重金属复合污染土壤中动植物修复技术应用

王春雷

（上海同渠工程咨询有限公司 上海 200092）

引言

如今，土壤的重金属污染日益加重，对农业生产造成严重影响。对此，应采用有效技术措施移除土壤中的重金属。但重金属污染物种类多，采用传统方法处理不仅效果有效，而且还会造成其它污染。在这种情况下，动植物修复技术应运而生。

1 材料和方法

1.1 地点

地点位于某电子废物堆积场地，总面积280m2左右，表面土层厚度为10-25cm，检测结果如表1所示，重金属污染较为严重，镉含量2.6mg/kg、铜含量118.7mg/kg、铅含量122.8mg/kg。

表1 土壤检测结果

1.2 方法

修复前，搭设连栋大棚，同时将地点整理成垄状，以便植物种植与生物投放。植物选择黑麦草与白三叶，生物选择蚯蚓。植物均匀且广泛种植，为经过反复试验后得出的能对重金属进行有效吸收的植物。以植物生长特性为依据，可将试验分成六个阶段。其中，第一、第三与第五阶段相同，均属动物修复，总时长1.5个月。将土壤翻耕好以后投放蚯蚓食物，即柠檬渣，同时投放蚯蚓种，开始喂养。到达要求的时间用通过自然光照进行收集。第二、第四与第六阶段相同，均属联合修复，总时长4.5个月[1]。对于动物修复，按第一阶段进行土壤处理与生物投放，在修复过程中按1.5个月的时间间隔进行收集。完成收集后进行原土回圃，同时投放适量蚯蚓，确保土壤中蚯蚓总数和第二周期完全一致。在第二阶段完成后，通过自然光照进行蚯蚓收集；对于植物修复，进行间隔条植，向沟中播种，当白三叶长到1.5月后进行刈割，完成后追肥，长到3月后再次刈割，完成后再次追肥。第四阶段种植黑麦草，按6-8cm的高度进行刈割留茬。修复完成或移除植物，收集的残体进行焚烧处理。

采用对比的方法进行试验，即共分成两组：第一组为不进行种植；第二组为不进行生物投放。土壤降低效果认为是第一组与第二组效果叠加。

2 结果和分析

2.1 生物重金属含量及其变化

土壤中蚯蚓正常生长，未受重金属影响，且生长速度很快，产量比对比组高出2%-7%。生物投放后，能增加土壤的孔隙，使土壤疏松。试验中按1.5个月对生物重金属含量进行测定，用于了解生物重金属含量，确定和时间的关系。从结果中可以看出，重金属含量表现为先增加后减小，在第二周期达到最高值，随后开始降低。利用软件实施非线性拟合，绘制趋势曲线。据此可以看出，第一周期生物修复效果没有达到预期，其原因为生物培育土壤只含有少量铜，但投放生物的土壤却为复合污染，两者相差巨大，生物适应这一新环境需要一段时间，所以第一阶段大概率属于适应期。在适应期结束后，富集量达到最大，其中，镉含量为20.1mg/kg、铜含量为 174.8mg/kg、铅含量为 104.5mg/kg，随后重金属含量开始降低，到修复完成时，镉含量变为2.3mg/kg、铜含量变为129.1mg/kg、铅含量变为74.0mg/kg。同时，降低幅度也伴随修复时间不断延长明显减小，前几个周期的下降速度很快，之后减慢，最后保持平缓。由此可以看出，伴随修复时间不断延长，生物修复效果不断减弱，重金属去除难度开始增加，与重金属移除基本规律相符，并且也能和曲线相吻合。生物对不同重金属的实际富集量：铜最高、铅其次、镉最低[2]。

2.2 植物重金属含量及其变化

土壤中植物正常生长，长势良好，未见中毒，且重金属没有对产量造成影响。刈割和收获后的测定结果表明，联合修复过程中，富集量表现为“V”字形，相同修复阶段中，第二次刈割过程中的含量达到最低，植物整体含量达到最高，其原因为第一次刈割后，重金属含量降低，富集量具有伴随土壤重金属实际含量不断降低而减少的特点。对于黑麦草，其镉含量为4.6mg/kg、铜含量为257.9mg/kg、铅含量为113.2mg/kg；对于白三叶，其镉含量为6.7mg/kg、铜含量为79.6mg/kg、铅含量为156.6mg/kg。其原因为这一过程是联合修复的后期，所收获的植物含有地下的部分，因地下更容易吸收重金属，因此其重金属含量必然较高。此外，经对比，在修复效果方面，黑麦草强于白三叶，而且还能良好适应多次刈割。

2.3 联合修复

修复中，生物活动与植物生长，重金属被两者富集，对生物进行收集，对植物进行收获后，能降低土壤重金属实际含量，实现去除重金属根本目标，是一种有效且安全的方式，除了不会对土壤结构造成破坏，还具有改善作用。通过六个阶段的持续修复，三种重金属含量都有很大降低。完成修复后，镉含量已经减小到0.2mg/kg，铜含量减小到68.8mg/kg，铅含量减小到92.6mg/kg，均比对比组低。

经非线性拟合可知，在修复早期，重金属含量快速降低，伴随修复时间不断延长，降低的幅度开始减小，说明去除难度增大，和曲线相吻合。尽管去除难度越来越大，但坚持使用这一方法来修复，很快就可以恢复农业生产[3]。

2.4 联合修复效果

经对比可知，联合修复效果好于单一修复。联合修复中，每个刈割期的实际修复效果都好于对比组，通过三个阶段联合修复，镉含量减少1.87mg/kg、铜含量减少40.2mg/kg、铅含量减少24.8mg/kg，高于两种修复方法的简单叠加结果，这说明联合修复效果比叠加效果好，这在很大程度上说明土壤中生物、植物与微生物能发挥协同作用，彼此促进，增强效果。无论是植物根系生长，还是微生物活动，都能增加富集量，而且微生物与生物活动还能促进植物根系发育，增加土壤的生物数量；生物活动与植物发育能为微生物繁衍创造良好环境条件。因此，上述联合修复方法合理可行，效果显著，具有良好的参考借鉴价值。

结语

（1）植物发育对生物的重金属富集有促进作用。联合修复过程中，植物生长可以为生物创造良好环境，生物活动作用下，还能加快植物长势，另外，生物的分泌物与排泄物还能增加微生物活性。通过早期试验可以发现，蚯蚓对土壤中的重金属有良好富集能力，当土壤中重金属实际含量较高时，无论是蚯蚓体内还是排泄物中，重金属的含量都变大，发挥出良好修复能力。但要注意，采用这种方法进行修复时，应对成年蚯蚓和蚯蚓的排泄物进行定期收集，并予以灰化处理。

（2）生物活动对植物长势和对重金属的富集也有良好促进作用。研究表明，生物体内带有很多微生物，可以增强活动，利用有机酸对重金属离子进行分泌活化。本次所用植物的根系都十分发达，而且对重金属有良好富集作用，植物生长时，通过生物活动，能改善植物所在环境，进一步增强富集水平，提高生物量。

通过以上分析可以看出，无论是动物还是植物，其生长或活动都能提高对方的土壤修复能力与效率，实际工作中，采用联合修复技术合理可行，应得到相关人员的高度重视，进行大范围推广应用。