重金属污染土壤化学钝化剂应用研究进展

韦树燕 黄宇妃 宋波

（桂林理工大学环境科学与工程学院 广西 桂林 541006）

0 引言

土壤是人类赖以生存的重要自然资源。随着工矿业的发展，人类活动对土壤环境的介入程度越来越高，重金属污染已呈日趋严重之势，对生态环境和人体健康影响最大的重金属主要有Hg、Cd、Pb和As等。土壤环境中的重金属主要来源于矿业活动的排放，其他来源还包括污灌和污泥滥用、农药和化肥的不合理施用、农用薄膜和化石类燃料的不完全燃烧等[1]。

砷、铅和镉等环境中优先控制重金属毒性大，由于其不可降解而易于在土壤和生物体内富集。重金属污染导致土壤退化，农作物歉收，而且可能通过食物链影响人类的生命安全。因此，对重金属污染土壤的治理和修复，是十分紧迫的任务[2]。

常见的重金属污染土壤修复措施包括化学钝化、土壤淋洗和生物修复等。其中化学钝化使用便利而被广泛应用，利用化学物质来降低土壤中重金属的迁移性和生物有效性，从而减少农作物对重金属的吸收积累，减少通过食物链进入人体的重金属[3]。化学固定常用有无机和有机改良剂，因其成本低，实施容易常被利用[4]，其中在作物生产中通过向土壤耕层添加钝化剂（骨粉、沸石、有机肥、赤泥等）、螯合剂（EDTA、DTPA、NTA等）调整土壤参数使重金属有效性降低或缓效化的方法已开展了大量研究[1,5,6]。

1 钝化剂应用

通过添加改良剂修复重金属污染土壤主要包含钝化和活化作用，化学钝化多用于原位土壤修复，是修复重金属污染土壤的重要途径之一，通过施入一些钝化剂以降低土壤中重金属有效态含量，从而减少迁移及对农作物的毒害[7]。

1.1 无机改良剂的应用

石灰作为重金属污染土壤化学固定的常用物质，其对重金属的固定主要通过提高土壤pH值，使重金属生成氧化物或以碳酸盐的形态沉淀起作用，明显降低土壤重金属的有效态含量[8]。李建东等施加石灰改良处理的玉米各器官含铅的质量分数明显低于单一铅污染的处理，铅污染土壤经改良剂处理后，抑制了玉米植株对土壤中重金属铅的吸收[9]，此外，施用石灰抑制植物吸收Cd，能有效地促进了土壤水溶态和交换吸附态Cd含量的降低[10]。

天然沸石是一种优良的铅污染土壤修复材料，通过调节土壤pH值和阳离子交换量抑制重金属铅的生物活性[11]。同时，由于沸石比表面积大，并带阴离子，能促使铅的形态从非残渣态向残渣态转化，从而降低土壤中重金属的有效性[12,13]。研究表明沸石降低尾砂中Cu和Zn有效态含量效果显著[14]。

赤泥可通过提高土壤pH影响重金属的赋存形态，降低重金属的有效性[15]。朱雁鸣等研究发现，在5%赤泥处理条件下，Cd、Cu、Pb、As和Zn有效态含量分别为对照的15.7%、38.6%、19.2%、36.0%和46.3%[15]。而赤泥和富含巯基的有机物秸秆复合使用是一种高效钝化剂，对环境友好，二次污染风险很小，能大幅降低作物对镉吸收量[16]。

骨粉主要成分是磷酸三钙，可有效降低酸性重金属污染土壤的酸度，提高pH，增强土壤的吸附性能，促使土壤重金属有效态含量和生物可给性降低，改善作物的生长环境，提高作物的产量[13]。胡钟胜等研究发现骨粉能降低土壤中Cd和Pb有效态含量，烟草Cd和Pb吸收量也显著降低[17]。

钙镁磷肥是酸性土壤中常用的磷素来源，也是一种常用的修复材料，可降低土壤交换态镉含量，使其向缓效态转化[18]。大田尺度试验结果表明，酸性水稻土施用石灰或钙镁磷肥或二者配合使用可有效降低土壤酸度，对Cd钝化效果显著[19]，还能显著降低减少小白菜可食部分中Cd含量[20]。

1.2 有机改良剂应用

对于矿区酸性重金属污染土壤具有养分流失严重和有机质缺失的特点，合理施用有机肥可提高土壤养分，增加土壤团粒结构，改善土壤理化性质。有机物料有助于恢复土壤微生态环境系统，降低土壤中有毒重金属的生物可给性，从而减少对作物的毒害[21]。常见的有机固化物包括禽畜粪便、无害化后的作物秸秆、豆科绿肥和污泥等[22]。陈丹艳等研究发现有机肥、钢渣及泥炭不同用量组合对土壤中有效砷含量的影响迥异，适宜的施用量才能达到降低重金属有效态含量的目的[23]。

猪粪的堆肥化处理可明显降低小白菜中重金属As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量；添加钝化剂的堆肥处理比对照处理效果更好。堆肥过程能降低蔬菜中重金属As、Cd、Cu、Pb和Zn的生物有效性[24]。

2 螯合剂应用

螯合剂对土壤中重金属的活化作用主要是通过螯合剂与土壤溶液中的重金属离子结合，降低土壤液相中的金属离子浓度，促进重金属在植物地上部的积累，并且对重金属Pb、Cu、Zn、Cd、Ni等有很强的活化能力[5]。

乙二胺四乙酸（EDTA）能够促使重金属离子解析和溶解，活化土壤中的重金属离子，促进植物对重金属的吸收及向地上部迁移[25]。EDTA对Cu、Zn等金属的提取动力学具有明显的pH依赖性，pH越低提取越快[1]，林君峰等采用EDTA控制阴极液能够有效去除土壤中pH缓冲能力强的Cd[26]。采用EDTA作为碳酸铅的络合剂，可提高电动修复铅污染土壤的效率，EDTA-Pb的去除率超过80%[27]。

不同改良剂对土壤中DTPA提取态Cd和Pb含量都有着不同程度的降低效果，改良剂的剂量增加，重金属有效态含量减少程度也越高。究其原因，很可能是由于改良剂与重金属形成极强的结合态[28]。

3 展望

环境中土壤重金属污染问题已经日趋严重，国内应用到实际情况中的改良措施，相对较少，发展相对滞后，但近年来，对于重金属修复剂的研究已经越来越深入，技术也日趋成熟，修复效果也有所提高，但在追求效果的同时，也要注意所采用的技术是否会给环境其他问题。如今研究比较多的方法主要是无机改良剂的混合使用，可取得较好效果，如果将无机和有机改良剂与螯合剂相结合，并探讨最合适的施用量和施用方法，应能达到互补效果，对重金属污染土壤会有更好的改良效果。

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