤环境。6参考文献[1]吴建军,蒋艳梅,吴愉萍,徐建明.重金属复合污染对水稻土微生物生物量和群落结构的影响[J].土壤学报.2008,45(6):1102-1109.[2]杨元根,PatersonE,CampbellC.用土壤微生物方法评价重金属Cu的毒性及其时间效应[J].自然科学进展,2001,11(3:243-249.[3]曾路生,廖敏,黄昌勇,罗运阔.2005.镉污染对水稻土微生物量、酶活性及水稻生理指标的影响[J].应用生态学报,16(11):3162-2167.[4]张红振,骆永明,宋静,余海波,吴龙华,翁丽萍,赵其国.基于中性盐提取的土壤重金属固液分配与自由态金属离子浓度测定[J].环境科学学报.2010,30(1):124-132.[5]张乃明.土壤-植物系统重金属污染研究现状与展望[J].环境科学进展.1999,7(4):30-33.[6]孙波,赵其国,张桃林,俞慎.土壤质量评价的生物学指标[J].土壤,1997，29(5):225-234.[7]曹慧,孙辉,杨浩等.土壤酶活性及其对土壤质量的指示研究进展[J].应用与环境生物学报.2003,9(1):105-109.[8]陈英旭,骆永明,朱永官等.土壤中铬的化学行为研究V：土壤对cr(Ⅲ)吸附和沉淀作用的影响因素[J].土壤学报.1994.3l(1):77-85．[9]陈英旭,朱祖祥,何增耀.土壤中铬的有效性与污染生态效应[J].生态学报.1995.15(1):79-84.[10]于世繁,张国峰,齐丽艳.铬污染土壤中六价铬的测定[J].干旱环境监测，1996,10(4):207—208.[11]张国春,艾翠玲,王书民.土壤重金属废水处理的试验研究[J]．湖南大学学报：自然科学版.2005,32(5):100-103．[12]孙波,孙华,张槐林.红壤重金属复合污染修复的生态环境效应与评价指标[J].环境科学,2004,25(2):104—110.[13]李廷强,杨肖娥.土壤中水溶性有机质及其对置金属化学与生物行为的影响[J].应用生态学报,2004,15(6):1083—1087．7[14]张亚丽,沈其荣,姜洋.有机肥料对镉污染土壤的改良效应[J].土壤学报.200l,38(2):212—218.[15]陈静生,张国梁,穆岚等.土壤对六价铬的还原容量初步研究[J].环境科学学报，1997,17(3):334—339.[16]雷鸣,廖柏寒,秦普丰.土壤重金属化学形态的生物可利用性评价[J].生态环境.2007,16(5):1551—1556.[17]汤鸿宵.试论重金属的土壤环境容量[J].中国环境科学,1985,5(5):38-44.